Все о металле, его обработке и переработке

СТАЛИ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Стали для режущего инструмента (резцы, сверла, фрезы, протяжки, метчики, пилы и т. д.) должны обладать высо­кой твердостью режущей кромкн HRC 63—66; высокой прочностью и сопротивлением малой пластической дефор­мации; теплостойкостью (красностойкостью), особенно при высоких скоростях резания и обработке труднообрабаты­ваемых деталей.

Углеродистые и легированные стали при правильном применении могут удовлетворять первым двум требова­ниям, но не являются теплостойкими (отдельные марки легированных сталей являются полутеплостойкими).

1. Углеродистые стали

Углеродистые инструментальные стали являются наибо­лее дешевыми. Как правило, их применяют для изготовле­ния малоответственного режущего инструмента, работаю­щего при малых скоростях резания, не подвергаемого ра­зогреву в процессе эксплуатации. Углеродистые стали рег­ламентируют по ГОСТ 1435—74.

Углеродистые стали У7 и У7А (0,65—0,74% С) послеза — калки в воду с 800—820 0C имеют HRC 63—65. Критичес­кий диаметр dKp=15—20 мм после закалки в воду и 4— 6 мм после закалки в масло.

Низким отпуском при 150—160 0C можно понизить твер­дость до HRC 61—63.

Стали У8, У8А (0,75—0,84% С) и У9, У9А (0,85— 0,94% С) после закалки с 780—800 0C в воду имеют твер­дость HRC 63—65; dKp=15—20 мм после закалки в воду и 4—6 мм после закалки в масло. Низким отпуском при 200— 220 0C можно понизить твердость до HRC 57—59.

Стали У10, У10А (0,95—1,04 % С), У11, У11А (1,05— 1,14% С), У12, У12А (1,15—1,24) и У13, У13А (1,25 — 1,35% С) закаливают с 760—780ЭС в воду, при этом по­лучают HRC 64—66; dKp=10—20 мм после закалки в во­ду и 4—6 после закалки в масло. Низким отпуском при 150—160 0C можно получить твердость сталей У10 и У10А HRC 62—63; стали У11, У11А, У12, У12А, У13, У13А от­пускают при 200—220 °С, при этом получают HRC 58—59,

Углеродистые стали относятся к сталям неглубокой прокаливаемости, нетеплостойким. Малая устойчивость

Ш переохлажденного аустенита углеродистых сталей обус­ловливает их низкую прокаливаемость (до сечений 5—10 мм). Низкая устойчивость аустенита определяет основные достоинства и недостатки таких сталей.

Amm

-100 — ___________________________

-200\_ [_ Iiiii

О 0,4 0,8 1,2 С,%

Рис. 209. Влияние содержа­ния углерода на температу­ры начала Ma и коица M к мартенситиого превращения и количество остаточного аустенита Л оСТ (А. П. Гу­ляев, М. С. Чаодаева). Штриховые лииии для за­калки выше Acm

Достоинствами углеродистых сталей является то, что в малых сечениях (до 15—20 мм) после

HRC

Рис. 208. Прокаливаемость углеродистых инструментальных сталей в сечеиии 20 мм при разных температурах закалКи (Ю. А. Геллер, П. С. Лизогубов)

Закалки достигается высокая твердость в поверхностном слое (HRC 63—66) и мягкая, вязкая сердцевина инстру­мента (рис. 208). Такие свойства благоприятны для тако­го инструмента, как ручные метчики, напильники, пилы, стамески, долота, зубила и т. д. В отожженном состоянии углеродистые стали имеют низкую твердость (HB 150—180), в них лег­ко при отжиге получается структура зернистого цементита, что обуслов­ливает их хорошую обрабатывае­мость при изготовлении инструмен­та. Заэвтектоидные стали закалива­ют от температур Aci+ (30—50) °С, а доэвтектоидные от Ac3+ (30 — —40) °С, т. е. углеродистые стали имеют низкую температуру закалки. Такая температура нагрева под за­калку технологически легко выпол­нима, вызывает малое окисление и обезуглероживание инструмента. Закалка осуществляется в воде. По­сле закалки углеродистые стали со­держат малое количество остаточно­го аустенита — до 5—8 % (рис. 209), что не уменьшает их твердости и ис-

Ключает необходимость проведения обработки для распада остаточного аустенита.

Недостатками углеродистых сталей яв­ляется малая прокаливаемость и закаливаемость. Она не позволяет применять эти стали для инструмента сечением более 20—25 мм. Стали нетеплостойки, высокая твердость их сохраняется лишь до температур 250—200°С. Стали имеют высокую чувствительность к перегреву вследствие растворения избыточных карбидов в аустените. Может наблюдаться неоднородная твердость на поверхности ин­струмента вследствие возможности частичного распада по перлитной ступени при переносе инструмента из печи в ох­лаждающую среду.

Из-за существенных недостатков углеродистых сталей их мало применяют в промышленности, особенно в меха­низированном производстве.

2. Легированные стали

Легирование инструментальных сталей для режущего ин­струмента позволяет уменьшить недостатки углеродистых сталей, т. е. прежде всего повысить прокаливаемость, а также добиться новых существенных качеств инструмента. Свойства и состав легированных сталей для режущего ин­струмента регламентируются ГОСТ 5950—73.

В табл. 45 приведены основные данные о некоторых сталях и термообработке инструмента из них. Стали для режущего инструмента подразделяют на стали неглубокой и глубокой прокаливаемости. В группу сталей неглубокой прокаливаемости входят низколегированные стали, со­держащие невысокое содержание хрома (0,4—0,7 %), ва­надия (0,15—0,30%) — 7ХФ, 8ХФ, 9ХФ, 11ХФ; а также стали с вольфрамом — ХВ4, В2Ф. Легирование хромом несколько повышает устойчивость переохлажденного аус­тенита и прокаливаемость по сравнению с углеродистыми сталями. Использование ванадия для легирования этих сталей позволяет обеспечить меньшую чувствительность, стали к перегреву и регламентированную глубину прока­ливаемости. Так, применяя разную температуру закалки, можно регулировать толщину закаленного слоя, не опаса­ясь перегрева стали. По этой причине для сталей типа 7ХФ, 8ХФ, 9ХФ рекомендуют два температурных интерва­ла нагрева под закалку,(см. табл. 45). Более высокая тем­пература закалки позволяет растворить лишь часть кар­бида ванадия в аустените и повысить его устойчивость, а


О оо ю

ZO IO ZO

00 00 ю <м IO IOlO ZO

Ты ici

ZO ZO ZO

<м<м<м

ZO ZO ZO

О©

<м ю <м <м

I I

-170

©о©

T^ t^ OO

I I’TT

<м<м

150-

1_ t I I

©оо O^o

Ю

-H OO

I I

© I I

Ю I 7 I I

I I

OO ю

I I t^

2 1

Ю О IMCN I I

Ю

IM I I

Ю 17 Il

I I

OiO IM — H

I I

Ю

1 1

ZOZOZOZOZOZOZOZO

I I I I I I и

<М — —’<M<M<MCOCO ZOZOZOZOZOZOZOZO

ВЗПЗншшн

О" о" © о" о" о* о" о"

TfaoScoco-<мю

S

О Tx

Ж

S S

<а и

S й E — Cu S с а К

Ее

О К

Я

О а

CD

3

4 а a о о. с

1S

О a о >о

Ч

О ^ ¦

А <0

3

4 а a о О.

С

»3 .

О

X

О

=Tl

Ч

<\J

3 §

Ex

О •

А со

SS

А и а)

Go

S о

3

S X U <и

Ее e^ си

U

^r ее

« g

Sf «>

2 *

Ч о,

«о g

М s Hв

И S

Е. 5

И E-

Su

OOOOOOQOOOOOOOOO

© d © d d d о ©

MinN^-OOOO

Ооооаоооао^ооао

TO ©

I I

I I ц

I I

Ю ZO

Со"—"

О

© OO

Со

Со<м

F I

I iff

Ю

Ю©

-H <М

О"

Со <м оо zo —

Ol 00 — Ю Ю ZO

ZO ZO Ю IO ZO

(NoOMOO

©о©

OO IO ZO — <М —

©©о

ZO OO Ю

ZO IO IO IO ZO

VwjSS? <м со CO-=Tio Sjr -

И I I J «я SSS8S* *

© ю

Со со со

Zocozo

-H Tf

О о©

Tf —

11 1

О <м <м <м t^-

Со со Tf

ZO ZO ZO

-HlMlM ZO ZO ZO

— <м <м Tf ю со

I I

Coco <м

ZO ZO ZO

I ISoI

<м<м ©

S S ©"©с

Ю ZO ZO 00 00 OO

=U

ZOZO ZO

S S Jl-I -

Ю ю о © — СССР-,—

Обооо

Со со Ю Ю IO

OO QO О O^ —t

©_______

<М Tf <М OO OO OO

О

Ю

I

IQ Ю <М ZO

S

© IO

©

Ю

I

©

I

I 1?

I I I

T

Ю I

Tf

I

Я

0,4-

I

О"

I I I

Tf Ю©

— со о —

0,90-

4,50-

3,50-

О

4 о

CS

5

-0,83 -0,90

-1,15

©ю<м

Tf Tf <М

T T "7

Ю IO LO

Су. аз ©

Т

-1,05

-1,00

-0,90

I

S

03

I I со ©

ZO OO

I

S

I ( I

IO IO IO ININO

/ I I ОЮЮ OO OO о

О Аз

Ю

OO

©

00

А

О©

— — —

ООО

©

О

О

OJ

Е-© о

XX X ХЙ?|

Гч. 05 — H CO5kI OQ

Е m

Ю X аз

© S

C-,

Со X

.—. ТОО CT-S —Г 1OIO

OO

О

— !M со ZO ZO ZO

Со


Нерастворенная часть карбида ванадия оказывает барьер­ное действие на рост зерна. При принятом содержании ванадия в этих сталях (0,15—0,30%) граница образова­ния структуры перегрева повышается до 900—950 °С.

Подобные стали используют для изготовления метчи­ков, пил, зубил, отрезных матриц и пуансонов, ножей хо­лодной резки, подвергаемых местной закалке.

Стали с вольфрамом ХВ4, В2Ф имеют повышенное содержание углерода, что обеспечивает получение карби­да Me6С и мартенсита с высоким содержанием углерода, благодаря чему эти стали имеют после закалки наиболее высокую твердость (HRC 65—67) и износостойкость. Они применяются для обработки твердых металлов, например валков холодной прокатки, при небольшой скорости реза­ния.

В группу сталей глубокой прокаливаемости входят хромистые стали с более высоким содержанием хрома (1,4—1,7%) и стали комплексно легированные нескольки­ми элементами (хромом, марганцем, кремнием, вольфра­мом).

Хромистые стали 9X1, X по составу подобны подшипни­ковой стали ШХ15 и могут быть заменены ею (см. гл. XVI). Комплексно легированные стали 9ХС, ХГС, ХВГ обладают высокой прокаливаемостью. Особенно это отно­сится к сталям с марганцем, поэтому стали типа ХВГ при­меняют для крупного режущего инструмента, работающе­го при малых скоростях резания (протяжки, развертки, сверла и др.). Легирование кремнием позволяет повысить устойчивость против отпуска. Стали 9Х5ВФ и 8Х4В2М2Ф2 применяют для деревообрабатывающего режущего инстру­мента. Сталь 8Х4В2М2Ф2 является низколегированной быстрорежущей сталью. Она является полутеплостойкой, обладает достаточно хорошей теплопроводностью (из-за малого содержания вольфрама) по сравнению с инструмен­том из классических быстрорежущих сталей, что исклю­чает прижигание дерева при механической обработке его на больших скоростях. Однако существенным недостатком перечисленных легированных сталей является их низкая теплостойкость, что исключает возможность их применения для режущего инструмента, эксплуатируемого в тяжелых условиях, связанных с разогревом режущей кромки. В та­ких условиях работы можно применять лишь стали с вы­сокой теплостойкостью, т. е. быстрорежущие.