Инструменты, которыми пользуются люди в быту, инженеры и технологи на производствах: измерительные приборы, литейные пресс-формы, шаблоны и заготовки, – все они изготавливаются не из обычного металла, а из специальной стали. Этот материал так и называется – инструментальная сталь. В чем ее особенности и почему некоторые приборы нельзя делать из обычного металла, мы и разберем в этой статье.
Конструкционные и инструментальные стали: в чем отличия
Сталь – самый востребованный материал для изготовления различных изделий, использующихся в быту и промышленности. Она представляет собой сплав железа или углерода, содержащих добавки.
Различают конструкционную и инструментальную стали: из первой делают сварные конструкции, рельсы, болты и прочее. Вторую используют для изготовления измерительных приборов, режущих инструментов.
Читайте также: Медицинская сталь: почему ее не существует и из каких сплавов на самом деле делают хирургические инструменты
В конструкционных сталях в качестве примесей могут содержаться фосфор и сера, высокое содержание которых делает металл хрупким. Чем меньше в сплаве этих добавок, тем лучше.
В инструментальной стали таких примесей не бывает – только легирующие добавки. Кроме того, такой металл – это особый сплав с высоким содержанием углерода (от 0,7%).
Углеродистые и легированные инструментальные стали
Инструментальные стали подразделяются на углеродистые и легированные. Изготавливают их по ГОСТу, причем для каждого сорта металла он свой. Например, для углеродистых – это ГОСТ 1435-74, для легированных – ГОСТ 5950-73 или 5950-2000. Сортамент продукта тоже должен соответствовать ГОСТ.
Любое несоответствие материала заданным параметрам приведет к ухудшению его эксплуатационных качеств.
В чем отличия между этими видами материалов?
Углеродистые стали при нагревании утрачивают часть прочности. Поэтому они годятся только для изготовления инструментов, которые работают на небольших скоростях или при простых условиях резания, чтобы температура нагревания детали не превышала 200 °C. Из таких сталей делают напильники, метчики, сверла. А еще углеродистая сталь имеет низкие показатели свариваемости, поэтому ее не используют для изготовления сварных конструкций.
Легированные инструментальные стали благодаря дополнительным компонентам можно использовать для изготовления инструментов. Свойства материала зависят от того, какие добавки входят в состав сплава:
- Вольфрам обеспечивает теплостойкость, придает высокую твердость материалу.
- Хром повышает коррозионную устойчивость, плотность, снижает пластичность.
- Кобальт усиливает жаропрочность и вязкость стали.
- Никель повышает прочность и пластичность.
- Молибден также повышает прочность, упругость, стойкость к повышенным температурам.
- Ванадий повышает прочность, твердость, износостойкость.
В сплав может входить не один, а несколько дополнительных компонентов. Поэтому можно получить материал, который будет соответствовать нужным характеристикам:
- хорошая обрабатываемость резкой;
- свариваемость;
- устойчивость к нагреванию;
- пластичность;
- устойчивость к появлению трещин.
Из легированных инструментальных сталей делают плашки, сверла, фрезы, метчики.
Легированные стали тоже подразделяются на разновидности:
- Быстрорежущие – стали, содержащие в составе вольфрам, ванадий и кобальт. Может присутствовать и хром, но его ничтожно мало в этих металлических смесях (до 3–4%).
- Валковые – относятся к сложнолегированным материалам. Они хорошо прокаливаются, не подвержены деформации, хорошо шлифуются. Из них делают шестерни, пилы, ножи для резки металла.
Отличия в свойствах инструментальных сталей
Свойства сталей зависят от того, что входит в состав сплава.
В зависимости от этого инструментальные стали делят на группы. Их всего 5:
- Высокотвердые, теплостойкие и износостойкие – быстрорежущие легированные стали, в которых высокое содержание легирующих элементов, а также сплавы с содержанием углерода больше 3%. К таким, например, относятся марки 10Р8М3, 4Х5МФС и 4Х2В5МФ.
- Высокотвердые и вязкие, нетеплостойкие – содержат небольшое количество легирующих добавок и среднее количество углерода (7ХФ, 6ХВ2С, Х7). Отличаются невысокой прокаливаемостью.
- Износостойкие, высокотвердые и средней теплостойкости – содержат 2–3% углерода, а в качестве легирующей добавки используется хром (5 до 12%). К таким относится инструментальная сталь марок 9ХФ, 5ХГМ, Х12М, 9ХС.
- Теплостойкие и вязкие – стали, содержащие хром, молибден, вольфрам и среднее количество углерода. К таким можно отнести марки 3Х7В7С, 4Х5В5М, 6ХВ2С.
Важные параметры инструментальных сталей – их прочность, твердость. Так, высокотвердые стали не используют для изготовления деталей, которые будут подвергаться ударным нагрузкам, потому что такие сплавы хрупкие и они попросту не выдержат ее.
Читайте также: Как делают металлический прокат на производстве: особенности ленточнопильной резки
Маркировки инструментальных сталей
Инструментальные стали имеют буквенно-числовую маркировку. Она показывает, к какому виду принадлежит материал, а также то, какие примеси могут содержаться в сплаве и в каком количестве.
Например, марка У8ГА – означает, что это углеродистая сталь, содержащая 0,8% углерода и марганец в качестве легирующего компонента. Последняя буква А в маркировке говорит о том, что это высококачественный материал.
Где применяют инструментальные стали
Основное назначение материала – изготовление инструментов. Из инструментальной стали делают строительные и монтажные инструменты – молотки, стамески, напильники. Сплавы незаменимы при изготовлении лезвий, ножей, хирургических и гравировальных инструментов.
Читайте также: Как люди придумали инструменты из металла
Именно из инструментальных сталей делают детали для измерительных приборов – они гарантируют точность получаемых данных. Из них изготавливают различные прессы и штампы – углеродистая сталь очень прочная, другой материал не сможет выдерживать такие нагрузки.
Подписывайтесь на канал, если хотите знать о металлургии и металлических изделиях еще больше.
«Новаметалл Трейд» – один из ведущих производителей металлопроката и металлических изделий в России. На рынке с 2010 года.
В статье использованы изображения сервиса «Яндекс.Картинки».
