Углеродистые инструментальные стали. Химический состав углероди — ьтых инструментальных сталей по ГОСТ 1435—74.
Углеродистые стали применяют для изготовления режущих инструментов, работающих в условиях, ие вызывающих нагрева рабочей кромки свыше ¦150—200 0C. Они используются также для штамповых и измерительных инструментов.
Основные достоинства углеродистых сталей — получение высокой твердости в поверхностном слое при сохранении вязкой сердцевины. Это в ряде случаев обеспечивает минимальную поводку инструмента и повышение его механических свойств; низкую твердость в отожженном состоянии HB 1800—2000 МПа, позволяющую использовать высокопроизводительные методы изготовления инструмента (накатку, насечку); закалку с низких температур (770—820 °С); получение после закалки малых количеств остаточного аустенита, что обеспечивает им повышенное сопротивление пластической деформации; сохранение чистой поверхности при закалке вследствие охлаждения в воде, что упрощает очистку инструментов; низкую стоимость.
Вместе с тем недостатки углеродистых сталей существенно ограничивают область их применения: вследствие низкой теплостойкости — способности сохранять твердость лишь при нагреве до температур, не превышающих 170—200 0C. Меньшая прочность по сравнению с быстрорежущими сталями связана с получением более крупного зерна (8—9 балл) при оптимальных температурах закалки. Склонность к росту зерна при незначительных перегревах при закалке приводит к понижению механических свойств. Ограниченная технологическая закаливаемость требует применения высоких скоростей охлаждения в перлитном интервале, что приводит к неоднородной твердости, особенно у инструментов небольшой толщины, а также к большой поводке и термическим трещинам. Стали нельзя применять для относительно крупных инструментов (диаметром или толщиной больше 30 мм), если они предназначены для работы при повышенных давлениях. Стали склонны к отпуску поверхностных слоев при иагреве во время шлифования и заточки.
Углеродистые стали используют для инструментов, не подвергаемых в процессе работы нагреву до температур свыше 150—200 0C и ие требующих в процессе изготовления значительного шлифования (иапильиики, метчики, развертки, ножовки, топоры, колуны, стамески, слесарно-монтаж — ные и хирургические инструменты, а также для некоторых штамповых и измерительных инструментов.
Высокая твердость углеродистых сталей (HRC 62—63) достигается уже при 0,6 % Св инструменте диаметром (толщиной) 1—5 мм.
В инструменте большей толщины такую твердость на поверхности можно получить лишь при 0,8—0,9 % С. С увеличением содержания углерода более 0,9—1,0 % твердость повышается до HRC 65,
Оптимальное содержание углерода определяется особенностями работы инструмента, его формой и технологией изготовления. Если инструмент подвергается в основном ударным нагрузкам (деревообрабатывающий инструмент, зубила, некоторые штампы), целесообразно применять доэвтекто — идные стали с 0,6—0,7 % С с троостит — ной структурой. Для остального режущего инструмента более целесообразна мартенситная структура с избыточными карбидами, образующаяся в заэвтек- тоидиых сталях, содержащих 0,9— 1,3 % С. Эти стали имеют высокую твердость и износостойкость и удовлетворительные механические свойства. Сталь эвтектоидного состава (0,8 % С) более склонна к росту зерна (перегреву), обладает меньшей стабильностью свойств и в связи с этим находит ограниченное применение.
Предварительная термическая обработка углеродистых инструментальных сталей. Неполный отжиг (нагрев 690—710 0C) с непрерывным охлаждением и сфероидизацию рекомендуется проводить в шахтных или камерных печах (стали У7, У7А, У8, V8A). Продолжительность выдержки после прогрева всей садки до температуры отжига 3—4 ч.
Изотермический отжиг целесообразен для печен непрерывного действия (конвейерных, толкательных). Продолжительность выдержки после прогрева всей садки до температуры отжига 1—2 ч. Изотермическая выдержка при охлаждении 1—2 ч. Отжиг с полной перекристаллизацией (стали У7, У7А, У8, У8А) проводят при необходимости одновременного измельчения структуры. Сфероидизацию (.маятниковый отжиг) применяют для получения структуры зернистого перлита.
, Высокий отпуск (650—700 0C) следует использовать для снятия наклепа после холодной пластической деформации (так называемый рекристалли — зационный отжиг), а также для снятия внутренних напряжений от обработки резанием, предшествующей закалке, перед повторной закалкой изделий, имеющих пониженную твердость после термообработки. Продолжительность выдержки при высоком отпуске 2—3 ч после прогрева всей садки.