Инструментальная сталь: У8А, 9ХС, Х12МФ, Р6М5 — как читать марку

Тех, кто заказывает инструментальную сталь впервые, удивляет, что пруток приходит не твёрдым. Его легко пилить, точить и сверлить.

Инструментальную сталь специально поставляют отожжённой, чтобы из неё можно было сделать деталь: нож, пуансон, матрицу, зубило. Твёрдость она получает потом, при закалке и отпуске, когда форма уже готова.

Значит, марка стали определяет, какой твёрдости можно добиться, а не какая твёрдость у прутка на складе. Без правильной термообработки нож из лучшей стали будет гнуться, как гвоздь.

У инструментальных сталей три системы обозначений, и в каждой цифры значат своё.

Углеродистые: У8, У10, У12. Буква У обозначает углеродистую инструментальную сталь, а число показывает содержание углерода в десятых долях процента. У8 содержит около 0,8 % углерода, а У10 около 1 %. Буква А в конце, как в У8А, означает высококачественную сталь с пониженным содержанием серы и фосфора. Прутки и полосы из неё идут по ГОСТ 1435-99.

Легированные: 9ХС, ХВГ, Х12МФ, 4Х5МФС. Первая цифра показывает углерод в десятых долях процента: у 9ХС около 0,9 %, у 4Х5МФС около 0,4 %. Если цифры впереди нет, углерода около 1 % или больше, как в ХВГ и Х12МФ. Буквы обозначают легирующие элементы: Х (хром), С (кремний), В (вольфрам), М (молибден), Ф (ванадий), Г (марганец), Н (никель). Число после буквы говорит о проценте элемента: в Х12 около 12 % хрома. Если числа нет, элемента около процента или меньше. Эти стали описывает ГОСТ 5950-2000.

Быстрорежущие: Р6М5, Р18. Р обозначает быстрорежущую сталь, число после неё говорит о содержании вольфрама. В Р6М5 около 6 % вольфрама и 5 % молибдена. Их выпускают по ГОСТ 19265-73.

Ловушка. У конструкционных сталей цифры впереди означают сотые доли углерода: 40Х содержит 0,40 %, а 09Г2С всего 0,09 %. А у инструментальных одна цифра означает десятые: в 9ХС 0,9 % углерода, а не 0,09. Подробнее о маркировке конструкционных сталей мы писали в статье Ст3 и 09Г2С: чем отличаются.

Группы отличаются главным образом теплостойкостью, то есть тем, до какой температуры кромка держит твёрдость. Углеродистая сталь начинает размягчаться уже примерно при 200 °C. Поэтому ей хорошо там, где кромка не греется: ручной инструмент, медленное резание. Легированные держат нагрев чуть лучше. Быстрорежущая сохраняет твёрдость примерно до 600 °C. Отсюда и её название: ею режут на скоростях, при которых кромка раскаляется.

Если сверло из У8А на станке быстро «садится», дело в выборе марки, брак тут ни при чём. Для скоростного резания нужен Р6М5.

Штамповые стали делятся на две противоположные группы, и путать их нельзя.

Для холодного деформирования берут Х12МФ, Х12, ХВГ. Штамп вырубает, гнёт, режет холодный металл. Важнее всего износостойкость и твёрдость кромки. Поэтому углерода много (около 1,5 % у Х12МФ и около 2 % у Х12) и много хрома, который образует твёрдые карбиды. Из Х12МФ делают вырубные штампы, пуансоны, ножи гильотин по металлу, накатные ролики.

Для горячего деформирования подходят 5ХНМ, 4Х5МФС. Штамп работает с раскалённой заготовкой: его поверхность то нагревается, то остывает, и тысячи таких циклов рвут металл сеткой трещин. Здесь нужна вязкость и стойкость к термоусталости, а не максимальная твёрдость. Поэтому углерода меньше: 0,4-0,5 %. Из 5ХНМ делают молотовые штампы, а 4Х5МФС идёт на прессовые вставки и пресс-формы литья алюминия.

Если поставить Х12МФ на горячую штамповку, штамп растрескается. Если взять 4Х5МФС на холодную вырубку, кромка быстро сотрётся.

Штамповые стали собраны в разделе штамповая сталь.

Перегрев при заточке. Кромку, посиневшую на круге, уже отпустили: твёрдость там упала. Затачивают с охлаждением и без сильного нажима.

Сварка. Инструментальные стали с высоким углеродом свариваются плохо: у шва образуется хрупкая зона, которая трескается сразу или при первом ударе. Приварить державку к ножу из Х12МФ «как обычно» не выйдет: нужна специальная технология с подогревом и отпуском, а чаще деталь просто крепят механически.

Закалка без отпуска. После закалки сталь твёрдая, но хрупкая, и в ней остаются напряжения. Без отпуска штамп может треснуть в первые же минуты работы. Отпуск немного снижает твёрдость, зато снимает хрупкость.

Неснятый обезуглероженный слой. При горячей прокатке поверхность прутка теряет часть углерода. Этот слой после закалки мягче сердцевины. Если его не снять при обработке, кромка инструмента окажется в мягком металле. Поэтому размер заготовки берут с припуском на механическую обработку.

Марка. Точно, с буквой А, если она нужна: У8 и У8А по чистоте считаются разными сталями.

Форма. Круг берут для осевого инструмента, пуансонов, валиков. Полоса и лист идут на ножи, штампы, пластины. Инструментальный круг собран в разделе круг инструментальный. Быстрорежущую полосу ищите в разделе полоса быстрорежущая, а лист есть в разделе инструментальная сталь.

Размер с припуском. Берите заготовку больше готовой детали на снятие обезуглероженного слоя и чистовую обработку.

Состояние поставки. Обычно отожжённое. Если нужна сталь в другом состоянии, это оговаривают отдельно.

Сертификат с плавкой. Особенно важен для инструментальной стали: визуально У8А от 9ХС не отличить, а ведут они себя при закалке по-разному. Режим термообработки подбирают под фактическую марку из сертификата.

Что означает У8А?

Углеродистая инструментальная сталь с содержанием углерода около 0,8 %. Буква А означает высококачественную сталь с пониженным содержанием серы и фосфора. Прутки и полосы выпускают по ГОСТ 1435-99.

Почему инструментальная сталь приходит мягкой?

Её поставляют в отожжённом состоянии, чтобы из неё можно было изготовить инструмент. Твёрдость сталь получает после закалки и отпуска, когда деталь уже сделана.

Как расшифровать 9ХС?

Около 0,9 % углерода, около процента хрома и чуть больше процента кремния. Это легированная инструментальная сталь для свёрл, развёрток, метчиков и плашек.

Что лучше для штампа: Х12МФ или 4Х5МФС?

Зависит от температуры. Х12МФ подходит для холодной вырубки и гибки, а 4Х5МФС рассчитана на горячую штамповку и пресс-формы. На чужой работе каждая из них выйдет из строя быстро.

Чем Р6М5 отличается от У8А?

Теплостойкостью. Р6М5 держит твёрдость кромки примерно до 600 °C и подходит для скоростного резания. У8А размягчается уже около 200 °C, поэтому её место в ручном инструменте.

Можно ли варить инструментальную сталь?

Обычной сваркой нельзя: у шва появляется хрупкая зона и трещины. Нужна специальная технология с подогревом и отпуском, поэтому инструмент чаще крепят механически.

Какой ГОСТ на инструментальную сталь?

Их три: ГОСТ 1435-99 на углеродистую, ГОСТ 5950-2000 на легированную и ГОСТ 19265-73 на быстрорежущую.

Инструментальную сталь покупают мягкой, а твёрдой её делает термообработка. Марка определяет, чего можно добиться, а не то, что лежит на складе.

Систем марок три. В У8 число показывает углерод в десятых долях процента. В 9ХС и Х12МФ первая цифра тоже означает десятые, а буквы обозначают легирующие элементы. Р6М5 относится к быстрорежущим сталям с вольфрамом и молибденом. Не путайте с конструкционными сталями, где цифры означают сотые доли.

Выбор по задаче: ручной инструмент (У8А и У10А), режущий инструмент для медленного резания (9ХС и ХВГ), холодные штампы (Х12МФ), горячие (5ХНМ и 4Х5МФС), скоростное резание (Р6М5).

И четыре способа испортить инструмент: перегреть при заточке, сварить как обычную сталь, закалить без отпуска и оставить обезуглероженный слой.

Ассортимент смотрите в разделах инструментальная углеродистая, инструментальная легированная и штамповая сталь.