Наиболее распространенные марки легированных инструментальных сталей, применяемых для изготовления инструмента, приведены в табл. 2.
Таблица 2. Назначение легированных инструментальных сталей
Наименование стали Марка стали НазначениеХромо-вольфрамовая, повышенной вязкости 6ХВ; 7ХВ Рамные пилы, слесарные, кузнечные зубила
Хромо-ванадиевая, высокой твердости 9ХФ Ножи стружечных станков, ленточные рамные и круглые пилы, фрезы
Хромо-кремнистая, высокой твердости 9ХС Лерки, сверла, метчики, развертки, зенкера
Шарикоподшипниковая, высокой твердости ШX15 Полотна для резки рельсов, ручной столярный инструмент, резцы по дереву
Хромо-молибденовая, высокой твердости X12M Режущий инструмент, работающий в легких условиях, мерительный инструмент, ножи кухонные
Коррозионностойкая, средней твердости 40X13 Хирургический инструмент, пружины; предметы домашнего обихода, ножи
Коррозионностойкая, высокой твердости 95X18 Шарикоподшипники для агрессивных сред, ножи высшего качества
Жаропрочные нержавеющие, высокой твердости 45X22; Н4М3; 55X20; Г9АМ4 Выпускные клапаны дизельных моторов, детали турбин, ножи высшего качества, особопрочные
Свою высокую твердость и износостойкость эти стали сохраняют в процессе работы при нагреве инструмента до 250 °C. К недостаткам легированных сталей следует отнести их высокую стоимость и дефицитность легирующих элементов. При высоких скоростях и силах резания необходимо применять инструмент, изготовленный из быстрорежущей стали. Эти стали в отличие от других инструментальных сталей обладают красностойкостью, то есть способность сохранять твердость и износостойкость при нагреве инструмента до 620 °C. Основными легирующими элементами быстрорежущих сталей, обеспечивающих их красностойкость, являются вольфрам и молибден. Быстрорежущую сталь обозначают буквой «Р», следующая за ней цифра содержание вольфрама в процентах. Содержание углерода в этих сталях составляет 0,71 %.
В последние годы в деревообрабатывающей промышленности нашли широкое применение стали переходной группы полутеплостойкие. Эти стали по сравнению с быстрорежущими содержат меньшее количество легирующих элементов. Они дешевле, допускают нагрев инструмента во время работы до 300500 °C. Из быстрорежущей стали целесообразно изготавливать только режущий элемент в виде наварной пластины или вставного зуба, а корпус инструмента при этом делать из обычной стали. Наиболее распространенные марки полутеплостойких и быстрорежущих сталей, применяемых для изготовления инструмента, приведены в табл. 3.
Таблица 3. Назначение быстрорежущих сталей, применяемых в деревообработке
Наименование стали Марка стали НазначениеХромисто-вольфрамо-ванадиевая, полутеплостойкая Х6ВФ Ножи фрезерных станков, фрезерные цепочки, концевые фрезы, полотна по металлу
Хромисто-вольфрамо-ванадиевая, полутеплостойкая 8Х4ВФ1 Концевые фрезы, ножи сборных фрез, фрезы насадные
Вольфрамовые теплостойкие Р9; Р18 Ножи сборных фрез, сперла, развертки, токарные резцы
Вольфрамо-молибденовая, теплостойкая Р6М5 Сверла, фрезы насадные, полотна ножовок по металлу
Чтобы яснее представлять процесс термообработки, необходимо немного познакомиться с теорией термической обработки металлов и сплавов, а затем, применяя эту теорию на практике, изготавливать качественные резцы по дереву и другой важный для себя инструмент.
В металловедении сталью называют сплав железа с углеродом и другими элементами, причем содержание углерода может доходить до 2,14 %. Структура стали определяется в основном содержанием углерода и видом его соединения с железом. Само железо может существовать в двух модификациях: в форме α (альфа-железо) при температуре ниже 911 °C и в форме γ (гамма-железо) при нагреве от 911 до 1392 °C. Эти две формы различаются состояниями критической решетки.
Железо способно растворять углерод и легирующие элементы, образую твердые растворы.
Твердый раствор углерода в α-железе называют ферритом, а в γ-железе аустенитом. Феррит прочнее и тверже, но менее вязок, чем аустенит. Железо с углеродом образует химическое соединение карбид железа, называемый цементитом. Он имеет высокую твердость и очень хрупок.
Пересыщенный твердый раствор углерода в γ-железе называют мартенситом. Эта структура образуется из аустенита при очень сильном охлаждении. Мартенсит является основной структурой закаленной стали, так как твердость ее может достигаться 6065 HRC. Любое изменение состава сплава в зависимости от температуры и концентрации отображают графически диаграммой состояния.
Диаграммы состояния строятся экспериментально на основе данных, полученных в результате термического анализа исследуемых металлов и сплавов.
В термообработке сталей и сплавов, для определения температуры нагрева при закалке и отпуске, используют часть диаграммы железо-цементит (рис. 1).
Рис. 1. Содержание углерода. Диаграмма состояния железо-цементита для определения температуры нагрева сталей при ковке и термической обработке:
А аустенит; Ф феррит; Ц цементит; П перлит; Тн температура нагрева сталей в начале копки; Тк температура конца ковки