Инструментальная сталь
Инструментальная сталь - углеродистая или легированная сталь для изготовления режущих и измерительных инструментов, штампов холодного и горячего деформирования, а также деталей машин, испытывающих повышенный износ при умеренных динамических нагрузках (шарико- и роликоподшипники, зубчатые колёса, ходовые винты в высокоточных станках и др.). Как правило, И. с. содержит более 0,6-0,7% С; исключение - штамповые стали для горячего деформирования, содержащие 0,3-0,6% С. Для улучшения эксплуатационных свойств И. с. подвергают термической обработке (закалке (См. Закалка), Отпуску), в результате которой твёрдость И. с. повышается до 60-66 HRC, прочность при изгибе - 2,5-3,5 Гн/м2 (250-350 кгс/мм2). С увеличением твёрдости повышается и Износостойкость И. с. - способность сохранять неизменные размеры и форму рабочей поверхности при трении с высокими давлениями. И. с., легированные хромом и марганцем, обладают более высокой закаливаемостью и прокаливаемостью, чем углеродистые. Повышенная красностойкость И. с. - способность сохранять высокую твёрдость и износостойкость при температурах до 500-700 °С - достигается легированием сталей вольфрамом, молибденом, ванадием. В зависимости от устойчивости против нагрева, возникающего в процессе эксплуатации, И. с. подразделяют на три группы (см. табл.).
Химический состав широко распространённых в СССР инструментальных сталей,
% в среднем
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Марка стали | C | Mn | Si | Cr | W | Mo | V |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Стали с небольшой устойчивостью против нагрева |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Углеродистые стали |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| У8А | 0,8 | 0,25 | 0,25 | ≤0,1 | - | - | - |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| У10А | 1,0 | 0,25 | 0,25 | ≤0,1 | - | - | - |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| У12А | 1,2 | 0,25 | 0,25 | ≤0,1 | - | - | - |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| У13А | 1,3 | 0,25 | 0,25 | ≤0,1 | - | - | - |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Низколегированные стали |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 9ХФ | 0,9 | 0,4 | 0,25 | 0,55 | - | - | 0,2 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 11ХФ | 1,1 | 0,5 | 0,25 | 0,55 | - | - | 0,1 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 13Х | 0,3 | 0,4 | 0,25 | 0,55 | - | - | - |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| В2Ф | 1,2 | 0,4 | 0,25 | 0,5 | 1,7 | - | 0,1 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Легированные стали |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Х | 1,0 | 0,3 | 0,2 | 1,5 | - | - | - |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| ХВСГ | 1,0 | 0,75 | 0,85 | 0,9 | 0,85 | - | 0,1 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 7ХГ2ВМ | 0,75 | 2,1 | 0,3 | 1,7 | 1,1 | 0,7 | 0,15 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 6ХС | 0,65 | 0,25 | 0,8 | 1,1 | - | - | - |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Стали с повышенной устойчивостью против нагрева |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Х6ВФ | 1,1 | 0,25 | 0,25 | 6 | 1,3 | - | 0,6 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Х6Ф4М | 1,65 | 0,25 | 0,25 | 6 | - | 0,8 | 3,8 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| X12М | 1,55 | 0,25 | 0,25 | 12 | - | 0,5 | - |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 55Х6В3СМФ | 0,55 | 0,25 | 0,8 | 6 | 3 | 0,8 | 0,8 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Стали, устойчивые против нагрева |
| (штамповые стали) |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 4Х52ВФС | 0,4 | 0,25 | 1,0 | 5 | 2,0 | - | 0,8 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 4Х3БМФС | 0,4 | 0,35 | 0,8 | 3,5 | 1,0 | 1,4 | 0,7 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 3Х2В8Ф | 0,35 | 0,25 | 0,25 | 2,5 | 8,0 | - | 0,3 |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 2Х8В8М2К5 | 0,25 | 0,25 | 0,4 | 7,5 | 7,5 | 1,8 | 8,0 |
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Стали с небольшой устойчивостью против нагрева сохраняют высокую твёрдость до 150-200°C, применяются для резания мягких материалов с небольшой скоростью и для холодного деформирования. Углеродистые стали этой группы характеризуются малой прокаливаемостью - изделия диаметром (толщиной) более 15-20 мм получают при закалке высокую твёрдость (до 65 HRC) только в тонком поверхностном слое, сохраняя мягкую и вязкую сердцевину. Из-за повышенной деформации при закалке с охлаждением в воде из углеродистой стали изготовляют преимущественно инструменты простой формы - напильники, зенкеры, ручные метчики и др. Имеющие несколько лучшую прокаливаемость низколегированные стали используют для инструментов небольших сечений, от которых требуется высокая и равномерная твёрдость: ножовочных полотен для ручной резки металлов, лезвий бритв, круглых пил по дереву и др. Легированные стали этой группы обладают повышенной прокаливаемостью (от 25-100 мм) и применяются для измерительных инструментов, колец и шариков подшипников качения, штампов сложной формы и др.
Стали с повышенной устойчивостью против нагрева сохраняют свои эксплуатационные свойства при нагреве до 250-400 °С. В основном это легированные стали с высоким содержанием хрома (до 12%). Они имеют повышенную износостойкость в условиях абразивного изнашивания, так как содержат в структуре до 20-30% карбидов хрома и ванадия высокой твёрдости: Me7C3 (1200-1400 HV) и MeC (2000 HV). После термической обработки (закалка с охлаждением на воздухе, в масле или в расплавленных солях с температурой 150-180 °С) они приобретают твёрдость до 63 HRC. Для этих сталей характерна высокая прокаливаемость (до 300-400 мм) и минимальные объёмные изменения при закалке. Из высокохромистых сталей изготовляют крупные штампы, испытывающие повышенный износ, стойкие в агрессивных средах хирургические инструменты и др.
Стали, устойчивые против нагрева, сохраняют твёрдость до 560-700 °С. Основными легирующими элементами таких сталей, обеспечивающими их красностойкость, являются вольфрам и молибден. Стали, имеющие повышенное содержание углерода (0,7-1,5%) и высокую твёрдость (до 64-68 HRC), идут на изготовление режущего инструмента (см. Быстрорежущая сталь); стали с содержанием углерода до 0,4% (штамповые стали), имеющие более низкую твёрдость, но лучшую вязкость, применяют для штампов горячего деформирования, форм для литья металлов под давлением и др.
Лит.: Гуляев А. П., Малинина К. А., Саверина С. М., Инструментальные стали. Справочник, М., 1961; Геллер Ю. А., Инструментальные стали, 3 изд., М., 1968 (имеется библ.).
Ю. А. Геллер.