Инструментальные и конструкционные стали: как выбрать правильный материал для своих задач
Выбор правильной стали — это основа долговечности и надёжности любой детали или инструмента. Ошибка в материале может стоить времени, денег и даже безопасности. Именно поэтому каждому, кто работает с металлом, важно понимать, как различаются стали, что скрывается за их маркирвкой и как определить, какой сплав перед вами.
В этой статье мы кратко и по делу разберём главное: чем конструкционные стали отличаются от инструментальных, какие бывают виды инструментальных сталей и как расшифровать их маркировку.
Какими бывают инструментальные стали и чем они отличаются друг от друга?
Инструментальные стали в целом — это материал для инструментов: свёрл, фрез, резцов, штампов, метчиков. От них требуется твёрдость, износостойкость и теплостойкость — способность сохранять твёрдость при нагреве. Именно теплостойкость (красностойкость) определяет, как долго и быстро сможет работать инструмент.
Углеродистые инструментальные стали — это вид инструментальных сталей, в которых основным элементом, обеспечивающим твёрдость и износостойкость, является углерод. Их главный недостаток — низкая теплостойкость. Уже при 200–250°C они теряют твёрдость, поэтому подходят только для низких скоростей резания и используются в основном для ручного инструмента.
Легированные инструментальные стали — это промежуточный класс между углеродистыми и быстрорежущими сталями. В их состав, помимо углерода, вводят легирующие элементы (хром, вольфрам, ванадий, молибден, марганец, кремний), но в меньших количествах, чем в быстрорежущих. По теплостойкости они незначительно превосходят углеродистые (200–270°C), поэтому непригодны для высоких скоростей резания, но лучше шлифуются и перетачиваются.
Быстрорежущие стали — это высоколегированный вид инструментальных сталей, предназначенный для изготовления режущего инструмента, работающего на высоких скоростях резания с интенсивным нагревом режущей кромки (600–700°C).
Пример разбора маркировки Р6М5К5:
«Р» — быстрорежущая сталь (от слова РАПИД);
6 — процентное содержание вольфрама;
«М» — молибден;
5 — процентное содержание молибдена;
«К» — кобальт;
5 — процентное содержание кобальта.
Содержание хрома (3–4,5%) в «паспорте» не указывают. Сера и фосфор — допуск ≤ 0,3%, никель ≤ 0,4%.
Говоря о различиях: углеродистые стали — дешёвые, но плохо сохраняют твёрдость при нагреве; легированные — дороже углеродистых, но благодаря добавлению легирующих элементов обладают повышенной прочностью, износостойкостью и теплостойкостью; быстрорежущие — самые дорогие, зато выдерживают высокие скорости резания, нагрузки и нагрев. Именно поэтому современный металлорежущий инструмент чаще делают из быстрорежущих и легированных инструментальных сталей, тогда как углеродистые остаются в сегменте некритичных (ручного применения).
Конструкционные стали: другая философия металла
Если инструментальные стали «работают» на резание и нагрев, то конструкционные стали «работают» на прочность и долговечность самих машин. Они идут на детали механизмов. Они не режут — они держат нагрузки, принимая на себя кручение, изгиб и удары в валах, шестернях и корпусах.
Главная особенность конструкционных сталей заключается в том, что при их выборе учитывают не только твёрдость или прочность, но и вязкость, пластичность, свариваемость, обрабатываемость и способность работать в конкретных условиях нагрузки.
Как не ошибиться при выборе
Правильный выбор стали начинается с понимания её назначения и маркировки. Конструкционные стали обеспечивают прочность и надёжность деталей, а инструментальные — твёрдость, износостойкость и способность сохранять рабочие свойства при нагреве. Маркировка стали — это «паспорт» состава. По нему сразу видно, для каких задач подходит инструмент, сколько прослужит и каких нагрузок выдержит.
