Інструментальної сталлю (ІС) прийнято називати сплав, що володіє високими показниками міцності, зносостійкості, твердості і зниженою теплостійкість, в складі якого понад 0,7% вуглецю (за винятком сталей штампова для гарячого деформування, в яких вуглець становить 0,3-0,6 %).
Сфера використання
Інструментальна сталь використовується для виробництва різноманітних інструментів, штампів гарячого і холодного деформування, окремих деталей машин, що піддаються підвищеному зносу навіть при помірних навантаженнях динамічного характеру (Колеса зубчасті, підшипники роликові й кулькові, гвинти ходові і т. п.).
З метою підвищення експлуатаційних властивостей ІС її піддають спеціальним видам термічної обробки (відпустку, гарт). Це дозволяє підвищити твердість ІС до 60-66 HRC, а міцність на вигин довести до 2,5-3,5 Гн / кв. м.
Збільшення показника твердості автоматично підвищує зносостійкість матеріалу. Тому інструментальна сталь зберігає початкову форму своєї робочої поверхні і початкові розміри, навіть відчуваючи тертя під високим тиском.
Класифікація інструментальної сталі
ІС прийнято класифікувати по ряду параметрів. наприклад:
- За хімічним складом:
- Вуглецева.
- Легований (зниженої та підвищеної прокаливаемости).
- Інструментальна валковая.
- Інструментальна штампове.
- Високолегована (швидкоріжуча).
- З невеликою стійкістю.
- З підвищеною стійкістю.
- Стійкі (Штампові стали).
Сортамент інструментальної сталі
Споживачеві інструментальна сталь поставляється в наступному сортаменті:
- Квадрат і коло гарячекатаний.
- Смуга, квадрат, коло кований.
Все це може бути виготовлено з легованої, вуглецевої або швидкорізальної сталі. Квадрат і коло, виготовлені з ІСУ, мають підвищену оброблюваність і застосовуються для виготовлення різного інструменту.
Високоміцні сталі після термообробки йдуть на:
- виготовлення інструменту ріжучого (свердел, різців, пив і т. п.);
- виробництво обладнання для подальшої обробки металів, що здійснюється як в гарячому, так і в холодному стані;
- створення прес-форм, валків, пуансонів і висадочних матриць, ножівок по металу і стрічкових пилок, різьбових калібрів і т. п .;
- переробку в продукцію, яка виробляється методом холодного волочіння.
Стали менш тверді використовуються для подальшої холодної механічної обробки (фрезерування, обточування і т. П.). Інструментальна смуга переважно застосовується для виготовлення штампів, що дозволяють обробляти метал тиском.
Залежно від марки стали, з якої вона виготовлена, смуга поділяється на пару груп:
- перша використовується для виробництва інструментів, які призначені для холодної обробки металів і інших матеріалів;
- друга йде на виробництво інструменту, який дозволяє обробляти метали тиском при високих температурах (близько 300 градусів).
Марки стали, маркування інструментальних сталей
В даний час єдиної системи маркування як такої не існує. У Росії, ТС і країнах СНД використовується система маркування, що діяла в СРСР (буквено-цифрова). Цифри вказують на процентний вміст у стали тих чи інших хімічних елементів, а букви - найменування цих елементів. Найбільш часто зустрічаються позначення, представлені в таблиці нижче.
В ЄС маркування здійснюється відповідно до положень стандарту EN 100 27, що складається з двох частин. Згідно з першою, сталям присвоюється найменування. Згідно з другою, їм присвоюються порядкові номери.
Найменування наявного хімічного елемента | літерне позначення |
хром | Х |
Титан | Т |
вольфрам | В |
нікель | Н |
мідь | Д |
Марганець | Г |
кобальт | До |
кремній | З |
Японська маркування - буквено-цифрова. Причому буквами позначається група, до якої зазначений матеріал відноситься, а цифрами - властивості стали і її номер по порядку.
У США діє відразу кілька систем позначення (у кожної організації зі стандартизації вони свої), що вкрай незручно.
Сталь інструментальна вуглецева (ІСУ)
ІСУ підрозділяється по ряду показників. Наприклад, по:
- хімічним складом на:
- якісну (процентний вміст фосфору / сірки становить 0,035 / 0,03%);
- високоякісну (процентний вміст фосфору / сірки становить 0,03 / 0,02%).
- швидкоріжуча (позначається літерою «Р»);
- електротехнічна ( «Е»);
- шарикоподшипниковая ( «Ш»).
Найбільш широко застосовується ІСУ, яка представляє сталь, процентний вміст вуглецю в якій обмежена рамками 0,65-1,35. Після того як завершується її термообробка (гартування інструментальної сталі), показники міцності і твердості даного матеріалу значно зростають.
В даний час торгівля пропонує 16 марок ІСУ, кожна з яких має власне буквено-цифрове позначення. Букви, що входять до маркування ІСУ, позначають:
- У - вуглецева сталь;
- А - позначає приналежність сплаву до групи високоякісних (проставляється завжди в кінці маркування);
- Г - сплав має підвищений вміст такого елемента, як марганець;
- цифра, проставлена після «У», показує процентне (в десятих частках) зміст в ІСУ вуглецю.
Обмеження, що накладаються на використання окремих марок ІСУ
З 16 випускаються промисловістю в даний час марок ІСУ майже половина має обмеження на використання. Наприклад.
- Інструментальна сталь марки У9А і У9. В процесі їх гарту розміри зерна збільшуються, що призводить до підвищення ймовірності викривлення металу і зміни його геометричних розмірів. Дані марки є значно меншими показниками пластичності та міцності, ніж йдуть за ними марки У10А і У10.
- Марки стали У11 і У11А використовуються вкрай рідко через своїх специфічних властивостей.
- ІСУ У13, У12, У12А, У13А мають максимальний вміст вуглецю, що призводить до значного підвищення крихкості стали зазначених марок після її гарту. Тому використовувати їх для виготовлення прес-форм або штампів не рекомендується.
Зазначені марки стали виробляються відповідно до положень стандарту 1435-99. Даний ГОСТ сталь інструментальна отримала спочатку в якості міждержавного стандарту 28.05.99, і лише потім в якості національного російського (з 01.09.01).
ІСУ використовують для виробництва інструменту, яким здійснюється різання на малих швидкостях. Основними достоїнствами ІСУ можна вважати її невисоку вартість і порівняно високу твердість. Основні недоліки: низька теплостійкість матеріалу і його мала зносостійкість.
Інструментальна легована (ІСЛ)
Інструментальні леговані стали, крім домішок традиційних, містять спеціальні добавки, наявність яких дозволяє отримати у кінцевого продукту задані фізичні або механічні параметри. Ці добавки іменуються легирующими. Їх наявність підвищує міцність металу і його корозійну стійкість при одночасному зниженні крихкості. Найчастіше легирующими елементами є:
- ванадій,
- хром;
- мідь;
- нікель;
- азот.
Сталь зазначених марок прийнято класифікувати:
- по її призначенню;
- за змістом легуючих елементів (у%):
- низколегированная;
- середньолегованих;
- високолегований;
- високоякісна;
- звичайна;
Інструментальна сталь легована, включаючи штампову, проводиться відповідно до положень стандарту 5950-2000. Чинна редакція зазначеного ГОСТ датується 24.07.12.
Сталь інструментальна легована маркується і позначається аналогічно сталей конструкційних легованих.
Інструментальна швидкорізальна (ІСБ)
Основна відмінність сталей даних марок полягає в їх сильному легуванні. В першу чергу вольфрамом, ванадієм і молібденом.
ІСБ зберігають високу зносостійкість, твердість і опір появі пластичної деформації до температур порядку 500-600 градусів. Це дозволяє здійснювати різання інструментами, виготовленими зі сталі даних марок, з більш високими швидкостями (майже в 4 рази), а також обробляти марки сталі підвищеної твердості.
Швидкорізальної марки інструментальної сталі виробляються відповідно до положень стандарту 19265-73. Зазначений ГОСТ діє з 01.01.75.
Все ІСБ в якості першої містять в маркуванні букву «Р», за якою слідує цифра, яка характеризує середню величину вольфраму, виражену в десятих частках відсотка. Далі (в порядку убування) - буквено-цифрові позначення інших елементів, наявних в стали. Наявність і масова частка хрому в ІСБ не вказується, так як за замовчуванням мається на увазі його обов`язкову наявність в кількості, приблизно рівній 4%. Також не вказується присутність вуглецю, яке завжди пропорційно наявному в ІСБ змістом ванадію.
Виготовляти інструмент повністю з ІСБ надзвичайно дорого. Тому в переважній більшості випадків на державка різця просто напоюють або приварюють пластину з стали швидкорізальної.
Інструментальні Штампові (ІСШ)
Штампи, особливо для виконання гарячого штампування, експлуатуються в важких умовах. Це багаторазово повторювані при високих температурах ударні навантаження, що мають в різних його частинах різні значення.
Саме тому до ІСШ пред`являються підвищені вимоги. Вона повинна мати достатню міцність, високою ударною в`язкістю, стійкістю до температурного впливу, низькою стираністю, і повинна добре оброблятися.
Особливо цінними ІСШ вважаються марки, що мають в своєму складі молібден. Виробники металу поставляють кінцевим споживачам Штампові заготовки циліндричної або прямокутної форми, геометричні розміри яких задані діючими стандартами. В процесі виготовлення ІСШ проходить отжиг і набуває твердість, показник якої повинен укладатися в діапазон значень НВ від 187 до 255.
Заготовки для майбутніх штампів виготовляють двома способами: під пресом або так званої вільної куванням. При цьому обов`язково досягається осаду оброблюваного злитка на величину в 50 і більше відсотків його первісної висоти.