Инструментальная сталь - Tool steel

Стали
FagerstaRAÄ2.jpg
Микроструктуры
Классы
Другие материалы на основе железа

Инструментальная сталь относится к множеству углеродистая сталь и легированная сталь которые особенно хорошо подходят для превращения в инструменты. Их пригодность исходит из их отличительных твердость, устойчивость к истирание деформация и их способность удерживать лезвие при повышенных температурах. В результате инструментальные стали подходят для использования при формовании других материалов. Инструментальные стали с содержанием углерода от 0,5% до 1,5% производятся в тщательно контролируемых условиях для получения необходимого качества. Наличие карбиды в их матрице доминирующую роль играет качественная инструментальная сталь. Четыре основных легирующих элемента, образующих карбиды в инструментальной стали: вольфрам, хром, ванадий и молибден. Скорость растворения различных карбидов в аустенит Форма чугуна определяет жаропрочные характеристики стали (чем медленнее, тем лучше, делая сталь жаропрочной). Правильный термическая обработка из этих сталей важно для адекватной работы.[1] В марганец содержание часто сохраняется низким, чтобы свести к минимуму возможность растрескивания во время воды закалка.

Различают шесть групп инструментальных сталей: водоотверждаемые, холоднодеформированные, ударопрочные, быстрорежущие, жаростойкие и специального назначения. Выбор группы зависит от стоимости, рабочей температуры, требуемой твердости поверхности, прочности, ударопрочности и требований к вязкости.[2] Чем жестче условия эксплуатации (более высокая температура, абразивность, коррозионная активность, нагрузка), тем выше содержание сплава и, как следствие, количество карбидов, необходимых для инструментальной стали.

Инструментальные стали используются для резки, прессования, экструзии и чеканка металлов и других материалов. Их использование в инструментах очень важно; формы для литья под давлением например, требуются инструментальные стали из-за их устойчивости к истиранию - важный критерий долговечности пресс-формы, который позволяет выполнять сотни тысяч операций по формованию в течение всего срока службы.

В AISI -SAE Марки инструментальной стали - это наиболее распространенная шкала, используемая для определения различных марок инструментальной стали. Отдельным сплавам в пределах марки присваивается номер; например: A2, O1 и т. д.

Группа водоотверждения

Инструментальная сталь W-группы получила свое название из-за ее определяющего свойства - закалки в воде. Сталь марки W по существу высокоуглеродистая. Обычная углеродистая сталь. Эта группа инструментальных сталей является наиболее часто используемой инструментальной сталью из-за ее низкой стоимости по сравнению с другими. Они хорошо подходят для деталей и приложений, где не встречаются высокие температуры; выше 150 ° C (302 ° F) он начинает заметно смягчаться. это закаливаемость низка, поэтому инструментальные стали группы W необходимо подвергать быстрой закалке с использованием воды. Эти стали могут достигать высокой твердости (выше HRC 66) и довольно хрупкие по сравнению с другими инструментальными сталями. W-образная сталь все еще продается, особенно для пружин, но она гораздо менее широко используется, чем в XIX и начале XX веков. Отчасти это связано с тем, что стали W-стали деформироваться и растрескиваться во время закалки намного больше, чем стали, закаленные в масле или закаленные на воздухе.

Вязкость инструментальных сталей группы W повышается за счет легирования марганцем, кремнием и молибденом. До 0,20% ванадия используется для сохранения мелких размеров зерна во время термообработки.

Типичные области применения различных углеродных составов для W-сталей:

  • Углерод 0,60–0,75%: детали машин, долота, установочные винты; Свойства включают среднюю твердость с хорошей ударной вязкостью.
  • 0,76–0,90% углерода: штампы, молоты и сани для ковки.
  • 0,91–1,10% углерода: инструменты общего назначения, требующие хорошего баланса износостойкости и прочности, например рашпили, сверла, фрезы и ножи для резки.
  • 1,11–1,30% углерода: напильники, небольшие сверла, токарные инструменты, бритвенные лезвия и другие легкие области применения, где требуется повышенная износостойкость без большой прочности. Сталь с содержанием углерода около 0,8% становится такой же твердой, как сталь с большим содержанием углерода, но частицы свободного карбида железа в углеродистой стали с содержанием 1% или 1,25% позволяют ей лучше удерживать кромку. Однако тонкий край, вероятно, ржавеет быстрее, чем стирается, если он используется для резки кислых или соленых материалов.

Группа холодных работ

Инструментальные стали для холодной обработки включают серию O (закалка в масле), серию A (закалка на воздухе) и серию D (высокоуглеродистую и хромистую). Это стали, используемые для резки или формовки материалов, работающих при низких температурах. Эта группа обладает высокой прокаливаемостью и износостойкостью, а также средней вязкостью и сопротивлением размягчению при нагревании. Они используются в производстве более крупных деталей или деталей, требующих минимальной деформации при закалке. Использование закалки в масле и закалки на воздухе помогает уменьшить деформацию, избегая более высоких напряжений, вызванных более быстрой закалкой в ​​воде. В этих сталях используется больше легирующих элементов по сравнению с классом водоупрочнения. Эти сплавы повышают закаливаемость сталей и, следовательно, требуют менее строгого процесса закалки и, как следствие, менее склонны к растрескиванию. Они обладают высокой твердостью поверхности и часто используются для изготовления лезвий ножей. Обрабатываемость масел-закаленных марок высока, но низкоуглеродисто-хромовых.

Закалка в масле: серия O

Эта серия включает в себя тип O1, тип O2, тип O6 и тип O7. Все стали этой группы обычно подвергаются закалке при 800 ° C, закалке в масле, а затем отпуску при температуре <200 ° C.[3][4][5][6][7]

ОценкаСочинениеЗаметки
O10.90% C, 1.0–1.4% Mn, 0.50% Cr, 0.50% W, 0.30% Si, 0.20% VЭто сталь для холодной обработки, используемая для изготовления калибров, режущих инструментов, деревообрабатывающих инструментов и ножей. Может закаливаться до 66 HRC, обычно используется на Rc61-63. Ванадий не является обязательным. Также продается как Arne,[8] SKS3, 1.2510 и 100MnCrW4.
O20.90% C, 1.5–2.0% Mn, 0.30% Cr, 0.30% Si, 0.15% VЭто сталь для холодной обработки, используемая для изготовления калибров, режущих инструментов, деревообрабатывающих инструментов и ножей. Может закаливаться до 66 HRC, обычно используется на Rc61-63. Также продается как 1.2842 и 90MnCrV8.[9]
O61.45% C, 1.0% Mn, 1.0% Si, 0.3% ПнЭто закаленная в масле графитовая инструментальная сталь холодной обработки, обладающая исключительной устойчивостью к износу при скольжении и истиранию между металлами. ПРИМЕНЕНИЕ: резьбовые калибры, эталоны, кулачки, втулки, втулки, плиты гранулятора мяса, оправки, формовочные валки, ножи, пуансоны, матрицы, направляющие подачи прутка. [10]

Закалка на воздухе: серия А

Первая инструментальная сталь с закалкой на воздухе была Mushet Steel, который был известен как закаленная на воздухе сталь в это время.

Современные закаленные на воздухе стали характеризуются низким уровнем деформации при термообработке из-за высокого содержания хрома. Их обрабатываемость хорошая, и они обладают балансом износостойкости и вязкости (т.е. между классами D и ударопрочностью).[11]

ОценкаСочинениеЗаметки
A2[12]1.0% C, 1.0% Mn, 5.0% Cr, 0.3% Ni, 1.0% Пн, 0.15–0.50% VОбычная инструментальная сталь общего назначения; это наиболее часто используемая разновидность закаленной на воздухе стали. Он обычно используется для вырубки и штамповки штампов, обрезных штампов, штампов для накатки резьбы и штампов для литья под давлением.[11]
A3[13]1,25% C, 0,5% Mn, 5,0% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo, 0,8–1,4% V
A4[14]1,0% C, 2,0% Mn, 1,0% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo
A6[15]0,7% C, 1,8–2,5% Mn, 0,9–1,2% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% MoЭтот тип инструментальной стали твердеет на воздухе при относительно низкой температуре (примерно такой же, как у закаленных в масле) и имеет стабильную форму. Поэтому он обычно используется для штампов, формовочных инструментов и датчиков, которые не требуют высокой износостойкости, но требуют высокой стабильности.[11]
A7[16]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[17]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 Вт
A9[18]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[19]1,25–1,50% C, 1,6–2,1% Mn, 1,0–1,5% Si, 1,55–2,05% Ni, 1,25–1,75% MoЭтот сорт содержит равномерное распределение графит частицы для повышения обрабатываемости и обеспечения самосмазывающихся свойств. Он обычно используется для калибров, оправок, ножниц и пуансонов.[20]

Высокий углерод-хром: серия D

Серия D из класса инструментальных сталей для холодной обработки, в который изначально входили типы D2, D3, D6 и D7, содержит от 10% до 13% хрома (что является необычно высоким). Эти стали сохраняют твердость до температуры 425 ° C (797 ° F). Обычно эти инструментальные стали применяются в штампах для ковки, штамповочных штампах для литья под давлением и штампах для волочения. Из-за высокого содержания хрома некоторые инструментальные стали D-типа часто считаются нержавеющий или полу-нержавеющие, однако их коррозионная стойкость очень ограничена из-за выделения большей части их хромовых и углеродных составляющих в виде карбидов.

ОценкаСочинениеЗаметки
D21.5% C, 11.0–13.0% Cr; дополнительно 0,45% Mn, 0.030% п, 0.030% S, 1.0% V, 0.9% Пн, 0.30% SiD2 очень износостойкий, но не такой прочный, как низколегированные стали. Механические свойства D2 очень чувствительны к термической обработке. Он широко используется для производства ножниц, строгальных ножей и промышленного режущего инструмента; иногда используется для лезвий ножей.

Ударопрочная группа

Основная статья: Ударопрочная сталь

Высокую ударопрочность и хорошую прокаливаемость обеспечивает легирование хромом-вольфрамом, кремний-молибденом, кремний-марганец. Инструментальные стали ударопрочной группы (S) предназначены для устойчивости к ударам как при низких, так и при высоких температурах. Для достижения необходимой прочности требуется низкое содержание углерода (примерно 0,5% углерода). Сплавы, образующие карбид, обеспечивают необходимую стойкость к истиранию, закаливаемость и жаропрочность. Это семейство сталей демонстрирует очень высокую ударную вязкость и относительно низкую стойкость к истиранию и может достигать относительно высокой твердости (HRC 58/60). В США прочность обычно определяется содержанием кремния от 1 до 2% и молибдена 0,5–1%. В Европе ударные стали часто содержат 0.5–0.6% углерод и около 3% никеля. Никель в диапазоне от 1,75% до 2,75% все еще используется в некоторых ударопрочных и высокопрочных низколегированных сталях (HSLA), таких как L6, 4340 и шведская пильная сталь, но это относительно дорого. Пример его использования в производстве отбойный молоток биты.

Скоростная группа

Основная статья: Быстрорежущей стали

Горячая рабочая группа

Стали для горячей обработки - это группа сталей, используемых для резки или формовки материала при высоких температурах. Инструментальные стали H-группы были разработаны для обеспечения прочности и твердости при длительном воздействии повышенных температур. Эти инструментальные стали являются низкоуглеродистыми, средне- и высоколегированными, что обеспечивает хорошую жаропрочность и вязкость, а также хорошую износостойкость благодаря значительному количеству карбида.[1] H1 - H19 основаны на содержании хрома 5%; От H20 ​​до H39 основаны на содержании вольфрама 9–18% и содержании хрома 3–4%; От H40 до H59 на основе молибдена.

Примеры включают Инструментальная сталь DIN 1.2344 (H13).

Группа специального назначения

  • Инструментальная сталь типа P - это сокращение от стали для формования пластиков. Они разработаны с учетом требований к цинку. литье под давлением и штампы для литья пластмасс под давлением.
  • L-образный Инструментальная сталь - это сокращение от низколегированной инструментальной стали специального назначения. L6 чрезвычайно крутой.
  • Инструментальная сталь F-типа закалена в воде и значительно более износостойка, чем инструментальная сталь W-типа.

Сравнение

Марки инструментальной стали AISI-SAE[21]
Определение собственностиКласс AISI-SAEЗначимые характеристики
Закалка в водеW
Холодная обработкаООтверждение в масле
АЗакалка на воздухе; средний сплав
DВысокий углерод; высокое содержание хрома
Устойчивость к ударамS
ВысокоскоростнойТВольфрамовая основа
MМолибденовая основа
Горячая обработкаЧАСH1 – H19: основание хрома
H20 – H39: вольфрамовая основа
H40 – H59: молибденовая основа
Пластиковая формап
Спец. НазначениеLНизколегированный
FУглеродно-вольфрамовый

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б Верховен, Джон (2007). Стальная металлургия для неметаллургов. ASM International. п. 159. ISBN  978-0-87170-858-8. Получено 9 ноября 2014..
  2. ^ Баумейстер, Аваллоне, Баумейстер (1978). «6». Стандартный справочник Марка для инженеров-механиков, 8-е изд.. Макгроу Хилл. С. 33, 34. ISBN  9780070041233.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  3. ^ "Инструментальная графитовая сталь Carpenter O6 (AISI O6)". www.matweb.com. Получено 2017-11-20.
  4. ^ "Тигельная сталь Инструментальная сталь KETOS®, AISI O1". www.matweb.com. Получено 2017-11-20.
  5. ^ «Инструментальная сталь с закалкой в ​​масле AISI типа O2, закалка в масле при 800 ° C, отпуск при 260 ° C». www.matweb.com. Получено 2017-11-20.
  6. ^ "Инструментальная сталь AISI типа O7". www.matweb.com. Получено 2017-11-20.
  7. ^ www.roberidesigns.com. "The Sousa Corp | Состав инструментальной стали". www.sousacorp.com. Получено 2017-11-20.
  8. ^ http://www.uddeholm.com/files/PB_Uddeholm_arne_english.pdf
  9. ^ http://www.ozct.com.tr/iframe/en/pdf/1.2842%2090MnCrV8.pdf
  10. ^ "Быстрорежущая сталь - Инструментальная сталь - O6 - O6 Технические характеристики". www.hudsontoolsteel.com.
  11. ^ а б c Оберг и др. 2004 г. С. 466–467.
  12. ^ AISI A2, Efunda, архивировано из оригинал на 2012-04-02, получено 2010-12-25.
  13. ^ AISI A3, Эфунда, в архиве из оригинала 2012-04-02, получено 2010-12-25.
  14. ^ AISI A4, Efunda, архивировано из оригинал на 2012-04-02, получено 2010-12-25.
  15. ^ AISI A6, Efunda, архивировано из оригинал на 2011-08-19, получено 2010-12-25.
  16. ^ AISI A7, Efunda, архивировано из оригинал на 2011-09-16, получено 2010-12-25.
  17. ^ AISI A8, Efunda, архивировано из оригинал на 2011-09-09, получено 2010-12-25.
  18. ^ AISI A9, Efunda, архивировано из оригинал на 2012-04-02, получено 2010-12-25.
  19. ^ AISI A10, Efunda, архивировано из оригинал на 2012-04-02, получено 2010-12-25.
  20. ^ Информация о материалах инструментальной стали A-10, заархивировано из оригинал на 2004-04-04, получено 2010-12-25.
  21. ^ Оберг и др. 2004 г., п. 452.

Список используемой литературы

внешние ссылки