9.5 Инструментальные стали

Инструментальные стали – это большая группа углеродистых и легированных сталей, которые после термической приобретают высокую твердость, прочность, износостойкость, необходимые для обработки материалов резанием, или давлением.

Основными свойствами, которые имеют значение для всех видов инструмента, являются твердость, вязкость, износостойкость, теплостойкость (красностойкость), прокаливаемость. Достаточно серьезное значение могут иметь такие вроде бы второстепенные свойства, как теплопроводность, разгаростойкость, окалиностойкость, устойчивость против схватывания (адгезии) и др.

По структурному признаку большинство инструментальных сталей являются заэвтектоидными или ледебуритными. После закалки такие стали имеют структуру, состоящую из твердого мартенсита и еще более твердых вторичных или эвтектических карбидов. Отпускают их, что бы сохранить мартенситную основу и дополнительно выделившиеся из твердого раствора дисперсные карбиды, сохраняя твердость от 58 – 60 до 60 – 65 HRC и выше. Обычно это стали для режущего инструмента или для холодной пластической деформации.

Меньшая группа доэвтектоидных инструментальных сталей, которые приобретают после закалки мартенситную структуру без избыточных карбидов. Отпуск делают с целью получения трооститной структуры с большей вязкостью, но меньшей (45 – 55 HRC) твердостью. Эти стали, как правило, используют для изготовления инструмента для горячей пластической деформации.

Используют также мартенситностареющие стали, которые после закалки имеют в структуре низкоуглеродистый мартенсит относительно низкой твердости, но упрочняются при отпуске за счет выделения дисперсных интерметаллических соединений.

По сохранению механических свойств после нагрева, инструментальные стали делят на 3 группы: нетеплостойкие, полутеплостойкие и теплостойкие.

Нетеплостойкие стали приобретают высокую твердость, прочность, износостойкость за счет мартенситного превращения при закалке. Однако эти свойства сохраняются лишь при температуре нагрева до 200 – 250°С. По химическому составу это углеродистые, либо низколегированные стали, по структуре – эвтектоидные или заэвтектоидные.

Полутеплостойкие стали, как правило, с высоким содержанием хрома (3 – 18%) и углерода (более 1 – 1, 5 %), главным образом ледебуритные. У большинства из них повышено содержание ванадия. Высокие прочностные свойства и износостойкость эти стали приобретают также в результате мартенситного превращения, но свойства эти сохраняются до более высоких температур (400 – 500°С).

Теплостойкие стали – легированные вольфрамом, молибденом, хромом и ванадием, сохраняющие твердость и прочность при нагревах рабочей поверхности до температур 600°С и выше. Следует отметить, что увеличение теплостойкости с 610 до 640°С повышает срок службы инструмента в 2 – 3 раза, а до 700°С – в 10 – 15 раз.

Инструментальные стали по назначению обычно разделяют на стали для режущего, деформирующего и мерительного инструмента.