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

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

Так и задумано. Инструментальную сталь 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.

Отсюда правило, которое снимает половину недоразумений: 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 — углеродистая инструментальная, число — содержание углерода в десятых долях процента. У8 — это около 0,8 % углерода, 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 — углерод в десятых долях процента: 9ХС — около 0,9 %, 4Х5МФС — около 0,4 %. Если цифры впереди нет, углерода около 1 % или больше, как в ХВГ и Х12МФ. Буквы — легирующие элементы: Х — хром, С — кремний, В — вольфрам, М — молибден, Ф — ванадий, Г — марганец, Н — никель. Число после буквы — процент элемента: Х12 — около 12 % хрома. Нет числа — около процента или меньше. Стандарт — ГОСТ 5950-2000.

Быстрорежущие: Р6М5, Р18. Р — быстрорежущая, число после неё — содержание вольфрама. Р6М5 — около 6 % вольфрама и 5 % молибдена. Стандарт — ГОСТ 19265-73.

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

Группы отличаются главным образом теплостойкостью — 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 её название: ею режут на скоростях, при которых кромка раскаляется.

Если сверло из У8А на станке быстро «садится» — дело не в браке, а в выборе марки. Для скоростного резания нужен Р6М5.

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

Для холодного деформирования — Х12МФ, Х12, ХВГ. Штамп вырубает, гнёт, режет холодный металл. Главное — 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 — 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, из 4Х5МФС — прессовые вставки и пресс-формы литья алюминия.

Если поставить Х12МФ на горячую штамповку — штамп растрескается. Если 4Х5МФС на холодную вырубку — кромка быстро сотрётся. Каждой стали — своя работа.

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 — разные стали по чистоте.

Форма. Круг — для осевого инструмента, пуансонов, валиков. Полоса и лист — для ножей, штампов, пластин. Инструментальный круг — в разделе круг инструментальный, быстрорежущая полоса — в разделе полоса быстрорежущая, лист — 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 — высококачественная, с пониженным содержанием серы и фосфора. Прутки и полосы — 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 — для холодной вырубки и гибки, 4Х5МФС — для горячей штамповки и пресс-форм. 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, её место — ручной инструмент.

Можно ли варить инструментальную сталь?

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

Какой ГОСТ на инструментальную сталь?

ГОСТ 1435-99 — углеродистая, ГОСТ 5950-2000 — легированная, ГОСТ 19265-73 — быстрорежущая.

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

Три системы марок: У8 — углерод в десятых долях процента, 9ХС и Х12МФ — первая цифра тоже в десятых, а буквы означают легирующие элементы, Р6М5 — быстрорежущая 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 — в разделах инструментальная углеродистая, инструментальная легированная и штамповая сталь.