Инструментальная легированная сталь

Легированные стали для режущего и измерительного инструмента. По характеру легирования, свойствам и областям применения стали можно разделить на две группы:

1) небольшой прокаливаемости (7ХФ, 8ХФ, 9ХФ, 11ХФ, 13Х, ХВ4, ХВ5);

2) повышенной прокаливаемости (9Х, X, 9ХС, ХГС, 12X1, 9ХВГ, ХВГ, ХВСГ).

Химический состав легированных инструментальных сталей приведен в ГОСТ 5950-2000 .

Стали, входящие в первую группу, по устойчивости переохлажденного аустенита незначительно превосходят углеродистые стали У7-У13, но благодаря легированию хромом (0,2-0,7 %), ванадием (0,15-0,3%) и вольфрамом (до 4 %) имеют повышенные устойчивость против перегрева, износостойкость и теплостойкость.

Так же как и углеродистые стали У7-У13, они после термической обработки содержат мало остаточного аустенита, что обеспечивает им высокий предел текучести. Большинство из этих сталей с успехом используют при изготовлении инструментов, подвергаемых поверхностной (местной) закалке. Некоторые из сталей небольшой прокаливаемости имеют специализированное применение: сталь 13Х предназначена главным образом для бритвенных ножей, лезвий, хирургического и гравировального инструмента; сталь ХВ4 рекомендуется для резцов и фрез, используемых для обработки резанием с небольшими скоростями материалов высокой твердости; сталь В2Ф используется для изготовления ленточных пил и ножовочных полотен для резки конструкционных сталей средней твердости.

Стали второй группы имеют более высокое содержание хрома (0,8-1,7%), наряду с которым в ряде марок присутствуют марганец, кремний, вольфрам.

Комплексное легирование даже относительно небольшими количествами элементов существенно повышает прокаливаемость, способствует увеличению дисперсности и однородности распределения карбидов (за исключением сталей типа ХВГ), уменьшает чувствительность к перегреву, способствует сохранению более мелкого зерна при закалке. Стали повышенной прокаливаемости применяют для изготовления инструментов больших сечений, охлаждаемых при закалке в масле или горячих средах. Указанные особенности сталей второй группы (9ХС, ХГС, ХВГ, ХВСГ) позволяют использовать их для изготовления режущего (метчики, плашки, развертки, фрезы, протяжки), а также штампо-вого инструмента более ответственного назначения, чем из углеродистых и низкопрокаливающихся сталей. Отличительной особенностью марганецсо-держащих сталей (ХВГ, ХВСГ, 9ХВГ) является их малая деформируемость при термической обработке, обусловленная повышенным содержанием остаточного аустенита. Это позволяет рекомендовать их для изготовления тех инструментов, к которым предъявляются жесткие требования относительно стабильности размеров при термической обработке. Недостатком указанных сталей является повышенная склонность к образованию карбидной сетки по границам зерен в результате выделения карбидов в Процессе замедленного охлаждения после горячей пластической деформации или высокотемпературного нагрева. Стали ХВГ и ХВ4 характеризуются также неблагоприятным распределением карбидов в деформированном металле сечением более 30—40 мм. Карбидная неоднородность наблюдается также и в стали X, которая обладает, кроме того, повышенной чувствительностью к перегреву и существенным колебанием прокаливаемости в различных плавках. К особенностям термической обработки низколегированных инструментальных сталей следует отнести необходимость использования резких охлаждающих сред (водные растворы солей и щелочей) для сталей небольшой прокаливаемости, закаливаемых на максимальную твердость (7ХФ, 8ХФ, 9ХФ, 11ХФ, 13Х).

Стали повышенной прокаливаемости (9ХС, ХВГ, 9ХВГ, ХВСГ) для уменьшения термических напряжений и коробления у инструментов сложной формы целесообразно подвергать неполной изотермической (выдержка при 180-250 °С длительностью 30-60 мин) или ступенчатой (охлаждение в горячих средах с температурой 150- 220 °С с последующим переносом на воздух) закалке.

Продолжительность выдержки при аустенизации низколегированных сталей выбирают из расчета 50-70 с/мм при нагреве в воздушной печи и 35- 40 с/мм при нагреве в соляной ванне.

Продолжительность отпуска обычно составляет 1-2 ч плюс 1 - 1,5 мин на 1 мм толщины крупногабаритного инструмента.

Сортамент поставляемых легированных инструментальных сталей: кованая круглая и квадратная (ГОСТ 1133-71), калиброванная (ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75 и ГОСТ 8560-78); прокат горячекатаный круглый (ГОСТ 2590-88), горячекатаный квадратный; полосы горячекатаные и кованые (ГОСТ 4405-74).

Допускаемая глубина обезуглеро-женного слоя регламентирована ГОСТ 5950-2000 .

Критические точки, режимы ковки и отжига, режимы окончательной термической обработки и назначение ле-гурованных инструментальных сталей приведены в таблицах ниже:

Критические точки (температура, С) легированных инструментальных сталей
Сталь	Ас1	Асм	Аrм	Аr1	Мн	Мк
Стали небольшой прокаливаемости
7ХФ *1	770	780	740	710	-	-
8ХФ *1	740	750	-	700	215	-
9ХФ	700	—	-	-	215	-
11ХФ	—	—	-	-	195	-
13Х	760	780	740	710	-	-
В2Ф	750	800	690	650	-	-
Стали повышенной прокаливаемости
9Х	730	860	-	700	270
X	745	900	-	700	240	-
9ХС	770	870	-	730	160	-30
12X1	750	890	-	-	245	-40
9ХВГ	750	900	-	-	205	-
ХВГ	750	940	-	710	210	-50
ХВСГ	770	785	730	720	200	20
Х6ВФ	815	845	775	625	150	-100
Для сталей 7ХФ и 8ХФ Ас3 и Аr3

Режимы ковки и отжига легированных инструментальных сталей
Сталь	Интервал ковочных температур, °С	Режим отжига	НВ после отжига, МПа, не более
7ХФ	1160—850	Нагрев на 780—800 °С, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 640—680 °С, выдержка 2—3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе	2290
8ХФ	1150—850	Такой же, как для стали 7ХФ	2550
9ХФ	1180—800	Нагрев на 760—790 °С, далее как для стали 7ХФ	2550
11ХФ	1100—800	Нагрев на 750—790 °С, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 670—700 °С, выдержка 2—3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе	2290
13Х	1100-800	Такой же, как для стали 11ХФ	2410
ХВ4	1125-850	Нагрев на 800-820 °С, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 600 °С, выдержка 2-3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе	2850
В2Ф	1200-900	Нагрев на 780-800 °С, охлаждение со скоростью 50 °С до 710-730 °С, выдержка 2- 3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе	2850
9X1	1150-850	Нагрев на 800-820 °С, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 670-680 °С, выдержка 2-3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550°С, далее на воздухе	2290
X	1150-850	Нагрев на 780-800 °С, охлаждение со скоростью 50 °С/ч до 670-720 °С, выдержка 2-3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе	2290
9ХС	1140-800	Нагрев на 790-810 °С, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 670-720 "С, выдержка 2-3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе	2410
12X1	1120-850	Такой же, как и для стали X	2410
9ХВГ	1120-850	Такой же, как и для стали X	2410
ХВГ	1150-850	Такой же, как и для стали X	2550
ХВСГ	1140-850	Такой же, как для стали 9ХС	2410
Х6ВФ	1100-850	Нагрев на 830-850 °С, охлаждение со скоростью 40°С/ч до 700-720 °С, выдержка 2-3 ч, охлаждение со скоростью 50 °С/ч до 550 °С	2410

Режимы окончательной термической обработки легированных инструментальных сталей

Сталь	Закалка				Отпуск
	Температура, oС		Охлаждающая среда	HRC	Температура отпуска, oС	HRC
	подогрева	аустенизации
7ХФ	600-650	820-840 800-820	Масло Вода	62-64	200-220	58-60
8ХФ	600-650	810-820 830-860	Вода	58-59 63-65	200-220	57-58 60-62
9ХФ	600-650	850-880 820-840	Масло Вода	61-64 61-64	200-250	58-60 58-58
11ХФ	600-650	810-830 840-860	Вода Масло	62-65 62-64	150-170	62-65
13Х	600-650	780-820 810-830	Вода Масло	63-65 62-64	150-170	62-65
ХВ4	600-650	830-850 820-840	Масло Вода	63-65 65-67	140-170	62-67
В2Ф	600-650	780-840	Масло Вода	66-67 66-67	100-180	62-65
9X1	600-650	820-850	Масло	61-63	160-180	59-61
X	650	840-860	Масло	62-63	130-150 170-210	62-65 58-60
9ХС	650-700	840-860	Масло	62-63	180-250	58-62
12X1	650-700	850-870	Масло	63-65	120-130	62-65
9ХВГ	650	820-840	Масло	64-66	160-180 170-230 230-275	64 60-62 56-60
ХВГ	650-700	830-850	Масло	62-63	150-200 200-300	62-63 58-62
ХВСГ	650-700	840-860	Масло	62-63	140-160	60-62
Х6ВФ	650-700	980-1000	То же, горячие среды	63-65	150-170 280-300	62-63 56-58

Назначение легированных инструментальных сталей:

Сталь	Назначение
7ХФ	Деревообрабатывающий инструмент (топоры, долота, зубила), круглые и ленточные пилы со сплющенными и разведенными зубьями, инструмент для чеканки
8ХФ	Ножи для холодной резки металла, обрезные матрицы и пуансоны, кернеры, штемпели
9ХФ	Рамные, ленточные, круглые, строгальные пилы, ножи, обрезные матрицы и пуансоны для холодной обрезки заусенцев, кернеры, штемпели
11ХФ	Метчики и другие режущие инструменты диаметром до 30 мм, закаливаемые в горячих средах, хирургические инструменты, штампы для холодной штамповки, пуансоны, калибры
13Х	Вместо стали У13, У13А для мелких инструментов диаметром 1- 15 мм, чтобы иметь возможность проводить закалку в масле; для инструментов диаметром до 30-35 мм (при закалке в воду) получают более глубокий закаленный слой, чем у стали У13, У13А; назначение то же, что и у стали У13, У13А (см. табл. 6)
ХВ4	Инструменты для чистового резания твердых материалов (отбеленный чугун, валки с закаленной поверхностью) с небольшой скоростью, граверный инструмент, прошивные пуансоны
В2Ф	Ленточные пилы по металлу, ножовочные полотна
9X1	Деревообрабатывающий инструмент, валки холодной прокатки, клейма, пробойники, холодновысадочные матрицы и пуансоны
X	Токарные, строгальные и долбежные резцы, работающие при небольших скоростях резания; зубила, гладкие цилиндрические калибры и кaлибeрные кольца
9ХС	Сверла, развертки, метчики, плашки, гребенки, фрезы; машинные штемпели; клейма; деревообрабатывающий инструмент
12X1	Измерительные инструменты (плитки, калибры, шаблоны)
9ХВГ	Резьбовые калибры сложной формы, штампы для холодного деформирования сложной формы, которые при закалке не должны подвергаться значительным объемным изменениям и короблению
ХВГ	Режущие и измерительные инструменты, в том числе крупных сечений, для которых повышенное коробление при закалке недопустимо (протяжки, длинные метчики и развертки, плашки, резьбовые калибры; деревообрабатывающий инструмент; ножи для бумажной промышленности; холодновысадочные матрицы и пуансоны)
хвсг	Инструмент для ручной работы (плашки, сверла, развертки, гребенки, штемпели, клейма); холодновысадочные матрицы и пуансоны; деревообрабатывающий инструмент; ножи для бумажной промышленности
Х6ВФ	Дереворежущий фрезерный инструмент, ручные ножовочные полотна, резьбонакатной инструмент, матрицы и пуансоны холодного деформирования