Классификация и основные свойства сталей.

Основными свойствами инструментальных сталей для всех видов инструментов являются твердость, вязкость, износостойкость, теплостойкость (красностойкость) прокаливаемость. Кроме того для отдельных видов инструментов большое значение имеют такие свойства, как теплопроводность, разгаростойкость, окалиностойкость, устойчивость против схватывания (адгезия) и налипания, некоторые механические свойства.

Твердость является главным показателем качества инструмента. Величина твердости назначается в зависимости от условий эксплуатации инструмента и определяется химическим составом и прежде всего содержанием углерода. Твердость зависит от полученной структуры. Мартенсит и избыточная карбидная фаза увеличивают твердость, остаточный аустенит ее уменьшает.

Вязкость инструментальной стали характеризует эксплуатационную надежность инструмента и зависит от структуры, карбидной неоднородности, неметаллических включений и прежде всего от твердости. Твердость и вязкость - противоположные свойства инструментальных сталей. Повышение твердости, как правило, вызывает понижение вязкости.

По твердости и вязкости инструментальные стали классифицируются на стали высокой твердости (НRС от 58 до 65), пониженной вязкости и стали повышенной вязкости но пониженной твердости (НRС от 40 до 55).

Износостойкость инструментальной стали, т.е. способность сопротивляться различным видам изнашивания поверхности является характеристикой долговечности работы инструмента. Она определяется составом, структурой и свойствами стали, а также свойствами обрабатываемого изделия, условиями эксплуатации инструмента.

Характер износа различается: абразивный, эрозионный, адгезионный, диффузионный. Сталь одной и той же марки может обладать различной износостойкостью, в зависимости от технологии обработки и условий эксплуатации. Общей классификации по износостойкости нет, поскольку на нее влияет большое количество различных факторов.

Теплостойкость или красностойкость инструментальных сталей характеризуется температурой, до которой сохраняется заданная высокая твердость, прочность и износостойкость стали, т.е. обеспечиваются свойства инструмента, необходимые для его эксплуатации. Теплостойкость характеризует способность инструмента сопротивляться изменению структуры и свойств рабочих поверхностей инструмента при разогреве в процессе эксплуатации. Теплостойкость определяет стойкость стали против отпуска.

По теплостойкости стали разделяют на нетеплостойкие (сохраняющие твердость при нагреве в интервале температур от 200 до 300º С), полутеплостойкие (от 400 до 500º С) и теплостойкие от 550 до 600º С. Увеличение температуры теплостойкости существенно повышает срок службы инструмента. Так повышение температуры эксплуатации до 640 º С повышает срок эксплуатации в 3 раза, а до 700 º С в 15 раз.

Прокаливаемость инструментальных сталей характеризует твердость инструмента по сечению. Она определяется устойчивостью переохлажденного аустенита. Прокаливаемость во многом определяет твердость инструмента на поверхности после закалки.

По прокаливаемости инструментальные стали делят на стали неглубокой прокаливаемости (углеродистые и низколегированные) и стали глубокой прокаливаемости (легированные и высоколегированные).

Основные признаки, по которым классифицируют стали: структура, состав, назначение.

По составу инструментальные стали подразделяют на углеродистые, низколегированные, легированные и высоколегированные.

По структуре в равновесном состоянии, определяемым составом стали на доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные и ледебуритные. Большинство инструментальных сталей являются заэвтетоидными и ледебуритыми. Как провило, такие стали имеют высокую твердость и низкую вязкость. Небольшое количество инструментальных сталей является доэвтектоидными. Они обладают повышенной твердостью и повышенной вязкостью

По назначению инструментальные стали делят на стали для режущего инструмента, штамповые для холодного деформирования, штамповые стали для горячего деформирования и стали для измерительного инструмента.

Стали для режущего инструмента изготавливают из нетеплостойких или теплостойких высоколегированных сталей.

Нетеплостойкие стали для режущего инструмента. Из этих сталей можно изготавливать инструмент, который в процессе резания не разогревается выше 100 - 150º C. Инструменты, не подвергаемые в процессе эксплуатации ударным нагрузкам, можно изготавливать из сталей повышенной твердости. При выборе стали необходимо учитывать прокаливаемость. Эксплуатационные свойства прочность, твердость, износостойкость, пластичность определяется прежде всего количеством углерода в стали. Технологические свойства и прежде всего прокаливаемость, определяется легированием. Основными легирующими элементами в этих сталях являются хром, кремний, марганец, вольфрам, ванадий. Особенно высокую прокаливаемость имеют комплекснолегированные стали ХВГ, ХВСГ. Вольфрам и ванадий, главным образом предотвращают рост зерна аустенита при нагреве.

Хром. Увеличивает прокаливаемость и является наиболее упрочняющим компонентом т.к. является основой специального карбида Ме₂₃С₆ .

Кремний и марганец существенно повышают прочностные показатели и прокаливаемость. Присадка кремния также повышает стойкость против отпуска. В сталях легированных кремнием пониженное количество остаточного аустенита. Недостатками кремнийсодержащих сталей являются склонность к обезуглераживанию, пониженная обрабатываемость резанием.

Быстрорежущие стали. Имеют в своем составе сравнительно невысокое содержание углерода (0, 7 - 0, 95 %С) и высокое содержание легирующих элементов (до 25 %). Основными легирующими элементами являются вольфрам (6 - 18%); хром (до 4%); ванадий (1 - 6%); молибден (до 5 %).

Дополнительное повышение теплостойкости осуществляется легированием кобальтом (5 - 10 %). Быстрорежущие стали относятся к ледебуритному классу и равномерное распределение карбидов по структуре обеспечивает оптимальные технологические свойства стали. Структура отожженной быстрорежущей стали – сорбитообразный перлит избыточные карбиды (до 25%). Структура закаленной стали мартенсит и значительное количество (до 25%) остаточного аустенита. Максимальную твердость (65НRС) обеспечивает трехкратный отпуск при температуре 550º С