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.