Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Стали
FagerstaRAÄ2.jpg
Фазы
Микроструктуры
Классы
Другие материалы на основе железа

Под инструментальной сталью понимается ряд углеродистых и легированных сталей , которые особенно хорошо подходят для изготовления инструментов . Их пригодность обусловлена ​​их отличительной твердостью , устойчивостью к истиранию и деформации, а также их способностью удерживать режущую кромку при повышенных температурах. В результате инструментальные стали подходят для использования при формовании других материалов. Инструментальные стали с содержанием углерода от 0,5% до 1,5% производятся в тщательно контролируемых условиях для достижения необходимого качества. Наличие карбидов в их матрице играет доминирующую роль в качестве инструментальной стали. Четыре основных легирующих элемента, образующих карбиды в инструментальной стали:вольфрам , хром , ванадий и молибден . Скорость растворения различных карбидов в аустенитной форме чугуна определяет высокотемпературные характеристики стали (чем медленнее, тем лучше, что делает сталь жаропрочной). Правильная термообработка этих сталей важна для обеспечения надлежащих рабочих характеристик. [1] Содержание марганца часто поддерживается низким, чтобы свести к минимуму возможность растрескивания во время закалки в воде .

Различают шесть групп инструментальных сталей: водоотверждаемые, холоднодеформированные, ударопрочные, быстрорежущие, жаростойкие и специального назначения. Выбор группы зависит от стоимости, рабочей температуры, требуемой твердости поверхности, прочности, ударопрочности и требований к вязкости. [2] Чем тяжелее условия эксплуатации (более высокая температура, абразивность, коррозионная активность, нагрузка), тем выше содержание сплава и, как следствие, количество карбидов, необходимых для инструментальной стали.

Инструментальные стали используются для резки, прессования, экструзии и чеканки металлов и других материалов. Их использование в инструментах очень важно; Например, для литьевых форм требуются инструментальные стали из-за их устойчивости к истиранию - важный критерий долговечности пресс-формы, который позволяет выполнять сотни тысяч операций формования в течение всего срока службы.

В AISI - SAE марки инструментальной стали является наиболее распространенной шкалы , используемой для идентификации различных марок инструментальной стали. Отдельным сплавам в пределах марки присваивается номер; например: A2, O1 и т. д.

Группа закаливания водой [ править ]

Инструментальная сталь группы W получила свое название из-за ее определяющего свойства - закалки в воде. Сталь марки W по сути является высокоуглеродистой простой углеродистой сталью . Эта группа инструментальных сталей является наиболее часто используемой инструментальной сталью из-за ее низкой стоимости по сравнению с другими. Они хорошо подходят для деталей и приложений, где не встречаются высокие температуры; выше 150 ° C (302 ° F) он начинает заметно смягчаться. Его закаливаемость низкая, поэтому инструментальные стали группы W необходимо подвергать быстрой закалке, требующей использования воды. Эти стали могут достигать высокой твердости (выше HRC66) и довольно хрупкие по сравнению с другими инструментальными сталями. W-образная сталь по-прежнему продается, особенно для пружин, но она гораздо менее широко используется, чем в 19-м и начале 20-го веков. Отчасти это связано с тем, что стали W-стали деформироваться и растрескиваться во время закалки намного больше, чем стали, закаленные в масле или закаленные на воздухе.

Вязкость инструментальных сталей группы W повышается за счет легирования марганцем, кремнием и молибденом. До 0,20% ванадия используется для сохранения мелких размеров зерен во время термообработки.

Типичные области применения различных углеродных составов для W-сталей:

  • Углерод 0,60–0,75%: детали машин, долота, установочные винты; Свойства включают среднюю твердость с хорошей прочностью и ударопрочностью.
  • 0,76–0,90% углерода: кузнечные штампы, молотки и сани.
  • 0,91–1,10% углерода: инструменты общего назначения, требующие хорошего баланса износостойкости и прочности, такие как рашпили, сверла, фрезы и режущие лезвия.
  • 1,11–1,30% углерода: напильники, небольшие сверла, токарные инструменты, бритвенные лезвия и другие легкие области применения, где требуется повышенная износостойкость без большой прочности. Сталь с содержанием углерода около 0,8% становится такой же твердой, как сталь с большим содержанием углерода, но частицы свободного карбида железа в 1% или 1,25% углеродистой стали позволяют ей лучше удерживать кромку. Однако тонкая кромка, вероятно, ржавеет быстрее, чем стирается, если ее использовать для резки кислых или соленых материалов.

Группа холодных работ [ править ]

Инструментальные стали для холодной обработки включают серию O (закалка в масле), серию A (закалка на воздухе) и серию D (высокоуглеродисто-хромистую сталь). Это стали, используемые для резки или формовки материалов, работающих при низких температурах. Эта группа обладает высокой прокаливаемостью и износостойкостью, а также средней вязкостью и стойкостью к размягчению при нагревании. Они используются при производстве более крупных деталей или деталей, требующих минимальной деформации при закалке. Использование закалки в масле и закалки на воздухе помогает уменьшить деформацию, избегая более высоких напряжений, вызванных более быстрой закалкой в ​​воде. В этих сталях используется больше легирующих элементов по сравнению с классом водоупрочнения. Эти сплавы повышают закаливаемость сталей и, следовательно, требуют менее строгого процесса закалки и, как следствие, менее склонны к растрескиванию.Они обладают высокой твердостью поверхности и часто используются для изготовления лезвий ножей. Обрабатываемость масел-закаленных марок высока, а для высокоуглеродистых хромовых - низкая.

Масляная закалка: серия O [ править ]

Эта серия включает тип O1, тип O2, тип O6 и тип O7. Все стали этой группы обычно подвергаются закалке при 800 ° C, закалке в масле, а затем отпуску при температуре <200 ° C. [3] [4] [5] [6] [7]

ОценкаСочинениеПримечания
O10,90% C , 1,0–1,4% Mn , 0,50% Cr , 0,50% W , 0,30% Si , 0,20% VЭто сталь для холодной обработки, используемая для калибров, режущих инструментов, деревообрабатывающих инструментов и ножей. Его можно закалить до 66 HRC , обычно используется при Rc61-63. Ванадий не является обязательным. Также продается как Arne, [8] SKS3, 1.2510 и 100MnCrW4.
O20,90% C , 1,5–2,0% Mn , 0,30% Cr , 0,30% Si , 0,15% VЭто сталь для холодной обработки, используемая для калибров, режущих инструментов, деревообрабатывающих инструментов и ножей. Его можно закалить до 66 HRC , обычно используется при Rc61-63. Также продается как 1.2842 и 90MnCrV8. [9]
O61,45% C , 1,0% Mn , 1,0% Si , 0,3% MoЭто закаленная в масле графитовая инструментальная сталь холодной обработки, обладающая исключительной стойкостью к износу при скольжении и истиранию металла по металлу. ПРИМЕНЕНИЕ: резьбовые калибры, эталонные калибры, кулачки, втулки, втулки, плиты гранулятора мяса, оправки, формовочные валки, ножницы, пуансоны, матрицы, направляющие подачи прутка [10]

Закалка на воздухе: серия A [ править ]

Первой инструментальной сталью с закалкой на воздухе была сталь Mushet , которая в то время была известна как сталь с закалкой на воздухе .

Современные закаливаемые на воздухе стали характеризуются низким уровнем деформации при термообработке из-за высокого содержания хрома. Их обрабатываемость хорошая, и они имеют баланс износостойкости и ударной вязкости (то есть между классами D и ударопрочностью). [11]

ОценкаСочинениеПримечания
A2 [12]1,0% C , 1,0% Mn , 5,0% Cr , 0,3% Ni , 1,0% Mo , 0,15–0,50% VОбычная инструментальная сталь общего назначения; это наиболее часто используемая разновидность закаленной на воздухе стали. Он обычно используется для вырубки и штамповки штампов, обрезных штампов, штампов для накатки резьбы и штампов для литья под давлением. [11]
A3 [13]1,25% C, 0,5% Mn, 5,0% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo, 0,8–1,4% V
A4 [14]1,0% C, 2,0% Mn, 1,0% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo
A6 [15]0,7% C, 1,8–2,5% Mn, 0,9–1,2% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% MoЭтот тип инструментальной стали затвердевает на воздухе при относительно низкой температуре (примерно такой же, как и сталь закалки в масле) и имеет стабильную форму. Поэтому он обычно используется для штампов, формовочных инструментов и датчиков, которые не требуют особой износостойкости, но требуют высокой стабильности. [11]
A7 [16]2,00–2,85% C, 0,8% Mn, 5,00–5,75% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo, 3,9–5,15% V, 0,5–1,5 Вт
A8 [17]0,5–0,6% C, 0,5% Mn, 4,75–5,50% Cr, 0,3% Ni, 1,15–1,65% Mo, 1,0–1,5 Вт
A9 [18]0,5% C, 0,5% Mn, 0,95–1,15% Si , 4,75–5,00% Cr, 1,25–1,75% Ni, 1,3–1,8% Mo, 0,8–1,4% V
A10 [19]1,25–1,50% C, 1,6–2,1% Mn, 1,0–1,5% Si, 1,55–2,05% Ni, 1,25–1,75% MoЭтот сплав содержит равномерное распределение частиц графита для повышения обрабатываемости и обеспечения самосмазывающихся свойств. Он обычно используется для калибров, оправок, ножниц и пуансонов. [20]

Высокоуглеродисто-хромовый: серия D [ править ]

Серия D из класса инструментальных сталей для холодной обработки, в который изначально входили типы D2, D3, D6 и D7, содержит от 10% до 13% хрома (что является необычно высоким). Эти стали сохраняют свою твердость до температуры 425 ° C (797 ° F). Обычно эти инструментальные стали применяются в штампах для ковки, штамповочных пресс-формах для литья под давлением и штампах для волочения. Из-за высокого содержания хрома некоторые инструментальные стали D-типа часто считаются нержавеющими или полу-нержавеющими, однако их коррозионная стойкость очень ограничена из-за выделения большинства хромовых и углеродных составляющих в виде карбидов.

ОценкаСочинениеПримечания
D21,5% C , 11,0–13,0% Cr ; дополнительно 0,45% Mn , 0,030% P , 0,030% S , 1,0% V , 0,9% Mo , 0,30% SiD2 очень износостойкий, но не такой прочный, как низколегированные стали. Механические свойства D2 очень чувствительны к термической обработке. Он широко используется для производства ножниц, строгальных ножей и промышленного режущего инструмента; иногда используется для лезвий ножей.

Группа противодействия ударам [ править ]

Основная статья: Ударопрочная сталь

Высокая ударопрочность и хорошая прокаливаемость обеспечивают легирование хромом-вольфрамом, кремнием-молибденом, кремнием-марганцем. Инструментальные стали ударопрочной группы (S) предназначены для устойчивости к ударам как при низких, так и при высоких температурах. Для достижения необходимой прочности требуется низкое содержание углерода (примерно 0,5% углерода). Сплавы, образующие карбид, обеспечивают необходимую стойкость к истиранию, прокаливаемость и жаропрочность. Это семейство сталей демонстрирует очень высокую ударную вязкость и относительно низкую стойкость к истиранию, а также может достигать относительно высокой твердости ( HRC 58/60). В США ударная вязкость обычно определяется содержанием кремния от 1 до 2% и молибдена 0,5–1%. В Европе ударные стали часто содержат 0,5–0,6%углерод и около 3% никеля. Никель в диапазоне от 1,75% до 2,75% все еще используется в некоторых ударопрочных и высокопрочных низколегированных сталях (HSLA), таких как L6, 4340 и шведская пильная сталь, но это относительно дорого. Пример его использования - производство бит отбойных молотков .

Высокоскоростная группа [ править ]

Основная статья: быстрорежущая сталь

Горячая рабочая группа[ редактировать ]

Стали для горячей обработки - это группа сталей, используемых для резки или формовки материала при высоких температурах. Инструментальные стали H-группы были разработаны для обеспечения прочности и твердости при длительном воздействии повышенных температур. Эти инструментальные стали являются низкоуглеродистыми и легированными от умеренных до высоколегированных, которые обеспечивают хорошую жаропрочность и вязкость, а также хорошую износостойкость за счет значительного количества карбида. [1] H1 – H19 основаны на содержании хрома 5%; От H20 ​​до H39 основаны на содержании вольфрама 9–18% и содержании хрома 3–4%; От H40 до H59 на основе молибдена.

Примеры включают инструментальную сталь DIN 1.2344 (H13).

Группа специального назначения [ править ]

  • Инструментальная сталь P-типа - это сокращение от стали для формования пластиков. Они разработаны с учетом требований, предъявляемых к штампам для литья под давлением цинка и пластмасс для литья под давлением.
  • Инструментальная сталь L-типа - это сокращение от низколегированной инструментальной стали специального назначения. L6 чрезвычайно крутой.
  • Инструментальная сталь F-типа закалена в воде и значительно более износостойка, чем инструментальная сталь W-типа.

Сравнение [ править ]

Марки инструментальной стали AISI-SAE [21]
Определение собственностиКласс AISI-SAEЗначимые характеристики
Закалка в водеW
Холодная обработкаОЗакалка в масле
АЗакалка на воздухе; средний сплав
DВысокоуглеродистый; высокое содержание хрома
Устойчивость к ударамS
ВысокоскоростнойТВольфрамовая основа
MМолибденовая основа
Горячая обработкаЧАСH1 – H19: основа хрома
H20 – H39: основа вольфрама
H40 – H59: основа молибдена
Пластиковая формап
Спец. НазначениеLНизколегированный
FУглеродно-вольфрамовый

См. Также [ править ]

  • Crucible Industries
  • Список производителей стали
  • Серебряная сталь

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Верховен, Джон (2007). Металлургия стали для неметаллурга . ASM International. п. 159. ISBN. 978-0-87170-858-8. Проверено 9 ноября 2014 ..
  2. ^ Баумейстер, Avallone, Баумейстер (1978). «6». Стандартный справочник Марка для инженеров-механиков, 8-е изд . Макгроу Хилл. стр. 33, 34. ISBN 9780070041233.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  3. ^ "Графитная инструментальная сталь Carpenter O6 (AISI O6)" . www.matweb.com . Проверено 20 ноября 2017 .
  4. ^ "Тигельная сталь Инструментальная сталь KETOS®, AISI O1" . www.matweb.com . Проверено 20 ноября 2017 .
  5. ^ "Инструментальная сталь с закалкой в ​​масле AISI типа O2, закалка в масле при 800 ° C, отпуск при 260 ° C" . www.matweb.com . Проверено 20 ноября 2017 .
  6. ^ "Инструментальная сталь AISI типа O7" . www.matweb.com . Проверено 20 ноября 2017 .
  7. ^ www.roberidesigns.com. "The Sousa Corp | Состав инструментальной стали" . www.sousacorp.com . Проверено 20 ноября 2017 .
  8. ^ http://www.uddeholm.com/files/PB_Uddeholm_arne_english.pdf
  9. ^ http://www.ozct.com.tr/iframe/en/pdf/1.2842%2090MnCrV8.pdf
  10. ^ «Быстрорежущая сталь - Инструментальная сталь - Технические данные O6 - O6» . www.hudsontoolsteel.com .
  11. ^ а б в Оберг и др. 2004 , с. 466–467.
  12. ^ AISI A2 , Efunda, архивируются с оригинала на 2012-04-02 , извлекаются 2010-12-25 .
  13. ^ AISI A3 , Efunda, архивируются с оригинала на 2012-04-02 , извлекаются 2010-12-25 .
  14. ^ AISI A4 , Efunda, архивируются с оригинала на 2012-04-02 , извлекаются 2010-12-25 .
  15. ^ AISI A6 , Efunda, архивируются с оригинала на 2011-08-19 , извлекаются 2010-12-25 .
  16. ^ AISI A7 , Efunda, архивируются с оригинала на 2011-09-16 , извлекаются 2010-12-25 .
  17. ^ AISI A8 , Efunda, архивируются с оригинала на 2011-09-09 , извлекаются 2010-12-25 .
  18. ^ AISI A9 , Efunda, архивируются с оригинала на 2012-04-02 , извлекаются 2010-12-25 .
  19. ^ AISI A10 , Efunda, архивируются с оригинала на 2012-04-02 , извлекаются 2010-12-25 .
  20. ^ A-10 Информация о материалах инструментальной стали , заархивированная из оригинала 04.04.2004 , извлечена 25.12.2010 .
  21. ^ Оберг и др. 2004 , стр. 452.

Библиография [ править ]

  • Дегармо, Э. Пол; Black, J T .; Козер, Рональд А. (2003), Материалы и процессы в производстве (9-е изд.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
  • Оберг, Эрик; Джонс, Франклин Д .; Макколи, Кристофер Дж .; Хилд, Рикардо М. (2004), Справочник по машинному оборудованию (27-е изд.), Industrial Press , ISBN 978-0-8311-2700-8.

Внешние ссылки [ править ]

  • Программное обеспечение для сравнения различных марок инструментальной стали на основе их свойств: Steel-guide EU на основе нормы AISI и Steel-guide GB на основе стандарта British Steel .
  • Предлагаемые варианты инструментальной стали для различных целей
  • Инструментальная сталь
  • Сравнение стандартов инструментальной стали
  • Химический состав инструментальной стали