Инструментальная сталь
Инструментальная сталь, углеродистая или легированная сталь используется для изготовления режущих и измерительных инструментов, штампов холодного и горячего деформирования, а также деталей машин, испытывающих повышенный износ при умеренных динамических нагрузках.
Зачастую инструментальная сталь содержит более 0,6—0,7% С; исключение — штамповые стали для горячего деформирования, содержащие 0,3—0,6% С. Для улучшения эксплуатационных свойств инструментальную сталь подвергают термической обработке (закалке, отпуску), в результате которой твёрдость инструментальной стали повышается до 60—66 HRC, прочность при изгибе — 2,5—3,5 Гн/м2 (250—350 кгс/мм2). С увеличением твёрдости повышается и износостойкость инструментальной стали — способность сохранять неизменные размеры и форму рабочей поверхности при трении с высокими давлениями. Инструментальные стали, легированные хромом и марганцем, обладают более высокой закаливаемостью и прокаливаемостью, чем углеродистые. Повышенная красностойкость инструментальной стали — способность сохранять высокую твёрдость и износостойкость при температурах до 500—700 °С — достигается легированием сталей вольфрамом, молибденом, ванадием. В зависимости от устойчивости против нагрева, возникающего в процессе эксплуатации, инструментальную сталь подразделяют на три группы (см. табл.).
Химический состав широко распространённых инструментальных сталей,
% в среднем
Марка стали |
C |
Mn |
Si |
Cr |
W |
Mo |
V |
Стали с небольшой устойчивостью против нагрева |
Углеродистые стали |
У8А |
0,8 |
0,25 |
0,25 |
£0,1 |
— |
— |
— |
У10А |
1,0 |
0,25 |
0,25 |
£0,1 |
— |
— |
— |
У12А |
1,2 |
0,25 |
0,25 |
£0,1 |
— |
— |
— |
У13А |
1,3 |
0,25 |
0,25 |
£0,1 |
— |
— |
— |
Низколегированные стали |
9ХФ |
0,9 |
0,4 |
0,25 |
0,55 |
— |
— |
0,2 |
11ХФ |
1,1 |
0,5 |
0,25 |
0,55 |
— |
— |
0,1 |
13Х |
0,3 |
0,4 |
0,25 |
0,55 |
— |
— |
— |
В2Ф |
1,2 |
0,4 |
0,25 |
0,5 |
1,7 |
— |
0,1 |
Легированные стали |
Х |
1,0 |
0,3 |
0,2 |
1,5 |
— |
— |
— |
ХВСГ |
1,0 |
0,75 |
0,85 |
0,9 |
0,85 |
— |
0,1 |
7ХГ2ВМ |
0,75 |
2,1 |
0,3 |
1,7 |
1,1 |
0,7 |
0,15 |
6ХС |
0,65 |
0,25 |
0,8 |
1,1 |
— |
— |
— |
Стали с повышенной устойчивостью против нагрева |
Х6ВФ |
1,1 |
0,25 |
0,25 |
6 |
1,3 |
— |
0,6 |
Х6Ф4М |
1,65 |
0,25 |
0,25 |
6 |
— |
0,8 |
3,8 |
X12М |
1,55 |
0,25 |
0,25 |
12 |
— |
0,5 |
— |
55Х6В3СМФ |
0,55 |
0,25 |
0,8 |
6 |
3 |
0,8 |
0,8 |
Стали, устойчивые против нагрева (штамповые стали) |
4Х52ВФС |
0,4 |
0,25 |
1,0 |
5 |
2,0 |
— |
0,8 |
4Х3БМФС |
0,4 |
0,35 |
0,8 |
3,5 |
1,0 |
1,4 |
0,7 |
3Х2В8Ф |
0,35 |
0,25 |
0,25 |
2,5 |
8,0 |
— |
0,3 |
2Х8В8М2К5 |
0,25 |
0,25 |
0,4 |
7,5 |
7,5 |
1,8 |
8,0 |
Стали с небольшой устойчивостью против нагрева сохраняют высокую твёрдость до 150—200°C, применяются для резания мягких материалов с небольшой скоростью и для холодного деформирования. Углеродистые стали этой группы характеризуются малой прокаливаемостью — изделия диаметром (толщиной) более 15—20 мм получают при закалке высокую твёрдость (до 65 HRC) только в тонком поверхностном слое, сохраняя мягкую и вязкую сердцевину. Из-за повышенной деформации при закалке с охлаждением в воде из углеродистой стали изготовляют преимущественно инструменты простой формы — напильники, зенкеры, ручные метчики и др. Имеющие несколько лучшую прокаливаемость низколегированные стали используют для инструментов небольших сечений, от которых требуется высокая и равномерная твёрдость: ножовочных полотен для ручной резки металлов, лезвий бритв, круглых пил по дереву и др. Легированные стали этой группы обладают повышенной прокаливаемостью (от 25—100 мм) и применяются для измерительных инструментов, колец и шариков подшипников качения, штампов сложной формы и др.
Стали с повышенной устойчивостью против нагрева сохраняют свои эксплуатационные свойства при нагреве до 250—400 °С. В основном это легированные стали с высоким содержанием хрома (до 12%). Они имеют повышенную износостойкость в условиях абразивного изнашивания, так как содержат в структуре до 20—30% карбидов хрома и ванадия высокой твёрдости: Me7C3 (1200—1400 HV) и MeC (2000 HV). После термической обработки (закалка с охлаждением на воздухе, в масле или в расплавленных солях с температурой 150—180 °С) они приобретают твёрдость до 63 HRC. Для этих сталей характерна высокая прокаливаемость (до 300—400 мм) и минимальные объёмные изменения при закалке. Из высокохромистых сталей изготовляют крупные штампы, испытывающие повышенный износ, стойкие в агрессивных средах хирургические инструменты и др.
Стали, устойчивые против нагрева, сохраняют твёрдость до 560—700 °С. Основными легирующими элементами таких сталей, обеспечивающими их красностойкость, являются вольфрам и молибден. Стали, имеющие повышенное содержание углерода (0,7—1,5%) и высокую твёрдость (до 64—68 HRC), идут на изготовление режущего инструмента; стали с содержанием углерода до 0,4% (штамповые стали), имеющие более низкую твёрдость, но лучшую вязкость, применяют для штампов горячего деформирования, форм для литья металлов под давлением и др.
Конструкционная сталь
Конструкционная сталь, общее название группы сталей, предназначенных для изготовления строительных конструкций и деталей машин или механизмов. Конструкционная сталь, применяемая для строительных конструкций, должна обладать хорошей свариваемостью, в связи с чем содержание в ней углерода не должно превышать 0,25%; подразделяется на углеродистую и низколегированную (до 5% легирующих элементов) повышенной прочности, а также в зависимости от назначения — для мостостроения и каркасов высотных зданий.
Конструкционная сталь, используемая в машиностроении, по химическому составу классифицируется на углеродистую и легированную (хромистая, хромоникелевая и др.);
по методу изготовления — на деформируемую и литейную;
по условиям работы — на конструкционную, жаропрочную, нержавеющую (коррозионностойкую), износостойкую.
В зависимости от содержания углерода различают низкоуглеродистую цементуемую сталь (0,1—0,25% С) и так называемую улучшаемую сталь (0,25—0,45% С); для некоторых деталей (например, пружин, рессор) применяется сталь с более высоким содержанием углерода (0,5—0,65% С).
По степени легированности сталь для машиностроения делят на низко- (до 5% легирующих элементов), средне- (5—10%) и высоколегированную (более 10%). Детали машин, изготовленные из стали, как правило, подвергают термической обработке.
В зависимости от значения и характера воспринимаемых деталью нагрузок к стали предъявляются требования необходимого уровня прочности (Sв может достигать 2,5—3 Гн/м2 (250—300 кгс/мм2)), пластичности, ударной вязкости, предела выносливости, свариваемости, прокаливаемости и др.
|