Инструментальная сталь

Инструментальная сталь – это легированная или углеродистая сталь, предназначенная для изготовления режущих и измерительных инструментов, штампов холодного и горячего деформирования, деталей машин, ручных режущих инструментов и т.д.

Стали и сплавы для режущего инструмента должны обладать следующими свойствами:

• высокой прочностью, т.к. в процессе резания инструменты испытывают большие усилия;
• высокой твердостью, потому что процесс резания можно осуществить только в том случае, если твердость материала инструмента значительно выше твердости обрабатываемого материала;
• высокой износостойкостью, стойкость инструмента зависит от степени истирания режущих кромок;
• высокой теплостойкостью, т.к. в процессе резания выделяется большое количество тепла, часть которого идет на нагрев режущих кромок инструмента.

По теплостойкости различают три группы инструментальных сталей для режущего инструмента:

• средней теплоустойчивости с высоким показателем ударной вязкости;
• повышенной теплоустойчивости с высокой ударной вязкостью;
• высокой теплоустойчивости.

Существует шесть групп инструментальных сталей: водостойкие; для холодной обработки; ударопрочные; высокоскоростные; для горячей обработки; специального назначения.

По назначению инструментальные стали делятся на стали для: режущего инструмента; штампового инструмента; измерительного инструмента.

По химическому составу инструментальные стали подразделяются на: углеродистые (качественные и высококачественные); легированные (низколегированные и высоколегированные).

Достоинство углеродистых инструментальных сталей состоит, в основном, в их малой стоимости и достаточно высокой твёрдости по сравнению с другими инструментальными сталями.

Отличительные особенности инструментальной стали:

• твердость инструментальной стали 60–65 единиц по шкале Роквелла;
• добавочная прочность (непостоянное сопротивление на разрыв выше 900 МПа.);
• сопротивляемость абразивному износу;
• увеличенная прокаливаемость – способность инструментальной стали при закалке приобретать мартенситную структуру;
• красностойкость – способность стали сохранять при красном калении повышенную прочность и износостойкость.

Согласно ГОСТам, предусмотрена следующая классификация инструментальных сталей:

• Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-99) с маркировкой У7, У8 … У12. Цифра обозначает количество углерода в сплаве. Размерность берут в сотых долях процента. К группе качественных сталей относятся марки стали без буквы А (в конце маркировки), к группе высококачественных сталей, с пониженным содержанием серы и фосфора, а также вредных примесей других элементов — марки стали с добавлением литеры «А». (У7А и т. д.).
• Легированные инструментальные стали (ГОСТ 5950-2000) обозначаются литерой «Х». По характеру легирования, свойствам и областям применения эти стали можно разделить на две группы: небольшой прокаливаемости (7ХФ, 8ХФ, 9ХФ, 11ХФ, 13Х, ХВ4, ХВ5) и повышенной прокаливаемости (9Х, X, 9ХС, ХГС, 12X1, 9ХВГ, ХВГ, ХВСГ).Первая цифра в маркировке обозначает сотую долю процента карбидов в сплаве. Если цифры нет, то процент карбида составляет 1 %. Литеры указывают на наличие в сплаве легирующих веществ.
• Быстрорежущие инструментальные стали (ГОСТ 19265-73) обозначают литерой «Р». Первая цифра в маркировке указывает на процентное содержание в ней такого элемента как вольфрам, который во многом и определяет основные свойства данного материала. Кроме вольфрама быстрорежущая сталь содержит в своем составе ванадий, молибден и кобальт, которые в маркировке обозначаются, соответственно буквами Ф, М и К. После каждой из такой буквы в маркировке стоит цифра, указывающая на процентное содержание соответствующего элемента в химическом составе стали.
• Штампованные инструментальные стали (ГОСТ 1265-74). Маркируются аналогично легированным сталям. По характеру применения они бывают штампованными сталями холодной и горячей деформации.

Свойства и отличительные характеристики легированной инструментальной стали зависят от дополнительных компонентов, входящих в состав сплава:

• вольфрам обеспечивает теплостойкость, придает высокую твердость материалу;
• хром повышает коррозионную устойчивость, плотность, снижает пластичность;
• кобальт усиливает жаропрочность и вязкость стали;
• никель повышает прочность и пластичность;
• молибден также повышает прочность, упругость, стойкость к повышенным температурам;
• ванадий повышает прочность, твердость, износостойкость.

В сплав может входить не один, а несколько дополнительных компонентов. Поэтому можно получить материал, который будет соответствовать нужным заданным характеристикам.