Какая сталь лучше углеродистая или инструментальная

Обновлено: 07.01.2025

Известно, что нож всегда был спутником человека (помните об этом, отвечая на вопрос - зачем тебе нож?)). Также известно, что первые люди изготавливали ножи, откалывая и отслаивая кусочки камня, чтобы получить режущую кромку. Иногда они прикрепляли эти кусочки к деревяшке, чтобы получить копье или топор.

Естественно, со временем человек открыл новые и лучшие материалы для изготовления ножей. По мере развития технологий совершенствовались и ножи. Камень стал медью. Затем в ход пошли бронза, сплав меди и олова. Затем в ход пошло железо. Затем сталь, сплав железа и углерода. В некоторых частях света для изготовления ножей использовали даже экзотические материалы, такие как осколки метеорита. Приобретая новый нож, вы хотите принять взвешенное решение, независимо от того, планируете ли вы использовать этот инструмент для выполения хозяйственных работ, выживания, решения секретных тактических задач. В следующем материале мы расскажем о деталях, которые вам необходимо знать.

При выборе различных характеристик для клинков ножей, вам может потребоваться рассмотреть несколько различных атрибутов. Например, улучшение одного атрибута обычно ухудшает другой. Также важно иметь в виду, что ни одна сталь для ножей не справляется со всеми задачами. Как правило, стали, предназначенные для удержания кромки, становятся более хрупкими. Сталь, предназначенная для рубки, часто обладает меньшей коррозионной стойкостью. Иногда имеет смысл носить с собой более одного ножа (резать, рубить или колоть). Учитывая это, ниже приведены свойства сталей и их описания.

Твердость:
Это, возможно, самое частое, что вы слышите. Твердость в ножевых сталях соотносится с прочностью. Она представляет собой способность сопротивляться деформации и измеряется по шкале Роквелла С (HRC). Большинство ножевых лезвий попадают в диапазон от 56 до 60. Чем тверже сталь, тем труднее ее затачивать.

Вязкость:
Этот показатель используется для описания способности противостоять повреждениям, таким как сколы и трещины. Лезвие со сколом не так-то просто вернуть в обычное состояние. Твердость и вязкость прямо противоположны друг другу. В общем, чем тверже сталь, тем менее прочной (или более хрупкой) она может быть. Высокоуглеродистые стали компенсируют этот баланс, жертвуя некоторой коррозионной стойкостью.

Износостойкость:
Это сопротивление истиранию (а также адгезии). Этот показатель обычно коррелирует с твердостью. Чем тверже сталь, тем меньше она изнашивается, хотя легирующие материалы (для не твердых сталей) вносят большой вклад в это свойство.

Коррозионная стойкость:
Это способность противостоять ржавчине, вызванной воздействием окружающей среды, такой как влажность, влага и соль. Это свойство оказывает наибольшее влияние на общие характеристики кромки, поскольку легирующий материал (хром) может снизить прочность и способность удерживать острую кромку. Настоящее нержавеющее лезвие имеет содержание хрома не менее 14%. D2 является примером полунержавеющего лезвия с содержанием хрома 12%, в то время как такая сталь, как M4, далека от нержавеющей - 4% (ее часто называют инструментальной или высокоуглеродистой сталью).

Сохранение кромки:
Наконец, свойство, присущее самому инструменту, - сохранение кромки - это способность кромки ножа сохранять свою остроту при использовании. Это баланс между другими свойствами и определением того, как вы будете использовать нож. Это определит, какие свойства важны при выборе материала для ножа.

Интересно, что кромка состоит из крошечных, очень твердых стеклоподобных структур, называемых карбидами, которые обнажаются при заточке и создают микроскопический "лес" зубьев. 3D-изображение поперечного сечения этой структуры похоже на палочки для пикировки. Для получения наилучшей режущей кромки современные стали пытаются создать сбалансированный продукт с наибольшим количеством непересекающихся карбидов. Это подводит нас к следующей теме - общие типы сталей.

Сталь, используемая для изготовления лезвий ножей, делится на три общие категории: инструментальная сталь, углеродистая сталь и нержавеющая сталь.

Инструментальная сталь

Эта сталь - закаленная легированная сталь, которая используется в режущих инструментах, гаечных ключах и, конечно, в лезвиях наших карманных ножей. Молибден, вольфрам и другие легирующие элементы придают этой стали прочность, твердость и износостойкость.

Углеродистая сталь

Этот тип стали назван по количеству углерода в сплаве (низкое, среднее или высокое). Углерод хорошо закаляется, поэтому из этой стали изготавливают лезвия для тяжелых работ, например, топоры и мачете. Высокоуглеродистая сталь также часто используется для изготовления ножей, поскольку она хорошо держит кромку и легко затачивается. Недостатком является то, что ножи из этого материала требуют более тщательного ухода, поскольку они не так хорошо противостоят коррозии, как нержавеющая сталь.

Нержавеющая сталь

Эта сталь - один из самых популярных видов стали для клинков ножей. Добавление не менее 14% хрома помогает этой стали противостоять коррозии. Однако в определенных условиях они окрашиваются и не держат такую острую кромку, как высокоуглеродистая сталь.

Современный метод получения стальных сплавов называется порошковой металлургией. Расплавленная сталь распыляется в жидкий азот, в котором сталь мгновенно замораживается. Затем порошок очищается, сортируется по размеру (удаляются крупные частицы и загрязнения), а идеальный порошок спекается (нагревается до температуры чуть ниже точки плавления) в горячем прессе высокого давления для затвердевания стали. Лезвия из сплава, изготовленные таким способом, обладают превосходной способностью удерживать кромку. Совсем недавно многие современные производители сталей усовершенствовали этот процесс, создавая порошковые стали в криогенных камерах.

Из чего еще можно изготовить лезвие ножа?

Экзотические материалы

Наконец, у нас есть экзотические материалы. Некоторые нестальные материалы, такие как керамика и титан, также используются для изготовления лезвий ножей, как и кустарный дамаск и сан-май, которые представляют собой ламинированные или слоистые стали.

Керамические лезвия

Керамические лезвия изготавливаются путем обжига и прессования порошкообразного диоксида циркония. Они прекрасно держат кромку и не ржавеют, но их недостатком является хрупкость. К тому же, они легче скалываются и ломаются.

Титановые лезвия

Титан - металл, который принято считать экзотическим материалом для лезвий ножей. Более прочные, легкие и устойчивые к коррозии, ножи из титана могут быть также дорогими, но они являются популярным выбором для ножей для дайвинга. Они отлично держат кромку, но обычно их приходится подтачивать, а не затачивать традиционными способами.

Дамасская сталь

Мастера создают дамасскую сталь, узорчатую сталь, путем сваривания молотом полос стали и железа с последующим многократным нагревом и ковкой. Сегодня большинство мастеров выбирают для изготовления узорчатой стали два-три сплава, которые хорошо сочетаются друг с другом. Сварка различных сплавов смешивает качества этих сплавов вместе, и эти различные сплавы могут способствовать абразивному, пилящему действию лезвия, действуя как микросеррейтор. Часто такие ножи являются предметом коллекционирования.

Большинство настоящих дамасских ножей изготавливаются из высокоуглеродистой стали и более подвержены ржавчине. В последние годы такие компании, как Damasteel, создали нержавеющий порошковый дамаск, который лучше соответствует потребностям пользователей, использующих нож ежедневно.

Сан-май - это японский термин, означающий три слоя. Чтобы создать сан-май, вы создаете "стальной сэндвич", сваренный вместе с помощью кузнечной сварки, подобно дамасской стали, но без многократного складывания. Часто сан-май состоит из высокоуглеродистой (более твердой) сердцевины, зажатой между двумя низкоуглеродистыми (более мягкими) внешними слоями, создавая прочное, но гибкое оружие для самурая или высококлассный поварской нож.

Суперстали

Существуют стали, которые относятся к категории "суперстали". К суперсталям относятся не только порошковые стали, но и стали нового поколения, такие как M390, S90V и 20CV.

Покрытия и отделка лезвий

Самым ранним видом покрытия была "воронение". Это процесс, который помогает защититься от коррозии. При хорошем исполнении он также позволяет получить великолепный цветовой рисунок.

Причин для нанесения покрытия на лезвия в наши дни множество: улучшение эксплуатационных характеристик, внешнего вида или свойств самого покрытия. Тефлоновые покрытия черно-земного цвета существуют для военных применений, а некоторые порошковые покрытия создают лучшую текстуру для специальных работ или лучшей коррозионной стойкости.

Какая сталь лучше?

Не существует "лучшей" стали для лезвия ножа. Вместо этого выбирайте нож по его назначению. Примите во внимание предполагаемое использование вашего ножа. Выбор материала для лезвия зависит от его использования.

Хотя высокоуглеродистая сталь очень острая, вы должны тщательно следить за ее чистотой и сухостью. Кроме того, ее необходимо часто смазывать маслом.

Если это будет ваш нож для подводного плавания, то коррозионная стойкость будет иметь первостепенное значение.

Вы много ходите по тропам каждое лето, вырубая подлесок, чтобы найти идеальное место для кемпинга? В этом случае прочность - это то, что вам нужно.

Если это ваш нож EDC (повседневного ношения), и вы используете его для таких задач, как вскрытие упаковок, обрезание нитки на рубашке или обрезка ветки, вам нужен нож, который хорошо держит кромку, но легко затачивается.

Не зацикливайтесь на поиске лучшего типа стали для конкретного применения. Современные производители стали создают запатентованные смеси сплавов, а ножевые компании манипулируют используемой сталью, закаляя ее путем термообработки и отпуска, а иногда используя специальные виды отделки, чтобы придать клинкам нужные им качества. Таким образом, клинок, изготовленный из одной и той же стали двумя разными ножевыми компаниями, может иметь совершенно разные свойства, особенно в плане легкости заточки. К счастью, большинство производителей ножей указывают качества каждой модели на своем сайте или в каталоге.

В действительности, большинство современных сталей работают достаточно хорошо, чтобы начинающий покупатель ножа обращал больше внимания на то, как нож управляется, и на его предполагаемое использование. Форма клинка (и рукоятки) также играет большую роль в определении характеристик ножа.

Ознакомьтесь с доступными типами материалов лезвия, а затем возьмите нож в руки. Он должен хорошо лежать и ощущаться в руке, пока вы пантомимой показываете движения, для которых вы будете его использовать. А затем откиньтесь назад и наслаждайтесь ножом. и подумайте о том, как далеко шагнули технологии.

Конструкционные, инструментальные и стали спец.назначения

В предыдущей статье мы разобрали виды стали по химическому составу: легированные и углеродистые сплавы. Сегодня речь пойдет про применение или назначение металлических материалов из стали. Литейные железоуглеродистые стали различаются не только по составу, но и по эксплуатационным характеристикам. Так, в зависимости от области применения, стальные сплавы разделяют на три назначения:

конструкционные: строительные и машиностроительные;
инструментальные;
специального назначения.

Конструкционные стали дополнительно делятся на строительные и машиностроительные.

Классификация по области применения неразрывно связана с распределением углеродистых и легированных сталей по качеству сплава. В чем отличие и как разобраться в видах?

Конструкционные стали

Конструкционная легированная и углеродистая сталь применяется в отраслях машиностроения, при изготовлении конструкций для строительных и крепежных работ, в профильном и листовом прокате, при изготовлении трубопроводной арматуры и деталей трубопровода и т.д.

В конструкционных углеродистых сталях общее содержание углерода до 0,6% (но в некоторых случаях до 0,85%). Углеродистые стали делят на сталь обыкновенного качества по ГОСТ 380-05 и сталь качественную по ГОСТ 1050-88. Качественную сталь применяют при изготовлении изделий, требующих от материала большей пластичности, работы в условиях повышенного давления, в условиях ударопрочности и др. Отличаются между собой в большей прочности, пластичности и сопротивляемости ударным нагрузкам.

Сталь обыкновенного качества. Можно встретить обозначения по степени раскисленности, сталь может быть кипящей «кп», полуспокойной «пс» и спокойной «сп». Буквенно-цифровое обозначение в маркировке варьируется от ст Ст0 до Ст6. Цифры - порядковый номер, указывают содержание углерода.
Например: Ст4, Ст2.
Качественная сталь. Цифры в обозначении стали выражают содержание углерода в сотых долях процента.
Например: Сталь 20, Сталь 45

Конструкционные легированные стали относятся к ГОСТ 4543-16. Свойства таких сталей указываются в маркировке. На первом месте стоит численное содержание углерода в сплаве. Буквы отвечают за обозначения легирующих элементов, а последующие числа - процентное содержание этих легирующих элементов. Числа могут совсем отсутствовать в маркировке и пишут только буквы, тогда эту информацию можно расшифровать, как процент легирующих элементов содержится в количестве 1,0 – 1,5%. Буква «А» в конце маркировки указывает, что данная сталь является высококачественной. Например: 13ХФА, 30ХМА, 40Х.

Конструкционные стали делятся на строительные (низкоуглеродистые, низколегированные) и машиностроительные (средне- и высокоуглеродистые). Малоуглеродистые стали отличаются хорошей свариваемостью и чаще всего их применяют для сварки строительных конструкций. В машиностроительных сталях хорошо сочетается прочность, ударная вязкость, пластичность, износостойкость. Из самого названия можно легко догадаться - такие стали применяют для различных деталей машин.

Инструментальные стали

Дополнительным разделением сталей является инструментальные свойства. Такие стали разделяют на две группы по предназначению: изготовление режущего (отрасль металлорезки, измерительные конструкции, хирургические инструменты и т.д.) и штампового инструмента (горячая и холодная штамповка, прессы, прокатные валы и т.д). После термической обработки (закалка и отпуск), такие стали обладают высокой твердостью и прочностью. Готовые инструменты: штангенциркули, зубилы, сверла, нутромеры и т.д.

Инструментальная углеродистая сталь по ГОСТ 1435, на первом месте маркировки в численном выражении указывает содержание углерода от 0,7 до 1,4%. Встречается качественные (от У7 до У13) и высококачественные сплавы (от У7А до У13А). Содержание углерода в десятых долях процента указывается в цифрах. По аналогии с конструкционными легированными сталями, индекс «А» в конце обозначения информирует, что перед вами высококачественная инструментальная углеродистая сталь.

Легирующие добавки в инструментальных легированных сталях всегда высокого качества, зачастую это дефицитные элементы, например кобальт, вольфрам, титан. В маркировке подобного вида стали нет необходимости указывать индекс «А» - сплав по умолчанию высококачественный. На первом месте в маркировке может отсутствовать численное обозначение, в таком случае расшифровывается так: содержание углерода в стали примерно входит в 1%. Следом буквы и цифры указывают содержание легирующих элементов в целых процентах.

Углеродистые и легированные стали специального назначения

Особое назначение в сталях обусловлено наличием как специальных элементов в сплавах, так и прочими химическими свойствами, такими как: нержавеющие (коррозионно-стойкие), жаропрочные и жаростойкие (окалиностойкие), кислотостойкие и др. Например, такие сплавы используют в средах с повышенными агрессивными свойствами, стойкостью к радиации или с электротехническими качествами.

— Осколкова Анастасия, контент-менеджер «ОНИКС»
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Основные марки и категории инструментальных сталей

В его состав стали могут входить различные легирующие добавки — марганец, свинец, хром, никель, фосфор и другие. Главной функцией легирующих добавок является улучшение свойства материала — повышение прочности, снижение коррозийного потенциала, улучшение электропроводности. Особое положение занимают так называемые инструментальные стали, из которых делают различные детали и инструменты (топоры, иголки, зубила, кувалды, молотки и так далее). Но какими физико-химическими особенностями обладают инструментальные стали? Как их производят? И какие существует основные марки таких сталей?

Основные особенности

Инструментальная сталь — это такая сталь, в состав которой входит не менее 0,7% углерода. В ее состав могут входить и некоторые другие легирующие компоненты (свинец, хром, алюминий, никель, фосфор). Однако их содержание в большинстве случаев невелико — менее 0,1%. Так как инструментальные стали содержат повышенное количество углерода, их очень часто называют углеродистыми. Подобное терминологическое словоупотребление не совсем корректно с точки зрения ГОСТ, однако обыкновенные люди часто используют такое название на бытовом уровне.

Качественные сплавы. Главный критерий — низкое содержание серы (до 0,03%) и фосфора (до 0,035%). Низкая концентрация легирующих веществ делает сплав твердым и прочным. Детали из этого сплава не ломаются, не деформируются, сохраняют форму при ударе и нагреве. Качественные сплавы не имеют специальной маркировки в виде буквы А в конце буквенно-числового обозначения стали.
Высококачественные сплавы. Главный критерий — сверхнизкое содержание серы (до 0,02%) и фосфора (до 0,03%). По физико-химическим свойствами высококачественные сплавы повторяют просто качественные. Но за счет более низкого содержания легирующих добавок высококачественные сплавы обладают более высокой прочностью, не ржавеют, не гнутся при нагреве и так далее. Высококачественные сплавы имеют специальную маркировку в виде буквы А в конце буквенно-числового обозначения марки стали.

Сплав инструментальных сталей высокопрочный. Поэтому из него часто делают различные инструменты. Это молотки, отвертки, пилы, оборудование для механических или электронных устройств. За счет прочности сплава инструменты сохраняют свою форму даже при длительной эксплуатации. Чистые инструментальные сплавы обладают пониженными антикоррозийными свойствами, поэтому в состав многих сплавов добавляют легирующие добавки, снижающие коррозийную активность материала. В качестве легирующих добавок применяют хром, вольфрам, алюминий и другие вещества.

Виды углеродистой стали

Инструментальные углеродистые стали стандартного типа. Отличаются средним или высоким содержанием углерода (более 0,7%) и низким содержанием легирующих добавок (суммарно менее 1%). Обладают неплохими физическими свойствами — высокая прочность, устойчивость при ударе или деформации, химическая инертность, низкий коррозийный потенциал. Применяются для изготовления ручных, механических и электронных инструментов.
Легированные. По составу похожи на предыдущую марку, однако содержат повышенное количество легирующих добавок. Содержание легирующих веществ от 1 до 20%. В качестве дополнительных компонентов чаще всего выступают хром или вольфрам. Эти добавки улучшают антикоррозийные свойства материала, что хорошо сказывается на сроке годности деталей. Также в металл могут вноситься и другие добавки — алюминий, марганец, кремний, медь, азот, кобальт, бор, никель. Их назначение — увеличение пластичности, повышение прочности, снижение электрического потенциала, снижение магнитных свойств.
Быстрорежущие. Представляет собой особую разновидность легированного сплава, который прошел специальную финальную обработку. Основные легирующие добавки — углерод (0,7-1,5%), хром (3-4%), вольфрам (0-18%), молибден (0,5-6%), кобальт (0-9%). Материал обладает высокой прочностью и прекрасно сохраняет форму при физической деформации, ударе или высокотемпературном нагреве. Поэтому из него делают различное режущие оборудование — дисковые пилы, ножи, лезвия, хирургические инструменты. Материал проходит многократную закалку, отпуск, что усложняет его производство, увеличивает себестоимость.
Валковые. Материал содержит ряд легирующих добавок (алюминий, кремний, ванадий), улучшающих прочность и пластичность металла. Валковую сталь обычно выплавляют в виде длинных пластин или листов, которые потом нарезаются на нужные детали. Сфера применения — изготовление опорных, прокатных, листовых валков. Также из валковых материалов делают небольшие плоские инструменты для резки металла — обрезные матрицы, пуансоны, ножи, рамные пилы. На финальном этапе обработки материал может проходить отпуск или закалку в цехах для улучшения физических свойств металла.
Штамповые. Материал содержит среднее количество углерода (от 0,7 до 1,5%) и небольшое количество легирующих добавок (алюминий, хром, никель, марганец). Главное отличие материала заключается в том, что на финальном этапе выплавки материал проходит штамповку. Это обуславливает ряд физических свойств материала — повышенная устойчивость, минимальный риск образования трещин, высокая теплопроводность, устойчивость к образованию окалины. На этапе выплавки материал отличается высокой вязкостью, однако после застывания он становится прочным и однородным. Высокая вязкость при нагреве позволяет упростить процедуру штамповки, а также улучшает теплопроводность металла после остывания.

Марки и категории

Различают множество категорий инструментальных сталей — У7, У7А, У8, У8ГА, У9 и другие. Самые используемые материалы марок У7А, У8, У8А и У9, поскольку они отличаются высокой прочностью, устойчивостью к нагреву, не деформируются при ударе. Марки У10 и выше также отличаются хорошей прочностью, однако они становятся пластичными при длительном контакте с высокими температурами, что снижает их универсальность. Основные марки инструментальных сталей:

Категория	Марки	Физические особенности
Углеродистая, стандартная	У7, У7А	Марки отличаются хорошей прочностью, низкой электропроводностью, низким риском коррозии. Подходят для производства деревообрабатывающих инструментов — топоры, стамески, долота. Также могут применяться для изготовления зубил, иголок, плоскогубцев, кусачек, молотков, ручных пил, крючков.
Углеродистая, повышенной прочности	У8, У9 + подвиды	Марки обладают повышенной прочностью, но хуже переносят локальный или общий нагрев. Поэтому их используют для производства деревообрабатывающего оборудования — топоры, стамески, станковое оборудование, пилы, ролики. Также могут применяться для производства мелких деталей, которые не будут подвергаться нагреву — запчасти для часов, иголки, крючки, заклепки, гвозди, болты, шурупы.
Углеродистая, стандартной или повышенной прочности, с легирующими добавками или без них	У10, У11 + подвиды	Марки хорошо выдерживают деформацию и локальный нагрев до невысоких температур, отличаются пониженным риском коррозии. Легирующие добавки могут улучшать физические свойства марок (устойчивость к нагреву, пониженный риск коррозии, повышенная пластичность). Основные запчасти — сверла, ленточные пилы, фрезы, ролики, шаберы, напильники. Некоторые марки применяются для изготовления медицинского оборудования, деталей для электронных инструментов.
Углеродистая, повышенной или стандартной прочности, без легирующих добавок	У12, У12А	Марки относятся к категории грубых сталей, отличающихся пониженным классом точности. Сфера применения — производство прочных запчастей или деталей, которые не будут нагреваться до средних, высоких температур. Примеры запчастей — резцы, молотки, топоры, ручные пилы, напильники.
Углеродистая, стандартной или повышенной прочности, без легирующих добавок	У13, У13А	Марки относят к группе грубых сталей, которые становятся пластичными при нагреве. Обладают пониженным классом точности, поэтому эти марки используют для производства ручных обрабатывающих инструментов. Примеры — напильники, лезвия, надфили, инструменты для гравировки, хирургическое оборудование.

Особенности закалки, отжига

В первой ванне температура находится в пределах от 400 до 550 градусов. Металл сперва помещаются в эту ванну на срок не более 1 часа.
После равномерного обогрева запчасти деталь переносят в другую соляную ванну, где температура будет на 200-300 градусов выше.
После нагрева деталь вновь переносят в третью ванну, где температура составляет 1250-1300 градусов. В этой ванне проходит финальная закалка металла.

Ступенчатая закалка позволяет равномерно распределить мартенсит, аустенит по всему материалу, что благоприятно сказывается на его физических свойствах. Чтобы расплавить часть аустенита, нужно выполнить финальный отпуск в ванне, температура которой составляет не более 550 градусов. Отпуск рекомендуется повторять хотя бы 3 раза, чтобы снизить количество аустенита ниже критического уровня. Для дополнительной закалки можно также применять технологию обработки холодом. Для этого закаленный металл следует поместить в емкость с жидким материалом, температура которого составляет от -100 до -50 градусов. Низкотемпературная закалка выполняется в один этап, повторная закалка не требуется, что связано с особенностью расплава аустенита при низких температурах.

Несколько слов о маркировке

Все инструментальные стали имеют специальное буквенно-числовое обозначение. По ГОСТ этот код должен наноситься на все упаковки со стальными деталями, а в ряде случаев обозначение должно наноситься и на саму деталь. В случае транспортировки детали на территорию другого государства маркировка наносится в обязательном порядке. Также должны быть учтены государственные стандарты принимающей сторон. Скажем, государство может потребовать, чтобы помимо отечественной маркировки на нее наносился дополнительный код, соответствующий национальному законодательству.

Код ГОСТ имеет следующую структуру: X1 X2 Y Z. Расшифровка будет такой:

X1 — этот показатель отражает высокое содержание углерода в сплаве. Переменная X1 может принимать только одно значение — символ У. Так как инструментальные сплавы содержат повышенное количество углерода, то этот символ указывается всегда. Поэтому по факту у всех инструментальных сплавов код начинает с символа У.
X2 — этот показатель отражает концентрацию углерода в десятых долях процента. Минимальное значение, которое может принимать инструментальная сталь, равно 7 (что ясно из определения этой стальной марки). Формально значение X2 не ограничено, однако по факту содержание углерода в инструментальных сплавах редко составляет более 1,2%. Поэтому обычно переменная X2 находится в пределах от 7 до 12.
Y — этот показатель указывает на наличие легирующих добавок. Основная легирующая добавка — это марганец, из-за которой переменная может принимать значение Г. В качестве легирующих веществ могут также использоваться хром (символ X), вольфрам (символ В) и другие. Обратите внимание, что при отсутствии легирующих добавок переменная Y будет отсутствовать.
Z — этот показатель указывает на категорию сплава (качественная или высококачественная). Если сплав является высококачественным, то ставится буква А. Если сплав является просто качественным, то какие-либо символы не ставятся.

Скажем, у нас имеется деталь марки У8ГА. Символы У и 8 означают, что в состав материала входит повышенное содержание углерода, а точная концентрация углерода составляет 0,8%. Буква Г указывается на то, что в сплаве содержится марганец. Буква отражает тот факт, что сталь является высококачественной.
Теперь рассмотрим другой пример. У нас имеется сплав с маркировкой У12. Символы У и 12 указывают на то, что в составе сплава содержит углерод в концентрации 1,2%. Переменная Y отсутствует — это значит, что материал не содержит легирующие добавки в значительных количествах. Также у сплава нет буквы А в конце кода — это значит, что материал относится к категории качественных (но не высококачественных).

Заключение

Углеродистые инструментальные стали — стальной сплав, который содержит не менее 0,7% углерода. Материал обладает хорошими физическими свойствами — высокая прочность, хорошая пластичность, низкий риск коррозии, сохранение формы при ударе. Сплав обладает простой выплавкой, что хорошо сказывается на себестоимости материала. Чтобы улучшить свойства металла, в него добавляют различные легирующие добавки — хром, вольфрам, кобальт, алюминий и другие.

Сера и фосфор ухудшают физические свойства материала, поэтому их содержание должно составлять менее 0,03% для серы и менее 0,035% для фосфор. Если металл содержит до 0,02% серы и до 0,03% фосфора, то его называют высококачественным. Из инструментальных углеродистых сплавов делают различные инструменты — молотки, пилы, ролики, отвертки, кусачки и так далее. В зависимости от состава и способов обработки различают несколько категорий стали. Основные типы — стандартная сталь, легированная, быстрорежущая, валковая, штамповая. Популярные марки — У7А, У8, У8А, У9. По ГОСТ инструментальные сплавы должны иметь специальную маркировку в виде буквенно-числового кода.

Инструментальные стали: углеродистые и легированные марки

Инструментальная сталь — это материал, который на более чем на 0,7% состоит из углерода. Ее ключевыми характеристиками является твердость и прочность, их максимальные показатели достигаются при термической обработки стали. Ее преимущественно используют при изготовлении разных инструментов.

Так называется сталь, содержащая более 0,7% углерода. Ее основными характеристиками являются прочность и твердость, которые достигают максимальных показателей после термической обработки. Основное применение такого стального материала — изготовление инструментов.

Преимущества и ассортимент

Инструментальная сталь является одним из наиболее востребованных материалов на рынке. Сплав имеет высокую твердость и невысокую стоимость. Однако имеется и недостаток у материала — его низкая износостойкость, поэтому его не применяют для производства машинных деталей и оборудования, которое подвергается постоянным нагрузкам.

Сортамент данного материала следующий:

горячекатаные квадраты и круги;
кованые полосы, круги и квадраты.

Основные виды

Такой вид материалов подразделяется на такие три основные категории:

инструментальные углеродистые стали;
легированные инструментальные стали;
быстрорежущие.

Все они производятся согласно установленному ГОСТу.

Углеродистые виды материала во время нагревания теряют свою прочность, соответственно, их используют для производства инструментов, которые работают на малых скоростях или при простых условиях резания, когда температура нагревания составляет не больше 200 градусов.

Преимущественно их применяют для производства:

напильников;
сверл;
разверток;
метчиков и не только.

Поскольку углеродистая инструментальная сталь обладает низкими показателями свариваемости, ее не используют при изготовлении сварных конструкций.

В зависимости от процентного соотношения содержания в материале углерода, марганца, кремния, серы и других элементов он подразделяется на такие марки, как:

Легированные материалы и их маркировка

Легированные материалы в составе дополнительно содержат следующие элементы:

никель;
медь;
марганец и т. д.

Все они улучшают характеристики материала. Легирующие элементы должны указываться при маркировке с помощью специальных обозначений буквами. Все это позволяет заранее увидеть, из чего состоит данная инструментальная сталь. Марки материала также могут включать не только буквы, но и цифры. Цифры указывают на то, в каком количестве тот или иной элемент содержится в стали в процентном соотношении. Если при маркировке цифра не ставится, то количество элемента равно около 1 процента.

При маркировке легированной стали на первом месте стоит количество углерода, которое равно десятым долям процента. Например, марка 6ХС содержит углерод в количестве 0,6%, а также по одному проценту кремния и хрома.

Инструментальные легированные стали преимущественно используются для производства штамповых или режущих инструментов, к ним относят:

плашки;
метчики;
развертки;
сверла;
фрезы и не только.

Как и углеродистые стали, легированные материалы тоже непригодны для производства сварных конструкций.

Быстрорежущие стали

Маркировка быстрорежущих материалов состоит из буквы «Р», числа, указывающего на массовую долю вольфрама и букв элементов, присутствующих в составе материала. Это могут быть кобальт, молибден и другие. Далее идут цифровые значения их массовых долей. Если маркировка включает буквы «Ш», то это значит «электрошлаковый переплав».

Доля хрома в быстрорежущей стали при маркировке не указывается, также отсутствует указание массовой доли молибдена, если она не превышает отметку в один процент.

Такие виды материалов оптимально подходят для производства режущих инструментов, которые от трения нагреваются до температуры от 600 до 6500 градусов. При этом они не будут деформироваться, и терять свою твердость. Данный вид изделий хорошо поддается свариванию посредством стыковой электросварки со сталью таких марок, как 45 и 40Х.

Классификация

Все марки для производства подразделяются на следующие группы:

теплостойкие и вязкие — обычно это заэвтектоидные и доэвтектоидные стали, включающие хром, молибден и вольфрам. Углерод в сталях должен соответствовать низким и средним значениям;
высокотвердые и вязкие, а также нетеплостойкие — в сплавах содержится минимум легированных элементов, а также среднее количество углевода, отличающиеся малой прокаливаемостью;
Высокотвердые и теплостойкие, а также износостойкие — это быстрорежущие легированные стали с большим содержанием легированных элементов, сплавы с ледебуритной структурой, в которых содержится более 3 процентов углерода;
износостойкие, высокотвердые со средней теплостойкостью — материалы имеют заэвтектоидную и ледебуритную структуру, в их составе содержится примерно 2−3 процента углерода и 5−12 процентов хрома;
высококачественная и качественная инструментальная сталь — отличаются друг от друга по процентному соотношению присутствия в них серы и фосфора;
высокотвердые и нетеплостойкие — эти инструментальные стали с заэвтектоидной структурой вообще не включают в себя легированные элементы, или же они присутствуют в минимальном количестве. Уровень их твердости обеспечивается за счет большого количества углерода в составе.

Уровень твердости — очень важный параметр для рассматриваемого материала. Обычно высокотвердые стали не используют для производства инструментов, которые во время эксплуатации подвергаются ударным сильным нагрузкам. Это происходит за счет того, что эти сплавы имеют невысокую вязкость и большую хрупкость, из-за чего инструмент, которых из них сделан, может сломаться.

По уровню твердости данные стальные материалы бывают с высоким уровнем вязкости, где углерода содержится 0,4 -0,7% или же с большой износостойкостью и твердостью, где количество углевода равно 0,7−1,5%.

Отличаются стали и по степени своей прокаливаемости. По этому критерию они подразделяются на:

изделия с повышенной прокаливаемостью, где диаметр прокаливания составляет от 80 до 100 мм;
высокой — диаметр от 50 до 80 мм;
низкой — от 10 до 25 мм соответственно.

Сферы использования

Данный материал в промышленности имеет довольно широкий спектр применения. Они применяются при изготовлении:

режущих инструментов;
измерительных устройств;
литейных пресс-форм, работающих под давлением;
рабочих деталей штампов, которые работают по принципу горячего и холодного деформирования;
высокоточных изделий.

Требования к материалу

Требования к данным материалам предъявляются в зависимости от того, как именно они будут использоваться. Но есть общие требования к ним независимо от марок:

высокий уровень твердости;
высокий уровень прочности;
износостойкость;
хорошая вязкость, что особенно важно при изготовлении деталей, которые при использовании будут подвергаться ударам;
низкий уровень чувствительности к перегреву, процессам прилипания и приваривания к деталям, которые подвержены обработке;
хороший уровень обработки посредством резки металла;
устойчивость к появлению трещин;
восприимчивость к прокаливанию;
пластичность в горячем виде;
возможность шлифовки;
возможность противостоять обезуглероживанию.

Естественно, это не все требования. Так, марки, которые предназначаются для использования в условиях холодной деформации, дополнительно должны иметь гладкую рабочую поверхность, сохранять свою форму и размер и иметь предел текучести и упругости. А те материалы, которые должны применяться в условиях горячей деформации, должны иметь высокую теплопроводность, не допускать отпуска и быть устойчивыми к колебанию температур.

Итак, вы рассмотрели особенности инструментальной стали, выяснили, на какие виды и категории она подразделяется и для каких целей используется та или иная их марка. Подробнее информацию о них можно прочесть в других статьях, посвященных этому материалу.

Читайте также: