Стали для измерительных инструментов
К сталям для измерительных инструментов предъявляется комплекс требований, из которых наиболее важными является высокая износостойкость, сохранение постоянства линейных размеров и формы при эксплуатации, высокая чистота поверхности (высокая полируемость).
Для измерительных инструментов могут применяться как высокоуглеродистые заэвтектоидные стали, так и стали с дополнительным легированием хромом, марганцем, вольфрамом и ванадием. Для измерительных плит наиболее широко используют стали типа Х (0,95 – 1,10 % С; 1,3 – 1,65 Cr) и 12Х1 (1,15 – 1,25 % С; 1,3 – 1,65 % Cr).
Высокая твердость сталей достигается закалкой на мартенсит с низким отпуском. Температура аустенитизации для стали Х составляет 650 – 860 °С, а для стали 12Х1 – 855 – 870 °С. Твердость после отпуска стали 12Х1 выше, чем стали Х, что связано с большим содержанием углерода в стали 12Х1. Высокая полируемость сталей зависит от уровня твердости, который должен быть не ниже HRC 63 – 64. При высокой твердости хорошая полируемость стали обеспечивается получение равномерно распределенных некрупных избыточных карбидов и повышенной металлургической чистотой стали. Наличие крупные неметаллических включений может приводить к выкрашиванию в процессе полирования. Кроме того, неметаллические включения могут стать центрами развития коррозии на поверхности измерительного инструмента.
Для измерительного инструмента чрезвычайно важным является стабильность во времени размеров и формы (рис. 2.27). В закаленном и отпущенном состояниях в сталях протекают процессы, вызывающие размерные изменения. К таким процессам относятся релаксация остаточных микроскопических напряжений, дальнейший распад мартенсита с уменьшением тетрагональности его кристаллической решетки, мартенситное превращение остаточного аустенита. В закаленной стали все эти процессы идут значительно интенсивнее, чем после отпуска. Вместе с тем низкотемпературный отпуск практически не изменяет количества остаточного аустенита. Для уменьшения его содержания применяют многократное охлаждение до – 70°С с последующим отпуском при 120 – 125°С. В ряде случаев рекомендуется шестикратное повторение обработки холодом и отпуска, при этом количества остаточного аустенита уменьшается в несколько раз.
Рис. 2.27. Влияние времени старения при 20°С на изменение длины образцов стали Х в зависимости от режима обработки:
1 – закалка от 840°С, без отпуска; 2 – закалка, охлаждение до – 70°С;
3 – закалка охлаждение до – 70°С, отпуск при 150°С, 6 ч.
Так как распад мартенсита сопровождается уменьшением объема, относительное укорочение при распаде 1,0 % мартенсита при низком отпуске составляет 1,566·10-5, а превращение остаточного аустенита происходит с увеличением объема, т.е. объемные изменения в случае превращения аустенита почти на порядок выше, чем при распаде мартенсита. Отсюда следует, что при сохранении в структуре стали небольшого количества остаточного аустенита суммарного изменения объема (длины) практически не происходи т.
Для измерительных плит важным свойством является хорошая сцепляемость (притираемость). Она зависит от частоты поверхности и от состава мартенсита. В частности, высокие содержания хрома ухудшают сцепляемость вследствие образования прочной пленки на поверхности.
Для мелких измерительных плит могут быть использованы мартенситно-стареющие стали на железоникелевой основе, обработанные на твердость HRC 63 – 65. К преимуществам этих сталей относится хорошая обрабатываемость резанием после закалки на низкоуглеродистый мартенсит с твердостью HRC менее 30.
Измерительные инструменты типа лекал, шаблонов, скоб изготовляют путем вырубки из листа. Для этой группы инструментов применяют низкоуглеродистые (20, 20Х) и среднеуглеродистые (50, 50Г) стали. Для повышения твердости и износостойкости инструменты из низкоуглеродистых сталей подвергают цементации, закалке с 790 – 810 °С в масло (сталь 20Х) или воду (сталь 20) и низкотемпературному отпуску при 150 – 180 °С, 2 – 3 ч. Инструменты из среднеуглеродистой стали подвергают закалке с индукционного нагрева и низкому отпуску.