Классификация инструментальных сталей и сплавов и технические требования к ним

Инструментальные стали разнообразны по химическому составу, структуре и свойствам после термической или специально уп­рочняющей обработок.

Эти стали обычно квалифицируют на три группы:

- нелегированные;

- легированные;

- быстрорежущие.

Технические требования для каждой группы определяются кон­кретными условиями эксплуатации инструмента. К основным ус­ловиям относятся высокое давление на поверхности инструмента и разогрев его поверхностей.

Требуемый уровень основных и технологических свойств инстру­ментальной стали должен обеспечивать необходимые конструктивную прочность (надежность) и эксплуатационную стойкость (износостой­кость, живучесть) инструментов, а также наименьшую трудоемкость их изготовления. Все это определяется ее химическим составом, техноло­гией изготовления и термической обработкой. Кроме перечисленных к инструментальным сталям предъявляются определенные требования по твердости, прочности, ударной вязкости, теплостойкости (красностой­кости), износостойкости, прокаливаемости, обрабатываемости ре­занием и давлением, шлифуемости, обезуглероживанию и окислению при их нагреве без применения защитных сред, деформируемости при термической обработке, закаливаемости, чувствительности к перегреву.

Свойства и марки нелегированных инструментальных сталей (ГОСТ 1435-90) были рассмотрены выше.

17.2 Легированные инструментальные стали (ГОСТ – 59 – 2000)

Легированные инструментальные стали разделяют на две груп­пы. К группе I относятся следующие марки:

13Х — для бритвенных ножей и лезвий, острого хирургичес­кого инструмента, шаберов, гравировального инструмента;

8ХФ — для штемпелей при холодной работе; ножей при хо­лодной резке металла; обрезных матриц и пуансонов при холод­ной обрезке заусенцев; кернеров;

9ХФ — для рамных, ленточных, круглых строгальных пил; штемпелей при холодной работе; ножей при холодной резке металла; обрезных матриц и пуансонов при холодной обрезке заусен­цев; кернеров;

11ХФ — для метчиков и другого режущего инструмента диа­метром до 30 мм, закаливаемого с охлаждением в горячих средах;

X — для зубил, применяемых при насечке напильников; очень твердых кулачков эксцентриков и пальцев; гладких цилиндричес­ких калибров и калиберных колец; токарных, строгальных и дол­бежных резцов в лекальных и ремонтных мастерских;

9X1 — для валков холодной прокатки, дрессировочных валков, клейм, пробойников; холодновысадочных матриц и пуансонов; де­ревообрабатывающих инструментов;

12X1 — для измерительного инструмента (плиток, калибров, шаблонов);

6ХС — для пневматических зубил и штампов небольших раз­меров для холодной штамповки; рубильных ножей;

9Г2Ф — для режущего и штамповочного инструмента (плашек, метчиков, ножей для ножниц, измерительного инструмента, штам­пов для прессования резины и пластмасс);

9ХВГ — для резьбовых калибров, лекал сложной формы, слож­ных высокоточных штампов для холодных работ, которые при закалке не должны подвергаться значительным объемным изменениям и короблению;

6ХВГ — для пуансонов сложной формы при холодной прошив­ке преимущественно фигурных отверстий в листовом и полосовом материале; небольших штампов для горячей штамповки, главным образом, когда требуется минимальное изменение размеров при за­калке;

9ХС — для сверл, разверток, метчиков, плашек, гребенок, фрез, машинных штемпелей, клейм для холодных работ;

В2Ф — для ленточных пил по металлу и ножовочных полотен;

ХГС — для валков холодной прокатки, холодновысадочных мат­риц и пуансонов, вырубных штампов небольших размеров (диамет­ром или толщиной до 70 мм); сталь марки ХГС не может заме­нить сталь марок ХВГ, 9ХС, ХВСГФ при изготовлении режущих инструментов;

4ХС — для зубил, обжимок, ножниц при холодной и горячей резке металла, штампов горячей вытяжки;

ХВСГФ — для круглых плашек, разверток и другого режущего инструмента;

ХВГ — для измерительных и режущих инструментов, для кото­рых повышенное коробление при закалке недопустимо; резьбовых калибров, протяжек, длинных метчиков, длинных разверток, пла­шек и другого специального инструмента, холодновысадочных мат­риц и пуансонов, технологической оснастки;

6ХВ2С, 5ХВ2СФ — для ножей при холодной резке металла, для резьбонакатных плашек, пуансонов и обжимных матриц при холодной работе, деревообделочных инструментов при длитель­ной работе;

6Х3МФС — для пуансонов, работающих с повышенными дина­мическими нагрузками, для холодновысадочных штампов, штемпе­лей, клейм, чеканочных штампов и некоторых слесарно-монтажных инструментов (взамен марок 7X3 и 6ХВ2С);

7ХГ2ВМФ — для штампов холодного объемного деформирова­ния и вырубного инструмента сложной конфигурации, используе­мых при производстве изделий из цветных сплавов и низкопроч­ных конструкционных сталей;

9Х5ВФ, 8Х6НФТ — для ножей, применяемых при фрезерова­нии древесины, строгальных пил и других деревообрабатывающих инструментов подобного типа (например цельных фрез);

6Х4М2ФС — для вырубного и высадочного инструмента (штампов, пуансонов, пневматических зубил и др.), накатного инструмента;

Х6ВФ — для резьбонакатного инструмента (роликов и пла­шек), ручных ножовочных полотен, бритв, матриц, пуансонов, зубонакатников и других инструментов, предназначенных для холод­ной деформации; для дереворежущего фрезерного инструмента;

8Х4В2МФС2 — для матриц и пуансонов штампов холодного объемного деформирования, испытывающих в процессе эксплуата­ции давление до 2300 МПа; резьбонакатных роликов;

11Х4В2МФ3С2 — для вырубных штампов, в том числе для обра­ботки холоднокатаных электротехнических сталей марок Э412 и Э413 с покрытиями типа «Карлит», пуансонов и матриц холодновысадоч­ных автоматов, пуансонов и выталкивателей для холодного выдав­ливания, эксплуатируемых с удельными давлениями до 2000 МПа в условиях повышенного изнашивания и нагрева рабочих поверхно­стей до 400 °С; шлице- и резьбонакатного инструмента;

6Х6В3МФС — для резьбонакатных роликов, зубонакатников, шлиценакатников, обрезных матриц, пуансонов и других инстру­ментов, предназначенных для холодной пластической деформации металлов повышенной твердости; ножей труборазрубочных машин, ножей гильотинных ножниц для резки высокопрочных сталей и сплавов, рубильных ножей, применяемых в деревообрабатываю­щей промышленности; шарошек для разрушения горных пород и других аналогичных инструментов;

Х12, Х12ВМФ — для холодных штампов высокой устойчивос­ти против истирания (преимущественно с рабочей частью округлой формы), не подвергающихся сильным ударам и толчкам; для во­лочильных досок и волок, глазков для калибрования пруткового металла под накатку резьбы, гибочных и формовочных штампов, сложных секций кузовных штампов, которые при закалке не долж­ны подвергаться значительным объемным изменениям и короб­лению; матриц и пуансонов вырубных и просечных штампов; штам­повки активной части электрических машин и электромагнитных систем электрических аппаратов;

Х12МФ, Х12Ф1 — то же, что и для марки Х12, но при необхо­димости наличия большой вязкости; для профилировочных роли­ков сложных форм; секций кузовных штампов сложных форм; сложных дыропрошивочных матриц при формовке листового ме­талла, эталонных шестерен, накатных плашек, волок и вырубных пуансонов, просечных штампов (в том числе совмещенных и по­следовательных) со сложной конфигурацией рабочих частей; штам­повки активной части электрических машин.

К группе II относятся марки:

5ХНМ — для молотовых штампов паровоздушных и пневмати­ческих молотов массой падающих частей свыше 3 т; прессовых штампов и штампов машинной скоростной штамповки при горя­чем деформировании легких цветных сплавов; блоков матриц для вставок горизонтальных машин;

5ХНВ, 5ХНВС — для молотовых штампов паровоздушных и пневматических молотов массой падающих частей до 3 т;

7X3, 8X3 — для инструмента (пуансонов, матриц) горячей вы­садки крепежа и заготовок из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей на горизонтально-ковочных машинах; деталей штампов (матриц, пуансонов, выталкивателей) для горяче­го прессования и выдавливания этих материалов на кривошипных прессах при мелкосерийном производстве; гибочных, обрезных и просечных штампов;

4ХМФС — для молотовых штампов паровоздушных и пневма­тических молотов массой падающих частей до 3 т при деформации легированных конструкционных и коррозионно-стойких сталей (вме­сто менее теплостойких сталей марок 5ХНМ, 5ХНВ); прессового инструмента для обработки алюминиевых сплавов;

5Х2МНФ — для цельных крупногабаритных штампов (со сто­роной квадрата или диаметром до 600 мм); для штамповки поко­вок из конструкционных сталей и жаропрочных сплавов на моло­тах и кривошипных прессах (вместо менее теплостойких сталей марок 5ХНМ, 4ХМФС); инструментов (зажимных и формующих вставок, наборных и формовочных пуансонов) для высадки кон­струкционных сталей и жаропрочных сплавов на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ); ножей горячей резки;

4Х3ВМФ — для мелких молотовых штампов, молотовых и прес­совых вставок (толщиной или диаметром от 300 до 400 мм); ин­струмента горизонтально-ковочных машин при горячем деформи­ровании конструкционных сталей и жаропрочных сплавов; ин­струмента для высокоскоростной машинной штамповки конструк­ционных сталей;

3Х3М3Ф — для инструмента горячего деформирования на кри­вошипных прессах и горизонтально-ковочных машинах, подверга­ющихся в процессе работы интенсивному охлаждению (как прави­ло, мелкого инструмента); пресс-форм литья под давлением мед­ных сплавов;

4Х5МФС — для мелких молотовых штампов; крупных (тол­щиной или диаметром более 200 мм) молотовых и прессовых вста­вок при горячем деформировании конструкционных сталей и цвет­ных сплавов в условиях крупносерийного массового производства;

4Х4ВМФС — для инструмента высокоскоростной машинной штам­повки, высадки на горизонтально-ковочных машинах; вставок штам­пов для горячего деформирования легированных конструкционных сталей и жаропрочных сплавов на молотах и кривошипных прессах (вместо менее теплостойких сталей марок 4Х5В2ФС, 4Х5МФ1С, 4ХЗВМФ); пресс-форм литья под давлением медных сплавов;

4Х5МФ1С, 4Х5В2ФС — для пресс-форм литья под давлением цинковых, алюминиевых и магниевых сплавов; молотовых и прес­совых вставок (толщиной или диаметром от 200 до 250 мм) при горячем деформировании конструкционных сталей; инструмента для высадки заготовок из легированных конструкционных и жа­ропрочных материалов на горизонтально-ковочных машинах;

4Х2В5МФ — для тяжелонагруженного прессового инструмента (мелких вставок окончательного штампового ручья, мелких встав­ных знаков, матриц и пуансонов для выдавливания и т. п.) при горячем деформировании легированных конструкционных сталей и жаропрочных сплавов;

5Х3В3МФС — для тяжелонагруженного прессового инструмен­та (прошивных и формующих пуансонов, матриц и т. п.); инстру­мента для высадки на горизонтально-ковочных машинах и вста­вок штампов напряженных конструкций; для горячего объемного деформирования конструкционных сталей и жаропрочных спла­вов (вместо менее теплостойких сталей марок ЗХ2В8Ф и 4Х2В5МФ); наиболее высокие прокаливаемость и теплостойкость имеет сталь марки 5ХЗВЗМФС;

05Х12Н6Д2МФСГТ — для инструмента формообразующих де­талей пресс-форм формования резинотехнических и пластмассо­вых изделий.

Для получения необходимой твердости следует учесть, что каж­дая из перечисленных инструментальных легированных сталей имеет оптимальную температуру закалки и охлаждающую среду (таблица 14.1).