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 в’язкість 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 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 σ_з 2500–3200 МПа, ударну в’язкість 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

Рекомендована література

1. Позняк Л. А. Штамповые стали для холодного деформирования. Москва, 1966;
   Google ScholarInternet
2. Геллер Ю. А. Инструментальные стали. Москва, 1981;
   Google ScholarInternet
3. Позняк Л. А. Инструментальные стали. К., 1996.
   Google ScholarInternet

завантажити статтю