Алфавитный указатель | А | Б | В | Г | Д | Е | Ж | З | И | К | Л | М | Н | О | П | Р | С | Т | У | Ф | Х | Ц | Ч | Ш | Щ | Э | Ю | Я

Легированная инструментальная сталь

Сплав железа с углеродом, содержащий повышенную (по сравнению с углеродистой инструментальной сталью) концентрацию кремния или марганца, или содержащий один или несколько легирующих элементов (хром, никель, вольфрам, ванадий, кобальт, молибден).

Легированная инструментальная сталь идет для изготовления самых разнообразных инструментов, оснастки и приспособлений. Их классификация значительно шире и сложнее, чем для углеродистых сталей. Здесь необходимо учитывать не только назначение и степень легирования и такие свойства, как теплостойкость, твердость, ударную вязкость, прокаливаемость, сопротивление пластической деформации, износостойкость, способ упрочнения и ряд других свойств.

По назначению легированные инструментальные стали можно разделить на три группы:
  1. Нетеплостойкие стали высокой твердости и небольшой прокаливаемости; Сюда относятся низколегированные стали с суммарным количеством легирующих элементов не более 2 %. Представителями таких сталей являются марки 13Х, 11ХФ, 9ХФ. Хром в эти стали вводят для повышения закаливаемости и твёрдости; совместное присутствие хрома и ванадия обеспечивает снижение чувствительности к перегреву. Применяют такие стали преимущественно для изготовления ручных метчиков, пил по дереву, напильников, ножей для стрижки и бритв.
  2. Нетеплостойкие стали высокой твердости, небольшой прокаливаемости, легированные вольфрамом; Представителями этой группы сталей являются марки В2Ф и ХВ4. Это заэвтектоидные стали с суммарной концентрацией легирующих элементов от двух до пяти процентов, но с пониженной концентрацией марганца. Уменьшение количества марганца способствует уменьшению количества остаточного аустенита, что, в свою очередь, приводит к увеличению твердости до HRC 70 (для стали ХВ4). Сталь В2Ф применяется преимущественно для изготовления ножовочных полотен, а сталь ХВ4 - чистового резания твердых материалов (например, отбеленного чугуна).
  3. Стали нетеплостойкие, повышенной прокаливаемости; Сюда относятся стали ХВСГ и ХВГ (сложнолегированные), а также 9ХС (хромокремнистая). Суммарная концентрация легирующих элементов в этих сталях составляет 4-5 %. Сталь ХВСГ рекомендуют для изготовления круглых плашек, крупных протяжек и зенкеров, предназначенных для обработки сравнительно мягких материалов. Прокаливаемость этой стали может доходить до 90-100 мм. Сталь ХВГ имеет несколько меньшую прокаливаемость (70-80 мм) и менее устойчива против отпуска. Серьезным недостатком этой стали является значительное колебание прокаливаемости от плавки к плавке. Поэтому
  4. фактическая прокаливаемость для этой стали берется в пределах 30-40 мм. Сталь ХВГ рекомендуют использовать для изготовления протяжек, разверток, длинных метчиков, для деревообрабатывающих инструментов и ножей для бумажной промышленности. Сталь 9ХС обладает рядом преимуществ:
    • благодаря уменьшенному количеству углерода, в ней более равномерно распределяются карбиды, чем у стали ХВСГ;
    • сталь менее чувствительна к перегреву;
    • в ней меньше остаточного аустенита.
    В закаленном состоянии твердость стали 9ХС должна быть не ниже HRC 61-62. Концентрация кремния, с одной стороны, должна быть не ниже 1 %, т.к. с уменьшением кремния ухудшаются некоторые технологические свойства. С другой стороны, с увеличением количества кремния в стали усиливается ее склонность к обезуглероживанию. Сталь 9ХС рекомендуется для изготовления сверл, разверток, метчиков, плашек, гребенок, фрез и для деревообрабатывающего инструмента.
К этой группе относятся стали Р18, Р12 и Р9. Все они относятся к сталям карбидного класса. Основной карбид у них - М6С. При этом с увеличением концентрации вольфрама до 13 % увеличивается количество карбидов М6С, что приводит к повышению устойчивости стали против перегрева. Однако с повышением количества вольфрама свыше 13 % увеличивается количество карбидов состава МС.

Сталь Р18

Сталь Р18 характеризуется малой чувствительностью к перегреву при закалке, и хорошей стабильностью свойств разных плавок, и хорошей шлифуемостью. Последнее качество связано с тем, что в этой стали содержится минимальное количество ванадия в сравнении с другими марками этой группы. Оно не превышает 1,2 %. Вследствие содержания большего количества карбидов эта сталь характеризуется более высоким сопротивлением пластической деформации. Тем не менее из-за высокого содержания вольфрама в этой стали наблюдаются крупные зерна карбидов, что снижает ее режущие свойства, особенно в инструментах с тонкой кромкой, и пластичность при температурах ковки. Это, в свою очередь, затрудняет производство инструмента методом обработки давлением. Лучше всего эту сталь использовать для изготовления резцов и фрез, подвергающихся значительному шлифованию.

Сталь Р12

Сталь Р12 по многим своим показателям является хорошим заменителем стали Р18. Если в стали Р18 количество карбидов состава МС не превышает 2-3 % от общего количества карбидной фазы, то для стали Р12 количество таких карбидов доходит до 8 %. Кроме этого, в структуре стали Р12 находится больше ванадия в твердом растворе, что позволяет повысить концентрацию этого элемента до 1,7 % без заметного ухудшения шлифуемости, немного повысить теплостойкость и повысить пластичность при температурах ковки на 10-15 % выше, чем у стали Р18. Сталь Р12 рекомендуют использовать для изготовления фрез, протяжек, долбяков, шеверов, метчиков, разверток и т.п., предназначенных для обработки деталей из конструкционных сталей.

Сталь Р9

Сталь Р9 характеризуется тем, что в ее структуре находится до 15 % карбидов МС. Такая сталь малочувствительна к перегреву, но у нее заметно ухудшена шлифуемость. Это выражается образованием местных прижогов в процессе шлифования. Вместе с тем у стали Р9 имеются и некоторые достоинства. Главное из них - более низкая температура нагрева под закалку, что приводит к упрощению самого процесса закалки и обеспечивает возможность закалки с индукционного нагрева. СтальР9 рекомендуют использовать для изготовления режущих инструментов простой формы, предназначенных для чистовой и получистовой обработки и не требующих большого объема шлифования. Это преимущественно сверла, изготавливаемые методами пластической деформации, и деревообрабатывающий инструмент.

Вольфрам и молибден являются химическими аналогами. На основании многочисленных исследований было установлено, что при дополнительном легировании быстрорежущих вольфрамовых сталей должно соблюдаться соотношение Мо : W = 1 : 1,4/1,5 или суммарное количество этих элементов должно составлять
S(W + 1,4/1,5Mo) ≈ 12 %.
Таким образом, в вольфрамомолибденовых быстрорежущих сталях концентрация вольфрама должна быть не ниже 6 %, а концентрация молибдена - не более 5 %.

Представителями этой группы сталей являются стали марок Р6М3, Р6М5 и Р8М3.

Сталь Р6М3

В этой марке стали суммарная концентрация вольфрама и молибдена S(W + 1,4 /1,5 Mo) составляет 10,5-11,5 %, что несколько меньше оптимальной величины (12 %). Поэтому для сохранения требуемой теплостойкости эту сталь легируют повышенным количеством ванадия (2,2 %). У остальных марок сталей этой группы концентрация ванадия составляет 1,9-2,0 %. Это приводит к повышению концентрации карбидов состава МС до 20 % и к ухудшению шлифуемости. Кроме этого сталь Р6М3 характеризуется пониженной концентрацией хрома (3,3 %), что несколько ухудшает ее закаливаемость. У нее повышена чувствительность отдельных плавок к росту зерна при нагреве под закалку и для горячей пластической деформации.

Используют сталь Р6М3 для изготовления катаных сверл, а также для чистовых и получистовых зенкеров и дисковых фрез небольших размеров при обработке конструкционных сталей с пределом прочности не более 900 МПа.

Сталь Р6М5

Сталь Р6М5 по некоторым своим свойствам превосходит стали Р18 и Р12. У нее меньше размеры карбидных частиц, что приводит к повышению прочности и вязкости. Однако, начиная с температуры 580 °С и выше, прочность стали Р6М5 снижается более интенсивно, чем стали Р18. Сталь Р6М5 обладает хорошей шлифуемостью, но у нее повышена чувствительность к обезуглероживанию. Для этой стали, также как и для стали Р6М3, характерна нестабильность свойств от плавки к плавке. Для повышения стабильности свойств стараются уменьшить концентрацию углерода до 0,8 % (в стали Р6М3 она составляет 0,9 %). Сталь Р6М5 идет для производства режущих инструментов всех видов, используемых при обработке углеродистых и среднелегированных конструкционных сталей при обычных скоростях резания. Кроме этого, из этих сталей рекомендуют изготавливать зуборезные и резьбонарезные инструменты для обработки нержавеющих сталей.

Сталь Р8М3

Сталь Р8М3 по прочности и вязкости похожа на Р6М5, но из-за большего содержания вольфрама несколько превосходит ее по теплостойкости и по устойчивости против перегрева. Кроме этого у стали Р8М3 лучше шлифуемость, чем у Р6М5 и Р18 и она менее чувствительна к обезуглероживанию. Вследствие увеличения концентрации вольфрама, она характеризуется более высокой стабильностью свойств после закалки.

Сталь Р8М3 рекомендуют для тех же назначений, что и сталь Р6М5, но при условиях, когда невозможно установить точного контроля за температурой нагрева и обеспечения надежной защиты от обезуглероживания.

В вольфрамомолибденовых быстрорежущих сталях умеренной теплостойкости концентрация углерода не превышает 0,9 %. При концентрации углерода 1 % увеличивается количество карбидов состава М6С и М23С6. В таких сталях при нагреве под закалку образуется аустенит с большей концентрацией углерода, что приводит к повышению твердости после закалки и отпуска до HRC 65-66, а теплостойкости до 625-630 °С.

Дальнейшее увеличение концентрации углерода свыше 1 % приводит к увеличению количества карбидов состава М3С, вследствие чего снижается теплостойкость, прочность и вязкость, а увеличение карбидов состава МС приводит к ухудшению шлифуемости.

На сегодняшний день среди сталей указанной группы наибольшее распространение получили стали 10Р8М3 и 10 Р6М5. Они незначительно уступают по шлифуемости стали Р12. При этом сталь 10Р8М3 оказывается более устойчивой с позиции технологических свойств, чем стали марок 10Р6М5, Р8М3 и Р6М5.

Стали 10Р8М3 и 10Р6М5 рекомендуют использовать для изготовления фасонных резцов и резцовых головок, сверл для сверления материалов повышенной твердости, машинных метчиков и разверток, зенкеров для обработки мягких материалов. Кроме этого из этих сталей рекомендуют изготавливать деревообрабатывающие инструменты, такие как строгальные, предназначенные для обработки древесины твердых пород.

В сталях умеренной теплостойкости концентрация ванадия не превышает 2,2 %. В таких сталях присутствует карбид V23C6, который не способен повысить теплостойкость и износостойкость. При концентрации ванадия 3 % и вольфрама 12-13 % основным карбидом является V6C, что позволяет повысить теплостойкость до 630 °С при твёрдости HRC 65-66. Представителями таких сталей являются стали марок Р12Ф3, Р14Ф4 и Р2М3Ф8.

Сталь Р12Ф3

Сталь Р12Ф3 рекомендуют использовать для изготовления фасонных резцов и резцовых головок, для сверления труднообрабатываемых сплавов с твердостью НВ 260-280, протяжек диаметром до 100 мм, машинных разверток, а также для изготовления строгальных ножей, предназначенных для обработки древесины твердых пород.

Сталь Р14Ф4

Сталь Р14Ф4 из-за увеличенного количества углерода (1,25 %) и ванадия (3,7 %) содержит большее количество карбидной фазы, поэтому она уступает по прочности и вязкости стали Р12Ф3, в которой углерода 1 %, а ванадия 2,7 %. Уступает она и по ковкости, и шлифуемости.

Сталь Р2М3Ф8

Сталь Р2М3Ф8 используется для крупных инструментов с нешлифуемым профилем. Ее стойкость при резании материалов высокой твердости выше, чем у сталей Р18 и Р6М5.

Кобальт не является карбидообразующим элементом. Тем не менее теплостойкость кобальтовых быстрорежущих сталей доходит до 650 °С при вторичной твердости HRC 67-70. Это объясняется тем, что при введении в сталь кобальта увеличивается ее теплопроводность. Поэтому при одинаковых условиях резания температура режущей кромки кобальтовых сталей на 30-70 °С ниже, чем у других сталей.

Стойкость таких сталей в 2-4 раза выше, чем у сталей умеренной теплостойкости. Особенно это отмечается при обработке аустенитных жаропрочных и нержавеющих сталей, а также сталей повышенной твердости, имеющих твердость HRC 40-45 единиц.

Кобальт, повышая температуру начала α → γ превращения, увеличивает устойчивость твердого раствора в процессе его нагревания против разрушения. Особенно этот эффект наблюдается при содержании кобальта 5-6%.

Сталь Р12Ф4К5

За счет наличия в структуре этой стали карбидов состава МС она характеризуется повышенной износостойкостью. Однако ее шлифуемость по сравнению со сталью Р12Ф3 несколько хуже. Эту сталь рекомендуют использовать для изготовления отрезных резцов, сверл, зенкеров и разверток при обработке жаропрочных и нержавеющих сталей, работающих при умеренных динамических нагрузках. Теплостойкость стали Р12Ф5К5 составляет 640-645 °С при твердости HRC 66-67.

Сталь Р6М5К5

Теплостойкость этой стали составляет 630 °С при той же твердости, что и для стали Р12Ф4К5. Однако в структуре стали Р6М5К5 отсутствуют карбиды состава МС, что приводит к незначительному снижению твердости. Сталь Р6М5К5 имеет повышенную чувствительность к обезуглероживанию, но у нее хорошая шлифуемость и более высокие механические свойства, чем у стали Р12Ф4К5.

Сталь Р6М5К5 рекомендуют использовать при черновой обработке конструкционных сталей и чугунов.

Сталь Р6М5К8

Сталь Р6М5К8 за счет более высокой концентрации кобальта имеет и более высокую теплостойкость, составляющую 635 °С, но она уступает в прочности и вязкости стали Р6М5К5. Из стали Р6М5К8 рекомендуют изготавливать фрезы для обработки труднообрабатываемых сплавов.

Стали Р8М3К6С и Р9М4К8Ф

Стали Р8М3К6С и Р9М4К8Ф по свойствам близки друг к другу. Их рекомендуют для обработки аустенитных жаропрочных и нержавеющих сталей, а также улучшенных конструкционных сталей с твердостью HRC 35-45. При этом, для изготовления резцовых головок, фрез, зенкеров и метчиков используют стали, получающие после термообработки твердость ≈ HRC 67, а для резцов и разверток - HRC 68-69. Из этих сталей рекомендуют изготавливать сверла, но с укороченной рабочей частью. Сталь Р8М3К6С за счет меньшего содержания кобальта является более экономичной, чем Р9М4К8Ф.

Эти стали характеризуются рядом специфических особенностей:
  1. Все они низкоуглеродистые (концентрация углерода в них в интервале 0,1…0,25 %).
  2. У них повышенные температуры начала фазового перехода и находятся в интервале 900…950 °С, что на 100 градусов выше, чем к всех других сталей.
  3. Фазой-упрочнителем является интерметаллид Co7W6, который образуется при температуре выше 900 °С. Растворяясь при нагреве в γ-растворе, он частично сохраняется при температуре 1300 °С, задерживая рост зерна. Такой интерметаллид получил название ε-фазы.

При быстром охлаждении ε-фаза не выделяется, и при концентрации углерода менее 0,2 % из аустенита образуется мартенситоподобная фаза, обладающая твердостью до HRC 50. В процессе отпуска при температурах 500-550 °С происходит выделение дисперсных частиц ε-фазы, вследствие чего твердость увеличивается до HRC 70 и сохраняется до температур 650 °С. В результате того, что частицы ε-фазы более дисперсны и устойчивы против коагуляции, чем карбиды, повышается теплостойкость стали. Твердость в 60 единиц сохраняется при нагреве до 700-720 °С. Среди быстрорежущих сталей с интерметаллидным упрочнением наибольшее распространение получили марки: В11М7К23; В11М7К23Х и В14М7К25. Эти стали рекомендуют использовать для изготовления токарных и строгальных резцов, а также фрез, используемых при обработке материалов, обладающих плохой обрабатываемостью резанием (жаропрочные и нержавеющие стали аустенитного класса). Стойкость инструментов из быстрорежущих сталей с интерметаллидным упрочнением в 30-80 раз выше, чем у стали Р18, и в 8-15 раз выше, чем у твердого сплава ВК8.

Штамповые стали для инструментов холодного деформирования:

Стали этой группы должны обладать повышенным или высоким сопротивлением пластической деформации и высокой износостойкостью. По теплостойкости они могут быть нетеплостойкими, полутеплостойкими и теплостойкими (вплоть до быстрорежущих).

По назначению их можно разделить на четыре принципиальных группы:

  1. Стали для штампов объемной штамповки и для накатки;Стали этой группы дополнительно подразделяются:

    • на стали для штампов холодной высадки;

    • стали для штампов прессования;

    • стали для чеканочных штампов;

    • стали для ножей.

  2. Стали для штампов листовой штамповки; Стали этой группы подразделяются:

    • на стали для вытяжных штампов;

    • стали для вырубных и отрезных штампов;

    • стали для дыропробивных штампов.

  3. Стали для пневматических инструментов;

  4. Стали для слесарно-монтажных инструментов.

Нетеплостойкие стали высокой твердости, низколегированные

Представителем этой группы является сталь марки 11ХФ. Эта сталь относится к сталям небольшой прокаливаемости. Средняя концентрация углерода в ней составляет 1,1 %, хрома - 0,55 % и 0,2 % ванадия. Хром в присутствии ванадия повышает предел прочности при изгибе. Если в углеродистой стали при той же концентрации углерода эта величина составляет около 2200 МПа, то у стали 11ХФ она превышает 2400 МПа.

Эту сталь рекомендуют использовать для холодновысадочных штампов диаметром до 40 мм, работающих при небольших давлениях, и вытяжных штампов диаметром свыше 25 мм, работающих с небольшой скоростью.

Нетеплостойкие стали высокой твердости, повышенной прокаливаемости

Представителями этой группы являются стали марок Х и ХВСГ. После закалки и низкого отпуска они получают твердость до HRC 63-64. Эти стали рекомендуют для изготовления высадочных штампов диаметром свыше 40 мм (сталь Х) и крупных вытяжных штампов (сталь ХВСГ). Сталь ХВСГ имеет более однородное распределение карбидов, по сравнению со сталью марки Х. Вольфрам в ней способствует повышению устойчивости против перегрева в процессе закалки. Недостатком стали ХВСГ является повышенное количество аустенита (15-18 %), остающегося после закалки. С целью снижения количества остаточного аустенита в ее состав вводят до 0,15 % ванадия.

Сталь нетеплостойкая высокой твердости, высокой прокаливаемости

Представителями этой группы являются стали марок 7ХГНМ и 7ХГ2ВМ. Эти стали характеризуются высокой прокаливаемостью, закаливаемостью, минимальными объемными изменениями при закалке и минимальной карбидной неоднородностью. Изделия сечением до 100-120 мм после закалки на воздухе приобретают твердость HRC 59-60.

Из этих сталей рекомендуют изготавливать крупные высадочные штампы, работающие при небольших давлениях, накатные и резьбонакатные ролики для мягких металлов, не шлифуемых после закалки и отпуска, рифельные ножи толщиной 10-14 мм, вырубные и отрезные и пробивные штампы для мягких металлов.

Стали нетеплостойкие повышенной вязкости и повышенной прокаливаемости

Представителями этой группы являются стали 6Х3ФС, 6ХС, 6ХВ2С, 7Х3, 7ХФН.

Сталь 6Х3ФС

Сталь 6Х3ФС, благодаря хрому, ванадию и кремнию, после закалки и отпуска при температуре 180 °С сохраняет 9-10 % остаточного аустенита, который сохраняет устойчивость при низких температурах (до минус 60 °С), что обеспечивает сохранение высокой вязкости.

Эту сталь можно использовать для изготовления высадочных штампов, работающих при повышенных давлениях, накатных и резьбонакатных роликов для мягких металлов, чеканочных штампов для мягкиз цветных металлов, гибочных и рихтовочных штампов, работающих при ударных нагрузках, дыропробивных пуансонов, ножей для рубки и резки листов толщиной 2-3 мм, ударников для пневматических инструментов.

Стали 6ХС, 6ХВ2С и 7Х3

Стали 6ХС, 6ХВ2С и 7Х3 используются для тех же целей, что и 6Х3ФС, но вязкость их меньше, чем у стали 6Х3ФС. Это объясняется более высоким содержанием кремния ( в стали 6Х3ФС его 0,55 %, а в стали 6ХС - 0,8 %) и углерода ( в стали 6Х3ФС его 0,58 %, а в стали 7Х3 - 0,68 %). Сталь 7ХФНСталь 7ХФН приобретает высокую вязкость за счет ее легирования никелем. Ее можно использовать для изготовления гибочных и рихтовочных штампов, работающих при ударных нагрузках.

Стали полутеплостойкие с умеренным сопротивлением пластической деформации и с повышенной износостойкостью

К этой группе относятся стали Х6ВФ, Х12Ф1, Х12М. Упрочняющими фазами в них являются карбиды состава М7С3 и М23С6, а для стали Х12Ф1 и карбид МС. По структурному признаку они являются заэвтектоидными сталями.

Сталь Х6ВФ

Сталь Х6ВФ применяют для изготовления гибочных и рихтовочных штампов, работающих без ударных нагрузок, вырубных и отрезных штампов для мягких металлов, ножниц и ножей для рубки и резки листов толщиной до 2 мм, матриц и пуансонов, работающих при давлениях до 140-160 кгс/мм2.

Стали Х12Ф1 и Х12М

Стали Х12Ф1 и Х12М рекомендуют использовать для изготовления матриц, предназначенных для прессования (выдавливания), гибочных и рихтовочных штампов, работающих без ударных нагрузок, вытяжных штампов, деформирующих с большой скоростью, пуансонов для пробивки отверстий в мягких металлах.

Стали полутеплосойкие с умеренным сопротивлением пластической деформации и с высокой износостойкостью

Представителями этой группы являются стали Х12, Х12ВМ, Х12Ф4М и Х6Ф4М.

Сталь Х12

Сталь Х12 является высокоуглеродистой сталью. Средняя концентрация углерода в ней составляет 2 %, что приводит к увеличению карбидной фазы М7С3 после отпуска при 150 °С до 20 %, однако карбидная неоднородность и размеры карбидных частиц у нее больше, чем у стали Х12М.

Эту сталь можно использовать для изготовления вытяжных штампов и вырубных пуансонов, работающих при минимальных динамических нагрузках, но с высокой устойчивостью против истирания. Из такой стали рекомендуют изготавливать волочильные доски и фильеры для калибровки прутков.

Сталь Х12ВМ

Сталь Х12ВМ используется для тех же целей, что и Х12, но благодаря наличию в ней вольфрама и молибдена, уменьшаются размеры карбидов, повышаются прочность и вязкость, что позволяет изготавливать более крупные штампы с более сложной формой.

Сталь Х12Ф4М

В этой стали возрастает количество карбида МС, что влечет за собой резкое снижение механических свойств. Для предупреждения этого явления в нее вводят до 4 % ванадия, сохраняя концентрацию углерода около 2 %. Карбидная неоднородность стали Х12Ф4М немного выше, чем у стали Х12М, но мало отличается от стали Х12. Для большего улучшения механических свойств в ее состав вводят молибден.

Используют сталь Х12Ф4М для изготовления крупных вытяжных штампов, работающих с большой скоростью, вырубных и отрезных штампов для твердых металлов, волочильные доски для волочения и калибровки стальных прутков, матриц для прессования порошков.

Сталь Х6Ф4М

таль Х6Ф4М содержит больше карбидов состава МС, чем сталь Х12Ф4М. Это объясняется меньшим содержанием хрома. Сталь Х6Ф4М имеет меньшую карбидную неоднородность за счет более высокой степени дисперсности карбидов МС. Эта сталь обладает более высокими показателями прочности и лучшей ковкостью по сравнению со сталью Х12Ф4М.

К недостаткам стали Х6Ф4М следует отнести увеличенный прирост размеров при закалке и ухудшенную шлифуемость обычными абразивами.

Используют сталь Х6Ф4М для тех же целей, что и сталь Х12Ф4М, но шлифовку инструмента проводят абразивными материалами, содержащими в своем составе или кубический нитрид бора, или алмазы.

Стали полутеплостойкие с повышенным сопротивлением пластической деформации и с карбидным упрочнением

По структурному признаку эти стали относятся к доэвтектоидным сталям. Концентрация углерода в них составляет 0,55-0,6 %. Упрочняющими фазами являются карбиды М7С3 и М23С6. Эти стали требуют более высокой температуры нагрева под закалку (до 1050-1080 °С). Высокие температуры нагрева обусловлены необходимостью перевода большей части карбидов в твердый раствор, в котором происходит насыщение хромом, вольфрамом, молибденом и ванадием. В результате дисперсионного твердения появляется твердость HRC 58-59 и повышается сопротивление пластической деформации до 2000-2100 МПа.

Представителями этой группы сталей являются стали марок 6Х6В3МФС и 6Х4М2ФС. Их можно использовать при производстве крупных высадочных штампов, работающих при высоких давлениях, накатных и резьбонакатных роликов для обработки твердых материалов, чеканочных штампов для чеканки твердых материалов, пуансонов для пробивки отверстий, ножниц и ножей для рубки и резки тонких листов толщиной до 2 мм, зубил и долот для пневматических инструментов.

Стали полутеплостойкие с высоким сопротивлением пластической деформации и с карбидным упрочнением

Представителем этой группы является сталь 8Х4В2С2МФ. Дисперсионное твердение протекает более интенсивно, чем у сталей предыдущей группы, в результате чего возрастает вторичная твердость до HRC 61-63 и сопротивление пластической деформации до 2300-2400 МПа, но снижается вязкость.

Сталь 8Х4В2С2МФ рекомендуют использовать для штампов выдавливания и матриц прессования, работающих при высоких удельных давлениях.

Эти стали должны обладать следующими свойствами:
  • высоким сопротивлением пластической деформации; при рабочих температурах предел текучести должен быть не ниже 1000 МПа;

  • повышенной износостойкостью;

  • повышенной теплостойкостью; по теплостойкости стали для штампов горячего деформирования могут быть полутеплостойкими, умеренной теплостойкости, повышенной теплостойкости и высокой теплостойкости;

  • достаточно высокой вязкостью, особенно при работе с динамическими нагрузками;

  • достаточной разгаростойкостью и окалиностойкостью, т.к. в процессе эксплуатации штампов их поверхностные слои могут нагреваться до 600 °С;

  • высокой прокаливаемостью, т.к. большинство штампов горячего деформирования крупногабаритные.

Необходимо учитывать и тот факт, что для многих штампов горячего деформирования рабочую гравюру нарезают после термической обработки. Поэтому стали должны обладать хорошей обрабатываемостью резанием.

Полутеплостойкие стали повышенной вязкости и с высокой прочностью до 350-375 °С

К этой группе относятся стали 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХГМ, 5ХНСВ. Повышенная вязкость этих сталей достигается за счет легирования никелем, а высокая прокаливаемость - марганцем и хромом. Основной карбидной фазой является цементит и в небольших количествах карбид М23С6.

Стали 5ХНМ и 5ХГМ

Стали 5ХНМ и 5ХГМ обладают и хорошей вязкостью, и хорошей прокаливаемостью. Молибден способствует уменьшению чувствительности к отпускной хрупкости 2-го рода.

Из этих сталей рекомендуют изготавливать молотовые штампы для паровоздушных и пневматических молотов с весом падающих частей свыше трех тонн и с наименьшей стороной бойка свыше 300 мм. Кроме этого из них можно изготавливать штампы для скоростной штамповки мягких цветных сплавов, блоки матриц горизонтально-ковочных машин и ножи для горячей резки металла. Следует иметь в виду, что вязкость стали 5ХГМ из-за отсутствия никеля несколько ниже, чем у стали 5ХНМ.

Стали 5ХНВ и 5ХНСВ

Стали 5ХНВ и 5ХНСВ идут для изготовления молотовых штампов паровоздушных и пневматических молотов с массой падающих частей до трех тонн и с размерами ковочных бойков до 300 мм. Из них также можно изготавливать блоки матриц горизонтально-ковочных машин, работающих при невысоких удельных усилиях, но благодаря вольфраму, они допускают больший разогрев рабочей поверхности.

Полутеплостойкие стали повышенной вязкости и с высокой прочностью до 400-425 °С

Представителями этой группы являются стали 4ХМФС и 5Х2МНФ.

Сталь 4ХМСФ

Сталь 4ХМСФ прокаливается в меньших сечениях, чем стали предыдущей группы. После закалки и отпуска на твердость HRC 40-42 она сохраняет ее на глубине до 50-70 мм. Из-за отсутствия никеля она оказывается более чувствительней к концентрации внутренних напряжений. Из этой стали можно изготавливать молотовые штампы для паровоздушных и пневматических молотов с весом падающих частей до трех тонн при деформировании конструкционных легированных сталей, в том числе и нержавеющих. Однако штампы должны иметь неглубокую гравюру. Из нее можно также изготавливать прессовые штампы для штамповки алюминиевых сплавов.

Сталь 5Х2МНФ

Благодаря повышенному содержанию углерода, у этой стали несколько повышены теплостойкость и износостойкость. Эту сталь рекомендуют использовать для изготовления молотовых и прессовых вставок толщиной или диаметром до 200 мм, горячевысадочных штампов для штамповки конструкционных сталей, в том числе и жаропрочных.

Стали умеренной теплостойкости, повышенной вязкости, карбидным упрочнением

К этой группе сталей относятся 4Х3ВМФ, 4Х5МФС и 4Х5В2ФС. Основная карбидная фаза у них состоит из карбидов состава М23С6 и меньшего количества М6С. Эти стали характеризуются высокой прокаливаемостью, а с введением кремния увеличивается теплостойкость, которая при твердости HRC 45 может доходить до 550-560 °С.
Сталь 4Х3ВМФСталь 4Х3ВМФ используют для изготовления мелких молотовых штампов и прессовых вставок толщиной или диаметром до 300-350 мм, пуансонов и матриц горизонтально-ковочных машин для высокоскоростной штамповки заготовок из конструкционных сталей.

Стали 4Х5МФС и 4Х5В2ФС

Стали 4Х5МФС и 4Х5В2ФС используются для тех же целей, что и сталь 4Х3ВМФ, но с той разницей, что сталь 4Х5МФС идет для изготовления вставок диаметром или толщиной до 250 мм, а сталь 4Х5В2ФС - до 200 мм. Кроме того, эти стали можно использовать при изготовлении пресс-форм для литья под давлением алюминиевых, цинковых и магниевых сплавов.

Стали повышенной теплостойкости с карбидным упрочнением

Повышение теплостойкости этих сталей происходит за счет увеличения карбидной фазы и повышения в ней доли карбида М6С. При этом для твердости HRC 45 теплостойкость может находиться в пределах 590-630 °С. Представителями этой группы сталей являются марки 3Х3М3Ф, 4Х4М2ВФС, 4Х2В2МФС, 5Х3В3МФС, 4Х2В5МФ. Первые три марки обладают теплостойкостью 590-610 °С для твердости HRC 45, а последние две марки имеют теплостойкость 610-630 °С при той же твёрдости.

Сталь 3Х3М3Ф

Сталь 3Х3М3Ф используется для мелких штампов, предназначенных для деформирования заготовок на кривошипных прессах и горизонтально-ковочных машинах. Эти штампы в процессе штамповки должны интенсивно охлаждаться. Из этих сталей можно изготавливать пресс-формы для литья под давлением медных сплавов.

Сталь 4Х4М2ВФС

Сталь 4Х4М2ВФС идет для производства штампов высокой производительности (высадочные штампы и штампы для ГКМ), штампов для деформирования труднодеформируемых материалов, пресс-форм для литья под давлением алюминиевых и магниевых сплавов со стороной до 80 мм. У этой стали хорошая разгаростойкость и слабое взаимодействие с заливаемым в пресс-форму металлом.

Сталь 4Х2В2МФС

Сталь 4Х2В2МФС из всех сталей обозначенной группы имеет наибольшую концентрацию углерода, доходящую до 0,46 %, что способствует повышению износостойкости. Однако недостатком этой стали является пониженная разгаростойкость, что заставляет в процессе штамповки использовать непрерывное охлаждение.

Из стали 4Х2В2МФС изготавливают тяжело нагруженные прессовые штампы, например, прошивные и формующие пуансоны и матрицы, а также вставки, используемые в штампах для горячей объемной штамповки жаропрочных сплавов.

Стали 5Х3В3МФС и 4Х2В5ФМ

Стали 5Х3В3МФС и 4Х2В5ФМ имеют более высокую теплостойкость, чем сталь 4Х2В2МФС. Все они используются для одних и тех же целей.
  • Для контрольно-мерительного инструмента. Эти стали должны кроме повышенной износостойкости должны отвечать ряду специфических требований, которые для сталей других назначений обычно не предъявляют. Они должны:
    • сохранять постоянство линейных размеров в течение очень длительного срока эксплуатации;
    • хорошо подвергаться полировке, имея твердость HRC не менее 63 единиц;
    • обладать хорошей притираемостью (для измерительных плиток).
    В закаленных высокоуглеродистых сталях, из которых изготавливают большинство контрольно-мерительных инструментов, при комнатных температурах и в течение длительного времени может самопроизвольно протекать процесс старения, заключающийся в частичном распаде мартенсита и превращении остаточного аустенита в мартенсит, что, в свою очередь, приводит к изменению линейных размеров изделия. Если для сталей других назначений изменение линейных размеров существенного значения не имеют, то для котрольно-мерительного инструмента даже небольшие изменения становятся недопустимыми.

    Для предупреждения старения стали для измерительного инструмента подвергаются термической обработке, которая, прежде всего, отличается по режимам отпуска. Отпуск проводится при несколько меньших температурах (120-140 °С) и в течение значительно большей выдержки (до 60 ч). Иногда для более полного превращения остаточного аустенита после закалки проводят обработку холодом при температурах от минус 50 до минус 80 °С.

    При полировке некоторых инструментов высота микронеровностей не должна превышать 0,07 мкм. Для получения такого качества поверхности в обрабатываемой стали не должно содержаться крупных избыточных карбидов и карбидной неоднородности.

    Хорошая притираемость, с одной стороны, должна обеспечиваться высокой чистотой поверхности, с другой - определенным составом α-фазы. В стали не должно содержаться много хрома, который образует прочную пленку, препятствующую сцепляемости.

    Из сталей, идущих для изготовления контрольно-мерительных инструментов, наибольшее распространение получили следующие марки: Х, 12Х1, ХГ, 9ХВГ и ХВГ.

    Сталь марки Х

    Сталь марки Х характеризуется достаточной устойчивостью переохлажденного аустенита. При закалке в масле критический диаметр этой стали составляет 20-22 мм. Из нее изготавливают преимущественно гладкие цилиндрические калибры и калибровочные кольца.

    Сталь 12Х1

    Сталь 12Х1 имеет несколько большую концентрацию углерода, чем сталь Х, что позволяет повысить твердость и прокаливаемость. Ее рекомендуют использовать для изготовления концевых и угловых мер длины и различных шаблонов.

    Сталь ХГ

    Сталь ХГ характеризуется несколько меньшей твердостью после закалки (HRC 60-62), пониженной устойчивостью против отпуска. У нее повышенная чувствительность к шлифовочным трещинам, что заставляет после шлифовки проводить дополнительный отпуск. Вследствие увеличенного содержания остаточного аустенита, она является

    Стали 9ХВГ и ХВГ

    Стали 9ХВГ и ХВГ имеют много общего со сталью марки ХГ, но у них высокая стабильность размеров, получаемых после закалки и при последующей длительной эксплуатации. Они хорошо сохраняют профиль и шаг резьбы, что позволяет изготавливать из них резьбовые калибры.

  • См. также:

     

    Понравился материал на сайте sl3d.ru? Поделитесь им!



    Помощь проекту "Машиностроение. Толковый словарь терминов"

    Если Вам не безразлично будущее сайта, и Вы чувствуете необходимость продолжения начатой нами работы, мы с благодарностью примем от Вас добровольные пожертвования. Размер и количество взносов - на Ваше усмотрение. Все собранные средства пойдут на развитие проекта. Мы будем благодарны за любое пожертвование!

    справочник