1.Условия работы отдельных видов инструментов различны и для различных видов инструментов применяют материалы, наиболее подходящие по своим качествам к данным условиям работы.
Для ударно-штамповочного инструмента, нагруженных штампов, деформирующих металл в холодном состоянии, применяют высоколегированную хромовую сталь, например, марки Х12 (2,0…2,2 % С и 11,5…13,0% Сr), Х12ВМ и др. После закалки и многократного отпуска эти стали имеют твердость 60…62 HRC и высокую износоустойчивость.
Для тяжелонагруженных штампов, деформирующих металл в горячем состоянии, применяют сталь марок 5ХНМ и 5ХГМ. После термической обработки они становятся твердыми и износоустойчивыми. При этом важно добиться повышенной вязкости, что лучше обеспечивается термоциклической обработкой с последующим охлаждением в воде или в масле. В табл. 7 приведены сравнительные данные по ударной вязкости и твердости сталей 5ХНМ и 4Х5МФС для деформирования в горячем состоянии и стали Х12Ф1 для холодного деформирования после закалки с отпуском и после термоциклической обработки.
Для изготовления измерительного инструмента высокого класса точности (калибров, измерительных плиток, микрометров) применяют высокоуглеродистые стали марок 12X1, 9X1, X; помимо высокой твердости и износоустойчивости они имеют малый коэффициент теплового расширения.
2. Низколегированная сталь для режущего инструмента по своей режущей способности существенно не отличается от углеродистой стали и применяется при небольших скоростях резания, так как она теряет твердость уже при температуре 200…220°С. Однако эта сталь имеет меньшую критическую скорость закалки по сравнению с углеродистой и поэтому обладает более высокой прокаливаемостью, что позволяет получить структуру мартенсита в более крупных сечениях инструмента; кроме того, она менее хрупкая. Основными легирующими элементами для сталей всех марок этой группы являются хром (1…3 %), а также вольфрам. Сталь 9ХС применяют для изготовления резцов, сверл, фрез, зенкеров, разверток; сталь ХВГ, 9Х5ВФ – для сверл, метчиков, разверток; сталь ХВ5 – для инструментов, работающих по твердым материалам. После закалки и низкого отпуска низколегированные стали имеют твердость 60…62 HRC, а сталь ХВ5 – до 65.
3. Быстрорежущая сталь – это высоколегированная инструментальная сталь, обладающая красностойкостью, т. е. не теряющая твердости при нагреве до температуры 600…640°С. Режимы обработки этой сталью в 3…4 раза выше допустимых значений для углеродистой и низколегированной сталей. ГОСТ 19265–73 установлены следующие марки быстрорежущей стали: Р18, Р12, Р9, Р6МЗ, Р9Ф5, Р5М5, Р6М5К5, Р9М4К8, Р14Ф4, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18Ф2, Р18К5Ф2. Следующая за буквой Р цифра указывает среднее массовое содержание вольфрама в процентах, массовое содержание хрома (около 4 %) в обозначении марок не указывается.
Сталь марок Р9, Р12 и Р18 применяют для всех видов режущих инструментов при обработке широкого круга конструкционных материалов; сталь Р6М5 – для резьбонарезных инструментов, работающих с ударными нагрузками; сталь марок Р18К5Ф2, Р9М4К8, Р6М5К5 предназначается для обработки вязких (коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов) материалов; сталь, содержащую ванадий (Р9Ф5, Р14Ф4, Р9К5Ф5), применяют для отделочных операций при обработке сплавов титана и материалов с абразивными свойствами (пластмасс, фибры, эбонита).
По структуре в равновесном состоянии быстрорежущая сталь относится к карбидному классу. После ковки и отжига она имеет перлитно-сорбитную структуру с включениями зерен легированных карбидов. Термическая обработка этой стали состоит из закалки с температурой нагрева до 1260…1300°С и двух- или трехкратного отпуска для уменьшения остаточного аустенита. Высокая температура закалки необходима для растворения возможно большего количества карбидов в аустените, чтобы получить мартенсит, более насыщенный легирующими элементами и стойкий против отпуска. Быстрорежущая сталь имеет малую критическую скорость закалки, поэтому охлаждение после нагрева может производиться на воздухе (такую сталь называют самозакаливающейся). Однако закалка в масле дает лучшие результаты. После закалки сталь состоит из мартенсита и остаточного аустенита (около 30 %). Последующим отпуском удается уменьшить содержание остаточного аустенита и сталь после отпуска становится красностойкой. Для более полного превращения остаточного аустенита в мартенсит применяют также обработку холодом, т. е. охлаждение закаленной стали до температуры 80…100°С ниже нуля. В этом случае достаточен предшествующий обработке холодом однократный отпуск.