9. Легированные инструментальные стали

Легирование инструментальных сталей для режущего инструмента позволяет уменьшить недостатки углеродистых сталей, т.е. прежде всего повысить прокаливаемость, а так же добиться новых существенных качеств инструмента. Инструмент из этих сталей закаливается в масле (при ступенчатой закалке – в соли) и прокаливается, как правило, насквозь. Свойства и состав легированных сталей для режущего инструмента регламентируются ГОСТ 5950 – 73.

В приложении 3 приведены основные данные о некоторых сталях и термообработке инструмента из них. Стали для режущего инструмента подразделяют на стали неглубокой и глубокой прокаливаемости. В группу сталей неглубокой прокаливаемости входят низколегированные стали, содержащие невысокое содержание хрома (0,4 – 0,7 %), ванадия (0,15 – 0,30 %) – 7ХФ, 8ХФ, 9ХФ, 11ХФ; а также стали с вольфрамом – ХВ4, В2Ф. Легирование хромом несколько повышает устойчивость переохлажденного аустенита и прокаливаемость по сравнению с углеродистыми сталями. Использование ванадия для легирования этих сталей этих сталей позволяет обеспечить меньшую чувствительность стали к перегреву и регламентируемую глубину прокаливаемости. Так, применяя разную температуру закалки, можно регулировать толщину закаленного слоя, не опасаясь перегрева стали. По этой причине для сталей типа 7ХФ, 8ХФ, 9ХФ рекомендуют два температурных интервала нагрева под закалку (см. прил.). Более высокая температура закалки позволяет растворить лишь часть карбида ванадия в аустените и повысить его устойчивость, а нерастворенная часть карбида ванадия оказывает барьерное действие на рост зерна. При принятом содержании ванадия в этих сталях (0,15 – 0,30 %) граница образования структуры перегрева повышается до 900 – 950 °С.

Подобные стали используют для изготовления метчиков, пил, зубил, отрезных матриц и пуансонов, ножей холодной резки, подвергаемых местной закалке.

Стали с вольфрамом ХВ4, В2Ф имеют повышенное содержание углерода, что обеспечивает получение карбида Ме₆С и мартенсита с высоким содержанием углерода, благодаря чему, эти стали имеют после закалки наиболее высокую твердость (HRC 65 - 67) и износостойкость. Они применяются для обработки твердых металлов, например валков холодной прокатки, при небольшой скорости резания.

В группу сталей глубокой прокаливаемости входят хромистые стали с более высоким содержанием хрома (1,4 – 1,7 %) и стали комплексно легированные несколькими элементами (хромом, марганцем, кремнием, вольфрамом).

Хромистые стали 9Х1, Х по составу подобны подшипниковой стали ШХ15 и могут быть заменены ею. Комплексно легированные стали 9ХС, ХГС, ХВГ обладают высокой прокаливаемостью. Особенно это относятся к сталям с марганцем, поэтому стали типа ХВГ применяют для крупного режущего инструмента, работающего при малых скоростях резания (протяжки, развертки, сверла и др.). Легирование кремнием позволяет повысить устойчивость против отпуска. Стали 9Х5ВФ и 8Х4В2М2Ф2 применяют для деревообрабатывающего режущего инструмента. Сталь 8Х4В2М2Ф2 является низколегированной быстрорежущей сталью. Она является полутеплостойкой, обладает достаточно хорошей теплопроводностью (из-за малого содержания вольфрама) по сравнению с инструментом из классических быстрорежущих сталей, что исключает прижигание дерева при механической обработке его на больших скоростях. Однако существенным недостатком перечисленных легированных сталей является их низкая теплостойкость, что исключает возможность их применения для режущего инструмента, эксплуатируемого в тяжелых условиях, связанных с разогревом режущей кромки. В таких условиях работы можно применять лишь стали с высокой теплостойкостью, т.е. быстрорежущие.

Примерное назначение инструментальных сталей приведено в приложение 4.