Інструментальні сталі - Енциклопедія Сучасної України
Beta-версія
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 вироб-ва 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. вироб-во І. с. Р18 в Україні освоєно на поч. 1930-х рр. на з-ді «Дніпроспецсталь» (Запоріжжя). Знач. внесок у вивчення та створення нових марок І. с. зробили співробітники ін-ту «УкрНДІспецсталь» (Запоріжжя) та Ін-ту проблем матеріалознавства НАНУ (Київ) під кер-вом 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 в’язкість αн 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 об’єм. деформуванні; високоміцні сталі з підвищеною удар. в’язкістю (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 в’язкості (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 в’язкість у великих перерізах (до 800 мм), застосовуються у якості матеріалу для молот. штампів; сталі підвищеної теплостійкості й в’язкості (4Х5МФС, 4Х4ВМФС), що вирізняються підвищеним (порівняно зі сталями помір. теплостійкості та підвищеної в’язкості) 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 σз 2500–3200 МПа, ударну в’язкість αн 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

Стаття оновлена: 2011