Легована інструментальна сталь для холодної обробки – характеристики та марки
Інструментальна сталь, легована холодною обробкою, завдяки своєму хімічному складу (Cr – хром, W – вольфрам, Mo – молібден, V – ванадій), має високу прогартовуваність, а також підвищує свою стійкість до кручення, вигину та стирання. Зокрема, марки сталі, що містять приблизно 2% вуглецю (C) та 12% хрому (Cr), характеризуються дуже високою стійкістю до стирання . Сталь із вмістом вуглецю 0,40–0,55% використовується для виробництва інструментів, що працюють під динамічними навантаженнями. Сталь із вмістом вуглецю 0,75–2,10% використовується для виробництва деяких ріжучих інструментів, роликів тощо.
Легована інструментальна сталь для холодної обробки – призначення та застосування
Леговані сталі для холодної обробки становлять найчисленнішу та найрізноманітнішу групу інструментальних сталей, що охоплює кілька сотень марок, що використовуються та виробляються в різних країнах. Залежно від типового застосування, вміст вуглецю в них коливається в надзвичайно широких межах; в інструментальних сталях він становить:
— з особливо високою стійкістю до стирання 1,3÷2,5% C
— різання різання 1,0÷1,3% C
— для холодної пластичної обробки 0,8÷1,1% C
— ударостійкий 0,4÷06% C
— для переробки пластмас 0,1÷0,4%
Через низьку прогартовуваність вуглецеві інструментальні сталі можуть використовуватися лише для інструментів для холодної обробки з малим поперечним перерізом та низькими навантаженнями, наприклад, марок N9E та N10E. Введення легуючих елементів значно розширює діапазон застосування інструментальних сталей для холодної обробки. Ці сталі не нагріваються вище 200 ° C під час експлуатації, покращуючи функціональні властивості, характерні для цієї групи сталей: стійкість до стирання, пластичність та ударну в'язкість, стійкість до деформації та викривлення, а також прогартовуваність.
Основними елементами, що визначають властивості переважної більшості сталей цієї групи, є вуглець і хром , вміст яких коливається в дуже широких межах.
Добавки молібдену та вольфраму також важливі, хоча їх особливо цінний ефект (збільшення гарячої міцності) у цій групі взагалі не використовується. Однак, уповільнюючи процес відпуску, ці елементи дозволяють використовувати вищі температури відпуску та зменшувати напруження. Нарешті, ванадій додають до багатьох марок, а марганець, нікель та кремній – до деяких, щоб досягти дрібнішого розміру зерна, покращити прогартовуваність, пластичність або стійкість до відпуску.
Процес розробки легованих сталей для холодної обробки, оптимізації їх хімічного складу та застосування ще не завершений; їх асортимент в окремих країнах демонструє суттєві відмінності. Ці відмінності особливо помітні при порівнянні сталей, що виробляються в європейських країнах та Сполучених Штатах, де спостерігається тенденція до ширшого використання марок з вищим вмістом легуючих елементів (велика кількість сталей, що містять приблизно 5% та 12% Cr, а також дуже високий вміст ванадію: 4-5% V).
Також спостерігається тенденція до відмови від нікелю та заміни вольфраму молібденом для зниження собівартості сталі та підвищення її прогартовуваності. Окрім традиційних марок, які зазвичай включаються до стандартів, для інструментів для холодної обробки іноді використовуються інші марки, такі як швидкорізальні сталі, низьковуглецеві мартенситні сталі та навіть корозійностійкі сталі.
Сталі за PN поділяються на 4 групи
Леговані інструментальні сталі для холодної обробки використовуються для виготовлення інструментів, які можуть нагріватися під час роботи, але вони обробляють матеріал за кімнатної температури.
До них належать мітчики, штампи, розв'язки, пилки та інші інструменти, які лише трохи нагріваються під час роботи, а також інструменти для холодного формування, зубила, пневматичні молотки тощо, а також штампи для холодного формування, калібри та вимірювальні інструменти. Хоча офіційного поділу не використовується, їх можна розділити на такі чотири групи:
I — види: NCV1, NW1 та інші
II — види: NC4, NC6, NC4S, NCMS, NWC, NMV
III — сорти: NC10, NC11 тощо.
IV — види: NZ2, NZ3, NPW та ін.
Перша група
включає марки з відносно низькою прогартовуваністю, призначені для загартування у воді, що використовуються для різальних інструментів на низьких швидкостях.
Друга група
Це включає марки сталі зі значно вищою прогартовуваністю, призначені для гартування в олії. Вони також використовуються для виготовлення різальних інструментів (з обмеженими швидкостями різання) та, завдяки незначним змінам розмірів після гартування, інших інструментів, таких як штампи, матриці та калібри.
До третьої групи
Включені сталі з високим вмістом вуглецю та хрому. Ці сталі мають дуже високу прогартовуваність та стійкість до стирання. Їх використовують для різальних штампів, штампів для холодної обробки, калібрів тощо.
Сталі четвертої групи
Вони мають нижчий вміст вуглецю, ніж сталі трьох попередніх груп. Ці сталі стійкі до багаторазових ударів та поштовхів. Вони використовуються для пневматичних молоткових інструментів (зубила, заклепочники), ножів для стрижки, пуансонів тощо. Вони також використовуються для інструментів для гарячої обробки.
Агресивне середовище
Через своє цільове призначення леговані інструментальні сталі для холодної обробки не призначені для використання в більш агресивних, корозійних середовищах.
Слід враховувати, що під час транспортування та зберігання виробів з цих сталей вони можуть піддаватися впливу атмосфери з різним ступенем вологості з можливими домішками промислових газів, таких як SO2 , H2S , CO2 тощо . Крім того, сам інструмент може часто контактувати з середовищем масляно-водних емульсій, що створює високий ризик корозії.
Хімічний склад цих сталей підібраний, перш за все, для забезпечення відповідних технологічних властивостей, тому невелика кількість доданих до них легуючих компонентів не забезпечує підвищеної стійкості до атмосферної корозії.
Тільки леговані інструментальні сталі, що містять 11—13% Cr (NC10, NC11, NC11LV та NCWV), можуть демонструвати добру корозійну стійкість у вищезгаданих середовищах, чим вища корозійна стійкість, тим кращий стан поверхні інструменту.
Поліровані інструменти можна використовувати без спеціального захисту від корозії. Між різними марками інструментальної сталі, що містить максимум 1,6% Cr, можуть виникати незначні відмінності в стійкості до атмосферної корозії через їх різний хімічний склад. Однак ці відмінності настільки малі, що жодну з цих марок не можна виділити як сталь з покращеною корозійною стійкістю.
Зварювання легованих інструментальних сталей
Через хімічний склад окремих марок, леговані інструментальні сталі для холодної обробки належать до матеріалів з дуже обмеженою зварюваністю. Їхнє з'єднання з іншими видами сталі доцільне лише у виняткових випадках, наприклад, під час ремонту.
Однак зварювання вимагає використання спеціалізованої технології. Вибір методу зварювання, форми з'єднання, присадних металів, а також попередньої та післязварювальної термічної обробки слід визначати на основі типу матеріалу, що з'єднується, його товщини, необхідних властивостей з'єднання та умов експлуатації. Зварний шов, особливо після термічної обробки, матиме інші властивості, ніж матеріал, що з'єднується.
Твердотільне наплавлення
Поверхні інструментів, що піддаються стиранню під час експлуатації, можуть бути наплавлені твердим покриттям, причому наплавлення твердим покриттям може бути використане як у виробництві нових інструментів, так і при регенерації зношених інструментів.
Спосіб наплавлення, спосіб підготовки поверхні до наплавлення, тип присадного металу та термічна обробка як до, під час або після наплавлення повинні визначатися залежно від типу матеріалу, що наплавляється, та його стану, характеру роботи інструменту, а також розташування та форми наплавлення.
Оскільки наплавлені шари мають інший хімічний склад, ніж зварюваний матеріал, це слід враховувати під час термічної обробки зварюваних інструментів. Перш за все, під час вибору температури термічної обробки важливо враховувати її вплив на властивості зварюваного матеріалу.
Для з'єднання різних марок сталі можна використовувати електричне контактне або зварювання тертям. Однак необхідно вибрати відповідні умови зварювання та термічну обробку до та після зварювання. Для з'єднання прутків використовуються методи контактного оплавлення або зварювання тертям. Зварні з'єднання мають властивості, подібні до властивостей матеріалів, що з'єднуються, і можуть піддаватися тій самій термічній обробці, що й матеріали, що з'єднуються.
З'єднання легованих сталей
Також можна з'єднувати різні типи сталі, особливо леговані інструментальні сталі для холодної обробки, з вуглецевими сталями, що в основному використовується у виробництві хвостовикових інструментів, наприклад, свердел, розгорток, мітчиків, фрез тощо, у яких рукоятка виготовлена з вуглецевої сталі, а робоча частина - з інструментальної сталі.
Сталі з вмістом хрому менше 1,5% можна різати за допомогою оксиацетиленового або плазмового різання. Сталі з вищим вмістом хрому можна різати лише за допомогою плазмового різання. Перед різанням деталі необхідно попередньо нагріти, при цьому температура залежить від типу матеріалу, що ріжеться, та його товщини.
У позначенні марки літера N позначає інструментальну сталь для холодної обробки , на другому місці (як і у випадку сталі для гарячої обробки) стоїть літера або група літер, що позначає компонент або групу компонентів сплаву:
М – марганець
S – Кремній
C – Хром
N – Нікель
L – Молібден
V – Ванадій
W – Вольфрам
K – Кобальт
P – Нікель + Хром + Вольфрам
Z – Вольфрам + Ванадій + Кремній + Хром
Б – Бор
Третя частина — це число (посередині або в кінці позначення марки), яке класифікує сталь за різницею в кількості
легуючих елементів та вуглецю, або, як у випадку сталей з однаковими легуючими елементами, розрізняє ці марки, наприклад, NC6-NC10, NZ2-NZ3.
Наприклад, сталь марки NPW – це інструментальна сталь холодної обробки, що містить хром, нікель, ванадій та вольфрам.
Холоднооброблювані сталі згідно з PN
NC6 – хромованадієва сталь
NPW – нікель-хром-вольфрам-ванадієва сталь
NCMS – хромомарганцева кремнієва сталь
NWC – вольфрам-хром-марганцевий
NZ3 – вольфрамово-хромово-кремнієво-ванадієва сталь
NMV – марганцево-ванадієва сталь
NC11LV – хромомолібденово-ванадієва сталь
Інші інструментальні сталі
інструментальна сталь для гарячої обробки
легована інструментальна сталь для холодної обробки
вуглецева інструментальна сталь
швидкорізальна сталь