Инструментальная сталь - Tool steel

Под инструментальной сталью понимается ряд углеродистых и легированных сталей , которые особенно хорошо подходят для изготовления инструментов . Их пригодность обусловлена ​​их отличительной твердостью , устойчивостью к истиранию и деформации, а также их способностью удерживать режущую кромку при повышенных температурах. В результате инструментальные стали подходят для использования при формовании других материалов. Инструментальные стали с содержанием углерода от 0,5% до 1,5% производятся в тщательно контролируемых условиях для обеспечения требуемого качества. Наличие карбидов в их матрице играет доминирующую роль в качестве инструментальной стали. Четыре основных легирующих элемента, образующих карбиды в инструментальной стали: вольфрам , хром , ванадий и молибден . Скорость растворения различных карбидов в аустенитной форме чугуна определяет высокотемпературные характеристики стали (чем медленнее, тем лучше, что делает сталь жаропрочной). Правильная термообработка этих сталей важна для обеспечения надлежащих рабочих характеристик. Содержание марганца часто поддерживается низким, чтобы свести к минимуму возможность растрескивания во время закалки в воде .

Различают шесть групп инструментальных сталей: водоотверждаемые, холоднодеформированные, ударопрочные, быстрорежущие, жаростойкие и специального назначения. Выбор группы зависит от стоимости, рабочей температуры, требуемой твердости поверхности, прочности, ударопрочности и требований к вязкости. Чем тяжелее условия эксплуатации (более высокая температура, абразивность, коррозионная активность, нагрузка), тем выше содержание сплава и, как следствие, количество карбидов, необходимых для инструментальной стали.

Инструментальные стали используются для резки, прессования, экструзии и чеканки металлов и других материалов. Их использование в инструментах очень важно; Например, для литьевых форм требуются инструментальные стали из-за их устойчивости к истиранию - важный критерий долговечности пресс-формы, который позволяет выполнять сотни тысяч операций по формованию в течение всего срока службы.

В AISI - SAE марки инструментальной стали является наиболее распространенной шкалы , используемой для идентификации различных марок инструментальной стали. Отдельным сплавам в пределах марки присваивается номер; например: A2, O1 и т. д.

Группа водоотверждения

Инструментальная сталь группы W получила свое название из-за ее определяющего свойства - закалки в воде. Сталь марки W - это по сути высокоуглеродистая гладкоуглеродистая сталь . Эта группа инструментальных сталей является наиболее часто используемой инструментальной сталью из-за ее низкой стоимости по сравнению с другими. Они хорошо подходят для деталей и приложений, где не встречаются высокие температуры; выше 150 ° C (302 ° F) он начинает заметно смягчаться. Его закаливаемость низкая, поэтому инструментальные стали группы W необходимо подвергать быстрой закалке, требующей использования воды. Эти стали могут достигать высокой твердости (выше HRC 66) и довольно хрупки по сравнению с другими инструментальными сталями. W-образная сталь по-прежнему продается, особенно для пружин, но она гораздо менее широко используется, чем в 19-м и начале 20-го веков. Отчасти это связано с тем, что стали W-стали деформируются и растрескиваются во время закалки намного больше, чем стали, закаленные в масле или закаленные на воздухе.

Вязкость инструментальных сталей W-группы повышается за счет легирования марганцем, кремнием и молибденом. До 0,20% ванадия используется для сохранения мелких размеров зерен во время термообработки.

Типичные области применения различных углеродных составов для W-сталей:

  • Углерод 0,60–0,75%: детали машин, долота, установочные винты; Свойства включают среднюю твердость с хорошей прочностью и ударопрочностью.
  • 0,76–0,90% углерода: штампы, молоты и сани для ковки.
  • 0,91–1,10% углерода: инструменты общего назначения, требующие хорошего баланса износостойкости и прочности, такие как рашпили, сверла, фрезы и режущие лезвия.
  • 1,11–1,30% углерода: напильники, небольшие сверла, токарные инструменты, бритвенные лезвия и другие легкие области применения, где требуется повышенная износостойкость без большой прочности. Сталь с содержанием углерода около 0,8% становится такой же твердой, как сталь с большим содержанием углерода, но частицы свободного карбида железа в 1% или 1,25% углеродистой стали позволяют ей лучше удерживать кромку. Однако тонкий край, вероятно, ржавеет быстрее, чем стирается, если он используется для резки кислых или соленых материалов.

Группа холодных работ

Инструментальные стали для холодной обработки включают серию O (закалка в масле), серию A (закалка на воздухе) и серию D (высокоуглеродисто-хромистую сталь). Это стали, используемые для резки или формовки материалов, работающих при низких температурах. Эта группа обладает высокой прокаливаемостью и износостойкостью, а также средней вязкостью и стойкостью к размягчению при нагревании. Они используются при производстве более крупных деталей или деталей, требующих минимальной деформации при закалке. Использование закалки в масле и закалки на воздухе помогает уменьшить деформацию, избегая более высоких напряжений, вызванных более быстрой закалкой в ​​воде. В этих сталях используется больше легирующих элементов по сравнению с классом водоупрочнения. Эти сплавы повышают закаливаемость сталей и, следовательно, требуют менее строгого процесса закалки и, как следствие, менее склонны к растрескиванию. Они обладают высокой твердостью поверхности и часто используются для изготовления лезвий ножей. Обрабатываемость масел-закаленных марок высока, а для высокоуглеродистых хромовых - низкая.

Закалка в масле: серия O

Эта серия включает тип O1, тип O2, тип O6 и тип O7. Все стали этой группы обычно подвергаются закалке при 800 ° C, закалке в масле, а затем отпуску при температуре <200 ° C.

Оценка Состав Примечания
O1 0,90% C , 1,0–1,4% Mn , 0,50% Cr , 0,50% W , 0,30% Si , 0,20% V Это сталь для холодной обработки, используемая для калибров, режущих инструментов, деревообрабатывающих инструментов и ножей. Его можно закалить до 66 HRC , обычно используется при Rc61-63. Ванадий не является обязательным. Также продается как Arne, SKS3, 1.2510 и 100MnCrW4.
O2 0,90% C , 1,5–2,0% Mn , 0,30% Cr , 0,30% Si , 0,15% V Это сталь для холодной обработки, используемая для калибров, режущих инструментов, деревообрабатывающих инструментов и ножей. Его можно закалить до 66 HRC , обычно используется при Rc61-63. Также продается как 1.2842 и 90MnCrV8.
O6 1,45% C , 1,0% Mn , 1,0% Si , 0,3% Mo Это закаленная в масле графитовая инструментальная сталь холодной обработки, обладающая исключительной стойкостью к износу при скольжении и истиранию металла по металлу. ПРИМЕНЕНИЕ: резьбовые калибры, контрольные калибры, кулачки, втулки, втулки, плиты гранулятора мяса, оправки, формовочные валки, ножи для резки, пуансоны, матрицы, направляющие подачи прутка.

Закалка на воздухе: серия А

Первой инструментальной сталью с закалкой на воздухе была сталь Mushet , которая в то время была известна как сталь с закалкой на воздухе .

Современные закаленные на воздухе стали характеризуются низким уровнем деформации при термообработке из-за высокого содержания хрома. Их обрабатываемость хорошая, и они обладают балансом износостойкости и вязкости (т.е. между классами D и ударопрочностью).

Оценка Состав Примечания
A2 1,0% C , 1,0% Mn , 5,0% Cr , 0,3% Ni , 1,0% Mo , 0,15–0,50% V Обычная инструментальная сталь общего назначения; это наиболее часто используемая разновидность закаленной на воздухе стали. Он обычно используется для вырубки и штамповки штампов, обрезных штампов, штампов для накатки резьбы и штампов для литья под давлением.
A3 1,25% C, 0,5% Mn, 5,0% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo, 0,8–1,4% V
A4 1,0% C, 2,0% Mn, 1,0% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo
A6 0,7% C, 1,8–2,5% Mn, 0,9–1,2% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo Этот тип инструментальной стали затвердевает на воздухе при относительно низкой температуре (примерно такой же, как и сталь закалки в масле) и имеет стабильную форму. Поэтому он обычно используется для штампов, формовочных инструментов и датчиков, которые не требуют особой износостойкости, но требуют высокой стабильности.
A7 2,00–2,85% C, 0,8% Mn, 5,00–5,75% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo, 3,9–5,15% V, 0,5–1,5 Вт
A8 0,5–0,6% C, 0,5% Mn, 4,75–5,50% Cr, 0,3% Ni, 1,15–1,65% Mo, 1,0–1,5 Вт
A9 0,5% C, 0,5% Mn, 0,95–1,15% Si , 4,75–5,00% Cr, 1,25–1,75% Ni, 1,3–1,8% Mo, 0,8–1,4% V
A10 1,25–1,50% C, 1,6–2,1% Mn, 1,0–1,5% Si, 1,55–2,05% Ni, 1,25–1,75% Mo Этот сорт содержит равномерное распределение частиц графита для повышения обрабатываемости и обеспечения самосмазывающихся свойств. Он обычно используется для калибров, оправок, ножниц и пуансонов.

Высокоуглеродисто-хромовый: серия D

Серия D из класса инструментальных сталей для холодной обработки, в который изначально входили типы D2, D3, D6 и D7, содержит от 10% до 13% хрома (что является необычно высоким). Эти стали сохраняют свою твердость до температуры 425 ° C (797 ° F). Обычно эти инструментальные стали применяются в штампах для ковки, штамповочных пресс-формах для литья под давлением и штампах для волочения. Из-за высокого содержания хрома некоторые инструментальные стали D-типа часто считаются нержавеющими или полу-нержавеющими, однако их коррозионная стойкость очень ограничена из-за выделения большинства хромовых и углеродных составляющих в виде карбидов.

Оценка Состав Примечания
D2 1,5% С , 11,0–13,0% Cr ; дополнительно 0,45% Mn , 0,030% P , 0,030% S , 1,0% V , 0,9% Mo , 0,30% Si D2 очень износостойкий, но не такой прочный, как низколегированные стали. Механические свойства D2 очень чувствительны к термообработке. Широко используется для производства ножниц, строгальных ножей и промышленных режущих инструментов; иногда используется для лезвий ножей.

Ударопрочная группа

Высокая ударопрочность и хорошая прокаливаемость обеспечивают легирование хромом-вольфрамом, кремнием-молибденом, кремнием-марганцем. Инструментальные стали ударопрочной группы (S) предназначены для устойчивости к ударам как при низких, так и при высоких температурах. Для получения необходимой ударной вязкости требуется низкое содержание углерода (примерно 0,5% углерода). Сплавы, образующие карбид, обеспечивают необходимую стойкость к истиранию, закаливаемость и жаропрочность. Это семейство сталей демонстрирует очень высокую ударную вязкость и относительно низкую стойкость к истиранию, а также может достигать относительно высокой твердости ( HRC 58/60). В США ударная вязкость обычно определяется содержанием кремния от 1 до 2% и молибдена 0,5–1%. В Европе ударные стали часто содержат 0,5–0,6% углерода и около 3% никеля. Никель в диапазоне от 1,75% до 2,75% все еще используется в некоторых ударопрочных и высокопрочных низколегированных сталях (HSLA), таких как L6, 4340 и шведская пильная сталь, но это относительно дорого. Пример его использования - производство бит отбойных молотков .

Скоростная группа

Горячая рабочая группа

Стали для горячей обработки - это группа сталей, используемых для резки или формовки материала при высоких температурах. Инструментальные стали H-группы были разработаны для обеспечения прочности и твердости при длительном воздействии повышенных температур. Эти инструментальные стали являются низкоуглеродистыми, средне- и высоколегированными, что обеспечивает хорошую жаропрочность и вязкость, а также хорошую износостойкость благодаря значительному количеству карбида. От H1 до H19 основаны на содержании хрома 5%; От H20 ​​до H39 основаны на содержании вольфрама 9–18% и содержании хрома 3–4%; От H40 до H59 на основе молибдена.

Примеры включают инструментальную сталь DIN 1.2344 (H13).

Специальная группа

  • Инструментальная сталь P-типа - это сокращение от стали для формования пластиков. Они разработаны с учетом требований, предъявляемых к штампам для литья под давлениемцинкаи пластмасс для литья под давлением.
  • Инструментальная сталь L-типа - это сокращение от низколегированной инструментальной стали специального назначения. L6 чрезвычайно крутой.
  • Инструментальная сталь F-типа закалена в воде и значительно более износостойка, чем инструментальная сталь W-типа.

Сравнение

Марки инструментальной стали AISI-SAE
Определение собственности Класс AISI-SAE Значимые характеристики
Закалка в воде W
Холодная обработка О Отверждение в масле
А Закалка на воздухе; средний сплав
D Высокоуглеродистый; высокое содержание хрома
Устойчивость к ударам S
Высокоскоростной Т Вольфрамовая основа
M Молибденовая основа
Горячая обработка ЧАС H1 – H19: основа хрома
H20 – H39: основа вольфрама
H40 – H59: основа молибдена
Пластиковая форма п
Специального назначения L Низколегированный
F Углеродно-вольфрамовый

Смотрите также

использованная литература

Библиография

внешние ссылки