Инструментальные стали: марки, свойства, применение

Инструментальные углеродистые стали маркируются по ГОСТ 1435-99, определяющей при этом является литера «У» (углеродистая). Далее идёт цифровое обозначение, в котором в десятых долях процента указывается содержание углерода, к примеру – У13 или У7. Другие литеры обозначают присутствие в стальном сплаве других химических элементов, так «Г» обозначает добавки марганца, «А» говорит о малом содержании в составе фосфора и серы.

Углеродистые стали имеют несколько явных преимуществ, главными из которых считаются формирование прочного поверхностного слоя и сохранение пластичности внутреннего слоя. Однако такие сплавы имеют и свои недостатки, к примеру способность сохранять рабочие свойства только при нагреве до 200 °С. Именно по этой причине углеродистые стали используются лишь для изготовления инструментов и деталей, которые предназначены к эксплуатации только до этого температурного показателя. Это означает так же, что к продукции из такого вида сплавов невозможно применять горячее шлифование.

За основу легированных инструментальных сталей берутся углеродистые разновидности. Они дополнительно усиливаются добавками из других металлов в соответствии с ГОСТ 5950-2000. Наличие таких добавок отмечается в маркировке сталей специальными обозначениями. Так, легирование медью имеет литеру «Д», марганца – «Г», молибдена – «М», никеля – «Н», хрома – «Х», ванадия – «Ф», никеля – «Н». Далее в маркировке следуют цифры, которые обозначают присутствие того или иного химического элемента в процентном соотношении (в десятых долях). Отсутствие цифрового дополнения означает, что примесь присутствует примерно в одном проценте. В начале маркировки указывается так же содержание углерода, само обозначение которого опускается. К примеру, легированная инструментальная сталь 9ХС имеет 0.9% углерода и содержит добавки в виде хрома и кремния (по 1%).

Добавленные химические элементы улучшают технические показатели легированных сталей в зависимости от дальнейшего их использования.

• Медь уменьшает окисление стали и усиливает сопротивление кислотам;
• Кремний усиливает магнитные свойства и придаёт материалу упругость;
• Марганец обеспечивает дополнительную прочность и долговечность;
• Никель усиливает противодействие коррозии и придаёт стали пластичность;
• Хром повышает прочность, но одновременно понижает пластичность;
• Молибден повышает жароустойчивость, прочность и быстрое затвердевание;
• Титан формирует мелкозернистую структуру и увеличивает плотность;
• Алюминий повышает устойчивость к высоким температурам;
• Вольфрам используется для сохранения твёрдости при высоких температурах;
• Кобальт придаёт одновременно пластичности и твёрдости;
• Ванадий понижает окисление и создаёт мелкозернистое строение стали.

Такие показатели для легированных инструментальных сталей достигается в процессе высокотемпературной термической обработки.

Для изготовления инструментов, предназначенных для изготовления деталей и заготовок методом прессования используется штамповая инструментальная сталь. Они изготавливаются в соответствии с ГОСТ 5950-2000, примером могут служить 5ХНМ, 6ХВ2С, Х12, Х12МФ или 4Х5МФС. Из них изготавливаются штампы и матрицы, которые должны обладать возможностью многократного нагревания и охлаждения без образования трещин. Так же среди показателей штамповой стали можно отметить высокую теплопроводность прокаливаемость, которые обеспечивают быстрый отвод последствий нагрева и общую прочность инструментов.

Штамповые инструментальные стали подразделяются на те, что предназначены для осуществления холодной деформации, и те, что применяются для горячей деформации заготовок. Каждая из этих марок сталей обладает своими особенными техническими характеристиками. Если предполагается производство холодной деформации, инструменты для этого предназначенные должны иметь высокими показателями по твёрдости. При горячей деформации используются инструменты, обладающие высокими показателями по жароустойчивости, что позволяет применять их многократно без опасности перегрева.

Как следует из названия, такие инструментальные стали используются для изготовления инструментов, предназначенных для резки на высоких скоростях. Они должны обладать высокими показателями по прочности и жаростойкости, что позволяет осуществлять резку и снятие стружки без негативных последствий для инструмента. Быстрорежущие инструментальные стали изготавливаются по ГОСТ 19265-73, примером могут служить стали марок Р6М5 или Р18.

Такие стали, в отличие от углеродистых или легированных, способны производить резание на больших скоростях в сочетании со значительным нагреванием. Для создания таких марок стали используются добавки в виде молибдена, ванадия, вольфрама и других карбидообразующих элементов. Для придания дополнительной прочности и жаропрочности быстрорежущим инструментальным сталям производится термообработка и закалка при высоких температурах – до 1300 °С, сопровождающаяся отпуском, который вызывает дисперсионное твердение.