Инструментальные стали и твердые сплавы

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего и измерительного инструмента, а также штампов холодного и горячего деформирования. Это углеродистые и легированные стали с высокими твердостью и износостойкостью. Методами порошковой металлургии получены сплавы повышенной твердости, износостойкости, теплостойкости для специального инструмента. Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой У и цифрами содержания С в десятых % и легирующего элемента в %. Быстрорежущие маркируют буквой Р и цифрами содержания W в %,V и Co в %.

Стали для режущего инструмента должны быть износо- и теплостойкими, твердыми и прочными, высокопластичными и вязкими. Для резания материалов малой твердости на низких используют углеродистые стали У8 – У12 после закалки и низкого отпуска. Из стали 7ХФ изготавливают инструмент, работающий с ударными нагрузками. Для чистой обработки – ХВ4 с особой твердостью и износостойкостью (карбиды W). Быстрорежущие стали, обладают высокой теплостойкостью за счет карбидов W, Mo, V, Co и структуры мартенсита, формируемой специальной ТО, их износостойкость повышается за счет низкотемпературного цианирования. Марки Р18, Р9Ф5 (нормальная производительность); Р18Ф2; Р18К5Ф2 и др. (повышенная производительность).

Стали для измерительного инструмента должны иметь высокую износостойкость и стабильность размеров и формы. К ним относятся: высокоуглеродистые хромовые стали: Х; ХВГ,9ХС и др., закаливаемые до твердости 57-60HRC, никель-хромовые: 12ХН3А и др. Для плоского инструмента с закалкой поверхности ТВЧ; 38ХМЮА - для инструмента большого размера и сложной формы.

Стали для штампов холодного и горячего деформирования должны быть твердыми, прочными, износостойкими, с вязкой сердцевиной, хорошо прокаливаться, не менять формы и размеров при ТО. Для холодного деформирования – это низколегированные: Х, ХВГ, 9ХС и углеродистые инструментальные (У10-У12), высокохромистые (Х12; Х12М) и легированные W (4ХВС2 и др.) Подвергаются закалке и многократному отпуску. Стали для горячего деформирования должны иметь те же прочные свойства, но в сочетании с теплопроводностью, жаропрочностью. Для молотовых штампов используются, стали легированные Mo и V (5ХНМ, 5ХНВС)+ прерывистая закалка. Для литьевых форм: 4ХВС2 и др.; тяжело нагревающийся инструмент изготавливают из сталей с высоким содержанием W (3Х2В8Ф); при резких перепадах температуры стали легированные Cr (4Х5ФС, 4Х4ВМФС и др.).

Твердые сплавы состоят из высокотвердых и тугоплавких карбидов W, Ti, Ta с металлической связкой, полученные методами порошковой металлургии. Порошки WC (вольфрамовые сплавы); Ti+WC (титан вольфрамовые сплавы) и TiC-TaC-WC (титанотанталовольфрамовые сплавы) смешиваются с кобальтовой связкой, прессуют и спекают при 1400-1550 С в вакууме или .

Маркируют буквами и цифрами: вольфрамовые - ВК; титан вольфрамовые - ТК; титанотанталовольфрамовые – ТТК, цифры – содержание Со (в ТТК и ВК) или WC – в сплавах ТК. Недостаток – хрупкость и сложность обработки.

Чугуны

Сплавы Fe-C с концентрацией С>2,14% и примесями Si, Mn, P, S. Если в стали углерод растворен в феррите и аустените, а также связан в цементите, то в чугуне он может находиться в виде свободного графита. Механические свойства и области применения чугуна чаще всего определяются именно структурой его углеродной составляющей. По ее виду различают: белые, серые, высокопрочные и ковкие чугуны. Для обеспечения требуемых характеристик чугуны легируют Ni, Cr, Al, Ti и др. и применяют специальные ТО для изменения структуры углеродистой составляющей.

Различают:

- белые чугуны содержат углерод в виде цементита. Прочные, твердые, но хрупкие и непластичные, хорошо обрабатываются литьем, но плохо резанием. Маркируются БЧ, далее цифры, характеризующие их механические св-ва;

- серые: высокопрочные (графит шаровидной формы, окружен цементитом, маркируется ВЧ) и ковкие (содержат графит хлопьевидной формы, маркируются КЧ, хорошо обрабатываются резанием и давлением). Из КЧ и ВЧ изготавливаются детали узлов трения, корпуса машин и оборудования. Свободный графит обеспечивает хорошую смазку трущихся частей, особенно при высоких температурах.

- легированные чугуны бывают жаростойкими, высокопрочными, коррозионно- и износостойкие. Маркируются Ч, далее как легированные стали.

Получение графита определенной формы обеспечивается в ходе графитизации при плавлении, а также длительном отжиге. В качестве графитизаторов используются специальные примеси (повышенное содержание соли, щелочных металлов, Si , др.)