Инструментальная углеродистая сталь. Состав и применение

Изделия из этого материала получаются прочными, стоят дёшево, а в химический состав не входят вредные легирующие элементы. Материал можно описать следующим способом: состав стали состоит на 70% из углерода, а высокие показатели достигаются за счёт термообработки.

Основные характеристики

Сегодня металлургия выпускает сталь в достаточно больших объёмах. Так как это главный тип конструкционных материалов. Процент сплавов, которые содержат в составе легированные элементы, составляет 10%. Остальная часть приходится на конструкции и изделии из обычной углеродистой стали.

Если говорить об основных достоинствах инструментальной стали, то к ним относят следующие виды.

1. Высокая твёрдость. Показатель варьируется от 60 до 65 единиц по шкале Роквелла.
2. Высокая глубина проникновения закалённой зоны.
3. Сохранение своих свойств, при повышении температуры воздействия на металл.
4. Низкая привариваемость обработанной детали.
5. Возможна обработка с помощью резки.
6. Можно получить заготовки при помощи плавления стали.
7. Высокая сопротивляемость в процессе обезуглероживания.

Достоинством такого вида металла является низкая ценовая категория, достаточно лёгкая резка после стадии отжига и умеренная твёрдость. Чтобы повысить механические свойства материала, для этого используют различного характера термообработку. На первом месте - это закалка в соляном растворе или воде при температуре 820°С. После чего применяют низкий отпуск. Это позволяет значительно снизить внутреннее напряжение металла.

Недостаток такой стали - маленький круг температур, которые применяют во время закаливания. Чаще всего это приводит к деформации стали во время термической обработки.

Методы производства

Наиболее производительный, экономически выгодный и неизменный принцип производства углеродистой инструментальной стали – это кислородно-конвертерная технология. Изготовленная продукция таким методом становится прочной и обладает всеми необходимыми качествами.

Существуют и другие способы. Например, плавка в мартеновских и электрических печах. В таких методах должны применяться конвертеры бессемеровского типа.

Изготовление инструментальной стали таким путём имеет отличительные особенности. В частности высокую производительность.

К сожалению у метода некоторые недостатки.

1. Из полученного металла трудно избавиться от всех примесей неметаллического происхождения. Это в свою очередь ведёт к снижению плотности, прочности и быстрому старению сплава.
2. В бессемеровских сталях, также присутствует много фосфора и серы, избавиться от которых полностью проблематично. Это нужно делать путём изготовления материала кислородно-конвертерным способом.

Применение данной технологии позволяет произвести сталь с невысоким содержанием азота и других газообразных включений.

В мартеновских печах происходят другие процессы. Это даёт возможность получить схожие свойства. Только данный метод отличается одним значительным недостатком – длительное изготовление. Для производства необходимо будет потратить около 11 часов. Это в свою очередь отрицательно сказывается на экономической целесообразности по отношению цена-качество. Кроме того, данный способ наиболее затратный.

Применение

Инструментальные углеродистые стали – это один из самых доступных по цене видов сплавов. Связано это с тем, что материал имеет ограничение по глубине проникновения закалённой зоны.

Применение материала зависит от химического состава углеродистых инструментальных сталей. Его применяют для режущих, измерительных инструментов и штамповке.

Область применения сплава:

• инструменты по дереву;
• пневматические инструменты;
• пресс-формы для литья;
• калибры;
• высококачественные детали;
• игольные проволоки;
• изделия с высокой точностью и так далее.

Инструментальные углеродистые стали используют для производства качественных изделий. Их применяют в условиях, которые не вызывают критического повышения температуры рабочей кромки при малых скоростях обработки. Также, если углеродистая сталь не подвергается разогреву при эксплуатации. Для изготовления деталей наиболее подходящий маркой будет являться У7 или У7А. Для изготовления инструментов режущего и иного вида – У10 или У12.

Классификация

При нагревании углеродистая сталь теряет свои свойства, а именно прочность. Поэтому сплав отлично подходит для производства инструментов, которые работают на низких скоростях. Кроме того, материал подходит для простых работ, если температура разогрева не превышает 200 градусов. Стоит учесть ещё один момент. Углеродистая сталь имеет плохую свариваемость. Поэтому металл не подходит для сварочных работ по металлу. Данный тип материала подразделяется на виды: легированные и быстрорежущие.

По виду

Легированный материал, как и углеродистый непригоден для использования сварных конструкций. Если сравнивать эти два вида, то первый вариант обладает наибольшей толщиной прокаливаемости и намного меньше склонности к перегреву. Это значительно снижает проявление дефектов. Например, трещин, которые образуются в процессе термической обработки изделия. Кроме того, это влияет на минимальные значения к размерам инструмента, которые могут составлять от 12 до 40 мм.

Для изготовления метчиков, напильников и подобных инструментов размерами от 1 до 15 мм, рекомендуется использовать низколегированный материал марок 11Х и 13Х. Наибольшей красностойкостью и температурой термообработки 250°С обладают материалы 9ХС и ХВГС. Такие типы применяют для изготовления гребёнки, плашек и так далее, габаритами до 80 мм.

Быстрорежущая сталь в своём составе отлично подходит для производства режущих инструментов, которые в процессе трения могут нагреваться до температуры 650°С. Стоит отметить, что при этом не возникает деформация сплава и не теряется твёрдость.

Также необходимо выделить тот факт, что данный вид отлично контактирует со сварочным материалом. Сплав отличается от других видов своей высокой красностойкостью. Материал не теряет свои механические свойства при нагревании до 650°С. Это приводит к тому, что скорость резки увеличивается в 5 раз, а долговечность в 32 раза. Термообработка данного вида сплава состоит из закалки, которое происходит при температуре 1250°С и многократного низкого отпуска, при температуре 350°С. Если указанные режимы будут превышены, то это приведёт к изменению механических свойств. Изделия станут хрупкими. Нередко для повышения коррозионностойких характеристики применяют обработку паром.

По производству

Инструментальная углеродистая сталь обладает своими характеристиками и качествами. По этим свойствам и происходит подразделение.

Выделяют пять групп сталей:

• вязкие и теплостойкие;
• нетеплостойкие, высокотвердые и вязкие;
• теплостойкие, высокотвердые и износостойкие;
• среднетеплостойкие, твёрдые и износостойкие;
• нетеплостойкие и твёрдые.

Не менее важным показателем является степень твёрдости. Стали с высокими характеристиками не используют для производства инструментов, которые в дальнейшем будут работать с сильными ударными нагрузками. Так как сплав имеет небольшую вязкость и высокий уровень хрупкости, что в будущем приведёт к поломке инструмента. Отличие между сплавами также бывает по уровню прокаливаемости. Различают повышенную, высокую и низкую.

Вывод

Инструментальная углеродистая сталь находит широкое применение во всех сферах деятельности человека. Это один из самых доступных по ценовой категории материал. В составе содержится достаточно большое количество углерода. Благодаря чему, ключевыми характеристиками материала являются прочность и твёрдость. В зависимости от типа производства, выбирают сталь, которую относят к определённому классу и классифицируют по виду, технологии, маркировке.