Какие стали относятся к группе инструментальных. Инструментальные стали: свойства, характеристики, применение

Стандарт устанавливает строгие ограничения на количество дополнительных компонентов в составе материала. Превышение установленных пороговых значений неприемлемо. В таких случаях данная сталь не будет считаться инструментальной и не сможет получить соответствующую марку.

Инструментальные стали: свойства, характеристики, применение

Инструментальные стали широко используются в производственном процессе и медицине для создания высокоточных, прочных инструментов, обладающих твердой режущей кромкой и выдающейся износостойкостью. Эти сплавы отличаются сложным составом и трудоемкостью обработки.

Существует множество видов инструментальных сталей, которые классифицируются на основе процентного содержания углерода и легирующих добавок. В данном материале мы расскажем о том, где используется такой металл, как его маркируют и какие свойства он имеет.

Назначение инструментальных сталей

Что такое инструментальная сталь? Это металл, в состав которого входит углерод в количестве не менее 0,7 %. Инструментальные стали различаются по содержанию вторичных карбидов, а по структуре делятся на доэвтектоидные, ледебуритные и заэвтектоидные. Доэвтектоидные сплавы не содержат вторичного карбида, тогда как в ледебуритных и заэвтектоидных структурах карбиды присутствуют и образуются в результате эвтектоидного превращения или распада мартенсита.

В современном производстве инструментальные стали в основном используются для изготовления следующей продукции:

штамповочные детали, формируемые с использованием горячего или холодного деформирования;
высокоточные изделия;
металлорежущие инструменты;
измерительные устройства;
формы для литья под давлением.

К таким изделиям относятся компоненты, работающие под давлением в диапазоне от 1 400 до 1 600 МПа, включая износостойкие ролики профилировочного станка, эталонные зубчатые колеса, резьбонакатные плашки, сложные пресс-штемпели, дыропрошивные матрицы и многие другие. Инструментальная сталь этой марки не предназначена для сварных металлоконструкций.

К числу ответственных деталей с высоким уровнем износостойкости и усталостной прочности, которые подвержены напряженному состоянию в зоне контакта, относятся такие инструменты, как сверла, развертки, метчики, лерки, гребенки, а также инструменты для фрезерования и машины. Продукты из такой стали не предназначены для сварных конструкций.

К мелким и крупным молотовым штампам относятся прессовые вставки, а также оборудование для горячей деформации конструкционной стали и цветных сплавов в крупном производстве. Формирующее оборудование для литья под давлением различных сплавов также активно изготавливается из инструментальных сталей.

Приспособления, которые предназначены для горячей деформации на кривошипных штамповочных прессах, подвергающимся сильному охлаждению в процессе работы (в основном это касается небольших инструментов), также изготавливаются из данной категории сталей. Используются для изготовления форм для литья под давлением медных сплавов, а также ножей для горячей резки металлических материалов.

Некоторые из марок инструментальных сталей включают Р6М5, Р6М5К5, Р6М5Ф3, Р6М5К8, Р18, Р7М2Ф6, Р12МФ5, Р9М4К8, Р10М4К14, Р12М3К5Ф2, Р12М3К8Ф2, Р12М3К10Ф2, Р12М3К10Ф2.

Инструменты, такие как сверла, развертки, метчики, а также дисковые, червячные и концевые фрезы, а также устройства для зенкерования и протягивания, также изготавливаются из этих сплавов.

Инструментальная легированная сталь по ГОСТ 5950-2000

Легированная сталь — это сталь, в состав которой на этапе легирования добавляются определенные элементы, чтобы обеспечить необходимые свойства. Эти элементы, именуемые легирующими, могут значительно повышать прочность и коррозионную стойкость стали, одновременно снижая вероятность её хрупкого разрушения.

Легирование стали может осуществляться на различных этапах её производства и заключается во внедрении легирующих компонентов в расплав или шихту. В процессе легирования добавляемые элементы могут образовывать уникальные химические соединения с основой стали. Эти соединения, такие как интерметаллиды, карбиды и нитриды, обладают высокой твердостью, прочностью, стойкостью к химическим воздействиям и жаропрочностью. Равномерное распределение этих элементов по всему объему твердого раствора и достаточное их количество в стали придают металлу нужные характеристики.

Для легирования стали используются следующие химические элементы: марганец (Mn), кремний (Si), хром (Cr), никель (Ni), медь (Cu), азот (N), ванадий (V), ниобий (Nb), вольфрам (W), селен (Se), кобальт (Co), бериллий (Be), молибден (Mo), бор (B), титан (Ti) и алюминий (Al).

Как правило, чистые металлические элементы не используют для легирования стали. Чаще всего применяются ферросплавы и вспомогательные легирующие сплавы, поскольку это более экономически целесообразно и помогает избежать ряда технологических сложностей в процессе легирования.

ГОСТ 5950-2000 регламентирует нормы изготовления горячекатаных, кованых, калиброванных прутков, лент и мотков, а также спецификации химического состава для стали обозначений 3Х2МНФ, 4ХМНФС, 9ХФМ, слитков, заготовок, труб, поковки и прочей металлопродукции.

Классификация легированных сталей

Легированные стали можно классифицировать по количеству легирующих элементов:

высоколегированная — содержание легирующих элементов превышает 10%;
среднелегированная — содержание легирующих элементов составляет от 2,5% до 10%;
низколегированная — содержание легирующих элементов не превышает 2,5%.

I — используется для производства инструментов, предназначенных для обработки металлов и других материалов в холодном состоянии;
II — используется для изготовления инструментов, применяемых для обработки металлов давлением при температурах свыше 300°С.

По способу дальнейшей обработки легированные стали можно разделить на:

а — горячекатаная и кованая продукция, применяемая для горячей обработки под давлением и холодного волочения без контроля структурных характеристик;
б — горячекатаная и кованая продукция, используемая для холодной механической обработки с полным объемом испытаний.

По качеству производства легированные стали могут быть:

По качеству и отделке поверхности:

горячекатаная и кованая: 2ГП – для подгруппы а, 3ГП – для подгруппы б повышенного качества, 4ГП – для подгруппы б обычного качества;
калиброванная – Б и В;
со специальной отделкой поверхности – В, Г, Д.

завод Электросталь — ЭИ;
Златоустовский металлургический завод — ЗИ.

Марки инструментальной легированной стали

К первой группе инструментальной легированной стали относятся марки: 13Х, 8ХФ, 9ХФ, 11ХФ (ИХ), 9ХФМ, Х, 9Х1, 12Х1 (120Х, ЭП430), 6ХС, 9Г2Ф, 9ХВГ, 6ХВГ, 9ХС, В2Ф, ХГС, 4ХС, ХВСГФ, ХВГ, 6ХВ2С, 5ХВ2СФ, 6ХЗМФС (ЭП788), 7ХГ2ВМФ, 9Х5ВФ, 8Х6НФТ (85Х6НФТ), 6Х4М2ФС (ДИ55), Х6ВФ, 8Х4В2МФС2 (ЭП761), 11Х4В2МФ3° C2 (ДИ37), 6Х6В3МФС (ЭП569, 55Х6В3СМФ), Х12, Х12МФ, Х12Ф1, Х12ВМФ.

Инструментальная углеродистая сталь по ГОСТ 1435-99

Углеродистая сталь — это сталь, содержащая углерод в различных концентрациях и не имеющая легирующих элементов: до 0,25% — низкоуглеродистая, от 0,24% до 0,6% — среднеуглеродистая, свыше 0,6% — высокоуглеродистая сталь.

ГОСТ 1435-94 регулирует нормы изготовления кованых, горячекатаных и калиброванных прутков и полос со специальной отделкой поверхности из инструментальной углеродистой (нелегированной) стали, а также нормы химического состава для слитков, заготовок, листов, лент, проволоки и других видов металлопродукции.

Классификация углеродистых сталей

быстрорежущая — Р;
шарикоподшипниковая — Ш;
электротехническая — Э.

С точки зрения химического состава углеродистые стали также можно классифицировать:

По назначению в зависимости от содержания хрома, никеля и меди:

1 — для продукции всех видов, за исключением патентированной проволоки и ленты;
2 — для патентированной проволоки и ленты;
3 — для продукции всех видов, требующей многократного нагрева, что усиливает проявление графитизации стали, а также для продукции с повышенной прокаливаемостью (кроме проката для сердечников, патентированной проволоки и ленты).

По способу дальнейшей обработки:

а — прокат горячекатаный и кованый, используемый для горячей обработки давлением (осадки, высадки), а также холодного волочения;
б — для холодной механической обработки (обточка, фрезерование и прочее).

По качеству и отделке поверхности:

для горячекатаной и кованой стали: 2ГП — для подгруппы а, 3ГП — для подгруппы б;
для калиброванной стали — Б и В;
для проката со специальной обработкой поверхности — В, Г, Д.

По состоянию материала:

сталь без термической обработки;
термически обработанная сталь — ТО;
нагартованный прокат — НГ (для прутков калиброванных и со специальной отделкой поверхности).

Марки инструментальной углеродистой стали

Существуют следующие марки инструментальной углеродистой стали: У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У11А, У12, У13, У13А, У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У12А. Обозначение марки стали: буква У обозначает углеродистую сталь, следующая цифра указывает на среднюю массу углерода в десятых долях процента; буква Г указывает на повышенное содержание марганца.

Применение инструментальной углеродистой стали

Марка стали	Область применения
У7(А)	Инструменты для обработки дерева (топоры, стамески и т.п.); небольшие пневматические инструменты (зубила, обжимки и т.п.); кузнечные штампы; игольная проволока; слесарно-монтажные инструменты: молотки, кувалды, отвертки, плоскогубцы, кусачки и т.д.
У8(А), У8(Г, ГА), У9(А)	Инструменты, применяемые в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки и обрабатывающие дерево: фрезы, топоры, стамески, пилы и т.д. Накатные ролики, плиты и стержни для форм литья под давлением оловянно-свинцовых сплавов. Средства слесарно-монтажных инструментов (обжимки для заклепок, кернеры, отвертки, плоскогубцы, кусачки). Обработка профилей простой формы и пониженных классов точности; холоднокатаная лента толщиной 0,02-2,5 мм.
У10А, У12А	Сердечники.
У10, У10А	Игольная проволока.
У10(А), У11(А)	Инструменты, применяемые в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки и использующиеся для обработки дерева: пилы ручные и станковые, сверла спиральные. Для штампов холодной штамповки (вытяжные, высадочные, обрезные, вырубные) небольших размеров; для калибров простой формы и пониженных классов точности; для накатных роликов, напильников, шаберов слесарных и т.д. Напильники, шаберы, холоднокатаная лента толщиной 0,02-2,5 мм.
У12(А)	Метчики ручные, напильники, шаберы слесарные; штампы для холодной штамповки (обрезные, вырубные) небольших размеров и без переходов по сечению; холодновысадочные пуансоны и штампы мелких размеров, простой формы и пониженных классов точности.
У13(А)	Инструменты с пониженной износостойкостью (без разогрева режущей кромки): напильники, бритвенные лезвия и ножи, скальпели, шаберы, гравировальные инструменты.

Маркировка легированных сталей

К группе легированных сталей относится разнообразие сплавов, что предопределяет необходимость систематизации их буквенно-цифрового обозначения. Требования к их маркировке содержатся в ГОСТ 4543-71, согласно которому сплавы с особыми свойствами обозначаются маркировкой, где на первой позиции стоит буква. Это позволяет определить, к какой группе относится данный сплав по своим свойствам.

Пример расшифровки маркировки легированной стали: если маркировка начинается с букв Ж, Х или Е, то перед нами сплавы нержавеющей, хромистой или магнитной группы. Стали, относящиеся к нержавеющей хромоникелевой категории, обозначаются буквой Я. Сплавы, относящиеся к категории шарикоподшипниковых и быстрорежущих инструментальных, обозначаются буквами Ш и Р соответственно.

Легированные стали могут быть как высококачественными, так и особо высококачественными, что обозначается соответствующими буквой А или Ш в конце марки. Сплавы с обычным качеством этих обозначений не имеют. Также специфическая маркировка применяется для сплавов, полученных методом проката, в таком случае в маркировке присутствует буква Н (нагартованный прокат) или ТО (термически обработанный прокат).

Точный химический состав любой легированной стали можно найти в нормативных документах и справочной литературе, однако навыки расшифровки маркировки также предоставляют возможность получить такую информацию. Первая цифра марки показывает содержание углерода (в сотых долях процента) в легированной стали. После этой цифры указываются буквенные обозначения легирующих элементов, которые содержатся в сплаве дополнительно.

Обозначение легирующих элементов в маркировке стали происходит следующим образом: после каждой буквы указывается количественное содержание данного элемента, выраженное в целых долях. Если после обозначающей буквы не стоит никаких цифр, это указывает на то, что содержание элемента в сплаве не превышает 1,5%. Государственный стандарт 4543-71 регламентирует обозначения легирующих добавок, входящих в состав легированной стали: А — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь, К — кобальт, М — молибден, Н — никель, П — фосфор, Р — бор, С — кремний, Т — титан, Ц — цирконий, Ф — ванадий, Х — хром, Ю — алюминий.

Технические характеристики инструментальной стали

Общие характеристики для инструментария, независимо от его марки:

Сохранение высокой прочности и износостойкости при нагревании до +900 градусов;
Увеличенная температура закалки. Материал может приобретать кристаллическую решетчатую структуру — мартенсит;
Отличная стойкость к абразивному износу;
Способность сопротивляться разрывным нагрузкам;
Высокая твердость — до 65 единиц по шкале Роквелла.

Поскольку из стали производят режущий инструмент, она должна удовлетворять следующим требованиям:

оставаться пластичной при нагреве;
отлично прокаливаться;
быть поддающейся обработке: резке, шлифовке;
обладать малой восприимчивостью к перегреву;
сохранять устойчивость к деформации.

Кроме того, сплав должен противостоять уменьшению содержания углерода (C) в результате воздействия высоких температур в окислительной среде или в водородной атмосфере.

Чем отличается инструментальная сталь от других сталей

Различные виды сталей различаются составами, техническими характеристиками и областями применения. Однако именно состав определяет свойства данного материала.

Отличия от конструкционных сталей

В таблице ниже представлены основные отличия в зависимости от вида стали:

Параметр	Инструментальные стали	Конструкционные стали
Назначение	Изготовление резистентов, штампов и измерительных приборов	Изготовление металлоконструкций, подходящих для сварки, рельсов и метизов
Примеси в составе	Отсутствуют вредные примеси (фосфор, сера), что повышает прочность. Содержит углерод и легирующие компоненты для улучшения технических свойств	Содержит фосфор и серу, что увеличивает хрупкость металла

Отличия от углеродистых и легированных сталей

Углеродистые и легированные стали являются разновидностями инструментальных сталей, но между ними существуют значительные различия.

Углеродистые стали производятся по ГОСТ 1435-99, имеют высокий процент углерода и теряют прочность при нагреве. Они применяются в производстве механизмов, деталей и инструментов, эксплуатируемых в условиях, где температура нагрева не превышает +200 градусов.

Например, углеродистые стали чаще используются для производства сверл и метчиков.

Из-за относительно низкой способности к сварке, углеродистые стали не подходят для изготовления сварных металлоконструкций.

Легированные стали производятся по ГОСТ 5950-2000, и в дополнение к углероду содержат легирующие металлические элементы, добавляемые для улучшения свойств сплава.

Вольфрам делает сталь более устойчивой к высоким температурам и повышает её твердость;
Хром улучшает коррозионную стойкость, но снижает пластичность;
Кобальт повышает жароустойчивость и вязкость;
Никель улучшает прочность;
Молибден способствует упругости и жаропрочности;
Ванадий увеличивает прочность и износостойкость.

Состав может включать один или несколько из этих легирующих элементов в различных пропорциях. Это позволяет производителям создавать металл, который легко сваривать, эффективно противостоять нагреву, хорошо обрабатывать, а также оставаться устойчивым к деформациям.

Термообработка материала

Изделия из инструментальной стали подвергаются закалке и отпуску. Эти процедуры способствуют получению нужного размера зерна и предоставлению изделиям необходимых свойств. Данные процессы в обязательном порядке выполняются на основе разработанной технологической карты, которая создается отдельно для каждого типа заготовок и содержит детальную инструкцию по выполнению работ.

Иллюстрация 5. Процесс термической обработки инструментальной стали.

Механическая обработка и применение сплавов

Для механической обработки инструментальных сталей целесообразно использовать металлорежущий инструмент из сплава ВК8. Такой инструмент превосходно справляется с задачами по предварительному созданию отверстий и линейных пропилов, а также позволяет устранять дефекты, вызванные литьем.

Каждая марка стали применяется для изготовления определенного типа инструментов. Ниже перечислены сплавы, которые наибольшее распространились в промышленности.

У8А. На основе данной марки производятся изделия, не подверженные нагреву, такие как стамески, ножовочные полотна, топоры и сверла по дереву. Также возможно изготовление кусачек и щипцов.
9ХС. Это оптимальный материал для создания сверл, метчиков и цилиндрических разверток. Сплав хорошо переносит высокие температуры, сохраняя структурную целостность даже при интенсивной эксплуатации инструмента. Однако при чрезмерном нагреве сплав может потерять твердость, потому в определенных случаях используются охлаждающие жидкости.
4Х5МФС. Этот металлопрокат широко востребован в производстве ручного режущего инструмента. На его основе также выпускаются пресс-формы, вставки и штампы.
Х12МФ. Сплав, предназначенный для создания столовых и охотничьих ножей, а также компонентов для калибровки штампов и в отдельных случаях подшипников.

Иногда также используют сталь ХВГ, которая является универсальным материалом для производства как режущего, так и измерительного инструмента.

Купить качественные изделия из инструментальной стали предлагает интернет-магазин РИНКОМ. Мы представляем сертифицированную продукцию как отечественного, так и зарубежного производства. В ассортимент входят сверла, метчики, плашки, фрезы, развертки и множество других изделий. Для ознакомления с полным перечнем инструментов вы можете ознакомиться с каталогом или обратиться к консультантам магазина по телефону.

Присылаем информацию о скидках на инструменты и только полезные сведения! Мы готовы разработать и изготовить уникальные виды инструментов специально под ваш заказ!

Адрес основного представительства:
117418, г. Москва, ул. Новочеремушкинская, д.52, к.2, э.1, пом.IV, к. № 1

Бонусная система
Хиты
Новинки
Процесс оформления заказа
Доставка инструмента
Правила возврата товара
Вопросы и ответы
Служба контроля качества
Политика конфиденциальности
Условия продажи

Вся информация, представленная на сайте, является собственностью интернет-магазина rinscom.com. Публикация информации с сайта rinscom.com без предварительного разрешения запрещена. Изображения товаров на фотографиях, размещенных на сайте, могут отличаться от оригиналов.