Металлургия

    Они маркируются У7, У7А ... У13, У13А. Буква У обозначает что сталь углеродистая, число показывает содержание углерода в десятых долях.

    Углеродистые инструментальные стали обладают высокой твердостью, прочностью, хорошо шлифуются при изготовлении инструмента, дешевы и недефицитны.,

    Стали У7, У7А, У8, У8А, содержащие 0,7--0,8% С, применяют для инструментов по дереву и. инструментов ударного действия, когда требуется повышенная вязкость, -- пуансонов, кернов, зубил, кузнечных штампов и т.д.

    Стали У9--У13 (У9А--У13А), содержащие 0,9-- 1,3% С, обладают более высокой твердостью и износостойкостью. Из этих сталей изготавливают сверла, метчики, развертки, фрезы, плашки и др. Из стали У13, имеющей максимальную твердость (HRC 62--64) и износоустойчивость, изготавливают напильники, граверный инструмент и т. п.

    Для снижения твердости и создания благоприятной структуры все стали до изготовления инструмента подвергают предварительной термической обработке -- отжигу. Поскольку наличие сетки вторичного цементита ухудшает качество и срок службы инструмента, заэвтектоидные стали подвергают сфероидизирующему отжигу, нагревая стали У9 и У10 до 740--750° С, а У11 и У12 до 750--780° С. В результате такого отжига пластины Ц₁₁ делятся (на этот процесс положительно влияет наличие субграниц и скоплений дислокаций). Регулируя скорость охлаждения можно получать глобули Ц₁₁ различного размера.

    Окончательная термическая обработка -- закалка и отпуск. 

    Легированные инструментальные стали

    Эти стали по ГОСТ 5950--73 обычно содержат 0,9-- 1,4% С. Суммарное содержание легирующих элементов (Cr, W, Mn, Si, V и др.) не превышает 5%. Легирующие элементы, увеличивая устойчивость аустенита, уменьшают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость (инструменты из сталей повышенной прокаливаемое™, как правило, прокаливаются насквозь). Инструменты закаливают в масле, что уменьшает возможность коробления и образования закалочных трещин.

    Термическая обработка таких инструментов заключается в закалке с 800--860° С в масло или ступенчатой закалке (температура закалки определяется составом). Отпуск проводят низкотемпературный -- при 150-- 200° С. Твердость после термической обработки составляет HRC 61--66. Иногда для увеличения вязкости повышают температуру отпуска до 300° С, но при этом твердость понижается до HRC 55--60.

    Малолегированные стали, содержащие 1--1,5% легирующих элементов (Х05, 7ХФ, 8ХФ), относятся к сталям небольшой прокаливаемости.

    Применяемые для режущего инструмента стали 9ХС, ХВСГ, ХВГ и др. по сравнению с углеродистыми сталями имеют более высокую прокаливаемость, повышенную твердость и износоустойчивость.

    Повышенное содержание кремния (9ХС, ХВСГ) способствует увеличению прокаливаемости (критический диаметр для стали 9ХС равен 40 мм, а для стали ХВСГ 100 мм при закалке в масле) и устойчивости мартенсита при отпуске.

    Повышенное содержание марганца (ХВГ, 9ХВСГ) способствует увеличению количества остаточного аустенита, что уменьшает деформацию инструмента при его закалке. Поэтому эти стали часто применяют для изготовления инструмента, имеющего большую длину при относительно небольшом диаметре, например протяжек. Легирование хромом увеличивает прокаливаемость и твердость после закалки.

    Из сталей этой группы изготавливают различные инструменты -- от ударного до режущего. Теплостойкость инструментов, как правило, не превышает 300" С, поэтому эти стали не используют для обработки с большими скоростями резания.

    Так называемая «алмазная» сталь ХВ5 (5% W) благодаря присутствию вольфрама в термически обработанном состоянии имеет избыточную мелкодисперсную карбидную фазу и твердость HRC 65--67. Из этой стали изготавливают инструмент, сохраняющий длительное время острые кромки и высокую размерную точность (развертки, фасонные резцы, граверный инструмент и т. п.).

    К сталям повышенной прокаливаемости относятся и стали с карбидным упрочнением, например 6Х6ВЗМФС и 8Х4В2С2МФ. После термической обработки (закалка с 1050--1080° С, отпуск -- старение при 520--540° С) инструмент из этих сталей за счет выделения дисперсных карбидов М₂₃С₆ и М₇С₃ приобретает высокую твердость HRC 61--63, имея повышенную вязкость и прочность. Кроме того, он обладает высоким сопротивлением пластической деформации.

    СТАЛИ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

    Измерительные инструменты должны сохранять свою форму и размеры в течение продолжительного времени. Поэтому их следует изготавливать из сталей, имеющих высокую твердость и износостойкость (после соответствующей термической обработки). В этих сталях с течением времени не должны совершаться структурные превращения, вызывающие изменение размеров инструмента. Такие стали должны иметь минимальный коэффициент линейного расширения.

    С учетом этих требований выбирают соответствующие стали и назначают определенный режим термической обработки. Хорошее сопротивление износу обеспечивается высокой твердостью поверхности (HRC 62-- 65).

    Малым коэффициентом теплового расширения обладают стали с мартенситной структурой. Для измерительных инструментов чаще всего используют высокоуглеродистые стали У8--У12, X, Х9, ХГ, Х12Ф1, цементуемые (сталь 15, сталь 20) и азотируемые (38ХМЮА).

    Структура высокоуглеродистых сталей после обычной термической обработки не является стабильной и всегда содержит какое-то количество остаточного аустенита. Тетрагональность мартенсита со временем уменьшается. Поэтому после закалки применяют стабилизирующий низкотемпературный отпуск -- старение (нагрев до 120--170°С с выдержкой 10--30 ч). Иногда после закалки инструмент подвергают обработке холодом, а затем отпуску -- старению.

    ШТАМПОВЫЕ СТАЛИ

    Инструмент, применяемый для обработки металлов давлением (штампы, пуансоны, матрицы, валики и т.д.), изготавливают из штамповых сталей. Так как металлы можно подвергать деформации в холодном, а также в горячем состояниях (до 900--1200°С), то различают стали для штампов холодного деформирования и стали для штампов горячего деформирования. Химический состав, механические свойства и назначение штамповых сталей приведены в ГОСТ 5950--73.

    Стали для штампов холодного деформирования. Стали для изготовления инструментов этой группы должны обладать высокой износостойкостью (высокой поверхностной твердостью), прочностью, вязкостью (чтобы воспринимать ударные нагрузки), сопротивлением деформации.

    Для изготовления штампов небольших размеров (диаметром до 25 мм) используют углеродистую инструментальную сталь марок У10, У11, У12. После закалки и низкого отпуска инструмент из этих сталей будет обладать нужным комплексом свойств. Широко используют легированные стали марок X, Х9, ХГ, 9ХС, Х12М, Х6ВФ (фильеры, плашки и др.). Для повышения износостойкости инструмента после его термической обработки применяют иногда цианирование или хромирование рабочей поверхности. Для штампов, работающих в условиях износа и давления, применяют легированные стали глубокой прокаливаемости, например Х12, Х12Ф, ХГЗСВ и т.д.

    Если штамповый инструмент испытывает ударные нагрузки, то для его изготовления используют стали, обладающие большой вязкостью (стали 4ХС4, 4ХВС, 5ХНМ, 5ХГМ и т. д.). Это достигается уменьшением содержания углерода, введением легирующих элементов, увеличивающих прокаливаемость, и соответствующей термической обработкой -- закалка с высоким отпуском (480--580°С). Окончательная твердость HRC 38--45.

    Стали для штампов горячего деформирования. Штампы для горячего деформирования работают в более сложных условиях. Поэтому, кроме перечисленных свойств, стали для таких штампов должны обладать жаропрочностью, теплостойкостью, термостойкостью Они должны быть также минимально чувствительными к отпускной хрупкости, так как в процессе эксплуатации может неоднократно происходить нагрев штампов до высоких температур. Кроме того, эти стали должны обладать и хорошей теплопроводностью, чтобы тепло быстро отводилось от рабочей поверхности и т.д.

    Если штампы испытывают большие ударные нагрузки (например, ковочные штампы), то для их изготовления используют стали, содержащие 0,5--0,6% С, легированные элементами, увеличивающими прокаливаемость и вязкость (хром, никель, марганец). Для уменьшения склонности к отпускной хрупкости II рода вводят молибден или вольфрам. Это стали 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХНТ, 5ХНСВ и т.д.

    Закалку осуществляют с 760--820° С, охлаждающая среда зависит от размеров штампов. Температура отпуска составляет  460--580° С,  твердость HRC 35--45.

    Инструмент для горячей протяжки, высадки и прессования нагревается в работе до более высоких температур. Для такого инструмента используют стали с повышенным содержанием вольфрама, обладающие термостойкостью до 650--670° С. Это стали марок ЗХ2В8, 4Х5В2ФС, 4Х4В4ФМ, 6ХВ2С и др.

    В настоящее время для изготовления деталей используют также метод литья под давлением. Таким образом делают детали как из металлов, так и из пластмасс. Используемые для этой цели прессформы подвергаются износу, коррозии, а также образованию на рабочей поверхности сетки разгарных трещин. В зависимости от условий работы для изготовления прессформ применяют различные марки сталей.

    Для литья металлов с высокими температурами плавления прессформы изготавливают из сталей ЗХ2В8, 4ХВ2С.

    Для литья металлов с низкой температурой плавления (например, цинк и его сплавы) прессформы делают из сталей ЗОХГС, 40Х и даже сталей 45 и 50.

    Для штампов и форм литья под давлением алюминиевых и магниевых сплавов, особенно для штампов сложных по конфигурации, небольших по размерам и работающих с большими ударными нагрузками, применяют мартенситностареющие стали.

    Литье и прессование пластмасс связаны с износом и коррозией. Поскольку в этом случае температуры составляют порядка 150--200° С, то для изготовления прессформ можно использовать как легированные, так и углеродистые улучшаемые или цементуемые стали. Применяют также и азотируемые стали. Иногда рабочую поверхность подвергают хромированию диффузионной металлизацией. Для коррозионностойкого инструмента используют стали 9X18, Х18МФ, Х14М, 30X13, 40X13