Инструментальные углеродистые стали.

Инструментальной углеродистой называется сталь с содержанием углерода от 0, 7 % и выше. Эта сталь отличается высокой твердостью и прочностью и применяется для изготовления инструмента. Инструментальная углеродистая сталь делится на качественную и высококачественную.

Углеродистые стали (ГОСТ 1435-90) производят качественные – (У7, У8, У9, …, У13) и высококачественные – (У7А, У8А, У9А, …, У13А).

Буква А в марке показывает, что сталь углеродистая, а цифра – среднее содержание углерода в десятых долях процента. Буква А в конце марки показывает что сталь высококачественная. Углеродистые стали поставляют после отжига на зернистый перлит. За счет невысокой твердости в состоянии поставки углеродистые стали хорошо обрабатываются резанием и деформируются, что позволяет применять накатку, насечку, и другие высокопроизводительные методы изготовления инструмента.

Стали У7 и У7А используют для инструментов и изделий, подвергающихся толчкам и ударам и требующих высокой вязкости при умеренной твердости (зубила, молотки, инструменты по дереву и т.д.).

У8 и У8А – для инструментов и изделий, требующих повышенной твердости и достаточной вязкости (кернеры, матрицы, ножи и ножницы по металлу, отвертки и т.д.).

У9, У9А – для инструментов, требующих высокой твердости при наличии некоторой вязкости.

У10, У10А – для инструментов, не подвергающихся сильным толчкам и ударам и требующих высокой твердости при незначительной вязкости (фрезы, метчики, развертки, строгальные резцы и т.д.).

У11, У11А, У12, У12А – для инструментов, требующих высокой твердости (напильники, шаберы, фрезы, сверла, острый хирургический инструмент, пилы по металлу и т.д.).

У13, У13А – для инструментов, которые должны иметь исключительно большую твердость – бритвы, шаберы, волочильный инструмент и др.

Недостатком инструментальной углеродистой стали является потеря прочности при нагреве выше 200º С (отсутствие теплостойкости). Инструмент, изготавливаемый из этих сталей, принимают для обработки сравнительно мягких материалов при небольших скоростях резания.

Легированные стали.

Легированной называется сталь, в которой наряду с обычными примесями имеются легирующие элементы, резко улучшающие ее свойства.

Легирующие элементы и их влияние на свойства стали.

Хром – карбидообразующий элемент. Повышает прокаливаемость. Способствует получению твердых и износостойких рабочих поверхностей. При содержании более 12 % придает высокие антикоррозионные и жаростойкие качества. Недостаток – повышает склонность стали к отпускной хрупкости.

Никель – увеличивает прокаливаемость, в особенности в сочетании с хромом. Способствует повышению прочности и коррозионной стойкости при высоких температурах. В результате закалки обеспечивает получение мелкозернистой структуры, отличающейся повышенной прочностью, высокой пластичностью и вязкостью.

Вольфрам – эффективный карбидообразующий элемент. Главнейшее положительное качество – обеспечение после закалки и отпуска высокой твердости (HRC 64 – 66). Вольфрам препятствует росту зерна при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Благодаря высокой твердости широко применяется в инструментальных сталях и сплавах.

Ванадий - эффективный карбидообразующий элемент. В малых количествах способствует получению мелкозернистой структуры и повышению вязкости стали. Способствует сохранению твердости при отпуске. Один из немногих элементов улучшающих свариваемость.

Кремний – при содержании 1 - 1, 5 % увеличивает прочность, причем вязкость сохраняется. Кремний увеличивает упругость, кислотостойкость, окалиностойкость.

Марганец – при содержании свыше 1 % увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.

Кобальт – повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Молибден – эффективный карбидообразующий элемент. Повышает прокаливаемость. Снижает склонность к отпускной хрупкости. Обеспечивает получение равномерной мелкозернистой структуры, сообщает стали высокую прочность, пластичность и вязкость.

Титан - эффективный карбидообразующий элемент. Способствует получению мелкозернистой структуры, в особенности в сочетании с хромом и марганцем. В результате закалки обеспечивает высокую твердость рабочих поверхностей деталей. Повышает коррозионную стойкость.

Ниобий – улучшает кислотостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Алюминий – повышает жаростойкость и окалиностойкость. Измельчает зерно. Повышает ударную вязкость.

Медь – увеличивает антикоррозионные свойства.

Редкоземельные элементы.

Церий – повышает прочность и особенно пластичность.

Цирконий – оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.

Лантан, цезий, неодим уменьшают пористость, улучшают качество поверхности, способствуют уменьшению содержания серы в стали, измельчают зерно.

Классификация легированных сталей.

В основу классификации легированных сталей заложены четыре признака: равновесная структура (после отжига), структура после охлаждения на воздухе (после нормализации), состав и назначение сталей.

По типу равновесной структуры стали подразделяются на доэвтектоидные, эвтектоидны, заэвтектоидные и ледебуритные. Эвтектоидные стали имеют перлитную структуру, а доэвтектоидные и заэвтектоидные наряду с перлитом содержат соответственно избыточный феррит и или вторичные карбиды (М₃С, где М – металл). В структуре ледебуритных сталей присутствует эвтектика (ледебурит). По структуре они могут быть отнесены к белым чугунам, но их причисляют к сталям с учетом меньшего, чем у чугунов, содержания углерода (меньше 2 % С) и возможности подвергать пластической деформации.

Классификация по структуре после нормализации предполагает разделение сталей на три основных класса: перлитный, мартенситный и аустенитный. Такое подразделение обусловлено тем, что с увеличением содержания легирующих элементов в стали возрастает устойчивость аустенита в перлитной области; одновременно снижается температурная область мартенситного превращения. Все это приводит к изменению получаемых при нормализации структур от перлита в относительно малолегированных сталях до мартенсита (в легированных) и аустенита (в высоколегированных).

Классификация по химическому составу.

- в зависимости от вводимых элементов (хромистые, марганцовистые, хромоникелевые и т.п.).

- по общему количеству легирующих элементов.

· низколегированные (до 2, 5 % легирующих элементов)

· легированные (от 2, 5 до 10 %)

· высоколегированные (более 10 %)

- по качеству.

Качество стали – это комплекс свойств, обеспечиваемых металлургическим процессом, таких, как однородность химического состава, строения и свойств стали, ее технологичность.

· качественные (до 0, 04 % S и до 0, 035 % Р)

· высококачественные (до 0, 025 % S и до 0, 025 % Р)

· особовысококачественные (до 0, 015 % S и до 0, 026 % Р).

- по назначению.

· конструкционные

· инструментальные

· с особыми свойствами