Зносостійкі сталі

Для сталей, що працюють на зношування в умовах абразивного тертя і високого тиску та ударів використовують високомарганцеву литу аустенітну зносостійку сталь Гадфільда − 110Г13Л. Із цієї сталі виготовляють траки деяких гусеничних машин, залізничні хрестовини, зуби ковшів екскаваторів, щоки дробилок та ін..

Сталь 110Г13Л вмістить 0,9-1,4 % С; 11,5-15,0 % Mn; 0,5-1,0 % Si. Після литва структура складається з аустеніту і надлишкових карбідів марганцю в залізі (Fe,Mn)₃C. При нагріванні карбіди розчиняються в аустеніті, тому після гартування від температури 1100 ºС у воді сталь отримує чисто аустенітну структуру з малою твердістю НВ 200.

Марганцевий аустеніт при ударних навантаженнях і після деформації в процесі експлуатації набуває твердість до HRC 50-55.

В умовах чисто абразивного зношування (наприклад при терті по піску) ефективного наклепу сталі 110Г13Л не відбувається, що призводить до підвищеного зношування деталі. Крім того, недоліком сталі є погана здатність до обробки різанням, тому деталі з неї частіше всього виготовляють литвом без механічної обробки.

Деталі, які в процесі роботи піддаються зносу в результаті дії потоку рідини чи газу, рекомендується виготовляти із сталі 30Х10Г10, яка характеризується високою кавітаційною стійкістю в наслідок утворення на поверхні мартенситу деформації при гідравлічних ударах.

Для деталей машин, що працюють в середніх умовах зношування застосовують високовуглецеві інструментальні сталі типу Х12, Х12М, Р18, Р6М5 із структурою мартенсит і карбіди.

Інструментальні сталі

Інструментальні сталі застосовують для виготовлення різального, вимірювального та формоутворюючого (штампового) інструменту. Особливу групу інструментальних матеріалів становлять порошкові тверді сплави.

До різальних інструментів відносять: різці, свердла, мітчики, фрези, пили, протяжки тощо.

Вимірювальний інструмент слугує для перевірки розмірів готових деталей (калібри, шаблони та ін.).

Штампи використовують для деформації металу в холодному (витяжні, згинальні штампи, отворопробивні, пуансони, ролики для накатування різі тощо) або в гарячому (кувальні, прошивальні, обрізні) станах.

Сталі та сплави для різального інструменту

В процесі експлуатації різальний інструмент, що працює в умовах тривалого контакту і тертя, повинен зберігати незмінними конфігурацію та властивості різальної кромки. Тому матеріал для виготовлення різального інструменту повинен мати високу твердість понад HRC 60-62 і зносостійкість, тобто здатність тривалий час зберігати різальні властивості кромки.

Механічна енергія, яка затрачується на процес обробки різанням, переходить у теплову. Тепло, що виділяється, нагріває різець, деталь, стружку і частково розсіюється. Тому основною вимогою до інструментальних матеріалів є висока теплостійкість, тобто здатність зберігати твердість і різальні властивості при тривалому нагріванні в процесі роботи. За теплостійкістю інструментальні сталі розділяють на три групи: не теплостійкі, напівтеплостійкі і теплостійкі.

При нагріванні до 200-300 ºС нетеплостійких сталей у процесі різання вуглець виділяється з мартенситу гартування і відбувається коагуляція карбідів цементитного типу. Це призводить до втрати твердості і зносостійкості інструменту. До нетеплостійких відносяться вуглецеві і низьколеговані сталі, що містять 3-4 % легуючих елементів. Напівтеплостійкими сталями є деякі леговані сталі, що містять понад 4 % Cr та інших карбідотвірних елементів і зберігають твердість до температури 400ºС − 9Х5ВФ. Теплостійкі сталі зберігають твердість і зносостійкість при нагріванні до температур дещо вище 600 ºС.

Вуглецеві і низьколеговані сталі мають порівняно низьку теплостійкість і невелику прогартовуваність, тому їх використовують для легких умов роботи при малих швидкостях різання. Швидкорізальні сталі, що мають вищу теплостійкість і прогартовуваність, застосовують для важких умов роботи. Ще більш високі швидкості різання допускають тверді сплави і керамічні матеріали. Із промислових матеріалів найвищу теплостійкість має нітрид бору − ельбор. Його використання дозволяє обробляти матеріали високої твердості, наприклад загартовану сталь, при великих швидкостях різання.

Різальний інструмент різного призначення виготовляють із різних сталей:

Різці і різцеві головки − Р18, Р12Ф3; довбальні, строгальні, відрізні − Р6М5, Р12, Р9.

Свердла: для обробки металів, твердістю до НВ 260 − Р6М5, Р6М3; для металів більшої твердості − Р12Ф3; для металів, що важко обробляються − Р12Ф3, Р12Ф4К5.

Фрези: різьбові − Р6М5, Р12, Р8М3, Р18; черв’ячні − Р6М5, Р12Ф3, Р12, Р8М3; те саме, для різання з підвищеною швидкістю − Р12Ф4К5, Р8М3К6С; для різання важкооброблюваних сплавів − Р12Ф4К5, Р8М3К6С, Р9М4К8Ф, Р12М3Ф2К8, Р6М5, Р12, Р8М3.

Протяжки діаметром до 100-80 мм − Р12, Р6М5, Р12Ф3, Р8М3, більше 100 мм − ХВСГ, Р6М5.

Мітчики: машинні − Р6М5, Р18; ручні − 11ХФ, У11А, У12А.

Плашки круглі: для нарізання м’яких металів − ХВГС; для нарізання твердих металів − Р6М5, Р8М3.

Розгортки: машинні − Р6М5, Р8М3, Р12Ф3, Р12; для важкогабаритних сплавів − Р8М3К6С; ручні − ХВСГ, Р6М5, Р8М3.

Зенкери: для обробки м’яких металів − Р6М5, Р12, Р8М3; для обробки твердих металів − Р8М3К6С, Р9М4К8Ф.

Пили: сегменти до круглих пил і консовочні полотна машинні і ручні − Р6М5; для оброби деревини − Х6ВФ, 9ХФ, У10А.

Напилки: для м’яких металів − Х, У13А; для твердих металів − Р6М5, Р8М3.

Стамески, долота, сокири для обробки деревини − 7ХФ, У7А.