Инструментальные стали
К инструментальным сталям относятся легированные стали повышенной прокаливаемости и специальные легированные стали - штамповые и быстрорежущие.
Легированные инструментальные стали в соответствии с особенностями их химического состава условно можно отнести к трем группам. Первую группу образуют стали X, 9ХС и ХВСГФ. Присадки хрома в количестве 1_1,5 % обеспечивают повышение прокаливаемоести сталей. Кремний (до 1,6 %) дополнительно улучшает прокаливае-мость и повышает отпускоустойчивость. В большей степени условиям рационального легирования отвечает сталь ХВСГФ, дополнительно легированная вольфрамом, ванадием и марганцем. Она обладает наилучшим комплексом свойств среди легированных инструментальных сталей (ав = 2500...2700 МПа, сохраняет твердость 60 HRC3 до 250...260 °q.
Ко второй группе относятся стали 9Г2Ф, 9ХВГ и ХВГ, отличающиеся повышенным содержанием марганца при нормальном (на уровне примеси) содержании кремния^ Марганец, вызывая при закалке резкое снижение температурного интервала мартенситного превращения в стали, способствует сохранению повышенного количества остаточного аустенита в ее структуре. Как следствие, уменьшается уровень термических напряжений и деформаций при закалке инструмента. По этой причине стали получили название малодеформирующихся.
В третью группу входят стали В2Ф и ХВ4Ф, легированные вольфрамом и отличающиеся повышенной твердостью. У стали ХВ4Ф благодаря образованию в структуре наряду с цементитом карбидов М6С твердость после термической обработки достигает 68...70 HRC3. Термическая обработка инструмента, изготовленного из легированных сталей, заключается в отжиге, закалке и низком отпуске. Для вольф-рамосодержащих сталей вместо отжига проводят высокий отпуск.
Из легированных сталей изготавливают крупногабаритный инструмент, температура которого в процессе работы не превышает 150...200 °С. Номенклатура инструмента - круглые плашки, крупные протяжки и зенкеры, обрабатывающие мягкие материалы, крупные вытяжные штампы, прошивные пуансоны и т. п. Сталь X используют главным образом для измерительного инструмента.
Штамповые стали подразделяются на две группы - стали для штампов холодного и горячего деформирования.
Инструмент для деформации металла в холодном состоянии должен иметь высокую твердость (> 58 HRC3). Для такого инструмента обычно используют стали со структурой низкоотпущенного мартенсита, содержащие около 1 % углерода. Штампы небольших размеров и простой конфигурации с относительно легкими условиями работы изготавливают из углеродистых инструментальных сталей (штампы диаметром до 30 мм для высадки и вытяжки, деформирующие с небольшой скоростью, чеканочные с глубокой гравюрой для обработки мягких цветных металлов и т. п.). Для аналогичных штампов, отличающихся более сложной конфигурацией и более тяжелыми условиями работы, применяют легированные инструментальные стали.
Для штампов холодного деформирования, работающих в условиях высоких динамических нагрузок, используются специальные инструментальные стали повышенной ударной вязкости (6ХЗМФС, 6ХС, 6ХВ2С и 7X3). Отличительный признак химического состава этих сталей - пониженное содержание углерода, что и является залогом их повышенной вязкости.
Особую группу холодноштамповых сталей образуют стали леде-буритного класса, отличающиеся повышенным содержанием хрома (Х12, Х12Ф1, Х12МФ, Х12ВМФ). Высокохромистые стали обладают повышенной прокаливаемостью (до 250 мм) и износостойкостью (за счет присутствия в структуре стали большого количества особо твердых карбидов Сг2С3). Они используются для тяжелонагруженного хо-лодноштампового инструмента, работающего с повышенной скоростью. После закалки с температур 950...1010 °С инструмент отпускают на твердость 60...63 HRC3npn 150...160 °С, ана57...58 HRQ,-при 26О...275°С.
Стали для штампов горячего деформирования, или, как их еще называют, молотовые, должны обладать повышенной ударной вязкостью в крупных сечениях (более 0,4 МДж/м2 на образцах с надрезом). Для выполнения этого важнейшего условия содержание карбидооб-разующих элементов в стали ограничивается в ущерб таким свойствам, как износостойкость и теплостойкость (стали сохраняют твер-дость451ШСэдо350...450 °С). Высокая прокаливаемость достигается за счет легирования хромом, никелем, марганцем. Представителями молотовых горячештамповых сталей являются 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХНВС 4ХМФС.
Прессовый инструмент, штампы горизонтально-ковочных машин, а также матрицы пресс-форм литья под давлением изготавливают из более легированных сталей, теплостойкость которых для твердости 45 HRC3 составляет 590...630 °С. Наиболее широко используются стали ЗХЗМЗФ, 4Х5МФС, 5ХЗВЗМФС. Горячештамповый инструмент после закалки подвергают высокому отпуску на твердость 38...46 HRC3 (молотовые штампы) и 45...50 HRC3 (прессовый инструмент).
Быстрорежущие стали являются основным материалом для большинства режущих инструментов. Важнейшим свойством быстрорежущих сталей является теплостойкость, которая сочетается с высокой твердостью (до 70 RC3), износостойкостью и повышенным сопротивлением пластической деформации. Под теплостойкостью понимают способность стали при нагреве рабочей части инструмента в процессе эксплуатации сохранять структуру и свойства, необходимые для деформирования или резания обрабатываемого материала. Теплостойкость создается специальной системой легировация стали и закалкой с очень высоких температур (для высоковольфрамовой стали до 1300 °С). Основными легирующими элементами являются вольфрам и его химический аналог молибден, который может замещать вольфрам в соотношении W: Мо =1 : 1,4...1,5 (если содержание молибдена в стали не превышает 5 %). Для большинства современных рационально легированных быстрорежущих сталей суммарное содержание вольфрама и молибдена принято в пределах 12 % [W + (1,4...1,5)Мо = = 12]. Быстрорежущие стали легируют также хромом, ванадием, кобальтом и некоторыми другими элементами. Ранее говорилось, что быстрорежущие стали маркируют буквой Р (от слова «рапид» - быстрый). Цифры после буквы Р указывают на содержание вольфрама в процентах. Другие легирующие элементы обозначаются соответствующими буквами, а их содержание в процентах - цифрами. Исключение представляет хром, который в количестве около 4 % находится практически во всех быстрорежущих сталях, однако в обозначении марки стали не указывается.
Быстрорежущие стали относятся к сталям ледебуритного класса. В их структуре помимо вторичных карбидов присутствуют первичные карбиды эвтектического происхождения М6С, МС, М23С6.
Помимо теплостойкости другим важнейшим свойством быстрорежущей стали является вторичная твердость, получаемая при отпуске. Отпуск на вторичную твердость сопровождается эффектом дисперсионного твердения, т. е. выделением при отпуске мелкодисперсных фаз-упрочнителей с карбидной природой. В результате твердость стали после отпуска возрастает. Для получения при закалке высоколегированного твердого раствора за счет более полного растворения тугоплавких карбидов быстрорежущей стали температура аустенизации должна быть высокой - до 1300 °С для сталей с высоким содержанием вольфрама. После закалки сталь сразу же подвергают многократному (обычно трехкратному) отпуску при 560 °С по 1 ч. Многократным отпуск делают для более полного и эффективного превращения остаточного аустенита в мартенсит.
Структура быстрорежущей стали после полной термической обработки представлена мартенситом отпуска, первичными и вторичными карбидами. Рабочая твердость быстрорежущих сталей находится в пределах 62...68 HRC3 в зависимости от их системы легирования.
По главному показателю - теплостойкости - быстрорежущие стали делят на три группы: умеренной, повышенной и пониженной теплостойкости. •
К сталям первой группы относятся Р18, Р12, Р6М5, Р8МЗ, которые сохраняют твердость 60 HRC3flo 615...620 °С. Эти стали предназначены для изготовления большинства режущих инструментов, обрабатывающих стали и чугуны с твердостью 250...280 НВ.
Стали второй группы отличаются повышенным содержанием углерода или ванадия, а также дополнительно легированы кобальтом (10Р6М5, 10Р8МЗ, Р12ФЗ, Р6М5К5, Р9М4К8Ф) и обладают теплостойкостью 640...650 °С. Они используются для обработки сталей аустенитного класса либо обычных конструкционных материалов, но с повышенными скоростями резания.
Третью группу образуют экономнолегированные и безвольфрамовые быстрорежущие стали: РЗМЗФ2, Р2М8, Р0М8. Главной особенностью этих сталей является малое количество и специфический состав карбидной фазы, что делает сталь малочувствительной к масштабному фактору (т. е. прочностью вязкость меняются незначительно при увеличении диаметра проката до 80... 100 мм) и допускает использование сравнительно низких температур закалки (11ОО...115О°С). Поэтому эти стали рекомендуются для изготовления крупногабаритного инструмента, работающего с невысокими-скоростями и подвергающегося при эксплуатации значительным динамическим нагрузкам.
Быстрорежущие стали, отличающиеся повышенным содержанием углерода, ванадия, кобальта (например, Р7М2ФЗ-МП, Р9М4К8-МП), используют для обработки труднообрабатываемых материалов.
Дата добавления: 2015-01-19; просмотров: 1252;