Стали, применяемые при производстве режущего инструмента

На сегодняшний день для производства режущего инструмента, в частности, железок рубанков, стамесок, резчиского инструмента применяется значительное количество различных сталей, которые можно объединить в следующие группы:

1. углеродистые легированные стали

2. высоколегированные стали

3. быстрорежущие стали

4. стали, полученные методами порошковой металлургии.

При выборе инструмента возникает вопрос, а какой же стали отдать предпочтение?

Для ответа на этот вопрос следует рассмотреть ряд свойств стали, определяющих потребительские качества инструмента. Известно, что сталь – это сплав железа с добавлением углерода и других легирующих элементов. Свойства стали определяются, прежде всего, химическим составом, технологическим процессом обработки изделия, технологией получения самой стали. Потребительские свойства инструмента, в частности, режущие свойства, легкость заточки определяются следующими характеристиками:

1. Твердость — свойство материала не испытывать пластической

2. деформации вследствие местного контактного воздействия (иными словами – стойкость к внедрению).

3. Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внешних сил

4. Износостойкость — свойство материала оказывать  сопротивление изнашиванию при использовании

5. Коррозионная стойкость — способность сопротивляться коррозии.

6. Ударная вязкость — способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки.

7. Стойкость режущей кромки — способность режущей кромки сохранять свою остроту (радиус скругления) при эксплуатации.

К сожалению, достичь компромисса в данном случае крайне сложно, т.к. повышение одних свойств влечет снижение других, в частности, повышение твердости снижает ударную вязкость, повышение коррозионной стойкости снижает твердость, повышение износостойкости, с одной стороны, усложняет процесс заточки, с другой — повышает стойкость режущей кромки. Как вывод из вышесказанного, следует, что универсальной стали не существует и ее стоит выбирать исключительно исходя из условий эксплуатации.

В связи с этим, рассмотрим наиболее часто встречающиеся стали.

Углеродистые легированные стали. К ним относятся 65Г, У8А,У9, 9ХС, 9ХФ, У7, О-1, А2 и др. В общем и целом, за счет высокого содержания углерода обладают высокими режущими свойствами, хорошо затачиваются, но сильно подвержены коррозии. Имеют неплохие показатели стойкости режущей кромки.

Высоколегированные стали, как правило, нержавеющие. Обладают средними режущими свойствами. Но крайне высокой коррозионной стойкостью. К ним относятся ШХ-15, D-2, Н-1. Стойкость режущей кромки, как правило, высокая. Быстрорежущие стали. Обладают средними режущими свойствами, удовлетворительно затачиваются, но обладают высокой износостойкостью и хорошо держат заточку. При малых углах заточки (менее 30°) плохо переносят ударные нагрузки. К ним относятся М-2, Р6М5, Р6М5К5, Р12, Р9 и др. Порошковые стали. Являются самыми современными и наиболее приближенными к идеальным. Обладают высокими режущими свойствами, удовлетворительно затачиваются, хорошо держат заточку и обладают высокой стойкостью к коррозии. Также их большим плюсом является высокая стабильность свойств. Но и являются самыми дорогими. К ним относится PM-V11, SPM S35VN, SPM S30V и др.

Наиболее распространенные стали рассмотрены более подробно ШХ15

Хромистая подшипниковая сталь, применяемая в изготовлении ручного режущего инструмента. Хорошо держит заточку. Подвержена поверхностной коррозии.

У7-У12

Отечественная инструментальная сталь, используемая в изготовлении ножей. У7, У8, У9 — стали повышенной вязкости, применяется для инструмента, подвергающегося ударным нагрузкам (топоры, долота). У10, У12 — стали повышенной твердости, боятся ударных нагрузок. Все эти стали хорошо держат заточку. Коррозионно не устойчивы. Из стали У8А изготовлены знаменитые советские стамески ЛМЗ.

Р6М5

Быстрорежущая инструментальная сталь. Преимущественно применятся для изготовления металлорежущего инструмента, аналоги применяются для изготовления токарных резцов по дереву. Низкая коррозионная стойкость, но высокая стойкость режущей

кромки, особенно, при больших углах заточки.

О-1

Углеродистая сталь масляной закалки. Имеет высокую прочность и хорошую стойкость режущей кромки, легко затачивается. Подвержена коррозии.

Н-1

Нержавеющая сталь. Отличная коррозионная стойкость, хорошие режущие свойства, отлично держит заточку. Дрога и сложна в обработке.

D-2

Инструментальная легированная хромистая сталь. Неплохая коррозионная стойкость. Высокая прочность, хорошо держит заточку.

А-2

Американская углеродистая инструментальная сталь. Отличается высокой прочностью и хорошей способностью держать заточку. Одна из наиболее распространенных сталей для стамесок и железок рубанков.

9ХС

Легированная инструментальная сталь. Обладает высокими режущими свойствами и хорошо держит заточку. Выше были приведены свойства стали, обусловленные преимущественно химическим составом, однако, не стоит забывать, что значительную роль играет метод получения заготовки, точность соблюдения режимов термообработки и качество заточки. Так, горячая объемная штамповка или ручная ковка повышают до двух раз стойкость режущей кромки и режущие свойства инструмента, а в сочетании с качественно и грамотно произведенной заточкой разница будет еще более значительной. Если на все это наложить качество исходного сырья и отлаженность и стабильность технологического процесса то становится очевидным, что из одной и той же стали можно получить инструмент принципиально разный по своим свойствам. 

Отдельного внимания заслуживают порошковые стали (например, PM-V11, SPM S35VN, SPM S30V и др.). Благодаря особой технологии получения (как правило, спекания в твердой фазе) становится возможным повышать содержание углерода до 4% и других легирующих элементов, например, молибдена до 15%, что недостижимо для методов традиционной металлургии. Как следствие, получение уникального комплекса свойств: высокой твердости, ударной вязкости, хорошей стойкости режущей кромки и высоких режущих свойств. Плюс ко всему, качество инструмента является стабильным.