ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ

Основными свойствами инструментальных сталей, имею­щих значение практически для всех видов инструментов, являются: твердость, вязкость, износостой­кость, теплостойкость (красностойкость), прокаливаемость. Кроме того, для некоторых ви­дов инструмента большое значение имеют такие свойства, как теплопроводность, разгаростойкость, ока­лииостойкость, устойчивость против схватывания (адгезия) и налипания, неко­торые механические свойства и др.[21].

Твердость является главным показателем качества инструмента* В зависимости от назначения инструмента устанавливают значения ere твердости. Возможность получения той или иной твердости определя­ется химическим составом стали (прежде всего углерода) и применя­емой термической обработкой. При содержании 0,4—0,7 % С достига­ется твердость инструмента HRC 40—55, а при 0,8—1,5 % С HRC 58—65. Однако во многом твердость зависит и от получаемой структу­ры: избыточная карбидная фаза и мартенсит увеличивают ее, а оста­точный аустенит уменьшает.

Вязкость инструментальной стали может определяться такими по­казателями, как KCU, KCV, Kie и др., и характеризует эксплуатацион­ную надежность инструмента. Однако для инструментальных сталей вязкость, кроме структуры, количества примесей, неметаллических вклю­чений, карбидной неоднородности, зависит прежде всего от. твердости. Твердость и вязкость — противоположные свойства инструментальных сталей. Чаще всего повышение твердости вызывает понижение вязко­сти, и наоборот.

По твердости и вязкости инструментальные стали классифицируют­ся на стали высокой твердости (HRC 58—65), но пониженной вязкости и стали повышеииой вязкости, ио пониженной твердости (HRC 40—55).

Износостойкость инструментальной стали, т. е. способность ее 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 и т. п. По­следние определяют характер износа: абразивный, эрозяонный, адгезион­ный, диффузионный и др. Сталь одной и той же марки может обладать различной износостойкостью в зависимости от технологии ее обработ-

Рис. 205. Зависимость износостойкости быстрорежущей стали при разном содер­жании вольфрама от твердости (И. Артингер)

Рнс. 206. Зависимость износостойкости быстрорежущей стали при разной твердо­сти от содержания карбида ванадия (Д. Хагес, К. Миллен, X. Ландер)

Зивном изиашиваиии, которое происходит при эксплуатации большин­ства инструментов (режущий, измерительный, штамповый инструмент), определяется в первую очередь твердостью и структурой стали (коли­чеством и дисперсностью ^карбидной фазы, количеством мартенсита и содержанием углерода 6 – йем и т. п.). На рис. 205 приведена зависи­мость износостойкости быстрорежущей стали от твердости. Повышение твердости сильно уменьшает изиос резцов. Однако чрезмерное повыше­ние твердости (более HRC 64), вызывающее уменьшение вязкости, ие является благоприятным дли износостойкости^ так как наряду с абра­зивным износом происходит хрупкое выкрашивание кромок инструмен­та. Из рисунка видно, что увеличение количества карбидной фазы в стали с 18 % W по сравнению со сталью с 12 % W приводит также к повышению износостойкости. Износ быстрорежущих сталей, обрабо­танных иа одинаковую твердость, ио имеющих разную карбидную фа­зу, будет существенно снижаться при увеличении содержания карбида ванадия (рис. 206), являющегося наиболее твердым по сравнению с другими карбидами (Me2sCe; MeeС и др.). Общей классификации сталей по износостойкости иет, так как она определяется ие только маркой стали, но и условиями эксплуатации инструмента.

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

По теплостойкости стали разделяют иа иетеплостойкне, полутелло – стойкие, теплостойкие. Нетеплостойкие стали сохраняют высо­кую твердость и другие свойства до температуры иагрева 200—300 cC, полутеплостойкие до 400—500cC, а теплостойкие выше 550—600°С (рис. 207). Увеличение температуры теплостойкости сущест­венно повышает срок службы инструмента. Так, повышение температу­ры теплостойкости быстрорежущей стали с 610 до 640 °С увеличивает срок службы режущего инстру­мента в 2—3 раза, а до 700 °С в 10—15 раз.

Прокаливаемость инструмен­тальных сталей характеризует твердость инструмента по сече­нию; оиа определяется устойчи­востью переохлажденного аусте­нита. От прокаливаемости стали во многом зависит и ее закали­ваемость, т. е. твердость иа по­верхности инструмента после за­калки.

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

Кроме перечисленной класси­фикации по свойствам, инструмен­тальные стали классифицируют также по составу, структуре и назна­чению.

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

По структуре в равновесном состоянии, определяемой составом ста­лей, — иа доэвтектоидиые, заэвтектоидиые и ледебу­рит н ы е. Большинство инструментальных сталей являются заэвтекто – идными и ледебуритными. Как правило, такие стали имеют высокую твердость и низкую вязкость. Меньшее число инструментальных сталей являются доэвтектоидными. Оии обладают повышенной твердостью н повышенной вязкостью.

По назначению инструментальные стали делят на стали для режущих инструментов, штамповые стали для хо­лодного деформирования; штамповые стали для горячего деформирования, стали для измеритель, ного инструмента.

Рнс. 207. Изменение твердости при от­пуске нетеплостойкой (У 12), полутеп­лостойкой (Х12Ф1) и теплостойкой (Р18) сталей (Ю. А. Геллер)

При дальнейшем рассмотрении инструментальных сталей классифи­кация по назначению принята в качестве основной.