Введение

Любая из различных сталей, особенно хорошо подходящая для изготовления инструментов и оснастки.

Инструментальная сталь – это любая из различных углеродистых и легированных сталей, особенно хорошо подходящая для изготовления инструментов и оснастки, включая режущий инструмент, штампы, ручной инструмент, ножи и другие изделия. Такая пригодность обусловлена их высокой твердостью, устойчивостью к истиранию и деформации, а также способностью сохранять режущую кромку при высоких температурах. В результате инструментальные стали подходят для формоизменения других материалов, например, при резке, механической обработке, штамповке или ковке. Содержание углерода в инструментальных сталях составляет от 0,5% до 1,5%. Наличие карбидов в их матрице играет ключевую роль в определяющих свойствах инструментальной стали. Четыре основных легирующих элемента, формирующих карбиды в инструментальной стали: вольфрам, хром, ванадий и молибден. Скорость растворения различных карбидов в аустенитную форму железа определяет высокотемпературные характеристики стали (чем медленнее растворение, тем лучше, что обеспечивает термостойкость). Правильная термообработка этих сталей важна для достижения необходимых эксплуатационных характеристик. Содержание марганца часто поддерживается на низком уровне, чтобы минимизировать вероятность растрескивания при закалке в воде. Существует шесть групп инструментальных сталей: для закалки в воде, для холодной обработки, ударопрочные, быстрорежущие, для горячей обработки и специального назначения. Выбор группы зависит от стоимости, рабочей температуры, требуемой твердости поверхности, прочности, ударопрочности и вязкости. Чем более тяжелые условия эксплуатации (более высокая температура, абразивность, коррозионная активность, нагрузка), тем выше содержание легирующих элементов и, соответственно, количество карбидов, необходимых для инструментальной стали. Инструментальные стали используются для резки, прессования, экструзии и чеканки металлов и других материалов. Их применение в оснастке необходимо; например, пресс-формы для литья под давлением требуют инструментальных сталей из-за их устойчивости к истиранию – важного критерия долговечности пресс-формы, обеспечивающего сотни тысяч циклов формования в течение срока ее службы. Классификация инструментальных сталей по стандартам AISI SAE является наиболее распространенной системой для идентификации различных марок инструментальной стали. Каждому сплаву в пределах марки присваивается номер, например: A2, O1 и т.д.

Рабочая группа холодной обработки

Сталь для инструментов холодной обработки включает серии O (закалка в масле), A (закалка на воздухе) и D (высокоуглеродистая хромистая). Эти стали используются для резки или формовки материалов при низких температурах. Данная группа характеризуется высокой способностью к закалке и износостойкостью, а также средней вязкостью и устойчивостью к отпуску при нагревании. Они применяются для изготовления крупных деталей или деталей, требующих минимальной деформации при закалке. Использование закалки в масле и на воздухе помогает снизить деформацию, избегая высоких напряжений, возникающих при более быстрой закалке в воде. Эти стали содержат больше легирующих элементов, чем стали, упрочняемые водой. Эти добавки повышают способность к закалке, что позволяет использовать менее интенсивный процесс закалки и, как следствие, снижает вероятность растрескивания. Они обладают высокой твердостью поверхности и часто используются для изготовления ножевых клинков. Обрабатываемость сталей, упрочняемых в масле, высока, но для высокоуглеродистых хромистых сталей она низкая.

Твердость масла: серия O

Эта серия включает тип O1, тип O2, тип O6 и тип O7. Все стали этой группы обычно закаливаются, охлаждаются в масле, а затем отпускаются ниже определенной температуры.

| Сорт стали | Состав | Примечания |
|---|---|---|
| O1 | 0,90% C, 1,0–1,4% Mn, 0,50% Cr, 0,50% W, 0,30% Si, 0,20% V | Холодноштамповочная сталь, используемая для изготовления калибров, режущего инструмента, деревообрабатывающего инструмента и ножей. Может быть закалена до 66 HRC (по шкале Роквелла C), хотя обычно используется при твердости 61–63 HRC. Ванадий является опциональным компонентом. Также продается под названиями Arne, SKS3, 1.2510 и 100MnCrW4. |
| O2 | 0,90% C, 1,5–2,0% Mn, 0,30% Cr, 0,30% Si, 0,15% V | Холодноштамповочная сталь, используемая для изготовления калибров, режущего инструмента, деревообрабатывающего инструмента и ножей. Может быть закалена до 66 HRC, обычно используется при твердости 61–63 HRC. Также продается под названиями 1.2842 и 90MnCrV8. |
| O6 | 1,45% C, 1,0% Mn, 1,0% Si, 0,3% Mo | Графитистая холодноштамповочная сталь, обладающая исключительной стойкостью к износу и заеданию при трении металл о металл. Обычно используется для изготовления кулачков, втулок, гильз, шпинделей, валков для формовки, ножей для ножниц, пуансонов, штампов и направляющих. |

Воздушное отверждение: серия А

Первой инструментальной сталью, твердеющей на воздухе, была мушетская сталь, которая в то время называлась сталью для воздушного закаливания. Современные стали для воздушного закаливания характеризуются низким уровнем деформации при термической обработке благодаря высокому содержанию хрома. Они хорошо обрабатываются и обладают балансом износостойкости и ударной вязкости (то есть занимают промежуточное положение между сталями класса D и ударно-стойкими сталями).

Марка Состав Примечания
A2 1,0% C, 1,0% Mn, 5,0% Cr, 0,3% Ni, 1,0% Mo, 0,15–0,50% V Распространенная сталь для инструментов общего назначения; это наиболее часто используемый сорт сталей для воздушного закаливания. Обычно используется для штампов для вырубки и формовки, обрезных штампов, штампов для нарезания резьбы и пресс-форм для литья под давлением.
1,25% C, 0,5% Mn, 5,0% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo, 0,8–1,4% V
A4 1,0% C, 2,0% Mn, 1,0% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo
A6 0,7% C, 1,8–2,5% Mn, 0,9–1,2% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo Этот тип инструментальной стали твердеет на воздухе при относительно низкой температуре (примерно такой же, как и у масляных сталей) и обладает размерной стабильностью. Поэтому он обычно используется для штампов, формовочных инструментов и калибров, не требующих высокой износостойкости, но нуждающихся в высокой стабильности размеров.
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% W
A8 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% W
A9 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 1,25–1,50% C, 1,6–2,1% Mn, 1,0–1,5% Si, 1,55–2,05% Ni, 1,25–1,75% Mo Этот сорт содержит равномерное распределение частиц графита для повышения обрабатываемости и обеспечения самосмазывающихся свойств. Обычно используется для калибров, валов, ножниц и пуансонов.

Высокоуглеродный хром: серия D

Серия D из класса холодноштамповочных инструментальных сталей, изначально включавшая марки D2, D3, D6 и D7, содержит от 10% до 13% хрома (что является необычно высоким содержанием). Эти стали сохраняют свою твердость при высоких температурах. Типичные области применения этих инструментальных сталей включают штампы для ковки, литьевые формы для литья под давлением и протяжные штампы. Благодаря высокому содержанию хрома некоторые инструментальные стали типа D часто рассматриваются как нержавеющие или полунержавеющие, однако их коррозионная стойкость весьма ограничена из-за образования большей части хрома и углерода в виде карбидов.

Марка Состав Примечания
D2 1,5% C, 11,0–13,0% Cr; дополнительно 0,45% Mn, 0,030% P, 0,030% S, 1,0% V, 0,9% Mo, 0,30% Si
D2 обладает высокой износостойкостью, но менее прочен, чем низколегированные стали. Механические свойства D2 очень чувствительны к термической обработке. Он широко используется для изготовления ножницных ножей, фуговальных ножей и промышленных режущих инструментов; иногда применяется для изготовления ножей.

Ударно-устойчивая группа

Высокая ударная вязкость и хорошая закаливаемость обеспечиваются легированием хромом, вольфрамом, кремнием, молибденом и марганцем. Инструментальные стали группы сопротивления удару (S) предназначены для работы при ударных нагрузках как при низких, так и при высоких температурах. Для обеспечения необходимой вязкости требуется низкое содержание углерода (около 0,5% углерода). Легирующие элементы, образующие карбиды, обеспечивают необходимую износостойкость, закаливаемость и свойства для горячей обработки. Это семейство сталей демонстрирует очень высокую ударную вязкость и относительно низкую износостойкость, и может достигать относительно высокой твердости 58-60 HRC. В США вязкость обычно достигается за счет содержания 1-2% кремния и 0,5–1% молибдена. В Европе ударно-стойкие стали часто содержат 0,5–0,6% углерода и около 3% никеля. Диапазон содержания никеля от 1,75% до 2,75% все еще используется в некоторых сталях, устойчивых к ударам и высокопрочных низколегированных (HSLA), таких как L6, 4340 и шведская пильная сталь, однако он относительно дорог. Примером применения является производство долот для отбойных молотков.

Общие и цитируемые ссылки

Да.