Главная
АИ #3 (30)
Статьи журнала АИ #3 (30)
Анализ основных сталей, применяемых при производстве инструмента

Анализ основных сталей, применяемых при производстве инструмента

Автор(-ы):

Морозова Елена Александровна

Созданин Александр Васильевич

Секция

Материаловедение

Ключевые слова

углеродистая сталь
легированная сталь
режущий инструмент
штампы для холодного деформирования
штампы для горячего деформирования
измерительный инструмент

Аннотация статьи

Работа посвящается анализу металлов и сплавов, идущих на изготовление режущего инструмента, штампов для холодного и горячего деформирования измерительного инструмента.

Текст статьи

Инструментальные стали – это стали применяемые для обработки материалов резанием давлением и обладающие основными свойствами: твердостью, вязкостью, износостойкостью, теплостойкостью, глубокой прокаливаемостью. В процессе эксплуатации для некоторых видов инструмента иногда очень важными являются такие характеристики как: окалиностойкость, теплопроводность, устойчивость против схватывания.

Инструментальные стали в основном классифицируются по составу, структуре, свойствам и назначению.

Цель работы рассмотреть классификацию инструментальных сталей по назначению и провести анализ основных сталей, применяемых в каждой группе.

Рассмотрим классификацию инструментальных сталей.

По функциональному назначению, принято в качестве основной:

  • стали для режущих инструментов;
  • штамповые стали для холодного деформирования;
  • штамповые стали для горячего деформирования;
  • стали для измерительного инструмента.

Проанализируем стали, входящие в каждую группу более подробно.

Стали для режущего инструмента

Основные требования к сталям этой группы: высокая твердость режущей кромки; высокая прочность и сопротивление малой пластической деформации; теплостойкость (особенно при высоких скоростях резания).

Данную группу стали представляют:

1. Углеродистые стали У7, У7А, У8, У8А, У9, У9А, У10, У10А, У11, У11А, У12, У12А и У13, У13А применяют для изготовления малоответственного режущего инструмента, работающего при малых скоростях резания и подвергаемого разогреву в процессе эксплуатации (молотки топоры, стамески, долота, гаечные ключи, напильники)

Рис. 1. Стамески и долота из углеродистых сталей

При наличии основных достоинств данной группы – высокой твердости поверхностного слоя и мягкой, вязкой сердцевины инструмента стали имеют главный недостаток – низкую прокаливаемость, который устраняется в следующей группе сталей.

2. Легированные стали, применяются для режущего инструмента, делятся на:

а) стали неглубокой прокаливаемости 7ХФ, 8ХФ, 9ХФ, используются для изготовления метчиков, пил, зубил, отрезных матриц и пуансонов, а также ХВ4, В2Ф, применяемые для обработки твердых металлов, например, валков холодной прокатки при незначительной скорости резания.

Рис. 2. Отрезные матрицы и пуансоны

б) стали глубокой прокаливаемости 9Х1Х, 9ХС, ХВГ, ХГС применяются для крупного режущего инструмента, работают при малых скоростях резания (протяжки, развертки, сверла), а стали 9Х5ВФ и 8Х4В2М2Ф2 используются для деревообрабатывающего режущего инструмента.

Рис. 3. Развертка

3. Быстрорежущие стали Р18, Р9, Р6М5, Р12Ф3 отличительной особенностью которых является высокая теплостойкость. Данные стали сохраняют первоначальную твердость HRC 63-70 при рабочих температурах инструмента 600-700 C°. Применение данной группы сталей для режущего инструмента позволяет повысить скорость резания в несколько раз, а стойкость инструмента в десятки раз.

Штамповые стали для холодного деформирования

Стали указанной группы имеют высокую твердость, износостойкость и повышенную вязкость (данная характеристика очень важна для инструмента, работающего при динамических нагрузках).

Штамповые легированные стали для холодного деформирования по основным свойствам делятся на:

1. Стали повышенной износостойкости-полутеплостойкости стали с высоким содержанием углерода (до 2%) и хрома Х12; Х12М; Х12ВМ; Х12Ф4М используются преимущественно при изготовлении крупных штампов.

2. Дисперсионнотвердеющие стали с высоким сопротивлением смятию имеют пониженное количество углерода (в пределах 0,8-1%) и легированы хромом, молибденом, вольфрамом, кремнием, ванадием. Представители группы стали марок 8Х4В2С2МФ, 8Х4В3М3Ф2, 11Х4В2С2Ф3М, Х5В2С4Ф2НМ применяются для изготовления тяжелонагруженных пуансонов и матриц (при прессовании, высадке). При этом эксплуатация оборудования осуществляется при давлении 2000-2300 Мпа в условиях холодного и полугорячего деформирования.

3. Высокопрочные стали с повышенной ударной вязкостью имеют высокую прочность, пониженную теплостойкость и предназначаются для изготовления инструмента, работающего при ударном (динамическом) нагружении.

Стали марок 6Х6В3МС, 6Х4М2ФС где упрочнение осуществляется путем дисперсионного твердения, используется для изготовления инструментов, работающих при значительно динамических нагрузках и давлении до 1500Мпа (например, гильотинные ножницы (рис. 4), высадочные пуансоны и матрицы).

Рис. 4. Гильотинные ножницы

Стали марок 7ХГ2ВМ и 7ХГНМ, упрочняемые за счет закалки и высокого отпуска в основном применяются для инструмента преунзиотной вырубки, пробивки и т.д.

Штамповые стали для горячего деформирования

Стали данной группы используются для изготовления штампов, работающих при высоких температурах, неоднократных изменениях температуры (нагрев-охлаждение), динамических нагрузках, а в ряде случаев и при значительном коррозионном воздействии обрабатываемого металла.

Штамповые легированные стали для горячего деформирования по основным свойствам делятся на:

1. Стали умеренной теплостойкости и повышенной вязкости содержат незначительное количество карбидообразующих элементов (Cr,W,Mo), но имеют повышенное содержание Ni и Mn с целью обеспечения повышенной ударной вязкости и увеличения прокаливаемости. Стали 5ХНВ, 5ХНМ используют при изготовлении небольших молотовых штампов, а сталь 5Х2МНФ- для крупногабаритных тяжелонагруженных штампов. Стойкость штампов из стали 5Х2МНФ примерно в 15-20 раз выше, чем из 5ХНМ.

2. Стали повышенной теплостойкости и вязкости содержат повышенное количество карбидообразующих элементов, при этом содержание углерода снижается до 0,3-0,4.

Представители группы стали типа 4Х5МФС, 4Х5В2ФС, 4Х5МФ1С используются для изготовления инструментов, которые работают в условиях длительных многократных теплосмен до температур 600-630 С°.

Примеры использования-пресс-штемпели для горизонтальных прессов, иглы для прошивки труб. Более теплостойкие стали 4Х3ВМФ и 4Х4ВМФС применяются для инструментов, работающих в условиях температур порядка 650-660 C° в сочетании с высоким удельным давлением (800-1500МПа).

3. Стали высокой теплостойкости содержат большее количество карбидообразующих элементов (W,Mo,V), некоторые стали указанной группы дополнительно легируют Co в количестве 8-15%. Стали типа 5Х3В3МФС, 3Х2В8Ф и 4Х2В5МФ применяются для изготовления тяжелонагруженного инструмента прессов и горизонтально- ковочных машин при условии эксплуатации 680-690 C°. Стали типа 2Х6В8М2К8 и 3Х10В7М2К10 идут на изготовление пуансонов для горячего деформирования (условия разогрева 720-750 С°) жаропрочных металлов и сплавов.

Стали для измерительного инструмента

Основное требование, предъявляемое к сталям, применяемые для изготовления измерительного инструмента – высокая износостойкость в сочетании с высокой чистотой поверхности при сохранении постоянства формы и литейных размеров в условиях эксплуатации.

Стали типа Х и 12Х1 в наибольшей степени соответствуют указанным требованиям и именно они чаще всего применяются для изготовления измерительных плит.

Измерительные инструменты типа лекал, шаблонов, скоб изготавливают путем вырубки из листа. Здесь наряду с низкоуглеродистыми сталями 20, 20Х используют и среднеуглеродистые 50, 50Г.

Таким образом в работе даже краткая характеристика инструментальных сталей для режущего инструмента, штамповых сталей для холодного и горячего деформирования и стали для измерительного инструмента.

Список литературы

  1. Давыдов С.В., Богданов Р.А. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебное пособие / М.: “Инфра-Инженерия” 2020. 256с.
  2. Специальные стали. Учебник для вузов. Гольдштейн М.Н., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. М.: МИСИС, 1999. 408с.

Поделиться

1758

Морозова Е. А., Созданин А. В. Анализ основных сталей, применяемых при производстве инструмента // Актуальные исследования. 2021. №3 (30). С. 24-27. URL: https://apni.ru/article/1794-analiz-osnovnikh-stalej-primenenie-pri-proizv

Похожие статьи

Актуальные исследования

#22 (204)

Прием материалов

25 мая - 31 мая

осталось 3 дня

Размещение PDF-версии журнала

5 июня

Размещение электронной версии статьи

сразу после оплаты

Рассылка печатных экземпляров

14 июня