Инструментальные стали и сплавы

Особенности инструментальных сталей и сплавов

В основе фазовой структуры инструментальной стали находится мартенсит, в некоторых случаях ледебурит. Данная сталь отличается от конструкционной рядом следующих особенностей:

1. красностойкость, характеризующая способность металла сохранять характеристики прочности в случае увеличения температурного воздействия;
2. увеличенная твердость, составляет 60-65 единиц по Роквеллу;
3. высокая прокаливаемость, которая заключается в способности термически упрочняться;
4. дополнительная прочность, временное сопротивление на разрыв составляет не менее 900 мегапаскалей.

Разновидности инструментальных сталей

Основными видами инструментальных сталей являются:

1. Быстрорежущие стали.
2. Инструментальные углеродистые стали.
3. Легированные инструментальные стали.

В низколегированных инструментальных сталях содержится от 1 до 3 % легирующих элементов, основными из которых являются ванадий, хром, вольфрам и кремний. Данные стали обладают увеличенной, по сравнению с углеродистой, прокаливаемостью, но при этом их теплостойкость составляет всего 400 градусов по Цельсию. Термическая обработка низколегированных инструментальных сталей заключается в закалке в масле отпуске при температуре 150-200 градусов по Цельсию. В данном случае достигается сквозная прокаливаемость. После термической обработки твердость стали составляет 62-64 единицы по Роквеллу. Благодаря большей прокаливаемости, а также закалке в масле низколегированные инструментальные стали используются в производстве инструментов крупного сечения и большой длины.

Быстрорежущие стали используются для изволения инструментов, работающих при высоких скоростях резания. Главное достоинство таких сталей - высокая теплостойкость, составляющая порядка 650 градусов по Цельсию, что достигается благодаря большому количеству легирующих элементов. Быстрорежущие стали маркируются буквой Р, а следующее за ней число показывает среднее содержание вольфрама в процентах. После итого идут обозначения других легирующих элементов. Содержание углерода не превышает 1 %, хрома 4 %. Термическая обработка быстрорежущих сталей заключается в закалке при высокой температуре - от 1200 - 1300 градусов по Цельсию и трехкратном отпуске при температуре около 560 градусов по Цельсию. Такой способ отпуска применяется с целью избавления от остаточного аустенита, которого содержится около 30 % после закалки. Аустенит способствует снижению режущих свойств. После окончания термической обработки быстрорежущая сталь имеет структуру мартенсита с карбидными включениями, а твердость может достигать 65 единиц по Роквеллу. Такая сталь применяется при изготовлении инструментов, которые используются для обработки металлов на металлорежущих станках - сверла, фрезы, резцы. Во многих случаях, чтобы сэкономить быстрорежущую сталь инструменты изготавливаются сварными или сборными.

Углеродистая инструментальная сталь используется в машиностроении в производстве режущего инструмента с габаритами не более 13 миллиметров. Причина такого использования - ограниченная прокаливаемость. Преимущества данного вида сталей - умеренная твердость, низкая цена, приемлемая податливость резанию. Для того, чтобы увеличить их механические свойства применяется термическая обработка, состоящая из закалке в воде или соляном растворе при температуре 820 градусов по Цельсию и низком отпуске, основное назначение которого снятие внутренних напряжений. Основной недостаток углеродистых инструментальных сталей небольшой диапазон температуры накаливания.

Металлокерамические инструментальные сплавы

Металлокерамические твердые сплавы представляют собой порошковые спеченные материалы, для которых основой являются карбиды тугоплавких металлов, а связующим веществом кобальт. Теплостойкость таких сплавов достигает 1000 градусов по Цельсию, а твердость 97 единиц по Роквеллу. Такие сплавы делятся на три основных группы: вольфрамовые, титановольфрамовые и титанотанталовольфрамовые. Вольфрамовые сплавы делаются на основе карбида вольфрама и кобальта, маркируются буквами ВК, а последующие цифры обозначают содержание кобальта в процентах. В состав титановольфрамовых сплавов дополнительно входит карбид титана. Для их маркировки используются буквы Т и К, а цифрами обозначается содержание вольфрама и титана. В титанотанталовольфрамовых сплавах кроме титана, вольфрама и кобальта содержатся карбиды титана и тантала. Металлокерамические сплавы изготавливаются в виде пластин, припаиваемых к державке из углеродистой стали. Используются они для изготовления сверл, фрез, резцов и прочего инструмента.