ТехИнфо

Технологическая   информация

Инструментальные стали


По химическому составу, степени легированности инструментальные стали разделяются на:

  • инструментальные углеродистые,
  • инструментальные легированные,
  • быстрорежущие стали.
  • Физико-механические свойства этих сталей при нормальной температуре достаточно близки, различаются они теплостойкостью и прокаливаемостью при закалке.

    Разупрочнение мартенсита при нагреве во время резания закаленных углеродистых сталей происходит при температуре 200 °С. В легированных и быстрорежущих сталях разупрочнение мартенсита сдерживается наличием легирующих элементов, которые должны иметь большее, чем железо, сродство с углеродом, образовывать более теплостойкие карбиды н легко растворяться в α-железе.

    В инструментальных легированных сталях массовое содержание этих элементов недостаточно, чтобы связать весь углерод в карбиды, поэтому теплостойкость сталей этой группы лишь на 50—100 °С превышает теплостойкость инструментальных углеродистых сталей. В быстрорежущих сталях стремятся связать весь углерод в карбиды легирующих элементов, исключив при этом возможность образования карбидов железа. За счет этого разупрочение быстрорежущих сталей происходит при более высоких температурах.

    Инструментальные углеродистые стали обозначаются буквой У, за ней следует цифра, характеризующая массовое содержание углерода в стали, умноженное на 10. Так, в стали марки У 10 массовое содержание углерода составляет 1 %. Буква А в конце соответствует высококачественным сталям с пониженным массовым содержанием примесей.

    Инструментальные легированные стали обозначаются цифрой, характеризующей массовое содержание углерода в десятых долях процента (если цифра отсутствует, содержание углерода 1 %), за которой следуют буквы, соответствующие легирующим элементам (Г — марганец, X — хром, С — кремний, В — вольфрам, Ф — ванадий), и цифры, обозначающие содержание элемента в процентах. Инструментальные легированные стали глубокой прокаливаемости марок 9ХС, ХВСГ, X, 11Х, ХВГ отличаются малыми деформациями при термической обработке.

    Основные физико-механические свойства инструментальных углеродистых и легированных сталей приведены в таблицах ниже.

    Быстрорежущие стали обозначаются буквами, соответствующими карбидообразующим и легирующим элементам (Р — вольфрам, М— молибден, Ф— ванадий, А — азот, К — кобальт, Т— титан, Ц— цирконий). За буквой следует цифра, обозначающая среднее массовое содержание элемента в процентах (содержание хрома около 4% в обозначении марок не указывается). Массовое содержание азота указывается в сотых долях процента. Цифра, стоящая в начале обозначения стали, указывает содержание углерода в десятых долях процента (например, сталь марки 11РЗДМЗФ2 содержит около 1,1 % С; 3 % W; 3 % Мо и 2 % V).

    Режущие свойства быстрорежущих сталей определяются объемом основных карбидообразующих элементов— вольфрама, молибдена, ванадия и легирующих элементов — кобальта, азота. Ванадий в связи с малым массовым содержанием (до 3 %) обычно не учитывается, и режущие свойства сталей определяется, как правило, вольфрамовым эквивалентом, равным (W + 2Мо) %. В прейскурантах на быстрорежущие стали выделяют три группы сталей: стали 1-й группы с вольфрамовым эквивалентом до 16 % без кобальта, стали 2-й группы—до 18 % и содержанием кобальта около 5 %, стали 3-й группы — до 20 % и содержанием кобальта 5—10 %. Соответственно различаются и режущие свойства этих групп сталей. Кроме стандартных, применяются и специальные быстрорежущие стали, содержащие, например, карбонитриды титана. Однако высокая твердость заготовок этих сталей, сложность механической обработки не способствуют их широкому распространению. При обработке труднообрабатываемых материалов находят применение порошковые быстрорежущие стали Р6М5-П и Р6М5К5-П. Высокие режущие свойства этих сталей определяются особой мелкозернистой структурой, способствующей повышению прочности, уменьшению радиуса скругления режущей кромки, улучшенной обрабатываемости резанием, особенно шлифованием.

    Физико-механические и технологические свойства быстрорежущих сталей приведены в таблицах ниже.


    Основные физико-механические свойства наиболее распространенных углеродистых и легированных инструментальных сталей

    Марка стали Физико-механические свойства Процент карбидной фазы Тепло-стойкость,
    °С
    Область применения
    Плотность
    ρ, г/см3
    Твердость
    HB
    После отжига После закалки и отпуска
    Твердость
    HB
    σв, МПа σн, МПа Ударная вязкость
    aн·105,
    Дж/м2
    Твердость
    HRСэ
    У7, У7А 7,83 ≤285 ≤187 630 2000-2100 3,8 62-64 10-12 200-220 Зубила, стаместки, кувалды, пилы, отвертки, керны
    У8, У8А 7,83 <302 ≤187 750 σв <1950 - 62-64 11-13 200-220 Ножницы, пилы, ролики накатные, пробойники, матрицы, деревообрабатывающие инструменты
    У10, У10А 7,81 <321 ≤197 650 ≤2380 0,2 63-65 14-16 200-250 Мелкоразмерный режущий инструмент, зубила
    У11, У11А 7,81 <341 ≤207 650 ≤2900 - 63-65 15,5-17 200-250 То же что и для У10
    У12, У12А 7,81 <341 ≤217 645 σв ≤1720 0,2 63-66 17-18,5 200-250 Режущий инструмент
    У13, У13А 7,81 <341 ≤217 645 <2300 - 63-66 18,5-20 200-250 Напильники, шаберы, зубила, резцы
    11Х, 11ХФ 7,82 <341 ≤217 - <2700 1,6 63-66 15,5-17 200-250 Метчики и другой режущий инструмент диаметром до 30 мм
    Х, ШХ15 7,83 <388 ≤229 730 <2300 0,5 63-66 14,5-16,5 240-250 Зубила, калибры, токарные, долбежные, строгальные резцы.
    9ХС 7,83 <415 ≤241 700 <2200 0,25 63-66 12,5-14 240-250 Режущий инструмент, клейма
    ХВСГ 7,83 <388 ≤255 - <3200 - 62-64 14-15,5 200-220 Круглые плашки, развертки и др.
    ХВГ 7,83 <514 ≤255 - <3400 - 63-66 14-16 200-220 Резьбовые калибры, удлиненные инструменты, холодно-высадочные матрицы и пуансоны
    Х6ВФ 7,83 <578 ≤229 725 <3150 - 59-61 12-14 400-500 Резьбонакатной инструмент, ножовочные полотна, деревообрабатывающий инструмент
    Х12Ф1, Х12М 7,83 <578 ≤255 - <3040 2,95 63-65 15-17 490-510 Холодные штампы, накатные плашки, матрицы и пуансоны вырубных и просечных штампов


    Технологические свойства наиболее распространенных углеродистых и легированных инструментальных сталей

    Марка стали Технологические свойства Температура закалки, °С
    и охлаждающие среды
    Температура отпуска, °С Твердость
    HRСэ
    после закалки и отпуска
    Обрабатываемость Шлифуемость Свариваемость
    Быстрорежущей сталью
    kvбр
    Твердым сплавом
    kvтс
    У7, У7А 1,2 1,2 Хорошая Удовл. 800-820, вода, масло 150-160
    200-220
    62-64
    58-60
    У8, У8А 1,1 1,2 Хорошая Удовл. 700-800, вода, масло 150-160
    200-220
    62-64
    58-60
    У9, У9А, У10, У10А 1 1,1 Хорошая - 760-780, вода, масло 150-160
    200-220
    63-64
    59-60
    У11, У11А 0,9 0,9 Хорошая - 150-160
    200-220
    63-64
    59-60
    У12, У12А 0,8 0,9 Хорошая - 150-160
    200-220
    63-64
    59-60
    У13, У13А 0,7 0,9 Хорошая - 150-160
    200-220
    63-64
    59-60
    11Х, 11ХФ 1 1,1 Удовл. - 840-860, масло 150-170
    130-150
    63-66
    Х, ШХ15 0,5 0,9 Удовл. - - 170-210 59-60
    9ХС 0,5 0,9 Удовл. - - 180-250 59-63
    ХВСГ, ХВГ 0,5 0,8 Удовл. - 830-860, масло 150-200
    200-300
    140-160
    63-64
    59-63
    61-63
    Х6ВФ 0,5 0,9 Удовл. - 980-1000, масло 150-170
    280-300
    63-64
    57-59
    Х12Ф1 0,3 0,8 Удовл. - 1030-1050, масло 180-200
    400-420
    61-63
    58-59
    Х12М 0,3 0,8 Удовл. - 1000-1030, масло 190-210
    320-350
    61-63
    58-59


    Физико-механические свойства быстрорежущих сталей

    Марка стали Плотность
    ρ, г/см3
    Твердость После закалки Температура °С Тепло-стойкость,
    °С
    После отжига
    HB
    После закалки и отпуска
    HRCэ
    σн, МПа Ударная вязкость
    apan>н·105,
    Дж/м2
    Закалка Отпуск
    Р18 8,75 255 63 2900-3100 3 1270 560 620
    Р12 8,39 255 63 3000-3200 3,8 1250 560 620
    Р9 8,3 255 63 3350 2 1230 560 620
    Р6М5 8,15 255 64 3300-3400 4,8 1220 550 620
    11Р3АМ3Ф2 7,9 255 63 2900-3100 - 1200 550 620
    Р6М5Ф3 8,15 269 65 3300-3400 4,8 1220 550 630
    Р12Ф3 8,39 269 64 3000-3100 2,7 1250 560 630
    Р18М5Ф2 8,75 285 64 2600-3100 2 1280 570 640
    Р9К5 8,25 269 64 2500 0,7 1230 570 630
    Р6М5К5 8,15 269 65 3000 2,75 1230 550 630
    Р9М4К8 8,3 285 65 2500 2,6 1230 550 630
    Р2АМ9К5 7,8 285 65 - - 1200 540 630

    Технологические свойства и области применения быстрорежущих сталей

    Марка стали Характерные физико-механические свойства Шлифуемость Область применения
    Р18 Удовлетворительная прочность, износостойкость при малых и средних скоростях резания Хорошая Для всех видов режущего инструмента при обработке углеродистых и легированных конструкционных сталей.
    Р12 Близкие к свойства стали Р18, но более высокие "горячая" пластичность и прочность, вязкость. Удовлетворительная То же, что для стали Р18, а так же для обработки некоторых видов коррозионно-стойкой стали.
    Р9 Близкие к свойства стали Р18, но обладает лучшими механическими свойствами. Пониженная по сравнению со шлифуемостью стали Р18, повышенная склонность к проявлению прижогов при заточке. Для инструментов простой формы, для обработки конструкционных материалов.
    Р6М5, 9Х6М3Ф3АГСТ, 9Х4М3Ф2АГСТ Повышенная прочность, повышенная склонность к обезуглероживанию и выгоранию молибдена. Удовлетворительная Та же, что для стали Р18, но предпочтительны для изготовления резьбонарезного инструмента, а также инсрумента, работающего с ударными нагрузками.
    А11Р3АМФ2 Склонна к перегреву. Пониженная Для инструмента простой формы при обработке углеродистых и конструкционных сталей с прочностью не более 800 МПа.
    Р12Ф3 Стойкоcть выше в 1,5 - 2,5 раза чем у стали Р12 и Р6М5 при средних скоростях резания. Для чистовых инструментов при обработке вязких сталей, обладающих абразивными свойствами.
    Р6М5Ф3 Повышенная прочность, вязкость, износостойкость. Для чистовых и получистовых инструментов (фасонные резцы, развёртки, протяжки, фрезы) при обработке углеродистых и легированных конструкционных сталей.
    Р9К5 Повышенная вторичная твёрдость. Пониженная, близкая к шлифуемости стали Р9 Для различных инструментов при обработке коррозионно-стойких сталей и жаропрочных сплавов, а так же сталей повышенной прочности.
    Р18К5Ф2 Повышенная вторичная твёрдость и износостойкость. Пониженная, рекомендуются эльборовые круги Для черновых и получистовых инструментов при обработке высокопрочных коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов.
    Р6М5К5 Для черновых и получистовых инструментов при обработке легированных и коррозионно-стойких сталей.
    Р9М4К8 Для различных инструментов при обработке высокопрочных, жаропрочных, и коррозионно-стойких сталей и сплавов, а так же улучшенной легированной стали.
    Р10К5Ф5 Повышенная вторичная твёрдость, высокая износостойкость. Низкая, рекомендуется применять эльборовые шлифовальные круги. Для черновых и получистовых инструментов при обработке высокопрочных коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов.
    Р9К10 Повышенная вторичная твёрдость, пониженная ударная вязкость. Пониженная, близкая к шлифуемости стали Р9. Для различных инструментов при обработке коррозионно-стойких сталей и жаропрочных сплавов, а так же сталей повышенной прочности.
    Р12Ф4К5 Высокая прочность и вязкость, повышенная износостойкость. Низкая Для чистовых и получистовых инструментов для обработки большинства марок труднообрабатываемых материалов.
    Р12М3Ф2К8, Р6М5Ф2К8 Повышенная прочность, высокая износостойкость. Пониженная Для различных инструментов для обработки труднообрабатываемых материалов а так же для обработки конструкционных материалов на высоких скоростях резания
    К10Р10М4Ф3 Пониженная прочность, высокая износостойкость. Низкая, склонность к обезуглероживанию Для инструментов простой формы для обработки труднообрабатываемых материалов, а так же для чистовых и получистовых инструментов, работающих на автоматических станках
    Р6М5К5-МП Высокая прочность на изгиб, в 1,5 -2,5 раза более высокая стойкость по сравнению с аналогичной маркой обычного производства. Удовлетворительная, но выше чем у стали Р6М5 Для черновых и получистовых инструментов (фрезы, свёрла, зенкеры, и др.) для обработки жаростойких и высокопрочных сталей, жаропрочных сплавов типа ХН77ТЮР
    Р9К5-МП Повышенная, по отношению к стали Р6К5
    Р9М4К8-МП Хорошая Для черновых и получистовых инструментов (фрезы, свёрла, зенкеры и др.) для обработки жаропрочных сплавов пониженной обрабатываемости типа ЖС6-КП
    Р12М3К5Ф2-МП Улучшенная Для обработки жаропрочных сталей при протягивании
    Р12М3К8Ф2-МП, Р12М3К10Ф3-МП Для чистовых и получистовых инструментов для обработки жаропрочных сплавов типа ВЛЖ-12
    Р6М5К5-МП Для обработки низко- и среднелегированных сталей при фасонном точении, сверлении, развёртывании, зенкеровании, фрезеровании, зубодолблении

    Содержание раздела:


    Инструментальные стали

    Твердые сплавы

    Минералокерамика

    Синтетические сверхтвердые материалы

    Статьи по теме:


    Термообработка режущего и мерительного инструмента

    К сталям для измерительных инструментов предъявляется комплекс требований, из которых наиболее важными являются высокая износостойкость, сохранение постоянства линейных размеров и формы при эксплуатации, высокая чистота поверхности ... Стали для режущего инструмента (резцы, сверла, фрезы, протяжки, метчики, пилы и т. д.) должны обладать высокой твердостью режущей кромки – HRC 63 – 66; высокой прочностью и сопротивлением малой пластической деформации ...