Інструментальні сталі

Сталі, які набувають в результаті термообробки високої твердості, міцності, зносостійкості та застосовуються для виготовлення різного інструменту, називаються інструмен­тальними, їх можна розподілити на три групи: сталі для вим­ірювальних інструментів, сталі для ріжучих інструментів і штампові сталі.

Основними вимогами до вимірювальних інструментів є необхідність збереження своєї форми та розмірів протягом тривалого часу. Тому їх треба виготовляти із сталей, які ма­ють високу твердість, зносостійкість, корозостійкість, не змі­нюють з часом розміри, мають малий коефіцієнт лінійного розширення. До них можна віднести такі сталі: У8 — У12, X, Х9, ХГ, ХІ2Ф1, цементуємі (сталь 15, сталь 20) і азотуємі (38ХМЮА).

Основною вимогою до сталей, з яких виготовляють ріжу­чий інструмент є збереження ріжучої кромки протягом три­валого часу роботи. Під час роботи ріжуча кромка інструменту тупиться, зношується. Особливо це характерно при обробці твердих металів із великими швидкостями, подачами та гли­бинами різання. Механічна енергія різання перетворюється в теплоту. Ріжуча кромка нагрівається до високої температури (більше 1000 °С). Для такого інструменту головна вимога — теплостійкість (червоностійкість).

Необхідні властивості сталі, яка призначена для ріжучо­го інструменту, забезпечуються не тільки кількістю в ній вуг­лецю, а й інших легуючих компонентів та домішок. Вуглець і легуючі компоненти сприяють пониженню або підвищенню гартуємості сталі. Якщо в сталі присутній вуглець у межах 0,7 — 1,2 %, то така сталь має понижену гартуємість. При гартуванні серцевина інструменту залишається незагартова-ною. При введенні в сталь легуючих елементів (хрому, воль­фраму, кремнію) у межах 1 — 3 % вона стає підвищеної гар­туємості, тобто гартування відбувається по всьому перерізу інструменту.

Інструментальні сталі, з яких виготовляють ріжучий інструмент, розподіляють на три групи:

Вуглецеві інструментальні сталі випускають таких ма­рок: У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12, У12А і У13. Цифри по­казують на вміст у десятих долях відсотка вуглецю. Буква У показує, що ця сталь відноситься до вуглецевої. Буква Г після цифри означає, що сталь має підвищену кількість марганцю. Якщо сталь високої якості, то після цифри ставиться буква А. Підвищення якості цієї сталі здійснюється шляхом її ваку-умації та обробки синтетичним шлаком.

Недоліком вуглецевих інструментальних сталей є їх низь­ка червоностійкість. При нагріванні в процесі роботи до тем­ператури вище 200 °С інструмент втрачає ріжучі власти­вості. Тому вуглецеві інструментальні сталі в основному ви­користовують для виготовлення ручного слюсарного інстру­менту (табл.3)

Таблиця 3. Деякі властивості вуглецевих інструментальних сі алей, які використовуються для виготовлення ручного слюсар­ного інструменту

Сталь	Температура відпуску, оС	Твердість робочої частини, HRC	Інструменти
У10 – У12 У10 – У12 У7 У8 – У10 У10	180 – 200 160 – 180 280 – 300 200 – 220 220 – 240	60 – 62 62 – 64 56 – 85 60 – 62 59 – 61	мітчики розвертай зубила матриці для холодної штамповки плашки

Леговані інструментальні сталі теж мають значну кіль­кість вуглецю — 0,8 — 1,5 %, але, крім того, в них уводять легуючі елементи для підвищення червоностійкості (вольф­рам, молібден, кобальт, хром), гартуємості (марганець), в'яз­кості (нікель), зносостійкості (вольфрам).

У залежності від сумарної кількості легуючих елементів інструментальні сталі поділяються на низьколеговані та ви-соколеговані.

Низьколеговані сталі містять до 2,5 % легуючих еле­ментів. Тому вони мають відносно велику твердість (62 — 69 HRC), значну зносостійкість, але малу теплостійкість (250-300 °С). У більшості низьколегованих сталей основ­ним легуючим елементом є хром, який підвищує їх гартує­мість. Якщо в сталь додати кремній, то її червоностійкість стає 250 - 260 °С. Із такої сталі виготовляють свердла, роз­вертай, фрези, мітчики, плашки.

Поширеною є сталь ХВГ. Вона легована хромом, вольф­рамом і марганцем. Така сталь використовується для виго­товлення великих і довгих протяжок, довгих мітчиків та розверток.

Інструментальні сталі з підвищеним вмістом легуючих компонентів (5 — 18 %) відрізняються високою твердістю та зносостійкістю, яка забезпечується наявністю хрому та вана­дію. Хромисті сталі (12 % хрому) при температурі 225 °С зберігають твердість HRC 60, хромованадієві — при 270 -300 °С мають HRC 58 — 60. Із таких сталей виготовляють фрези по деревині, ножі, накаточний інструмент, вирубні штампи тощо.

Високолеговані інструментальні сталі, основним легую­чим елементом яких є вольфрам, називають швидкоріжучими. Велика швидкість різання (у 2 — 4 рази більша, ніж у попередніх) забезпечується її високою червоностійкістю (500 - 600 °С). До складу швидкоріжучих сталей входить 0,7 — 1 % вуглецю, 6 — 18 % вольфраму, біля 4 % хрому, до 1 % молібдену, до 0,5 % марганцю та кремнію.

Маркується швидкоріжуча сталь буквою Р (рапід-швид-кий). Цифра, яка стоїть за буквою показує вміст вольфраму у відсотках. При вмісті в сталі більше 1 % молібдену, ванадію та кобальту їх вказують у марці відповідними буквами і циф­рами (у відсотках). Наприклад, поширеною є сталь Р6М5. Вона містить 6 % вольфраму і 5 % молібдену.

Виготовляють із швидкоріжучих сталей свердла, розточні різці, фрези, які працюють у важких умовах.