Инструментальные углеродистые стали.

Инструментальной углеродистой называется сталь с содержанием углерода от 0,7 % и выше. Эта сталь отличается высокой твердостью и прочностью и применяется для изготовления инструмента. Инструментальная углеродистая сталь делится на качественную и высококачественную.

Углеродистые стали (ГОСТ 1435-90) производят качественные – (У7, У8, У9, …, У13) и высококачественные – (У7А, У8А, У9А,…, У13А).

Буква А в марке показывает, что сталь углеродистая, а цифра – среднее содержание углерода в десятых долях процента. Буква А в конце марки показывает что сталь высококачественная. Углеродистые стали поставляют после отжига на зернистый перлит. За счет невысокой твердости в состоянии поставки углеродистые стали хорошо обрабатываются резанием и деформируются, что позволяет применять накатку, насечку, и другие высокопроизводительные методы изготовления инструмента.

Стали У7 и У7А используют для инструментов и изделий, подвергающихся толчкам и ударам и требующих высокой вязкости при умеренной твердости (зубила, молотки, инструменты по дереву и т.д.).

У8 и У8А – для инструментов и изделий, требующих повышенной твердости и достаточной вязкости (кернеры, матрицы, ножи и ножницы по металлу, отвертки и т.д.).

У9, У9А – для инструментов, требующих высокой твердости при наличии некоторой вязкости.

У10, У10А – для инструментов, не подвергающихся сильным толчкам и ударам и требующих высокой твердости при незначительной вязкости (фрезы, метчики, развертки, строгальные резцы и т.д.).

У11, У11А, У12, У12А – для инструментов, требующих высокой твердости (напильники, шаберы, фрезы, сверла, острый хирургический инструмент, пилы по металлу и т.д.).

У13, У13А – для инструментов, которые должны иметь исключительно большую твердость – бритвы, шаберы, волочильный инструмент и др.

Недостатком инструментальной углеродистой стали является потеря прочности при нагреве выше 200ºС (отсутствие теплостойкости). Инструмент, изготавливаемый из этих сталей, принимают для обработки сравнительно мягких материалов при небольших скоростях резания.

Легированные стали.

Легированной называется сталь, в которой наряду с обычными примесями имеются легирующие элементы, резко улучшающие ее свойства.

Легирующие элементы и их влияние на свойства стали.

Хром – карбидообразующий элемент. Повышает прокаливаемость. Способствует получению твердых и износостойких рабочих поверхностей. При содержании более 12 % придает высокие антикоррозионные и жаростойкие качества. Недостаток – повышает склонность стали к отпускной хрупкости.

Никель– увеличивает прокаливаемость, в особенности в сочетании с хромом. Способствует повышению прочности и коррозионной стойкости при высоких температурах. В результате закалки обеспечивает получение мелкозернистой структуры, отличающейся повышенной прочностью, высокой пластичностью и вязкостью.

Вольфрам – эффективный карбидообразующий элемент. Главнейшее положительное качество – обеспечение после закалки и отпуска высокой твердости (HRC 64 – 66). Вольфрам препятствует росту зерна при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Благодаря высокой твердости широко применяется в инструментальных сталях и сплавах.

Ванадий - эффективный карбидообразующий элемент. В малых количествах способствует получению мелкозернистой структуры и повышению вязкости стали. Способствует сохранению твердости при отпуске. Один из немногих элементов улучшающих свариваемость.

Кремний – при содержании 1 - 1,5 % увеличивает прочность, причем вязкость сохраняется. Кремний увеличивает упругость, кислотостойкость, окалиностойкость.

Марганец – при содержании свыше 1 % увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.

Кобальт– повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Молибден – эффективный карбидообразующий элемент. Повышает прокаливаемость. Снижает склонность к отпускной хрупкости. Обеспечивает получение равномерной мелкозернистой структуры, сообщает стали высокую прочность, пластичность и вязкость.

Титан - эффективный карбидообразующий элемент. Способствует получению мелкозернистой структуры, в особенности в сочетании с хромом и марганцем. В результате закалки обеспечивает высокую твердость рабочих поверхностей деталей. Повышает коррозионную стойкость.

Ниобий– улучшает кислотостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Алюминий– повышает жаростойкость и окалиностойкость. Измельчает зерно. Повышает ударную вязкость.

Медь – увеличивает антикоррозионные свойства.

Редкоземельные элементы.

Церий – повышает прочность и особенно пластичность.

Цирконий – оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.

Лантан, цезий, неодим уменьшают пористость, улучшают качество поверхности, способствуют уменьшению содержания серы в стали, измельчают зерно.

Классификация легированных сталей.

В основу классификации легированных сталей заложены четыре признака: равновесная структура (после отжига), структура после охлаждения на воздухе (после нормализации), состав и назначение сталей.

По типу равновесной структуры стали подразделяются на доэвтектоидные, эвтектоидны, заэвтектоидные и ледебуритные. Эвтектоидные стали имеют перлитную структуру, а доэвтектоидные и заэвтектоидные наряду с перлитом содержат соответственно избыточный феррит и или вторичные карбиды (М₃С, где М – металл). В структуре ледебуритных сталей присутствует эвтектика (ледебурит). По структуре они могут быть отнесены к белым чугунам, но их причисляют к сталям с учетом меньшего, чем у чугунов, содержания углерода (меньше 2 % С) и возможности подвергать пластической деформации.

Классификация по структуре после нормализации предполагает разделение сталей на три основных класса: перлитный, мартенситный и аустенитный. Такое подразделение обусловлено тем, что с увеличением содержания легирующих элементов в стали возрастает устойчивость аустенита в перлитной области; одновременно снижается температурная область мартенситного превращения. Все это приводит к изменению получаемых при нормализации структур от перлита в относительно малолегированных сталях до мартенсита (в легированных) и аустенита (в высоколегированных).

Классификация по химическому составу.

- в зависимости от вводимых элементов (хромистые, марганцовистые, хромоникелевые и т.п.).

- по общему количеству легирующих элементов.

· низколегированные ( до 2,5 % легирующих элементов)

· легированные (от 2,5 до 10 %)

· высоколегированные (более 10 %)

- по качеству.

Качество стали – это комплекс свойств, обеспечиваемых металлургическим процессом, таких, как однородность химического состава, строения и свойств стали, ее технологичность.

· качественные (до 0,04 % S и до 0,035 % Р)

· высококачественные (до 0,025 % S и до 0,025 % Р)

· особовысококачественные (до 0,015 % S и до 0,026 % Р).

- по назначению.

· конструкционные

· инструментальные

· с особыми свойствами