10.2 Теоретичні відомості

Інструментальні вуглецеві та леговані сталі містять вуглецю 0.7...1.3%, застосуються для ріжучого, мірильного та штампового інструменту.

Ріжучі інструменти (різці, фрези, свердла) виготовлюють з вуглецевих, легованих, швидкорізальних і металокерамічних сплавів. Ці сталі повинні мати:

• високу твердість, зносостійкість ріжучої кромки при в’язкій серцевині;

• високу червоностійкість – здатність сталі зберігати високу твердість (структуру мартенситу) і ріжучи властивості при високих температурах;

• невелику деформацію при загартуванні;

• гарні технологічні властивості в відпаленому стані.

Структура вуглецевих і легованих інструментальних сталей до термічної обробки являє зернистий перліт. Термічна обробка складається з загартування і наступного низького відпуску при 150 - 170˚С. Охолодження вуглецевих сталей при загартуванні проводять у воді або розчинах лугу, солі, легованих – у мастилі.

Структура сталі після термічної обробки складається з дрібногольчастого мартенситу, вторинних карбідів і залишкового аустеніту.

Твердість поверхні інструмента при вмісту вуглецю більш 0.8% дорівнює HRC 60 – 64.

Інструментальні нелеговані (вуглецеві) сталі позначають літерою У й числами, що означають середню масову частку вуглецю у десятих частках процента (У7, У12). Високоякісні сталі позначають літерою А (У8А, У13А). З цих сталей виготовляють вимірювальний інструмент, вони повинні мати високу твердість, зносотривкість, теплотривкість і міцність.

За ріжучими властивостями леговані інструментальні сталі незначно відрізняються від вуглецевих сталей з тим же вмістом вуглецю. Основне призначення легуючих елементів – збільшити прогартованість сталі. Підвищена прогартованість сталі дозволяє проводити загартування при меншої швидкості охолодження, що зменшує можливість виникнення тріщин, деформацій і короблення.

Для виготовлення різального інструменту, який працює при високих швидкостях різання, використають швидкорізальні сталі: Р18, Р9, Р18К10, Р18Ф2, Р6М5К5, Р6М5.

Температура гартування швидкорізальних сталей повинна бути такою, щоб забезпечити максимальний перехід карбідів в аустеніт і водночас не допустити надмірного росту зерна аустеніту. Залежно від хімічного складу сталі вона знаходиться в межах 1210…1290˚С. Структура сталі після загартування складається з високолегованого мартенситу, первинних карбідів, що не перейшли в твердий розчин під час нагрівання й 25...35 % залишкового аустеніту, який негативно впливає на різальні властивості сталі.

Після загартування обов’язково проводять високий відпуск при 560˚С з витримкою 1 годину. Залишковий аустеніт розпадається, формуючи матрицю легованого мартенситу й до 15 % за об’ємом дрібнодисперсних карбідів вторинного твердіння. Ефект вторинного твердіння обумовлений такими легувальними елементами як вольфрам, молібден і ванадій. Твердість інструментів із швидкорізальних сталей після повної термообробки становить 63…67 HRC, а теплотривкість – 615…640˚С.

Інструментальні леговані сталі містять обмежену кількість хрому, вольфраму, ванадію, кремнію і марганцю. Частка вуглецю дорівнює 0.9 – 1.3%. Легувальні елементи покращують прогартованість, підвищують твердість (HRC 62 – 64) і теплотривкість. Термічна обробка полягає в гартуванні від 810...870˚С і низькому відпуску. Структура після термообробки – легований мартенсит, карбіди і залишковий аустеніт.

Сталі для штампів холодного деформування повинні мати високу зносотривкість, міцність в поєднанні зі задовільною в’язкістю. Для цих умов використають сталі марок Х, ХВГ, ХВС, Х12, Х12М.

Сталі для штампів гарячого деформування повинні відзначатись доброю теплотривкістю, зносотривкістю і певною в’язкістю. Для штампів гарячого деформування використають сталі марок 5ХНВ, 5ХНТ, 5ХНВС. Ці сталі гартують у мінеральній оливі з подальшим високотемпературним відпуском, щоб отримати троститну або тростито-сорбітну структуру. Твердість після відпускання складає HRC 35 – 45.