Углеродистые стали обладают малой режущей способностью, поэтому применение ограничено. С увеличением температуры нагрева и процессе резания (начиная с 200º) они резко теряют свою тер и си, и износоустойчивость. Это не позволяет применять их для инструментов, работающих в тяжелых условиях (например, при повышенной скорости резания или для обработки твердых материалов).
Содержание углерода в стали
По мере повышения содержания углерода износоустойчивость углеродистых сталей немного возрастает. Это обусловлено увеличением количества твердых карбидных частиц, распределенных в мартенсите. Твердость различных марок углеродистой стали в закаленном состоянии остается неизменной — НRС 62-65. Наибольшую прочность показывают стали марок У10А-У12А с некоторым превышением для марки У11А, тогда как стали с меньшим и большим содержанием углерода дают пониженные величины. Из четырех марок углеродистых сталей сталь У13А обладает наименьшим значением прочности, равным примерно стали марки У8А.
Недостатки
Пониженная закаливаемость углеродистых сталей вынуждает применять при их закалке резкие охладители: чистую воду или воду с примесью солей. Резкое охлаждение вызывает деформации, трещины и даже поломки закаленного инструмента.
Большая чувствительность к перегреву служит причиной повышенной хрупкости и выкрашивания режущих кромок инструмента, вследствие роста зерна.
Преимущества
Преимуществом углеродистых сталей является хорошая обрабатываемость как в горячем, так и в холодном состоянии благодаря пониженной твердости их в отожженном состоянии. Малая прокаливаемость обеспечивает получение вязкой сердцевины в инструментах диаметром свыше 15 мм, которая предохраняет инструменты от поломок. Это имеет особое значение для таких инструментов, как напильники. Однако при малых размерах (до 10-12 мм) инструменты получают сквозную закалку, что вызывает повышенные напряжения и деформации в закаленных инструментах, приводящие к трещинам и поломкам. Инструменты крупных размеров (свыше 30 мм) обладают недостаточной толщиной закаленного слоя.
Используемые марки
Для металлорежущего инструмента применяются стали марок: У10А, У11А, У12А, У13А, с содержанием углерода от 0,95% до 1,35% соответственно.
Хром, никель, медь в пределах 0,15-0,20% допускаются как остаточные примеси в стали. Содержание марганца и кремния предусмотрено в пределах 0,15-0,30% для каждого элемента. Предельное содержание таких вредных примесей, как сера и фосфор, допускается не более 0,020% для первого элемента и 0,030% для второго.
Металлорежущие инструменты из углеродистой стали
Из-за низкой режущей способности углеродистые стали применяются для ручных инструментов (напильники, метчики, развертки, свёрла), а также в тех случаях, когда инструменты работают при резании хорошо обрабатываемых материалов и при условии использования пониженных скоростей резания.
Из-за больших деформаций при термической обработке приходится отказываться от использования углеродистых сталей для инструментов:
- больших размеров (например, фрез);
- малых диаметров (менее 1 мм);
- сложных по своей конфигурации (например прорезных фрез, круглых плашек, фасонных фрез и др.);
- подлежащих шлифованию по профилю (метчики со шлифованной резьбой, резьбовые и червячные фрезы со шлифованными зубьями).
Шлифование по профилю затрудняется из-за сильного нагревания, отпуска и потери твердости режущих кромок инструмента.
Наиболее распространенной для всех видов инструментов является сталь марки У12А. Для напильников рекомендуется марка У13А, как обеспечивающая более высокую режущую способность.
