Инструментальная сталь
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( август 2009 г. ) |
| Стали |
|---|
 |
| Фазы |
| Микроструктуры |
| Классы |
| Другие материалы на основе железа |
Инструментальная сталь — это любая из различных углеродистых и легированных сталей , которые особенно хорошо подходят для изготовления инструментов и оснастки, включая режущие инструменты , штампы , ручные инструменты , ножи и другие. Их пригодность обусловлена их особой твердостью , устойчивостью к истиранию и деформации, а также способностью удерживать режущую кромку при повышенных температурах. В результате инструментальные стали подходят для использования при обработке других материалов, например, при резке , механической обработке , штамповке или ковке .
Инструментальные стали имеют содержание углерода от 0,5% до 1,5%. Наличие карбидов в их матрице играет доминирующую роль в качествах инструментальных сталей. Четыре основных легирующих элемента, которые образуют карбиды в инструментальной стали: вольфрам , хром , ванадий и молибден . Скорость растворения различных карбидов в аустенитной форме железа определяет характеристики стали при высоких температурах (чем медленнее, тем лучше, что делает сталь жаропрочной). Правильная термическая обработка этих сталей важна для обеспечения адекватных эксплуатационных характеристик. [ 1 ] Содержание марганца часто поддерживают на низком уровне, чтобы свести к минимуму возможность растрескивания во время закалки в воде .
Выделяют шесть групп инструментальных сталей: водозакаленные, холоднодеформированные, ударопрочные, быстрорежущие, жаропрочные и специального назначения. Выбор группы зависит от стоимости, рабочей температуры, требуемой твердости поверхности, прочности, ударостойкости и требований к ударной вязкости. [ 2 ] Чем тяжелее условия эксплуатации (более высокая температура, абразивность, коррозионная активность, нагрузка), тем выше содержание сплава и, как следствие, количество карбидов, необходимое для инструментальной стали.
Инструментальные стали используются для резки, прессования, экструзии и чеканки металлов и других материалов. Их использование в инструментах имеет важное значение; Например, для литьевых форм требуется инструментальная сталь из-за ее стойкости к истиранию — важного критерия долговечности формы, которая позволяет выполнять сотни тысяч операций формования в течение ее срока службы.
Марки инструментальной стали AISI SAE - являются наиболее распространенной шкалой , используемой для идентификации различных марок инструментальной стали. Отдельные сплавы внутри одной марки имеют номер; например: А2, О1 и т. д.
Группа водозакалки
[ редактировать ]Инструментальная сталь W-группы получила свое название из-за ее определяющего свойства – закалки в воде. Сталь марки W по существу представляет собой высокоуглеродистую углеродистую сталь . Эта группа инструментальных сталей является наиболее часто используемой инструментальной сталью из-за ее низкой стоимости по сравнению с другими. Они хорошо подходят для деталей и применений, где не используются высокие температуры; выше 150 ° C (300 ° F) он начинает заметно размягчаться. Ее прокаливаемость низкая, поэтому инструментальные стали W-группы необходимо подвергать быстрой закалке, требующей использования воды. Эти стали могут достигать высокой твердости (более 66 по шкале Роквелла ) и являются довольно хрупкими по сравнению с другими инструментальными сталями. W-образные стали все еще продаются, особенно для изготовления пружин, но используются гораздо менее широко, чем в 19 и начале 20 веков. Частично это связано с тем, что W-стали деформируются и трескаются во время закалки гораздо сильнее, чем стали, закаленные в масле или на воздухе.
Прочность инструментальных сталей W-группы повышается за счет легирования марганцем, кремнием и молибденом. Для сохранения мелких размеров зерен при термообработке используется до 0,20% ванадия.
Типичными применениями различных углеродных составов являются W-стали:
- 0,60–0,75 % углерода: детали машин, долота, установочные винты; свойства включают среднюю твердость с хорошей ударной вязкостью и ударопрочностью.
- 0,76–0,90 % углерода: ковочные штампы, молоты и салазки.
- 0,91–1,10% углерода: инструменты общего назначения, требующие хорошего баланса износостойкости и прочности, такие как рашпили, сверла, фрезы и срезные лезвия.
- 1,11–1,30% углерода: напильники, небольшие сверла, токарные инструменты, бритвенные лезвия и другие изделия для легких условий эксплуатации, где требуется повышенная износостойкость без большой прочности. Сталь с содержанием углерода около 0,8% становится такой же твёрдой, как сталь с большим количеством углерода, но частицы свободного карбида железа в углеродистой стали с содержанием 1% или 1,25% позволяют ей лучше удерживать заточку. Однако острая кромка, вероятно, ржавеет быстрее, чем изнашивается, если ее использовать для резки кислых или соленых материалов.
Группа холодной работы
[ редактировать ]К инструментальным сталям для холодной обработки относятся серия О (закалка в масле), серия А (закалка на воздухе) и серия Д (высокоуглеродисто-хромистые). Это стали, используемые для резки или формовки материалов, находящихся при низких температурах. Эта группа обладает высокой прокаливаемостью и износостойкостью, средней вязкостью и термостойкостью. Их используют при производстве более крупных деталей или деталей, требующих минимальных деформаций при закалке. Использование закалки в масле и закалки на воздухе помогает уменьшить деформацию, избегая более высоких напряжений, вызванных более быстрой закалкой в воде. В этих сталях используется больше легирующих элементов по сравнению с водозакаленным классом. Эти сплавы повышают прокаливаемость стали и, следовательно, требуют менее жесткого процесса закалки и, как следствие, с меньшей вероятностью растрескиваются. Они имеют высокую поверхностную твердость и часто используются для изготовления лезвий ножей. Обрабатываемость марок, закаленных в масле, высокая, а у марок с высоким содержанием углерода и хрома — низкая.
Закалка маслом: серия О
[ редактировать ]В эту серию входят тип O1, тип O2, тип O6 и тип O7. Все стали этой группы обычно закаливаются при температуре 800 °C (1500 °F), закаливаются в масле, а затем отпускаются при температуре ниже 200 °C (400 °F). [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
| Оценка | Состав | Примечания |
|---|---|---|
| О1 | 0,90% C , 1,0–1,4% Mn , 0,50% Cr , 0,50% W , 0,30% Si , 0,20% V | Сталь для холодной обработки, используемая для изготовления датчиков, режущих инструментов, деревообрабатывающих инструментов и ножей. Его можно закалить до твердости 66 по шкале Роквелла (HRC) , хотя обычно его используют при твердости 61–63 HRC. Ванадий не является обязательным. Также продается как Арне, [ 8 ] СКС3, 1.2510 и 100MnCrW4. |
| О2 | 0,90 % C , 1,5–2,0 % Mn , 0,30 % Cr , 0,30 % Si , 0,15 % V | Сталь для холодной обработки, используемая для изготовления датчиков, режущих инструментов, деревообрабатывающих инструментов и ножей. Его можно закалить до твердости 66 HRC, обычно используется твердость 61-63 HRC. Также продаются как 1.2842 и 90MnCrV8. [ 9 ] |
| O6 | 1,45% C , 1,0% Mn , 1,0% Si , 0,3% Mo | Сталь с графитом для холодной обработки, обладающая исключительной устойчивостью к износу при скольжении металла по металлу и истиранию. Обычно используется для кулачков, втулок, гильз, оправок, формовочных валков, срезных лезвий, пуансонов, штампов и направляющих. [ 10 ] |
Воздушное закаливание: серия А
[ редактировать ]Первой инструментальной сталью, закаленной на воздухе, была сталь мушет , которая была известна как закаленная на воздухе сталь в то время .
Современные закаленные на воздухе стали характеризуются низкой деформацией при термообработке из-за высокого содержания хрома. Их обрабатываемость хорошая, и они имеют баланс износостойкости и прочности (т.е. между классами D и ударопрочными). [ 11 ]
| Оценка | Состав | Примечания |
|---|---|---|
| А2 [ 12 ] | 1,0% C , 1,0% Mn , 5,0% Cr , 0,3% Ni , 1,0% Mo , 0,15–0,50% V | Обычная инструментальная сталь общего назначения; Это наиболее часто используемая разновидность закаленной на воздухе стали. Он обычно используется для вырубки и формовки пуансонов, обрезных штампов, резьбонакатных штампов и штампов для литья под давлением. [ 11 ] |
| А3 [ 13 ] | 1,25 % C, 0,5 % Mn, 5,0 % Cr, 0,3 % Ni, 0,9–1,4 % Mo, 0,8–1,4 % V | |
| A4 [ 14 ] | 1,0 % C, 2,0 % Mn, 1,0 % Cr, 0,3 % Ni, 0,9–1,4 % Mo | |
| А6 [ 15 ] | 0,7 % C, 1,8–2,5 % Mn, 0,9–1,2 % Cr, 0,3 % Ni, 0,9–1,4 % Mo | Этот тип инструментальной стали затвердевает на воздухе при относительно низкой температуре (примерно той же температуре, что и закалка в масле) и имеет стабильные размеры. Поэтому его обычно используют для изготовления штампов, формовочных инструментов и датчиков, которым не требуется чрезвычайная износостойкость, но требуется высокая стабильность. [ 11 ] |
| A7 [ 16 ] | 2,00–2,85 % C, 0,8 % Mn, 5,00–5,75 % Cr, 0,3 % Ni, 0,9–1,4 % Mo, 3,9–5,15 % V, 0,5–1,5 Вт | |
| А8 [ 17 ] | 0,5–0,6 % C, 0,5 % Mn, 4,75–5,50 % Cr, 0,3 % Ni, 1,15–1,65 % Mo, 1,0–1,5 W | |
| А9 [ 18 ] | 0,5 % C, 0,5 % Mn, 0,95–1,15 % Si , 4,75–5,00 % Cr, 1,25–1,75 % Ni, 1,3–1,8 % Mo, 0,8–1,4 % V | |
| А10 [ 19 ] | 1,25–1,50 % C, 1,6–2,1 % Mn, 1,0–1,5 % Si, 1,55–2,05 % Ni, 1,25–1,75 % Mo | Этот сорт содержит равномерно распределенные частицы графита для повышения обрабатываемости и обеспечения самосмазывающихся свойств. Он обычно используется для датчиков, оправок, ножниц и пуансонов. [ 20 ] |
Высокоуглеродистый хром: серия D
[ редактировать ]Серия D класса инструментальных сталей для холодной обработки, в которую первоначально входили типы D2, D3, D6 и D7, содержит от 10% до 13% хрома (что необычно много). Эти стали сохраняют свою твердость до температуры 425 °C (800 °F). Общие области применения этих инструментальных сталей включают ковочные штампы, штампы для литья под давлением и волочильные штампы. Из-за высокого содержания хрома некоторые инструментальные стали типа D часто считаются нержавеющими или полунержавеющими, однако их коррозионная стойкость очень ограничена из-за выделения большинства компонентов хрома и углерода в виде карбидов.
| Оценка | Состав | Примечания |
|---|---|---|
| Д2 | 1,5 % С , 11,0–13,0 % Сг ; дополнительно 0,45% Mn , 0,030% P , 0,030% S , 1,0% V , 0,9% Mo , 0,30% Si | D2 очень износостойкий, но не такой прочный, как низколегированные стали. Механические свойства D2 очень чувствительны к термической обработке. Он широко используется для производства ножей, строгальных лезвий и промышленных режущих инструментов; иногда используется для лезвий ножей. |
Ударопрочная группа
[ редактировать ]Высокую ударостойкость и хорошую прокаливаемость обеспечивают хромо-вольфрамовое, кремний-молибденовое, кремний-марганцевое легирование. Ударопрочные групповые инструментальные стали (S) предназначены для противодействия ударам как при низких, так и при высоких температурах. Для необходимой прочности требуется низкое содержание углерода (около 0,5 % углерода). Карбидообразующие сплавы обеспечивают необходимую стойкость к истиранию, прокаливаемость и жаропрочность. Это семейство сталей демонстрирует очень высокую ударную вязкость и относительно низкую стойкость к истиранию и может достигать относительно высокой твердости от 58 до 60 HRC. В США прочность обычно определяется содержанием кремния от 1 до 2% и молибдена от 0,5 до 1%. В Европе ударные стали часто содержат 0,5–0,6% углерода и около 3% никеля. Диапазон содержания никеля от 1,75% до 2,75% до сих пор используется в некоторых ударостойких и высокопрочных низколегированных сталях (HSLA), таких как L6, 4340 и шведская пильная сталь, но это относительно дорого. Примером его использования является производство долот для отбойных молотков .
Высокоскоростная группа
[ редактировать ]Горячая рабочая группа
[ редактировать ]Стали для горячей обработки представляют собой группу сталей, используемых для резки или формования материала при высоких температурах. Инструментальные стали Н-группы были разработаны для обеспечения прочности и твердости при длительном воздействии повышенных температур. Эти инструментальные стали являются низкоуглеродистыми и легированными от умеренных до высоколегированных, которые обеспечивают хорошую твердость и ударную вязкость в горячем состоянии, а также хорошую износостойкость благодаря значительному количеству карбидов. [ 1 ] H1–H19 основаны на содержании хрома 5 %; От H20 до H39 основаны на содержании вольфрама 9–18% и хроме 3–4%; От H40 до H59 основаны на молибдене.
Примеры включают инструментальную сталь DIN 1.2344 (H13).
Группа специального назначения
[ редактировать ]- Инструментальная сталь P-типа — это сокращение от стали для пластиковых форм. Они разработаны с учетом требований, предъявляемых к штампам для литья под давлением цинка и литья пластмасс под давлением.
- Инструментальная сталь L-типа — это сокращение от низколегированной инструментальной стали специального назначения. L6 чрезвычайно прочный.
- Инструментальная сталь типа F закалена в воде и значительно более износостойка, чем инструментальная сталь типа W.
Сравнение
[ редактировать ]| Определение свойства | сорт AISI-SAE | Важные характеристики |
|---|---|---|
| Водяное закаливание | В | |
| Холодная обработка | ТО | Маслозакалка |
| А | Воздушное закаливание; средний сплав | |
| Д | Высокоуглеродистый; высокий хром | |
| Ударопрочный | С | |
| Высокоскоростной | Т | Вольфрамовая основа |
| М | Молибденовая основа | |
| Горячая обработка | ЧАС | H1–H19: хромовая основа. H20-H39: вольфрамовая основа H40–H59: молибденовая основа. |
| Пластиковая форма | П | |
| Специальное назначение | л | Низколегированный |
| Ф | Углеродный вольфрам |
См. также
[ редактировать ]Цитаты
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Верховен, Джон (2007). Металлургия стали для неметаллургов . АСМ Интернешнл. п. 159. ИСБН 978-0-87170-858-8 . Проверено 9 ноября 2014 г. .
- ^ Баумайстер, Аваллоне (1978). «6». Стандартный справочник Маркса для инженеров-механиков, 8-е изд . МакГроу Хилл. стр. 33, 34. ISBN. 9780070041233 .
- ^ «Инструментальная графитовая сталь Carpenter O6 (AISI O6)» . МатВеб . Архивировано из оригинала 15 февраля 2024 года . Проверено 20 ноября 2017 г.
- ^ «Тигельная инструментальная сталь KETOS®, AISI O1» . МатВеб . Архивировано из оригинала 15 февраля 2024 года . Проверено 20 ноября 2017 г.
- ^ «Инструментальная сталь AISI типа O2, закаленная в масле, закаленная в масле при 800°C, отпущенная при 260°C» . МатВеб . Архивировано из оригинала 15 февраля 2024 года . Проверено 20 ноября 2017 г.
- ^ «Инструментальная сталь AISI типа O7» . МатВеб . Архивировано из оригинала 15 февраля 2024 года . Проверено 20 ноября 2017 г.
- ^ «Состав инструментальной стали» . Компания «Суса » Проверено 20 ноября 2017 г.
- ^ "УДДЕХОЛЬМ АРНЕ" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 19 марта 2021 г.
- ^ «1.2842/90MnCrV8 – Инструментальная сталь» . Steel-bar.com . 16 июля 2022 г.
- ^ «Быстрорежущая сталь – Инструментальная сталь – O6 – Технические данные O6» . www.hudsontoolsteel.com .
- ^ Jump up to: а б с Оберг и др. 2004 , стр. 466–467.
- ^ AISI A2 , Эфунда, заархивировано из оригинала 2 апреля 2012 г. , получено 25 декабря 2010 г.
- ^ AISI A3 , Efunda, заархивировано из оригинала 02 апреля 2012 г. , получено 25 декабря 2010 г.
- ^ AISI A4 , Efunda, заархивировано из оригинала 2 апреля 2012 г. , получено 25 декабря 2010 г.
- ^ AISI A6 , Эфунда, заархивировано из оригинала 19 августа 2011 г. , получено 25 декабря 2010 г.
- ^ AISI A7 , Эфунда, заархивировано из оригинала 16 сентября 2011 г. , получено 25 декабря 2010 г.
- ^ AISI A8 , Эфунда, заархивировано из оригинала 9 сентября 2011 г. , получено 25 декабря 2010 г.
- ^ AISI A9 , Эфунда, заархивировано из оригинала 02 апреля 2012 г. , получено 25 декабря 2010 г.
- ^ AISI A10 , Эфунда, заархивировано из оригинала 2 апреля 2012 г. , получено 25 декабря 2010 г.
- ^ Информация о материалах инструментальной стали A-10 , заархивировано из оригинала 4 апреля 2004 г. , получено 25 декабря 2010 г.
- ^ Оберг и др. 2004 , с. 452.
Общие и цитируемые ссылки
[ редактировать ]- Дегармо, Э. Пол; Блэк, Джей Т.; Кохсер, Рональд А. (2003), Материалы и процессы в производстве (9-е изд.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4 .
- Оберг, Эрик; Джонс, Франклин Д.; МакКоли, Кристофер Дж.; Хилд, Рикардо М. (2004), Справочник машинного оборудования (27-е изд.), Industrial Press , ISBN 978-0-8311-2700-8 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Программное обеспечение для сравнения различных марок инструментальной стали на основе их свойств: Steel-guide EU на основе норм AISI и Steel-guide GB на основе норм British Steel .
- Рекомендуемый выбор инструментальной стали для различных целей
- Сравнение стандартов инструментальной стали
- Химический состав инструментальной стали. Архивировано 28 ноября 2009 г. на Wayback Machine.
