Инструментальные стали - это группа марок сталей, которые используются для создания измерительного, режущего инструмента, штампов и некоторых деталей.
Все виды данной стали имеют ряд обязательных технологических характеристик: хорошая обрабатываемость резанием, стойкость к перегреву, пластичность (в горячем состоянии), малая склонность к образованию трещин, шлифуемость, малая восприимчивость к привариванию и прилипанию.
Инструментальные стали, по наиболее распространенной классификации, делятся на четыре основные группы: углеродистые, легированные, штамповые и быстрорежущие.
Рассмотрим по отдельности каждую из них.
1. Углеродистые инструментальные стали.
В соответствии с ГОСТ 1435-99 обозначаются марками от У7 до У13. Буква "У" означает - углеродистая. Следующая за ней цифра - средняя массовая доля углерода в десятых долях процента. Если после числового значения будет располагаться литера «Г», значит в сплаве высокое содержание марганца. В некоторых случаях в маркировку включается буква "А". Она означает высокое качество сплава с пониженным содержанием серы и фосфора.
Одним из основных достоинств углеродистых сталей является получение высокой твердости в поверхностном слое при сохранении вязкой сердцевины. Вместе с тем недостаток данных сплавов - низкая теплостойкость (способности сохранять твердость лишь при нагреве до температур, не превышающих 200 °С). Меньшая прочность по сравнению с быстрорежущими сталями связана с получением более крупного зерна при оптимальных температурах закалки. Поэтому, углеродистые стали используют для производства инструментов, не подвергаемых в процессе работы нагреву свыше 150-200 °С и не требующих в процессе изготовления значительного шлифования.
2. Легированные инструментальные стали.
Производят согласно ГОСТ 5950-2000. Такие сплавы получают на базе углеродистых путем легирования их вольфрамом, хромом, кремнием, ванадием и иными элементами. При маркировке таких сталей принято указывать наличие легирующих элементов буквами. При наличии марганца добавляется буква «Г», хрома – «Х», кремния – «С», вольфрама – «В», меди – «Д», никеля – «Н», ванадия – «Ф», титана – «Т», молибдена – «М». После букв, обозначающих легирующий элемент, в маркировке инструментальных сталей могут стоять цифры, обозначающие количество данного элемента в процентах. При отсутствии цифры количество считается приблизительно равным 1 проценту. Также при обозначении легированной инструментальной стали на первом месте указывается количество углерода, выраженное в десятых долях процента. Так марка 9ХС будет указывать на то, что в данном виде стали содержится 0,9% углерода и по 1% хрома и кремния.
Каждый из перечисленных элементов сообщает стали особые свойства:
- никель - пластичность, прочность, устойчивость против коррозии;
- хром - твердость и прочность и при одновременном понижении пластичности жаропрочность, а также устойчивость против коррозии;
- вольфрам - твердость и красностойкость, т. е. способность сохранять твердость при высоком нагреве;
- кобальт - прочность и пластичность;
- ванадий - плотность, отсутствие окислов, мелкозернистое строение;
- молибден - прочность, твердеешь и жароустойчивость;
- титан - твердость, плотность, мелкозернистое строение;
- алюминий - жароустойчивость;
- медь - устойчивость против ржавления и действия кислот;
- кремний - упругость и высокие магнитные свойства;
- марганец - прочность и сопротивление износу.
Следует иметь в виду, что большинство легированных сталей приобретает указанные свойства только после соответствующей термической обработки.
3. Штамповые инструментальные стали.
Производят согласно ГОСТ 5950-2000. Самые распространённые из них - Х12, Х12МФ, 5ХНМ, 6ХВ2С, 4Х5МФС и др. Из штамповых сталей сталей изготавливают инструмент для обработки металла давлением (штампы, пуансоны, матрицы). Дополнительно к общим требованиям, от этой группы сталей требуется устойчивость против образования трещин при многократном нагреве и охлаждении, окалиностойкость, высокая теплопроводность для отвода теплоты от рабочих поверхностей штампа, высокая прокаливаемость для обеспечения высокой прочности по всему сечению инструмента.
Штамповые инструментальные стали делятся на две группы. Первая применяется для изготовления инструментов, участвующих в холодной деформации металлических заготовок. Вторая используется для производства инструмента, позволяющего деформировать металлическую заготовку в разогретом состоянии.
Инструменты из сплавов для холодной штамповки должны обладать высоким коэффициентом твёрдости для защиты от преждевременного износа. Инструмент, применяемый для горячей штамповки, должен быть, прежде всего, жароустойчивым, что бы не перегреваться и не плавиться в процессе обработки металлической заготовки.
4. Быстрорежущие инструментальные стали.
Изготавливают согласно ГОСТ 19265-73. Сплавы этой группы применяются для производства режущего инструмента, отличающегося высокой твердостью и работающего на высоких скоростях. При обработке твердых материалов, снятии стружки большого сечения кромка инструмента нагревается. По этой причине инструмент производят из сталей, обладающих способностью сохранять твердость даже при повышении температуры поверхности. Самые распространённые стали Р18 и Р6М5.
Быстрорежущие стали позволяют в несколько раз повысить скорость резания по сравнению со скоростями, применяемыми при обработке инструментами из углеродистых и легированных инструментальных сталей.
Высокие режущие свойства данных сталей обеспечиваются легированием сильными карбидообразующими элементами (вольфрамом, молибденом, ванадием) и применением специальной термообработки, заключающейся в закалке при температурах 1200-1300 °С и отпуске, вызывающем дисперсионное твердение.
Механические свойства и применение инструментальных марок сталей:
| Марка стали | Предел прочности, МПа | Относительное удлинение при разрыве, % | Твёрдость НВ, после отжига | Применение |
| У7, У7А | 750 | 15 | 187 | Зубила, гладильный кузнечный инструмент, штампы, клейма, кувалды, кузнечные и слесарные молотки, плотничный инструмент |
| У8, У8А | 750 | 10-15 | 187 | Ножи и вилы по металлу, пробойники, пуансоны, клейма, штампы, инструмент для обтески камня |
| У9, У9А | 750 | 10-15 | 192 | Дыропробойные штемпеля, кернеры, деревообрабатывающий инструмент |
| У10, У10А | 750 | 10 | 197 | Резцы, сверла, метчики, развертки, плашки, ножовочные полотна, зубила для насечки напильников |
| У11, У11А | 750 | 10 | 207 | Метчики ручные, рашпили, надфили, пилы для обработки древесины, матрицы для холодной штамповки, топоры, калибры простой формы |
| У12, У12А | 750 | 10 | 217 | Резцы по металлу, фрезы, шаберы, развертки, гладкие калибры, плашки, |
| У13, У13А | 900 | 217 | Резцы по твердому металлу, бритвы, шаберы, сверла | |
| Х | 229 | Зубила, кулачки эксцентриков и пальцев, гладкие цилиндрические калибры и калиберные кольца, токарные, строгальные и долбежные резцы. | ||
| ХВГ | 760 | 255 | Резьбовые калибры, протяжки, длинные метчики, длинные развертки и другой вид специального инструмента, холодновысадочные матрицы и пуансоны, технологическая оснастка | |
| 9ХВГ | 241 | Резьбовые калибры, лекала сложной формы, сложные весьма точные штампы для холодных работ, которые при закалке не должны подвергаться значительным объемным изменениям и короблению | ||
| 9ХС | 790 | 10-15 | 241 | Сверла, развертки, метчики, плашки, гребенки, фрезы, машинные штампели, клейма для холодных работ. Ответственные детали, материал которых должен обладать повышенной износостойкостью, усталостной прочностью при изгибе, кручении, контактном нагружении, а также упругими свойствами |
| Х12 | 255 | Холодные штампы высокой устойчивости против истирания, не подвергающиеся сильным ударам; волочильные доски, глазки для калибрования пруткового металла под накатку резьбы, гибочные и формовочные штампы, сложные секции кузовных штампов, матриц и пуансонов вырубных и просечных штампов | ||
| Х12М | 255 | Накатные ролики, волочильных досок и волок, глазки для калибрования металла; матрицы и пуансоны вырубных штампов; пуансоны и матрицы холодного выдавливания, эксплуатируемых с рабочими давлениями до 1400-1600 мПа | ||
| Х12МФ | 710 | 255 | Профилировочные ролики сложной формы, эталонные шестерни, накатные плашки, секции кузнечных штампов, сложные дыропрошивные матрицы и пуансоны вырубных и просечных штампов, пуансоны и матрицы холодного выдавливания для больших давлений, штамповки активной части электрических машин | |
| 6Х6В3МФС (ЭП569) | 255 | Для инструментов, предназначенных для холодной пластической деформации металлов повышенной твердости (резьбонакатных роликов, зубонакатников, обрезных матриц); ножей гильотинных ножниц для резки высокопрочных сталей и сплавов; рубильных ножей, применяемых в деревообрабатывающей промышленнности; шарошек для разрушения горных пород и других аналогичных инструментов | ||
| 5ХНМ | 1570 | 9 | 241 | Молотовые штампы паровоздушных и пневматических молотов с массой падающих частей свыше 3 т, прессовые штампы и штампы машинной скоростной штамповки при горячем деформировании легких цветных сплавов, блоки матриц для вставок горизонтально-ковочных машин |
| 7Х3 | 1320 | 10 | 229 | Пуансоны и матрицы горячей высадки крепежа и заготовок из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей на горизонтально-ковочных машинах, детали штампов для горячего прессования и выдавливания этих материалов на кривошипных прессах, гибочные, обрезные и просечные штампы |
| 3Х3М3Ф | 1670 | 10-14 | 229 | Инструмент горячего деформирования на горизонтально-ковочных машинах и кривошипных прессах, подвергающийся в процессе работы интенсивному охлаждению, пресс-формы литья под давлением медных сплавов, ножи для горячей резки, охлаждаемые водой |
| 4Х5МФС | 1750 | 10-15 | 241 | Мелкие молотовые штампы, крупные (сечением более 200 мм) молотовые и прессовые вставки при горячем деформировании конструкционных сталей и цветных сплавов, пресс-формы литья под давлением алюминиевых, цинковых и магниевых сплавов |
| 5Х3В3МФС (ДИ23) | 1680 | 8 | 241 | Для тяжелонагруженного прессового инструмента, инструмента для высадки на горизонтальноковочных машинах и вставок штампов напряженных конструкций, для горячего объемного деформирования легированых конструкционных сталей и жаропрочных сплавов при горячем деформировании легированных конструкционных сталей и жаропрочных сплавов |
| 6ХВ2С | 1770 | 7-13 | 255 | Ножи для холодной резки металла, резьбонакатные плашки, пуансоны и обжимные матрицы при холодной работе, штампы сложной формы, работающие с повышенными ударными нагрузками |
| Р18 | 840 | 8 | 255 | Резцы, сверла, фрезы, резьбовые фрезы, долбяки, развертки, зенкеры, метчики, протяжки для обработки конструкционных сталей с прочностью до 1000 МПа, от которых требуется сохранение режущих свойств при нагревании во время работы до 600 °С |
| Р6М5 | 255 | Для всех видов режущего инструмента при обработке углеродистых легированных конструкционных сталей; для изготовления резьбонарезного инструмента, а также инструмента, работающего с ударными нагрузками |
Предел прочность (временное сопротивление) – способность стального проката противостоять и не разрушаться под действиями внешних нагрузок (растягивание, изгиб, сжатие, скручивание и т.д).
Относительное удлинение – способность металлопроката сопротивляться и оставаться целым при растяжении.
Твёрдость НВ - твёрдость по Бринелю.
Зарубежные аналоги инструментальных сталей:
| Марка стали | США | Евро- союз | Германия | Япо- ния | Франция | Китай | Австрия |
| У7 | CT70 | 1.620 С70W C70W2 | SK6 SK7 | C70E2U XC65 Y170 | T7 | K970 | |
| У7А | CN70 | 1.1520 C70U C70W1 | C70E2U XC65 | T7A | |||
| У8 | W1-7 | CT80 | 1.1625 C80W1 C80W2 | SK5 SK6 SKC3 | C90E2U Y1-70 Y1-80 Y180 Y90 | T8 | K980 |
| У8А | W108 | 1.1525 C80W1 | |||||
| У9 | W1-8 | C80W1 C85W | SK5 | C90E2U Y1-80 | |||
| У9А | C85W | SK5 | C90E2U | ||||
| У10 | G51320 T72301 W1-9 | CT105 | 1.1645 C105W1 C105W2 | SK3 SK4 | C105E2U C120E3U Y1-90 | T10 T11 | BOHLERK990 K990 |
| У10А | G51320 T72301 W110 | 1.1545 C105U CT105 | 1.1545 C105W1 C105W2 | SK3 SK4 | C105E2U | T10A | BOHLERK990 |
| У11 | G51320 T72301 Т72305 W110 | 1.1654 C105W1 C105W2 С110W | SK3 | C105E2U Y1-105 | BOHLERK990 | ||
| У11А | G51320 T72301 | C105W1 C105W2 | SK3 | C105E2U | BOHLERK990 | ||
| У12 | W1-11_1/2 | CT120 | 1.1654 C110W2 | SK2 | C120E3U Y2120 | T11 | K990 |
| У13 | T72301 W1-13 W112 | CT120 | 1.1663 C125U C125W | SK1 SK2 | C120E3U C140E3U Y240 | K995 | |
| Х | L1 T61203 | 1.2067 102Cr6 | 1.2067 100Cr6 102Cr6 | SUJ2 | 100Cr6 100Cr6RR | Cr2 | BOHLERK200 |
| ХВГ | 01 T31507 | 107WCR5 | 1.2419 105WCr6 | SKS2 SKS3 SKS31 SKSA | 105WC13 105WCr5 106Wr6 90MCW5 | CrWMn | |
| 9ХВГ | T31501 | 1.2825 95MnWCr5 | 100MnCrW4 | SKS3 | 90MnWCrV5 | BOHLERK460 | |
| 9ХС | 150Cr14 90CrSi | ||||||
| Х12 | D3 T30403 T30404 | 1.2080 X210Cr12 X21Cr12 | 1.2060 1.2080 X210Cr12 X210CrW12 | SKD1 | X200CM2 X200Cr12 Z200C12 | Cr12 | BOHLERK100 K100 |
| Х12М | D2 | X165CrMoV12 | SKD11 | ||||
| Х12МФ | D2 T30402 | X160CrMoV12 | 1.2379 1.2601 X162CrMoV12 X165CrMiV12 | SKD11 | X160CrMoV12 Z160CDV12 | K105 | |
| 5ХНМ | L6 T61206 | 1.2714 55NiCrMoV7 | 1.2711 1.2713 55NiCrMoV5 55NiCrMoV6 56NiCrMoV7 | SKT3 SKT4 | 55NCDV7 55NiCrMoV7 | 5CrNiMo | W502 |
| 7Х3 | 55NiCrMoV6 56NiCrMoV7-7 X38CrMoV5-1 X40CrMoV5-1 | ||||||
| 3Х3М3Ф | H10 H12 T20810 | 1.2365 1.6580 30CrNiMo8 30CrMoV12-11 32CrMoV12-28 | 1.2365 30CrMoV12 45WCrV7 X30WCrV5-3 X30WCrV9-3 | SKD62 SKD7 | 32CDV12-28 32CrMoV12-28 Z35CWDV5 | BOHLERW320 W320 | |
| 4Х5МФС | H11 T20811 | 1.2343 X37CrMoV5-1 | 1.2343 X40CrMoV5-1 X38CrMoV5-1 | SKD6 | X37CrMoV51KU X38CrMoV5 Z38CDV5 | 4Cr5MoSiV | BOHLERW300 W300 |
| 5Х3В3МФС | 30WCrV17-2 X30WCrV5-3 X30WCrV9-3 | ||||||
| 6ХВ2С | T41901 | 55WCrV8 | 60WCrV7 | BOHLERK455 | |||
| P18 | T1 T12001 | 1.3355 HS18-0-1 HSv18-0-1 | 1.3355 HS18-0-1 S18-0-1 | SKH2 | 18-04-01 HS18-0-1 Z80WCV | W18Cr4V | BOHLERS200 S200 |
| Р6М5 | T11302 M2 | 1.3339 1.3343 HS6-5-2 HS6-5-2C | 1.3343 HS6-5-2 HS6-5-2S SC6-5-2 | SKH51 | HS6-5-2 HS6-5-2HC Z85WDCV | W6Mo5Cr4V2 | BOHLERS600 S600 |
На сайте ООО "ОЛТЕХ" Вы можете найти следующий металлопрокат из инструментальных сталей:
Круги - У8А, Х12МФ, 9ХС, ХВГ, 5ХНМ, Р18, Р6М5.
Листвой прокат - У8А, Х12МФ, 6ХВ2С, 9ХС, ХВГ.
Кованые кольца - 5ХНМ.
