Какие есть виды инструментальной стали Статья

Инструменты не делают из первой попавшейся стали, это относится и к комплектующим – свёрла, фрезы и другие. Другие разновидности стали не используются по вполне конкретным причинам. Нержавеющая из-за высокого содержания хрома. Из-за него она устойчива к коррозии (инструментальная – нет), но зато её твёрдость ниже, она менее прочная и гораздо хуже сопротивляется износу. Впрочем, в некоторых инструментальных сталях может быть повышенное содержание хрома, но это всё равно не делает их полноценными нержавеющими.

Для конструкционных сталей важна прочность и пластичность, они должны быть легки в обработке и сварке. Обычно у них не более 0,5% углерода, тогда как у инструментальных этот показатель минимум от 0,6%. Такие стали сложнее сваривать, но им это и не требуется. После закалки инструментальная сталь имеет прочность в 1,5-2 раза выше. Также добавляют и другие добавки, которые повышают прочность и износоустойчивость, в конструкционных сталях таких добавок нет.

Мы объяснили, почему для инструментов и расходных материалов для них используются инструментальные стали, но они тоже бывают очень разными. При покупке инструмента, сверла или любого другого расходного материала это нужно учитывать и понимать, какие именно свойства у этой стали. Конечно, тут можно ориентироваться на «работаю редко – сойдёт дешёвое, работаю интенсивно – нужно дорогое». Отчасти это действительно так, но не стоит забывать, что цена складывается из многих факторов, не только от типа стали. Ниже мы поговорим о том, какие бывают разновидности инструментальных сталей, чем они отличаются друг от друга и какие у них особенности.

Виды инструментальной стали

Существуют различные способы классификации инструментальных сталей, но перед тем, как уйти в детали, начнём с наиболее простого. В первую очередь их разделяют на три группы, первая – углеродистые. Как понятно из названия, отличаются высоким содержанием углерода, от 0,7% (у многих выше процента). После закалки их твёрдость может достигать 65 HRC. Они наиболее просты в производстве, в следствии чего самые дешёвые из всех. Однако износоустойчивость у них самая низкая, они очень плохо выдерживают нагрев. По этой причине чаще всего углеродистые инструментальные стали используют для производства дешёвой оснастки бытового назначения, ручных инструментов и т.д.

Если у вас изделие из такой стали, нужно следить, чтобы оно не перегревалось во время работы – это очень сильно сокращает срок службы. Углеродистые стали в основном отличаются именно по содержанию углерода, другие добавки в них не добавляют (что тоже обуславливает их невысокую стоимость). В целом, нормальный вариант для бытового использования и оптимальный для некоторых инструментов, вроде молотков. В остальных случаях не стоит рассчитывать, что изделия из углеродистых инструментальных сталей прослужат очень долго. Особенно при интенсивной эксплуатации и перегреве.

Вторая группа – легированные стали, они следующие по стоимости и их относят к среднему ценовому сегменту. У них тоже может быть высокое содержание углерода (до 1,5%), но есть и иные легирующие элементы. Ванадий, хром, молибден, кремний, никель, марганец и некоторые другие. Добавление этих элементов улучшает возможности к прокаливанию, устойчивость к высоким температурам и износостойкость. Сложность с легированными сталями в том, что их свойства могут быть очень разными, в зависимости от состава конкретной, но об этом мы поговорим ниже.

Однако не стоит удивляться если вы увидите большую разницу в цене, это как раз объясняется разными добавками и сложностью технологии производства. Поэтому среди легированных инструментальных сталей встречаются как недорогие инструменты и оснастка чисто бытового назначения, так и изделия для профессиональной деятельности. Из них делают режущий инструмент, свёрла, пресс-формы и многое другое.

Третья группы – быстрорежущие стали. Вообще-то это тоже легированные, но их выделяют в отдельную группу так как у них выше содержание вольфрама, молибдена и других веществ. Они сложнее и дороже в производстве, поэтому относятся к самым дорогим инструментальным сталям. Например, технология их выплавки довольно сложна и часто требует переплава, тогда как изделия из углеродистой стали часто делают с первой попытки. То есть, цена обуславливается не только добавлением более дорогих химических веществ, но ещё и долгим производственным циклом, который требователен к соблюдению технологии.

Взамен получается высокая износостойкость, способность без проблем выдерживать температуры до +650, высокая прочность. Поэтому именно из быстрорежущей стали делают инструменты и оснастку, которые принято относить к профессиональным. Например, лучшие фрезы, свёрла и остальные насадки для высокоскоростной работы делают именно из быстрорежущей стали. Иногда отдельно выделяют кобальтовые стали – добавление этого металла существенно увеличивает свойства.

Это основной вариант классификации инструментальных сталей, остальные не столь важны. Фундаментальные отличия – это именно добавки и состав. Впрочем, иногда их могут разделять и по назначению. Например, если сталь используется для изготовления режущего инструмента, то тут нужны все свойства (износостойкость, теплостойкость, твёрдость). Если же это инструмент для штамповки, там важна твёрдость, устойчивость к износу и вязкость.

Есть и другие группы, но с точки зрения потребителя это не имеет принципиального значения. Нужно понимать, что чудес не бывает и сверло из углеродистой стали прослужит гораздо меньше, чем изделия из других групп сталей. Конечно, тут многое зависит от производителя, нынче нередко можно увидеть крайне дешёвые изделия, которые сделаны из углеродистой стали очень низкого качества. Такие можно назвать чуть ли не одноразовыми – служат они очень недолго.

О составе инструментальных сталей

Нормальные производители указывают состав стали. Как мы писали выше, важен и сам процесс производства, но стоит ориентироваться и на состав. Это поможет лучше понять, для чего действительно предназначен тот или иной инструмент. Поэтому имеет смысл отдельно поговорить об этом и начнём с углерода.

• Углерод – то, что отличает инструментальные стали. Именно он позволяет закаливать её и повышать прочность. Минимальное содержание – 0,6% — это самый минимум для закаливания. Чем больше углерода, тем выше достижимая твёрдость стали, но вместе с тем ударная вязкость становится ниже. Это решается добавлением легирующих добавок.

• Кобальт. В основном добавляется в быстрорежущие стали, существенно увеличивает твёрдость и устойчивость при высоких температурах. Чаще всего это профессиональный инструмент или оснастка.

• Хром. Улучшает устойчивость к коррозии (но, напомним, что он не делает сталь полноценной нержавеющей). Способствует повышению износостойкости, прокаливаемости, но в целом это одна из самых дешёвых добавок.

• Ванадий существенно повышает устойчивость к износу.

• Никель увеличивает вязкость, что позволяет изделию из инструментальной стали лучше выдерживать ударные нагрузки.

• Вольфрам повышает предельную температурную нагрузку, увеличивает прочность. Молибден даёт аналогичные свойства.

• Кремний повышает упругость и способствует прокаливанию.

• Марганец улучшает прокаливание.

Эти добавки влияют на четыре основных параметра инструментальной стали. Первый – твёрдость, о нём мы уже упоминали. В целом, чем выше твёрдость, тем прочнее сталь и инструментальная тут сильно обыгрывает конструкционные стали. Но не стоит думать, что твёрдость важна сама по себе, без других параметров. На деле она позволяет работать инструментом с менее твёрдыми материалами, но важны и другие параметры.

Второй – устойчивость к износу, особенно актуален для режущих инструментов и оснастки. С экономической точки зрения чаще выгоднее купить более дорогое изделие, чем дешёвое, которое прослужит в разы меньше. Теплостойкость также важна, хоть и не всегда. Наиболее актуальна для режущих инструментов, позволяет инструментальной стали сохранять свойства при высоких температурах. Кстати, дешёвые изделия часто имеют низкую теплостойкость и срок их службы сокращается из-за неправильной эксплуатации (слишком интенсивного использования).

Последнее – вязкость и прочность (не путать с твёрдостью). Позволяет выдерживать ударные нагрузки, что актуально для ударных инструментов, а также для различных штампов и т.д. Тут есть такое, что высокая твёрдость понижает прочность при ряде нагрузок (инструментальные стали в этом плане менее прочные, чем конструкционные). Поэтому, когда при использовании имеют место ударные нагрузки, добавляют легирующие добавки, которые повышают вязкость, при этом они могут снижать твёрдость, но в данном случае это не важно.

Как видно, существует большое разнообразие легирующих добавок, что даёт производителям приличное пространство для манёвра. Зачастую добавляют, как минимум две, при этом меня пропорции можно получать инструментальную сталь с разными качествами. А это позволяет получить оптимальные качества под конкретную сферу эксплуатации. Но и тут есть нюансы в зависимости от сферы использования. Например, для сверла по дереву теплостойкость куда менее актуальна, чем для сверла по металлу. Сверло для дрели и бытового использования имеет меньшие требования, чем сверло для профессионального сверлильного станка.

Проще говоря, покупать самый дорогой инструмент или оснастку – далеко не всегда будет правильным решением. Можно переплатить за те качества, которые вам фактически и не нужны, это также стоит учитывать. А в некоторых случаях марка стали принципиального значения не имеет. Например, простейшие ручные инструменты могут делать из дешёвой углеродистой стали, но это нормально решение, так как нет нагрева и т.д.

Но если нагрузки интенсивные, если приходится работать с твёрдыми материалами, то качество инструментальной стали и её свойства имеют уже очень важное значение. А есть и особые виды, например ШХ15 – сталь, которая очень хорошо сохраняет форму. Используется там, где важна очень высокая точность работ, но это уже особая сфера, к которым зачастую предъявляются отдельные требования, неактуальные для большинства инструментов.