Полтава лист, круг інструментальна сталь У8А, ХВГ, 9ХС, 5ХНМ, Р6М5, ресорно-пружинна 65Г
За призначенням інструментальна сталь ділиться на сталь для різальних інструментів, вимірювальних інструментів та штампові сталі. Спечені тверді сплави входять до окремої групи.
У7, У7А Для інструментів по дереву: сокир колун, стамесок, долот; пневматичних інструментів невеликих розмірів: зубил, обтискання, бойків; ковальських штампів; голкового дроту; слюсарно-монтажних інструментів: молотків, кувалд, борідків, викруток, комбінованих плоскогубців, гострогубців, бічних кусачок, рибальських гачків та ін.
У8, У8А, У8Г, У8ГА, У9, У9А Для виготовлення інструментів, що працюють в умовах, що не викликають розігріву ріжучої кромки та обробки дерева: фрез, зенківок, поковок, сокир, стамесок, долот, пилок поздовжніх та дискових; накатних роликів, плит та стрижнів для прес-форм лиття під тиском олов'яно-свинцевих сплавів. Для слюсарно-монтажних інструментів: обтискання для заклепок, кернерів, борідків, викруток, комбінованих плоскогубців, гострогубців, бічних кусачок. Для калібрів простої форми та знижених класів точності; холоднокатаної термообробленої стрічки товщиною від 2,5 до 0,02 мм, призначеної для виготовлення плоских і кручених пружин та пружних деталей складної конфігурації, клапанів, щупів, берд, ламелів подвійних ножів, конструкційних дрібних деталей, у тому числі для годинника і т.д. .
У10А, У12А Для сердечників.
У10, У10А Для голкового дроту.
У10, У10А, У11, У11А Для виготовлення інструментів, що працюють в умовах, що не викликають розігріву ріжучої кромки; обробки дерева: пилок ручних поперечних та столярних, пилок машинних столярних, свердл спіральних; штампів холодного штампування (витяжних, висадкових, обрізних та вирубних) невеликих розмірів та без різких переходів по перерізу; калібрів простої форми та знижених класів точності; накатних роликів, напильників, шаберів слюсарних та ін. , конструкційних дрібних деталей, у тому числі для годинника і т.д.
У12, У12А Для мітчиків ручних, напилків, шаберів слюсарних; штампів для холодного штампування, обрізних та вирубних невеликих розмірів та без різких переходів по перерізу, холодновисадкових пуансонів та штемпелів дрібних розмірів, калібрів простої форми та знижених класів точності.
У13, У13А Для інструментів з підвищеною зносостійкістю при помірних та значних питомих тисках (без розігріву ріжучої кромки); напилків, лез для гоління і ножів, гострих хірургічних інструментів, шаберів, гравірувальних інструментів. Інструментальна сталь, вуглецева або легована сталь використовується для виготовлення різальних та вимірювальних інструментів, штампів холодного та гарячого деформування, а також деталей машин, що зазнають підвищеного зносу при помірних динамічних навантаженнях.
Найчастіше інструментальна сталь містить понад 0,6-0,7%; виняток - штампові сталі для гарячого деформування, що містять 0,3-0,6% С. Для поліпшення експлуатаційних властивостей інструментальну сталь піддають термічній обробці (гартуванню, відпустці), в результаті якої твердість інструментальної сталі підвищується до 60-66 HRC, міцність при згинанні - 2,5-3,5 Гн/м2 (250-350 кгс/мм2).
Зі збільшенням твердості підвищується і зносостійкість інструментальної сталі - здатність зберігати постійні розміри та форму робочої поверхні при терті з високими тисками.
Інструментальні сталі, леговані хромом і марганцем, мають більш високу гартування і прожарювання, ніж вуглецеві. Підвищена червоностійкість інструментальної сталі - здатність зберігати високу твердість і зносостійкість при температурах до 500-700 ° С досягається легуванням сталей вольфрамом, молібденом, ванадієм. Залежно від стійкості проти нагрівання, що у процесі експлуатації, інструментальну сталь поділяють на групи (див. табл.).
Сталі з невеликою стійкістю проти нагрівання зберігають високу твердість до 150-200 ° C, застосовуються для різання м'яких матеріалів з невеликою швидкістю та для холодного деформування. Вуглецеві сталі цієї групи характеризуються малою прожарюваністю - вироби діаметром (товщиною) більше 15-20 мм отримують при загартуванні високу твердість (до 65 HRC) тільки в тонкому поверхневому шарі, зберігаючи м'яку і в'язку серцевину. Через підвищену деформацію при загартуванні з охолодженням у воді з вуглецевої сталі виготовляють переважно інструменти простої форми - напилки, зенкери, ручні мітчики та ін.
Низьколеговані сталі, що мають дещо кращу прожарюваність, використовують для інструментів невеликих перерізів, від яких потрібна висока і рівномірна твердість: ножівочних полотен для ручного різання металів, лез бритв, круглих пилок по дереву та ін. ) і застосовуються для вимірювальних інструментіврозум та ін.
Сталі з підвищеною стійкістю проти нагрівання зберігають свої експлуатаційні властивості при нагріванні до 250-400 °С. В основному це леговані сталі з високим вмістом хрому (до 12%). Вони мають підвищену зносостійкість в умовах абразивного зношування, оскільки містять у структурі до 20-30% карбідів хрому та ванадія високої твердості: Me7C3 (1200-1400 HV) та MeC (2000 HV). Після термічної обробки (загартування з охолодженням на повітрі, в олії або в розплавлених солях з температурою 150-180 ° С) вони набувають твердості до 63 HRC. Для цих сталей характерна висока прожарювання (до 300-400 мм) і мінімальні об'ємні зміни при загартуванні. З високохромистих сталей виготовляють великі штампи, що зазнають підвищеного зносу, стійкі в агресивних середовищах хірургічні інструменти та ін.
Сталі, стійкі проти нагріву, зберігають твердість до 560-700 °С. Основними легуючими елементами таких сталей, що забезпечують їхню червоностійкість, є вольфрам і молібден. Сталі, що мають підвищений вміст вуглецю (0,7-1,5%) та високу твердість (до 64-68 HRC), йдуть на виготовлення ріжучого інструменту; сталі з вмістом вуглецю до 0,4% (штампові сталі), що мають нижчу твердість, але кращу в'язкість, застосовують для штампів гарячого деформування, форм для лиття металів під тиском та ін. Щоб сталь-пружина стала пружною, вона повинна пройти прожарювання по всьому своєму перерізу. Цей момент дуже важливий. Якщо його проігнорувати, то висока межа плинності виникне лише на окремих фрагментах деталі. Тому при тривалому стисканні така деталь може тріснути, надламатися або луснути.
При виборі сталевого сплаву для виготовлення пружинно-ресорного елемента слід пам'ятати про концентрацію добавок, що легують. Оптимальна концентрація вуглецю у складі сплаву – 0,5-0,7%. Застосування матеріалу з вищим вмістом вуглецю допускається, однак у цьому немає великого практичного змісту. Адже в такому випадку значно підвищується ризик розтріскування матеріалу при тривалому навантаженні, що робить марну пружину марною.
Деякі додаткові вимоги щодо вмісту легуючих добавок:
Кремній – не більше 2,5%.
Марганець – до 1,1%.
Вольфрам – до 1,2%.
Нікель – не більше 1,7%.
Для отримання ресорної сталі використовуються загартування звичайного сталевого матеріалу. Загартування рекомендується проводити при температурі порядку +800-900 градусів. Під час гарту помітно підвищується межа плинності, але одночасно з цим утворюється велика кількість мартенситу, який негативно впливає на пружність. Для руйнування мартенситу використовуються різні технології. Оптимальна методика – це застосування відпустки за середніх температур (400-500 градусів).
Недоліки пружинної сталі
Погана зварюваність. Загартування призводить до часткової деформації, руйнування зовнішнього шару матеріалу. У разі зварювання розплавлення зовнішнього загартованого шару може призвести до створення поганого неякісного шва з тріщинами.
Проблематичне різання. Ресорний сталевий сплав має високий опір пружної деформації, тому різати такий матеріал буде складно. Щоб отримати метал з потрібними фізичними властивостями, застосовується відпустка та загартування пружинної сталі. Кожен із етапів має свої технологічні особливості:
Спершу виконується загартування пружинної сталі при високих температурах. Завдяки гартуванню помітно підвищується межа плинності матеріалу, що робить сталь пружною, ковкою, стійкою.
Однак під час високотемпературного гарту всередині сплаву утворюються мартенситні сполуки, які різко погіршують пружність матеріалу, роблять його надзвичайно ламким і твердим.
Щоб позбутися мартенситних з'єднань, слід застосовувати відпустку пружинної сталі при невисоких температурах. Під час такої обробки мартенсити руйнуються, що дозволяє отримати матеріал із потрібними властивостями.
Зверніть увагу, що температура та час обробки на кожному з етапів залежать від того, які використовуються марки пружинної сталі. Для прикладу: марка ресорно-пружинної сталі 65Г повинна проходити загартування при температурі +800-850 градусів, відпустка - при +400-500 градусах.
У ряді випадків загартування, відпустка комбінуються з процедурою нормалізації металу. Ця процедура дозволяє позбутися зайвої напруги всередині металу, проте в більшості випадків нормалізація відбувається сама собою під час остигання матеріалу. Тому додаткова обробка методом нормалізації зазвичай не потрібна. Пружинна сталь - це низьколегований сплав, середньовуглецева або високовуглецева сталь з дуже великою межею плинності. Це дозволяє виробам із пружинної сталі повертатися до вихідної форми незважаючи на значний вигин та скручування.
Більшість пружинних сталей (як ті, що використовуються в автомобілях) загартовані та відпущені до значення 45 за шкалою C Роквелла. Кремній є ключовим компонентом більшості сталевих пружинних сплавів. У США найчастіше використовуваною пружинною сталлю є ASTM A228 (0.80-0.95% вуглецю), яка також відома під назвою "музичний дріт" ("music wire") або "піанінний дріт" ("piano wire").
Основними марками ресорно-пружинної сталі є марки 60Г, 65Г та інші, із вмістом вуглецю 0,5-0,9%. Застосовується для виготовлення пружин тощо, наприклад, торсіонів і ресор. Через стійкість до зламів та тріщин пружинна сталь також широко використовується при виробництві металевих шпаг для сценічних боїв. Пружинна сталь це один з найпопулярніших матеріалів при виготовленні відмичок через еластичність і гнучкість. Також використовується для фортепіанних струн та пружинних хомутів.
