Где применяют инструментальную углеродистую сталь?

Особенности и методы производства углеродистых инструментальных сталей. Категории и основные характеристики углеродистых сплавов инструментального типа.
Содержание

Где применяют инструментальную углеродистую сталь?

Углеродистые инструментальные стали: свойства и область применения

Характеристики, которыми отличаются углеродистые инструментальные стали, позволяют успешно использовать данный материал не только для изготовления инструмента различного назначения, но и для производства пресс-форм для литья, измерительных приспособлений, а также других изделий, к точности геометрических параметров которых предъявляются повышенные требования.

Свойства углеродистых сталей позволяют применять их при изготовлении пресс-форм для высокоточного литья

Основные особенности

Современная металлургическая промышленность производит сталь в значительных объемах, поскольку это один из основных конструкционных материалов. Доля сталей, состав которых обогащен легированными элементами, составляет в данном объеме только 10%, остальная часть – это конструкции и изделия из обычных углеродистых сплавов. Данный факт свидетельствует о том, что именно углеродистые стали можно назвать основным материалом, используемым в современной промышленности.

Изделия из углеродистых сталей окружают нас повсюду

Широкая распространенность углеродистой стали объясняется:

  • невысокой стоимостью производства;
  • хорошей обрабатываемостью различными методами (резанием, давлением, сваркой);
  • хорошими эксплуатационными данными.

Инструментальные стали, относящиеся к сплавам углеродистой группы, отличает сложный химический состав, основу которого (97–99,5%) составляет железо. Кроме последнего, в них содержатся следующие элементы:

  • хром, никель и медь (их добавляют специально);
  • сера, фосфор, азот, кислород, водород (данные элементы присутствуют в инструментальной стали потому, что их невозможно совсем удалить при ее очищении);
  • марганец и кремний (их появление определяется особенностями производства инструментальных углеродистых сталей).

Содержание основных химических элементов в углеродистой стали

Значительное влияние на характеристики инструментальных сталей оказывает углерод, который намеренно вводится в их состав. От количества данного элемента зависит модификация структуры сплава. Так, у инструментальных сталей, в составе которых менее восьми десятых процента углерода, перлитная и ферритная внутренняя структура, более восьми десятых процента – цементитная и перлитная, ровно восемь десятых процента – полностью перлитная.

Большое количество углерода в составе инструментальных углеродистых сталей определяет следующие их характеристики:

  • невысокую пластичность и хорошую ударную вязкость;
  • исключительно высокую прочность;
  • устойчивость к холодной механической обработке.

Твердость металлопродукции из углеродистых сталей

На характеристики сплавов, которые содержат в своем составе значительное количество углерода, негативное влияние оказывают окислы железа. Чтобы уменьшить это влияние, в состав углеродистых сталей специально вводят следующие элементы:

  • кремний (часть объема данного элемента преобразуется в форму силикатных включений, остальное его количество полностью растворяется в феррите);
  • марганец (используется для раскисления железо-углеродистого сплава, но при этом решает и другие важные задачи: удаление из феррита и цементита, составляющих основу сплава, соединений железа с серой, которые крайне негативно влияют на его качество; повышение прочности металлических листов, полученных по горячекатаной технологии).

Допустимые отклонения по химическому составу в прокатных изделиях, предназначенных для дальнейшей переделки

Методы производства

Самым эффективным и экономичным способом производства инструментальных углеродистых сталей, который используется уже на протяжении многих лет, является кислородно-конвертерная технология. Заключается она в продувке жидкого чугуна, залитого в конвертер, кислородом. Продолжительность процесса производства по данной технологии не превышает одного часа. Углеродистые стали также выплавляются в мартеновских и электрических печах, для этого используются конвертеры бессемеровского типа.

Выплавка углеродистой стали

Получение инструментальных углеродистых сталей в конвертерах бессемеровского типа отличается высокой производительностью, но имеет ряд существенных недостатков. При использовании этой технологии из готового сплава не удается удалить все примеси неметаллической природы. В такой стали содержится значительное количество азота и других газообразных включений, которые снижают ее плотность и прочность, приводят к быстрому старению металла. В так называемых бессемеровских сталях, кроме того, содержится много фосфора и серы, удалить которые полностью не представляется возможным.

Удалить фосфор и серу или довести их содержание в металле до допустимого уровня позволяет кислородно-конвертерный метод. Стали, полученные по данной технологии, также отличаются невысоким содержанием азота и других газообразных включений. Выплавка инструментальных углеродистых сталей в мартеновских печах позволяет получить похожие характеристики, но данная технология отличается одним большим недостатком – длительностью реализации. Чтобы выплавить сталь в такой печи, потребуется ориентировочно 11 часов, что негативным образом отражается на экономической целесообразности данного процесса.

Получить самую качественную инструментальную сталь, в которой содержится минимальное количество фосфора, серы и кислорода, позволяет технология, предполагающая использование дуговых или индукционных электрических печей.

Компактные индукционные плавильные печи лего размещаются в небольших производственных помещениях

Данная технология (наиболее дорогая из всех существующих) позволяет получать материалы, которые предназначены также для изготовления ответственных металлических конструкций. Из-за высокой стоимости данного метода многие металлургические предприятия его не используют, отдавая предпочтение более экономичным технологиям.

Классификация

Углеродистые стали, относящиеся к различным категориям, принято разделять по уровню качества на следующие типы:

  • металл самого высокого качества, в составе которого присутствует не более 0,03% серы и фосфора;
  • качественные стали, которые характеризуются следующим содержанием вредных примесей: фосфор – не более 0,035%, сера – не более 0,04%;
  • стали обыкновенного качества, в составе которых содержится не более 0,05% серы и не более 0,04% фосфора.

Стальные сплавы, которые относят к категории инструментальных, могут быть только качественными и высококачественными. Требования к конструкционным сталям несколько ниже, в данной категории могут находиться сплавы обыкновенного качества и качественные.

Количественное содержание углерода в стальном сплаве также оказывает влияние на то, к какой категории его относят. Так, стали с содержанием углерода, не превышающим 0,25%, входят в категорию малоуглеродистых, ровно 0,6% содержат среднеуглеродистые, больше 0,6% – высокоуглеродистые.

Схема микроструктуры углеродистой стали в зависимости от содержания углерода (темное поле — перлит, светлое — феррит)

Тип структуры углеродистых сталей также может отличаться. В зависимости от него такие сплавы подразделяют на следующие категории:

  • доэвтектоидные;
  • эвтектоидные;
  • заэвтектоидные.

Применение и маркировка

К углеродистым сталям инструментального типа относят сплавы, в которых углерод содержится в интервале 0,65–1,35%. Их химический состав, а также характеристики, которым они должны соответствовать, оговариваются положениями ГОСТ 1435-74 (есть редакция от 1999 года).

Ознакомиться со всеми требованиями ГОСТ к инструментальным сталям можно, скачав данный документ в формате pdf по ссылке ниже.

Сферы назначения инструментальных углеродистых сталей

Применение инструментальных углеродистых сталей связано с производством:

  • резцов, ножовочных полотен, напильников, измерительного инструмента (марки У11-У13А);
  • инструмента пневматического типа, зубил, кусачек разных типов, пассатижей, молотков (У7 и У7А);
  • метчиков, плашек, разверток, сверл, матриц для холодной штамповки (У9-У10А);
  • пунсонов, инструментов для зенкования, фрезерования и обработки древесины, ножей, штампов (У8 и У8А).

По маркировке инструментальных углеродистых сталей можно узнать не только о том, сколько углерода содержится в их составе, но и о категории качества, к которой они относятся. Так, обозначение У8А, например, говорит о том, что в данном сплаве, который отличается повышенным качеством, содержится 0,8% углерода.

Примеры обозначения проката из углеродистой стали

При использовании углеродистых инструментальных сталей следует иметь в виду, что изделия из них подвергают обязательному отжигу, закалке и последующему отпуску. Данные виды термообработки, проводимой при соответствующей температуре, позволяют оптимизировать структуру таких сплавов и, соответственно, значительно улучшить показатели их твердости и прочности.

28. Конструкционные и инструментальные углеродистые стали. Маркировка, применение. Где применяются углеродистые инструментальные стали

Инструментальная сталь — это материал, который на более чем на 0,7% состоит из углерода. Ее ключевыми характеристиками является твердость и прочность, их максимальные показатели достигаются при термической обработки стали. Ее преимущественно используют при изготовлении разных инструментов.

Так называется сталь, содержащая более 0,7% углерода. Ее основными характеристиками являются прочность и твердость, которые достигают максимальных показателей после термической обработки. Основное применение такого стального материала — изготовление инструментов.

Преимущества и ассортимент

Инструментальная сталь является одним из наиболее востребованных материалов на рынке. Сплав имеет высокую твердость и невысокую стоимость. Однако имеется и недостаток у материала — его низкая износостойкость, поэтому его не применяют для производства машинных деталей и оборудования, которое подвергается постоянным нагрузкам.

Сортамент данного материала следующий:

  • горячекатаные квадраты и круги;
  • кованые полосы, круги и квадраты.

Основные виды

Такой вид материалов подразделяется на такие три основные категории:

  • инструментальные углеродистые стали;
  • легированные инструментальные стали;
  • быстрорежущие.

Все они производятся согласно установленному ГОСТу.

Углеродистые виды материала во время нагревания теряют свою прочность, соответственно, их используют для производства инструментов, которые работают на малых скоростях или при простых условиях резания, когда температура нагревания составляет не больше 200 градусов.

Преимущественно их применяют для производства:

  • напильников;
  • сверл;
  • разверток;
  • метчиков и не только.

Поскольку углеродистая инструментальная сталь обладает низкими показателями свариваемости, ее не используют при изготовлении сварных конструкций.

В зависимости от процентного соотношения содержания в материале углерода, марганца, кремния, серы и других элементов он подразделяется на такие марки, как:

  • У7;
  • У8;
  • У8Г;
  • У10 и прочие.

Легированные материалы и их маркировка

Легированные материалы в составе дополнительно содержат следующие элементы:

  • никель;
  • медь;
  • марганец и т. д.

Все они улучшают характеристики материала. Легирующие элементы должны указываться при маркировке с помощью специальных обозначений буквами. Все это позволяет заранее увидеть, из чего состоит данная инструментальная сталь. Марки материала также могут включать не только буквы, но и цифры. Цифры указывают на то, в каком количестве тот или иной элемент содержится в стали в процентном соотношении. Если при маркировке цифра не ставится, то количество элемента равно около 1 процента.

При маркировке легированной стали на первом месте стоит количество углерода, которое равно десятым долям процента. Например, марка 6ХС содержит углерод в количестве 0,6%, а также по одному проценту кремния и хрома.

Инструментальные легированные стали преимущественно используются для производства штамповых или режущих инструментов, к ним относят:

  • плашки;
  • метчики;
  • развертки;
  • сверла;
  • фрезы и не только.

Как и углеродистые стали, легированные материалы тоже непригодны для производства сварных конструкций.

Быстрорежущие стали

Маркировка быстрорежущих материалов состоит из буквы «Р», числа, указывающего на массовую долю вольфрама и букв элементов, присутствующих в составе материала. Это могут быть кобальт, молибден и другие. Далее идут цифровые значения их массовых долей. Если маркировка включает буквы «Ш», то это значит «электрошлаковый переплав».

Доля хрома в быстрорежущей стали при маркировке не указывается, также отсутствует указание массовой доли молибдена, если она не превышает отметку в один процент.

Читайте также  Инструмент для гравера по металлу

Такие виды материалов оптимально подходят для производства режущих инструментов, которые от трения нагреваются до температуры от 600 до 6500 градусов. При этом они не будут деформироваться, и терять свою твердость. Данный вид изделий хорошо поддается свариванию посредством стыковой электросварки со сталью таких марок, как 45 и 40Х.

Какие стали считаются углеродистыми?

Сталь представляет собой универсальный металл, используемый в отраслях легкой и тяжелой промышленности. Ее можно разделить на две категории исходя из химического состава:

легированная

– имеет в своем составе добавки, повышающие ее прочность, стойкость и пластичность. Сфера применения такого материала неограниченная – от кухонных приспособлений и хирургического инструментария до строительных металлоконструкций и механизмов промышленных машин;

углеродистая

– не содержит легирующих добавок, характеризуется показателями повышенной прочности и высокой твердости, но сниженной пластичностью, различается концентрацией углерода:

  • низкоуглеродистая (с включением углерода до 0,25%) – используется для изготовления сварных конструкций, для холодной ковки;
  • со средней концентрацией углерода (0,3-0,6%) – область применения – металлоконструкции;
  • высокоуглеродистая (содержание углерода 0,6-1,4%) – характеризуются исключительной прочностью, высокими показателями хладноломкости и пониженной пластичностью.

Для изготовления измерительных приборов и износостойкого инструмента используют высокоуглеродистые стали, которые еще называют углеродистыми инструментальными.

Классификация

Все марки для производства подразделяются на следующие группы:

  • теплостойкие и вязкие — обычно это заэвтектоидные и доэвтектоидные стали, включающие хром, молибден и вольфрам. Углерод в сталях должен соответствовать низким и средним значениям;
  • высокотвердые и вязкие, а также нетеплостойкие — в сплавах содержится минимум легированных элементов, а также среднее количество углевода, отличающиеся малой прокаливаемостью;
  • Высокотвердые и теплостойкие, а также износостойкие — это быстрорежущие легированные стали с большим содержанием легированных элементов, сплавы с ледебуритной структурой, в которых содержится более 3 процентов углерода;
  • износостойкие, высокотвердые со средней теплостойкостью — материалы имеют заэвтектоидную и ледебуритную структуру, в их составе содержится примерно 2−3 процента углерода и 5−12 процентов хрома;
  • высококачественная и качественная инструментальная сталь — отличаются друг от друга по процентному соотношению присутствия в них серы и фосфора;
  • высокотвердые и нетеплостойкие — эти инструментальные стали с заэвтектоидной структурой вообще не включают в себя легированные элементы, или же они присутствуют в минимальном количестве. Уровень их твердости обеспечивается за счет большого количества углерода в составе.

Уровень твердости — очень важный параметр для рассматриваемого материала. Обычно высокотвердые стали не используют для производства инструментов, которые во время эксплуатации подвергаются ударным сильным нагрузкам. Это происходит за счет того, что эти сплавы имеют невысокую вязкость и большую хрупкость, из-за чего инструмент, которых из них сделан, может сломаться.

По уровню твердости данные стальные материалы бывают с высоким уровнем вязкости, где углерода содержится 0,4 -0,7% или же с большой износостойкостью и твердостью, где количество углевода равно 0,7−1,5%.

Отличаются стали и по степени своей прокаливаемости. По этому критерию они подразделяются на:

  • изделия с повышенной прокаливаемостью, где диаметр прокаливания составляет от 80 до 100 мм;
  • высокой — диаметр от 50 до 80 мм;
  • низкой — от 10 до 25 мм соответственно.

Требования к материалу

Требования к данным материалам предъявляются в зависимости от того, как именно они будут использоваться. Но есть общие требования к ним независимо от марок:

  • высокий уровень твердости;
  • высокий уровень прочности;
  • износостойкость;
  • хорошая вязкость, что особенно важно при изготовлении деталей, которые при использовании будут подвергаться ударам;
  • низкий уровень чувствительности к перегреву, процессам прилипания и приваривания к деталям, которые подвержены обработке;
  • хороший уровень обработки посредством резки металла;
  • устойчивость к появлению трещин;
  • восприимчивость к прокаливанию;
  • пластичность в горячем виде;
  • возможность шлифовки;
  • возможность противостоять обезуглероживанию.

Естественно, это не все требования. Так, марки, которые предназначаются для использования в условиях холодной деформации, дополнительно должны иметь гладкую рабочую поверхность, сохранять свою форму и размер и иметь предел текучести и упругости. А те материалы, которые должны применяться в условиях горячей деформации, должны иметь высокую теплопроводность, не допускать отпуска и быть устойчивыми к колебанию температур.

Итак, вы рассмотрели особенности инструментальной стали, выяснили, на какие виды и категории она подразделяется и для каких целей используется та или иная их марка. Подробнее информацию о них можно прочесть в других статьях, посвященных этому материалу.

реализуем сертифицированный металлопрокат

занимается поставками металлопроката более 20 лет. Задача компании – удовлетворение потребности партнеров в черном, цветном металле, поставляем сталь всех типов.

Мы поставляем расширенный ассортимент различных марок, типоразмеров инструментальных, конструкционных, штамповых, быстрорежущих и других марок сталей. ООО «Промсталь» – один из крупнейших поставщиков металлопроката в Сибири и на Урале.

Приобретая металлопрокат в Новосибирске или Екатеринбурге у нас, Вы можете рассчитывать на низкие цены, короткие сроки поставки.

Мы поставляем следующие виды стали:

  • инструментальная сталь;
  • конструкционная сталь;
  • нержавеющая сталь;
  • быстрорежущая сталь.

Среди преимуществ работы с нами:

Низкие цены на металлопрокат в Екатеринбурге и Новосибирске (мы работаем со всеми ведущими металлургическими предприятиями России). Гарантии ускоренной доставки заказов благодаря региональным представительствам и оптимизированной системе логистики. Широкий спектр видов продукции: на складах всегда в наличии сталь более чем 1 200 наименований. Различные схемы оплаты, опт, розницу, систему скидок. Сертификаты качества от заводов-производителей. Среди наших основных приоритетов –регулярное обновление ассортимента. Поэтому мы всегда работаем над расширением номенклатуры продукции и наращиваем сотрудничество с поставщиками.

Среди наших партеров такие компании, как:

  • Ашинский металлургический завод (Амет);
  • Волгоградский металлургический комбинат «Красный октябрь»;
  • Зеленоградский электродный завод (ЗЭЗ);
  • Магнитогорский металлургический комбинат;
  • Челябинский металлургический комбинат (Мечел).

В число наших поставщиков входят и другие ведущие российские предприятия отрасли. Высокое качество их продукции подтверждено международными и российскими сертификатами, а также отзывами наших постоянных и новых заказчиков.

Среди клиентов, которые заказывают нашу продукцию постоянно – предприятия военно-промышленного комплекса, металлообрабатывающие, приборостроительные, энергетические компании в России, ближнем и дальнем зарубежье.

Поставки металлопроката в Новосибирске Екатеринбурге предлагает со скидками. Процент обсуждается индивидуально и зависит от объема заказа, срока сотрудничества с клиентом и ряда других параметров. Мы принимаем самые разные формы, виды, способы оплаты.

Также среди наших услуг – резка металла различных типов, форм: сплошного или толстостенного профиля, различного химического состава, включая титановые сплавы. Подробную информацию можно узнать у наших менеджеров.

Наши специалисты готовы дать любые консультации и квалифицированно ответить на все вопросы. Их высокий профессиональный уровень обеспечивается благодаря постоянному обучению, регулярным курсам повышения квалификации.

Для связи с ними можно воспользоваться формой на сайте или позвонить по телефонам. Помимо консультаций, наши менеджеры помогут организовать наиболее удобный для заказчика вариант доставки как оптовых, так и розничных партий продукции в любую точку. При этом будет рассчитана стоимость доставки, найден баланс между затратами и оперативностью.

ООО «Промсталь» также закупает различные виды металлопроката. Список наших текущих потребностей есть на сайте.

Мы всегда открыты к сотрудничеству и готовы рассмотреть любые предложения о партнерстве от предприятий из России и из-за рубежа.

Углеродистые инструментальные стали

В машиностроении и других областях промышленности производственная деятельность заключается в выпуске заготовок и деталей, которые получаются путем механической обработки. Современные материалы могут обладать весьма высокими показателями твердости и прочности, за счет чего усложняется их обработка. Для того чтобы обеспечить быструю и качественную механическую обработку при изготовлении режущего инструмента или их кромки используются углеродистые инструментальные стали. Их особенность заключается в высокой стойкости к механическому воздействию.

Подобные металлы также могут использоваться при выпуске ответственных деталей, к которым предъявляются высокие требования в плане прочности и твердости.

Основные характеристики

Рассматривая основные свойства инструментальной стали следует отметить нижеприведенные моменты:

  1. Низкая чувствительность к перегреву. При механической обработке снятие слоя материала с заготовки происходит за счет оказываемого требования. Нагрев металла приводит к изменению его основных качеств. Поэтому углеродистые инструментальные качественные стали не нагреваются даже при длительном трении с другими поверхностями.
  2. Низкая чувствительно к привариванию к обрабатываемым деталям. Из-за оказываемого давления при подаче инструмента на момент обработки заготовок зона трения может несущественно нагреваться, что становится причиной повышения пластичности некоторые материалов. Если инструментальная сталь будет привариваться при этом к поверхности возникнет дополнительное сопротивление и качество получаемой детали существенно снизиться.
  3. Для того чтобы упростить обработку металла его делают боле восприимчивой к обработке методом резки.
  4. Восприимчивость к прокаливанию также определяется особым химическим составом.
  5. Высокая пластичность в горячем состоянии позволяет получать заготовки метод плавления металла.
  6. Высокое сопротивление процессу обезуглероживания позволяет получить наилучший результат при проведении закалки или других процессом химико-термической обработки.
  7. Во время обработки может возникать ударная нагрузка, которая в большинстве случаев становится причиной образования трещин. Высококачественная углеродистая инструментальная сталь не имеет подобного недостатка.
  8. Износостойкость и высокая прочность, твердость поверхности.

Химический состав углеродистых инструментальных сталей

Химический состав инструментальных углеродистых сталей во многом определяют основные эксплуатационные качества металла.

Применение

Применение инструментальных углеродистых сталей во многом зависит от химического состава. Чаще всего применяется для получения:

  1. Режущего инструмента. На протяжении многих лет для изготовления инструментов использовали обычную сталь, которая в процессе работы могла нагреваться и быстро изнашиваться. На тот момент устанавливались станки токарной и сверлильной группы, которые могли проводить обработку только при низкой скорости и невысокой подачи. Появление современного оборудования, в частности станков с ЧПУ, привело к повышению требований, предъявляемых к инструменту. Только появление инструментальной стали и твердых сплавов позволило полностью раскрыть потенциал современного оборудования. Также не стоит забывать, что для получения качественных поверхностей должна существенно увеличиваться скорость подачи, повысить производительность можно при увеличении подачи. Современные режущие инструменты могут выдерживать неоднократные циклы нагрева и охлаждения, срок эксплуатации при этом увеличивается в несколько десятков раз.
  2. Высококачественных деталей. Примером можно назвать конструкцию ДВС, которая имеет поверхности с точными размерами и шероховатостью. Для того чтобы при эксплуатации подвижные элементы не меняли свою форму по причине нагрева их изготавливают из инструментальной стали.
  3. Приборов, применяемых для проведения точных измерений. Для получения небольших деталей с точностью линейных размеров в несколько сотен миллиметров заготовка не должна нагреваться или деформироваться за счет оказываемого давления со стороны режущего инструмента.
  4. Литейной прессформы, которая должна выдерживать существенное давление.

Применение углеродистых инструментальных сталей в зависимости от марки

Для изготовления деталей больше всего подходить марка У7 или У7А, для изготовления режущего и другого инструмента У10 или У12. Данная закономерность связана с тем, что для получения режущего инструмента должны использоваться более твердые металлы.

Маркировка углеродистых инструментальных сталей в данном случае указывает на процентное содержание углерода и наличие других примесей.

Свойства углеродистой инструментальной стали во многом определяются концентрацией углерода – чем больше, тем поверхность тверже, но повышается и хрупкость.

При холодном прессовании могут применяться марки У10 – У12. Проведенные тесты указывают на то, что их твердость составляет 57-59 HRC. Среди особенностей отметим:

  1. Достаточно высокую вязкость.
  2. Высокий уровень сопротивления деформациям пластического типа.
  3. Повышенная износостойкость.
Читайте также  Инструмент для сжатия пружин подвески

Если габариты инструмента большие, то могут применяться сплавы, в состав которых включаются полезные примеси.

Классификация

Принято разделять инструментальные качественные стали на 5 основных групп:

  1. Износостойкие, теплостойкие и высокотвердые – группа, представленная быстрорежущей легированной сталью. Кроме этого в данную группу относят сплавы с ледебуритной структурой, которая характеризуется повышенной концентрацией углерода (более 3%). Применение инструментальных углеродистых сталей данной группы заключается в изготовлении инструментов, которые могут подвергаться воздействию высокой температуры из-за установки высоких скоростей резания.
  2. Теплостойкие и вязкие стали представлены сплавом, который имеет в своем составе молибден, хром и вольфрам. Химический состав инструментальной углеродистой стали данной группы характеризуется низким значением концентрации углерода.
  3. Нетеплостойкие, вязкие и высокотвердые стали имеют небольшое количество примесей и среднее значение углерода. Данной группе характерен невысокий показатель прокаливаемости.
  4. Средняя теплостойкость, высокая твердость, износостойкость – качества, свойственные металлам с 2-3% углерода и 5-12% хрома.
  5. Низкая устойчивость к теплу и высокая твердость характерны сталям с заэвтектоидной структурой. В большинстве случае они не имеют легирующих элементов или их концентрация очень мала. Высокий уровень твердости обеспечивается за счет высокой концентрации углерода.

Высококачественная инструментальная сталь может подвергаться дополнительной химико-термической обработке для изменения состава и перестроения кристаллической решетки, за счет чего и достигаются необычные эксплуатационные качества.

Изделия из углеродистой инструментальной стали

Твердость считается основным параметром, высокое значение которого не позволяет использовать сталь при изготовлении инструментов или деталей, подвергающихся во время эксплуатации ударам или вибрации. Эта рекомендация связана с тем, что при увеличении концентрации углерода повышается твердость, но вязкость уменьшается. Уменьшение вязкости становится причиной повышения хрупкости структуры, в результате воздействия ударной нагрузки могут появляться трещины и другие дефекты, поверхность откалываться.

Классификация по уровню твердости выглядит следующим образом:

  1. Высокий показатель вязкости и пониженная твердость характерны металлам, которые в составе имеют не более 0,4-0,7% углерода.
  2. Высокая износостойкость и твердость поверхностного слоя достигаются при насыщении структуры металла углеродом до 0,7-1,5%.

Больший показатель концентрации углерода делает металл очень хрупким, что не позволяет его использовать в качестве материала при изготовлении инструмента. Кроме этого легирующие элементы способны повысить вязкость и снизить хрупкость при условии большой концентрации углерода. В некоторых случаях проводится химическая обработка для обеспечения износостойкой поверхности и вязкого основания, за счет чего инструмент или деталь приобретает высокие эксплуатационные качества.

Маркировка

Углеродистая инструментальная сталь марки могут иметь как цифры, так и буквенные обозначения. В большинстве случаев маркировка инструментальных углеродистых сталей в самом начале имеет букву «У», которая и указывает на тип металла. Обозначение углеродистой инструментальной стали также имеет следующие особенности:

  1. Первое цифирное обозначение после буквы указывает в десятых долях количество углерода в отношении всего состава.
  2. Встречается и буква «А», идущая за цифрой, обозначающей концентрацию углерода в составе. Она указывает на то, что углеродистая инструментальная сталь марка имеет высокое качество.
  3. Для обозначения группы рассматриваемой стали может применяться буква «Р». В данном случае после этого обозначения идет буква, которая указывает на концентрацию вольфрама.
  4. Другие легирующие вещества также указываются соответствующей буквой, после которой идет цифра для обозначения концентрации.
  5. Принято считать, что у стали и рассматриваемой группы в обязательном порядке в составе есть хром, но его концентрация не более 4%. Если после соответствующего буквенного обозначения указывается цифра, то концентрация этого вещества уточняется.

Также можно встретить маркировку инструментальных углеродистых сталей начинающуюся с цифры. Примером приведем распространенные сплавы 9Х или 6ХГВ. Первая цифра также указывает на концентрацию в составе углерода, следующие буквы на легирующие элементы. Если после буквы легирующего элемента не указывается цифра, то принято считать, что их концентрация равна 1%. Кроме этого сама маркировка может начинаться с буквенных обозначений, свойственных легирующим элементам – это указывает на то, что концентрация.

Чем отличаются инструментальные углеродистые стали, их маркировка

В инструментальные углеродистые стали, когда идёт процесс плавления, применяется углерод и определённые элементы. Состав стали полностью зависит от изделия, в котором будет применяться сталь. То есть конкретный вид стали подходит под свою деятельность.

От добавленных элементов могут образоваться такие качества, как:

  • Текучесть.
  • Твёрдость.
  • Пластичность.

Корректировка каждого качества, получается, посредством процентного соотношения углерода в составе стали. Его процент от общего объёма считается главным условием разделения стали на типы. Процентное содержание углерода показывает уровень твёрдости изделия. Чем более высокий уровень углерода, то тем выше будет прочность изделия, при этом изделие становится более хрупким. Сталь имеет несколько видов:

  • Низкоуглеродистая. Включает в себя до 0.25% углерода. Имеет хорошую пластичность, легко деформируется не только на высоких температурах, так и при холодных.
  • Среднеуглиродистая. Имеет 0.3-0.6% углерода. Имеет достаточный уровень прочности, при этом сохраняет свой уровень пластичности и текучести, потому хорошо обрабатывается.
  • Высокоуглеродистая. Имеет 0.6-1.4%. Подходит для инструментов повышенной прочности и приборов для произведения замеров.

Данный вид стали почти не содержит в своём составе легирующих добавок. Они отличаются своим нахождением минимума базовой примеси. Из примесей, базовыми можно назвать добавления магния, марганца и кремния.

Маркировка углеродистой инструментальной стали

На углеродистые инструментальные стали маркировка происходит следующим образом:

  • Y7
  • Y7A
  • Y8
  • Y8A
  • Y9A
  • Y10
  • Y11
  • YНА
  • Y12
  • Y12А
  • Y13
  • Y13A

Литера «У» обозначает то, что в сталь является углеродистой, а цифровые обозначения говорят о содержании углерода в процентном соотношении, которое увеличено в десять раз. Если имеется литера «А», значит, что в стали имеется высокий уровень качества.

Сталь, в которой содержится высокое качество, имеет отличие по химическому составу от качественной стали уменьшенной концентрацией таких примесей, как сера и фосфор. В углеродистых сталях имеются определённые моменты, которые делают её использование ограниченным, это:

  • Большой коэффициент расширения от тепла.
  • Невысокое электротехническое свойство.
  • Малая стойкость к коррозии в агрессивной среде на высоких температурах.
  • Уменьшение уровня прочности на превышающей температуре.
  • Чувствительны к перегреву.
  • Малая стойкость мартенсита при отпуске.

Всё говорит о том, что инструменты способны к работе только на невысоких скоростях резания.

Применение углеродистой инструментальной стали

Важно знать, где применяют инструментальную углеродистую сталь, чтобы было понимание её свойств. Применяют её при изготовлении кузнечного, слесарного, штамповочного и металлорежущего инструмента.

У7, У7А

  • Используется при деревообработке. Топор, колун, стамеска, долото.
  • Пневмоинструмента маленьких размеров.
  • Зубило, обжимка, боёк.
  • Кузнечный штамп.
  • Игольной проволоки.
  • Слесарного и монтажного инструмента.
  • Молотка, кувалды, бородка, отвёртка, комбинированные плоскогубцы, острогубцев, боковых кусачек.

У8, У8А, У8Г, У8ГА, У9, У9А

  • При изготовлении инструмента, который работает в условии, где отсутствует разогрев режущей кромки.
  • Обработка дерева. Фреза, зенковка, поковка, топор, стамеска, долото, продольная и дисковая пила.
  • Накатной ролик, плиты и стержня для лития формы под давлением оловянного и свинцового сплавов.
  • Для слесарных и монтажных инструментов. Обжимка для заклёпки, кернер, бородка, отвёртка, комбинированные плоскогубцы, острогубцы, боковые кусачки.
  • Для калибра простых форм и пониженного класса точности.
  • Холоднокатанные термообработанные ленты, толщиной 2.5-0.02 мм, что нужна для создания плоской и витой пружины и пружинящей детали со сложной конфигурацией, клапана, щупа, берда, ламели двоильного ножа, конструкционная мелкая деталь, включая часы.

У10А, У12А

  • Сердечника.
  • Игольных проволок.

У10, У10А, У11, У11А

  • При производстве инструментов, которые работают в условии, что не вызывают разогрев режущей кромки.
  • Деревообработке. Ручной поперечной, столярной пилы, пила машинная столярная, сверла спиральная.
  • Штампа холодной штамповки маленьких размеров без переходов сечения.
  • Калибра простых форм и пониженного класса точности.
  • Накатного ролика, напильника, слесарного шабера и пр.
  • Напильника, шабера холоднокатаных термообработанных лент, имеющих толщину 2.5-0.02 мм, что используется при изготовлении плоской и витой пружины, а также пружинящей детали со сложной конфигурацией, клапана, щупа, берда, ламели двоильного ножа, конструкционной мелкой детали, включая часы.

У12, У12А

  • Для метчика, напильника, слесарного шабера.
  • Штампа холодных штамповок обрезных и вырубных маленького размера без перехода по сечению, холодновысадочного пуансона и штемпеля мелкого размера, калибра простых форм и пониженного класса точности.

У13, У13А

  • При производстве инструмента с уменьшенным износом и умеренном, а также значительном удельном давлении (без разогрева режущей кромки).
  • Напильники, бритвенные лезвия и ножи, острые хирургические инструменты, шаберы, гравировальные инструменты. Инструмент из стали.

Углеродистые и легированные инструментальные стали являются доступным и эффективным материалом. С помощью них не обходится ни одна из отраслей, в которых используется ручной или автоматический инструмент. Соотношение цены и качества делает данный материал наиболее доступным и в некотором роде даже незаменимым.

Инструментальные стали: углеродистые и легированные марки

Инструментальная сталь — это материал, который на более чем на 0,7% состоит из углерода. Ее ключевыми характеристиками является твердость и прочность, их максимальные показатели достигаются при термической обработки стали. Ее преимущественно используют при изготовлении разных инструментов.

  • Преимущества и ассортимент
  • Основные виды
    • Легированные материалы и их маркировка
    • Быстрорежущие стали
  • Классификация
  • Сферы использования
  • Требования к материалу

Так называется сталь, содержащая более 0,7% углерода. Ее основными характеристиками являются прочность и твердость, которые достигают максимальных показателей после термической обработки. Основное применение такого стального материала — изготовление инструментов.

Преимущества и ассортимент

Инструментальная сталь является одним из наиболее востребованных материалов на рынке. Сплав имеет высокую твердость и невысокую стоимость. Однако имеется и недостаток у материала — его низкая износостойкость, поэтому его не применяют для производства машинных деталей и оборудования, которое подвергается постоянным нагрузкам.

Сортамент данного материала следующий:

  • горячекатаные квадраты и круги;
  • кованые полосы, круги и квадраты.

Основные виды

Такой вид материалов подразделяется на такие три основные категории:

  • инструментальные углеродистые стали;
  • легированные инструментальные стали;
  • быстрорежущие.

Все они производятся согласно установленному ГОСТу.

Углеродистые виды материала во время нагревания теряют свою прочность, соответственно, их используют для производства инструментов, которые работают на малых скоростях или при простых условиях резания, когда температура нагревания составляет не больше 200 градусов.

Преимущественно их применяют для производства:

  • напильников;
  • сверл;
  • разверток;
  • метчиков и не только.

Поскольку углеродистая инструментальная сталь обладает низкими показателями свариваемости, ее не используют при изготовлении сварных конструкций.

В зависимости от процентного соотношения содержания в материале углерода, марганца, кремния, серы и других элементов он подразделяется на такие марки, как:

  • У7;
  • У8;
  • У8Г;
  • У10 и прочие.

Легированные материалы и их маркировка

Легированные материалы в составе дополнительно содержат следующие элементы:

  • никель;
  • медь;
  • марганец и т. д.

Все они улучшают характеристики материала. Легирующие элементы должны указываться при маркировке с помощью специальных обозначений буквами. Все это позволяет заранее увидеть, из чего состоит данная инструментальная сталь. Марки материала также могут включать не только буквы, но и цифры. Цифры указывают на то, в каком количестве тот или иной элемент содержится в стали в процентном соотношении. Если при маркировке цифра не ставится, то количество элемента равно около 1 процента.

При маркировке легированной стали на первом месте стоит количество углерода, которое равно десятым долям процента. Например, марка 6ХС содержит углерод в количестве 0,6%, а также по одному проценту кремния и хрома.

Читайте также  Инструмент для обжима гильз проводов

Инструментальные легированные стали преимущественно используются для производства штамповых или режущих инструментов, к ним относят:

  • плашки;
  • метчики;
  • развертки;
  • сверла;
  • фрезы и не только.

Как и углеродистые стали, легированные материалы тоже непригодны для производства сварных конструкций.

Быстрорежущие стали

Маркировка быстрорежущих материалов состоит из буквы «Р», числа, указывающего на массовую долю вольфрама и букв элементов, присутствующих в составе материала. Это могут быть кобальт, молибден и другие. Далее идут цифровые значения их массовых долей. Если маркировка включает буквы «Ш», то это значит «электрошлаковый переплав».

Доля хрома в быстрорежущей стали при маркировке не указывается, также отсутствует указание массовой доли молибдена, если она не превышает отметку в один процент.

Такие виды материалов оптимально подходят для производства режущих инструментов, которые от трения нагреваются до температуры от 600 до 6500 градусов. При этом они не будут деформироваться, и терять свою твердость. Данный вид изделий хорошо поддается свариванию посредством стыковой электросварки со сталью таких марок, как 45 и 40Х.

Классификация

Все марки для производства подразделяются на следующие группы:

  • теплостойкие и вязкие — обычно это заэвтектоидные и доэвтектоидные стали, включающие хром, молибден и вольфрам. Углерод в сталях должен соответствовать низким и средним значениям;
  • высокотвердые и вязкие, а также нетеплостойкие — в сплавах содержится минимум легированных элементов, а также среднее количество углевода, отличающиеся малой прокаливаемостью;
  • Высокотвердые и теплостойкие, а также износостойкие — это быстрорежущие легированные стали с большим содержанием легированных элементов, сплавы с ледебуритной структурой, в которых содержится более 3 процентов углерода;
  • износостойкие, высокотвердые со средней теплостойкостью — материалы имеют заэвтектоидную и ледебуритную структуру, в их составе содержится примерно 2−3 процента углерода и 5−12 процентов хрома;
  • высококачественная и качественная инструментальная сталь — отличаются друг от друга по процентному соотношению присутствия в них серы и фосфора;
  • высокотвердые и нетеплостойкие — эти инструментальные стали с заэвтектоидной структурой вообще не включают в себя легированные элементы, или же они присутствуют в минимальном количестве. Уровень их твердости обеспечивается за счет большого количества углерода в составе.

Уровень твердости — очень важный параметр для рассматриваемого материала. Обычно высокотвердые стали не используют для производства инструментов, которые во время эксплуатации подвергаются ударным сильным нагрузкам. Это происходит за счет того, что эти сплавы имеют невысокую вязкость и большую хрупкость, из-за чего инструмент, которых из них сделан, может сломаться.

По уровню твердости данные стальные материалы бывают с высоким уровнем вязкости, где углерода содержится 0,4 -0,7% или же с большой износостойкостью и твердостью, где количество углевода равно 0,7−1,5%.

Отличаются стали и по степени своей прокаливаемости. По этому критерию они подразделяются на:

  • изделия с повышенной прокаливаемостью, где диаметр прокаливания составляет от 80 до 100 мм;
  • высокой — диаметр от 50 до 80 мм;
  • низкой — от 10 до 25 мм соответственно.

Сферы использования

Данный материал в промышленности имеет довольно широкий спектр применения. Они применяются при изготовлении:

  • режущих инструментов;
  • измерительных устройств;
  • литейных пресс-форм, работающих под давлением;
  • рабочих деталей штампов, которые работают по принципу горячего и холодного деформирования;
  • высокоточных изделий.

Требования к материалу

Требования к данным материалам предъявляются в зависимости от того, как именно они будут использоваться. Но есть общие требования к ним независимо от марок:

  • высокий уровень твердости;
  • высокий уровень прочности;
  • износостойкость;
  • хорошая вязкость, что особенно важно при изготовлении деталей, которые при использовании будут подвергаться ударам;
  • низкий уровень чувствительности к перегреву, процессам прилипания и приваривания к деталям, которые подвержены обработке;
  • хороший уровень обработки посредством резки металла;
  • устойчивость к появлению трещин;
  • восприимчивость к прокаливанию;
  • пластичность в горячем виде;
  • возможность шлифовки;
  • возможность противостоять обезуглероживанию.

Естественно, это не все требования. Так, марки, которые предназначаются для использования в условиях холодной деформации, дополнительно должны иметь гладкую рабочую поверхность, сохранять свою форму и размер и иметь предел текучести и упругости. А те материалы, которые должны применяться в условиях горячей деформации, должны иметь высокую теплопроводность, не допускать отпуска и быть устойчивыми к колебанию температур.

Итак, вы рассмотрели особенности инструментальной стали, выяснили, на какие виды и категории она подразделяется и для каких целей используется та или иная их марка. Подробнее информацию о них можно прочесть в других статьях, посвященных этому материалу.

Углеродистые инструментальные стали – как и зачем производятся?

Углеродистые инструментальные стали используются для изготовления литейных пресс-форм, измерительных приспособлений, режущего инструмента, разнообразных высокоточных изделий.

1 Углеродистые стали – что они собой представляют?

Сталь является главной продукцией современной черной металлургии. При этом из всего объема выпускаемой в настоящее время стали примерно 10 процентов приходится на легированные ее марки, а остальной ассортимент готовой продукции состоит из углеродистых сплавов. Это означает, что именно они представляют собой основной промышленный металлический материал.

Причины популярности углеродистых составов заключаются в относительной дешевизне их производства, а также в хорошем сочетании их технологичности и эксплуатационных характеристик (адекватные затраты на резку, обработку сваркой и давлением).

Интересующие нас инструментальные стали представляют собой сложные сплавы, в которых ключевым компонентом является железо. Данного химического элемента в них содержится до 99,5 процентов (минимум – 97). К другим составляющим сплавов относят:

  • никель, хром, медь (их наличие в готовом продукте обусловлено разными обстоятельствами);
  • азот, фосфор, водород, кислород, сера (такие элементы остаются в сплаве потому, что их не удается полностью удалить из него);
  • кремний, марганец (данные примеси появляются из-за технических нюансов, связанных с процессом выплавки металла).

А вот углерод, который даже в очень малых количествах оказывает существенное влияние на параметры готовой продукции, в углеродистые сплавы вводится специально. Он позволяет модифицировать структуру металла. Она будет перлитной и ферритной в тех случаях, когда углерода в стали имеется менее 0,8 %, цементитной и перлитной при содержании углерода более 0,8 % и чисто перлитной при содержании углерода ровно 0,8 %.

Сплавы с большим количеством углерода характеризуются:

  • малой пластичностью и ударной вязкостью;
  • превосходной прочностью;
  • высоким пределом хладоломкости.

Для нивелирования негативного влияния примесей окислов железа на характеристики готовой стали, содержащей углерод, используется:

  • Кремний: в металле он остается исключительно в форме силикатных включений, остальная же его часть (практически вся) растворяется в феррите.
  • Марганец: данный элемент также применяется для раскисления стального сплава. Он, во-первых, увеличивает показатель прочности горячекатаных листов металла, во-вторых, удаляет из цементита и феррита соединения железа с серой, которые снижают качество металла. Влияние марганца на характеристики разных марок стали почти всегда идентичное, так как в них он содержится примерно в одинаковых количествах.

2 Как производятся углеродистые стали – краткие сведения

Сейчас наиболее эффективным вариантом производства стальных сплавов считается кислородно-конверторная технология, длительность которой составляет не более одного часа. Кроме того, выплавляют их в электрических и мартеновских печах, конверторах бессемеровского типа.

Получение бессемеровской стали предполагает продувку воздухом чугуна, находящегося в жидком состоянии. Эта методика достаточно производительна, но имеет немало недостатков – выплавленный металл сильно загрязнен примесями неметаллического характера, склонен к быстрому старению, имеет малую прочность, что вызвано высоким содержанием в нем азота и других газов. Кроме того, из бессемеровского металла не удается в должной мере удалить фосфор и серу.

А вот кислородный конвертор дает возможность убрать фосфор и серу до требуемого безопасного уровня. При этом не будет фиксироваться и повышенного содержания азота. Мартеновская технология обеспечивает металлу параметры аналогичные составам, выплавляемым по кислородно-конвертерному способу. Но длительность плавки в мартеновской печи составляет порядка 11 часов, что, конечно же, экономически нецелесообразно.

Максимальное удаление фосфора, серы и кислорода из углеродистых сталей становится возможным при использовании индукционных либо дуговых электрических печей. Металл, выплавленный в таких агрегатах, признается по-настоящему качественным. Он предназначается для изготовления наиболее ответственных конструкций и изделий. Часто углеродистая инструментальная сталь производится именно в электропечах. К сожалению, такая плавка очень дорогая, поэтому многие металлургические предприятия предпочитают производить продукцию по более экономным технологиям.

3 Классификация углеродистых сталей

Готовый металл причисляют к различным группам, учитывая те или иные его показатели. Принято подразделение стали по качеству:

  • содержание серы и фосфора менее 0,03 % – высококачественный металл;
  • содержание фосфора менее 0,035 %, а серы менее 0,04 % – качественная сталь;
  • содержание серы до 0,05 % и фосфора до 0,04 % – продукция обыкновенного качества.

Инструментальные стали могут быть исключительно высококачественными и качественными, конструкционные – качественными и обыкновенного качества.

По содержанию углерода стальные сплавы делят на высоко-, средне- и малоуглеродистые (углерода в них содержится соответственно – более 0,6, ровно 0,6 и не более 0,25 процентов), а по структуре на:

  • заэвтектоидные;
  • эвтектоидные;
  • доэвтектоидные.

4 Углеродистые инструментальные стали – описание и характеристики

Под таковыми понимают сплавы, в которых количество углерода варьируется в пределах 0,65–1,35 % (ГОСТ 1435–99). Используются они для изготовления:

  • ножовочных полотен, разных видов сверл, резцов, измерительного инструмента, напильников (марки – от У11 до У13А);
  • пневматического инструмента, плоскогубцев, зубил, кусачек, молотков (У7А и У7);
  • матриц для штамповки в холодном виде, разверток, сверл, плашек, специальных метчиков (У10А и У10, У9А и У9);
  • ножниц, штампов, ножей, фрез, инструмента для обработки дерева, пуансонов, зенковок (У8А и У8).

Из маркировки таких сталей можно узнать, какое в них имеется содержание углерода. Так, если мы видим перед собой сплав с маркировкой У11, это означает, что в нем углерод присутствует в количестве 1,1 %, У8 – 0,8 % и так далее. Литера А, добавляемая в конце, указывает на повышенное качество металла (фосфора в нем содержится не более 0,025 %, серы – не более 0,018 %). В качественных же углеродистых сталях, применяемых для производства инструментов, серы может содержаться до 0,028 %, фосфора – до 0,03 % включительно.

Особенность подобных составов заключается в том, что они могут использоваться при сравнительно небольших (в пределах 200 градусов Цельсия) рабочих температурах. Их теплостойкость, таким образом, является невысокой. При нагреве более 200° режущая кромка инструмента из углеродистых сталей значительно уменьшает показатель своей твердости (до 15–18 HRC с 62–63). Понятно, что с такими характеристиками ни о каком качестве инструмента уже не может идти и речи.

Углеродистый металл для изготовления инструмента всегда отжигается с целью придания изделиям из него высокой твердости и оптимальной структуры. После отжига также в обязательном порядке проводят закалку стали и ее отпуск. Последний осуществляется при определенной температуре (не более 290 °С), конкретный показатель которой обусловлен нужной твердостью инструментов.

Оцените статью
Добавить комментарий