Інструментальні сталі

ІНСТРУМЕНТА́ЛЬНІ СТА́ЛІ  — сталі, які після від­повід­ного термічного обробле­н­ня забезпечують високі показники твердості, міцності, зносо- та тепло­стійкості. Маючи високі служб. характеристики, вони посідають чільне місце серед ін. інструментал. матеріалів. У більшості роз­вин. країн обсяг виробництва сталевих різал. інструментів складає 40–70 %, штамп. і слюсарно-монтаж. — 80–95 %.

До поч. 20 ст. єдиним матеріалом для виготовле­н­ня металорізал. інструментів були вуглец. І. с. Однак через низьку тепло- та зносо­стійкість обробле­н­ня сталей і чавуну інструментами з цих сталей виконували при низьких швидкостях різа­н­ня. 1910 на Всесвіт. пром. ви­ставці у Брюс­селі вперше продемонстровано металорізал. інструменти з високолег. І. с. Р18, яка вміщує 18 % вольфраму (W), 4 % хрому (Cr), 1 % ванадію (V) та 0,8 % вуглецю (C). Інструменти, виготовлені з неї, давали можливість під­вищити продуктивність різа­н­ня в 3 рази. Вона отримала назву швидкорізал. сталі. Пром. виробництво І. с. Р18 в Україні освоєно на поч. 1930-х рр. на заводі «Дні­проспец­сталь» (Запоріж­жя). Знач. внесок у ви­вче­н­ня та створе­н­ня нових марок І. с. зробили спів­робітники ін­ституту «УкрНДІспец­сталь» (Запоріж­жя) та Ін­ституту про­блем матеріало­знавства НАНУ (Київ) під керівництвом вчених Л. Позняка, Ю. Скринченка, С. Тишаєва.

Вуглец. І. с. із вмістом С від 0,7 % (В7) до 1,3 % (В13) можуть забезпечувати поверх­неву твердість HRC 60–65, нині їх використовують для деяких типів різал., штамп., а також вимір. інструментів. Низьколег. І. с. (7ХФ, 13Х, 9ХС) поділяють на сталі не­глибокої та глибокої прогартованості. Завдяки легуван­ню Cr, W, V вони мають вищу зносо- і тепло­стійкість порівняно з вуглецевими. Низьколег. І. с. за­стосовують як матеріал для холод. та гарячої різки, мітчиків, плашок, роз­горток, протяжок. Сталі для удар. інструментів (4ХС, 5ХВ2С, 6ХВГ) при­значені для виготовле­н­ня холодновисаджувал., карбувал., вируб. і обрізних штампів, штампів для холод. та гарячого руба­н­ня листів товщиною до 4 мм. Після терміч. обробле­н­ня сталі цієї групи забезпечують твердість HRC 45–58 й ударну вʼязкість α_н 30–40 Дж/см². Штамп. сталі для холод. деформува­н­ня працюють в умовах високих питомих тисків 2200–2500 МПа, у широкому діапазоні швидкостей деформува­н­ня 0,1–1,5 м/сек. і забезпечують ви­значений рівень тепло­стійкості, що об­умовлюється т-рою їх екс­плуатації. Ці сталі поділяють на 3 під­групи: сталі під­вищеної зносо­стійкості (Х12, Х12М, Х12Ф4М), що вміщують 12–24 % карбідів, забезпечують твердість HRC 58–62 та тепло­стійкість до 500 °С; вторин­но-тверднучі сталі (8Х4В2С2МФ, 11Х4В2С2Ф3М), що мають у своєму складі до 5-ти карбідо­утворюючих елементів й використовуються для виготовле­н­ня важконавантажених пуансонів і матриць при холод. й напів­гарячому обʼєм. деформуван­ні; високоміцні сталі з під­вищеною удар. вʼязкістю (7ХГ2ВМ, 6Х6В3МС) при­значені для виготовле­н­ня інструментів склад. форми, що працюють в умовах знач. динаміч. навантажень. Серед штамп. сталей для гарячого деформува­н­ня ви­окремлюють: сталі помір. тепло­стійкості та під­вищеної вʼязкості (5ХНМ, 4ХМФС), що мають обмежений вміст карбідо­утворюючих елементів (Cr — 2 %, Mo або W — 1 %, V — 1,5 %), для під­вище­н­ня їх прогартовува­н­ня легують Ni та Mn у межах 1,5–2,5 %, вони забезпечують під­вищену вʼязкість у великих пере­різах (до 800 мм), за­стосовуються у якості матеріалу для молот. штампів; сталі під­вищеної тепло­стійкості й вʼязкості (4Х5МФС, 4Х4ВМФС), що вирізняються під­вищеним (порівняно зі сталями помір. тепло­стійкості та під­вищеної вʼязкості) вмістом карбідо­утворюючих елементів при 0,3–0,4 % С, завдяки чому збільшується тепло­стійкість до 660 °C і міцність при під­вищених т-рах; сталі високої тепло­стійкості з карбід. (5Х3В3МФС, 4Х2В5МФ) і комплекс. карбідно-інтерметалід. (2Х6В8М2К8, 3Х10В7М2К5; використовують тоді, коли ро­зі­грів робочих поверхонь штампів досягає 700 °C) зміцне­н­нями. Зі швидкорізал. сталей виготовляють різал. інструменти, якими працюють при знач. силовому навантажен­ні та ро­зі­гріван­ні кромок, а також окремі важконавантажені штампи холод. й гарячого деформува­н­ня. Внаслідок виділе­н­ня зміцнюючих фаз після терміч. обробле­н­ня вони набувають високої твердості, міцності, тепло- та зносо­стійкості. Для більшості швидкорізал. сталей зміцнюючими фазами є складні карбіди W, Mo, V і Cr, які створюють карбідне зміцне­н­ня, а для окремих з них — інтерметаліди, які від­повід­но забезпечують інтерметалідне зміцне­н­ня. За осн. властивостями виділяють швидкорізал. сталі помір. тепло­стійкості (Р18, Р6М5), що використовують для виготовле­н­ня інструментів для обробле­н­ня сталей з міцністю не більше 900 МПа; швидкорізал. сталі під­вищеної зносо­стійкості (Р12Ф3, Р6М5Ф3), що мають міцність на згина­н­ня σ_з 2500–3200 МПа, ударну вʼязкість α_н 15–20 Дж/см², твердість HRC 64–66, тепло­стійкість 625–630 °C; швидкорізал. сталі під­вищеної тепло­стійкості (Р6М5К5, Р18Ф2К5, Р9К10), що характеризуються високим опором стиснен­ню при під­вищених т-рах, їх тепло­стійкість до 640 °C; швидкорізал. сталі високої зносо- та тепло­стійкості (Р12Ф5К5, Р10М4Ф3К10), що використовують як різал. інструменти для обробле­н­ня високоміц., нержавіючих і жароміц. сталей, на які не впливають значні ударні навантаже­н­ня, їх тепло­стійкість 640 °С; швидкорізал. сталі високої вторин. твердості з покращеною шліфувальністю (Р6М5Ф2К8, Р9М4К8), що при­значені для виготовле­н­ня різал. інструментів для обробле­н­ня високоміц. сталей (HRC 45), нержавіючих та жароміц. сталей, мають твердість HRC 68–70 та тепло­стійкість 635–640 °C.

Літ.: Позняк Л. А. Штамповые стали для холодного деформирования. Москва, 1966; Гел­лер Ю. А. Инструментальные стали. Москва, 1981; Позняк Л. А. Инструментальные стали. К., 1996.

К. О. Гогаєв

Завантажити статтю