Легированные инструментальные стали

Легированные инструментальные стали отличаются от углеродистых сталей присадкой легирующих элементов: вольфрама, ванадия, хрома, кремния, марганца, и некоторых других. Легирующие элементы разделяются на карбидообразующие и не образующие карбидов (графитообразующие). Карбидообразующими элементами являются: Ti, V, W, Mo. Наиболее устойчивые карбиды образует титан, наименее устойчивые – марганец. Карбид железа (цементит) менее устойчив, чем карбиды легирующих элементов, поэтому легированные инструментальные стали обладают большей теплостойкостью, нежели углеродистые.

Такие элементы, как Si, Al, Co, Ni, не только не образуют карбидов, но ухудшают устойчивость карбидов других элементов, способствуют распаду цементита, т.е. процессу графитизации. Наиболее сильное графитизирующее действие оказывает кремний, наиболее слабое – кобальт.

Легирующие элементы, понижая критическую скорость закалки, позволяют получать мартенсит при охлаждении в масле. При этом значительно снижаются возникающие при закалке напряжения, уменьшается коробление и опасность возникновения закалочных трещин. Увеличение легирующими элементами прокаливаемости позволяет получить однородную структуру в инструментах сравнительно большого сечения, а измельчение зерна повышает ударную вязкость стали.

Как правило, легированные инструментальные стали обладают уникальными свойствами и предназначены для изготовления узкого круга инструментов. Поэтому их часто называют сталями специального назначения.

Сталь ХВГ закаливается в масле при температуре нагрева 830-850°С и подвергается отпуску при температуре 150-180°С, После закалки эта сталь имеет твердость НRС 63-64 и, достаточно высокую вязкость. Инструмент, изготовленный из этой стали, мало деформируется при закалке и хорошо поддаётся правке. Недостатки стали ХВГ: плохое сопротивление пластическим деформациям из-за излишнего остаточного аустенита, большая карбидная неоднородность и склонность к образованию шлифовочных трещин. Теплостойкость стали ХВГ - около 200-250°С. Эта сталь применяется в основном для изготовления протяжек крупных размеров.

Сталь 9ХС закаливается в масле при температуре 860-880°С и подвергается отпуску при температуре 150-180°С, приобретая твердость HRC 63-64. Сталь обладает хорошей прокаливаемостью и закаливаемостью, равномерным распределением карбидов. Однако сталь 9ХС имеет следующие недостатки: повышенную чувствительность к обезуглероживанию, повышенную твердость (НВ 217-235), а, следовательно, недостаточно хорошую обрабатываемость резанием в отожженном состоянии, Равномерное распределение карбидов позволяет использовать эту сталь для изготовления инструментов с тонкими режущими кромками, например: разверток, метчиков, плашек. Теплостойкость ее примерно такая же, как и у стали ХВГ, т.е. 200-250°С.

Стали Х6ВФ, Х12Ф1 и 55Х6В3СМФ отличаются повышенной горячей твердостью и более высокой износостойкостью по сравнению со сталями ХВГ и 9ХС, при правильной термообработке теплостойкость этих сталей приближается к 400°С. Эти стали широко используются для изготовления инструментов холодного деформирования, например резьбонакатных роликов, резьбонакатных плашек, штампов для холодной штамповки и т.п. Материал, применяемый для таких инструментов, должен обладать малыми объемными изменениями при закалке, малыми деформациями профиля.