Instrumentu tērauds: Pakāpes, Īpašības un lietojumprogrammas

Instrumentu tērauds ir mūsdienu ražošanas pamatā, kur ir vēlama un pieprasīta precizitāte un izturība.

Tas ir specializēts tērauda veids, kas izstrādāts, lai izturētu ražošanas un rūpniecisko procesu stingrību.

Pazīstams ar savu izcilo cietību, nodilums pretestība, un izturība, instrumentu tērauds ir ļoti svarīgs dažādās nozarēs, no automobiļu un kosmosa līdz elektronikai un patēriņa precēm.

Šajā rakstā ir aplūkoti instrumentu tērauda veidi, īpašības, un pieteikumi, piedāvājot ieskatu par tā nozīmi un faktoriem, kas jāņem vērā, izvēloties savām vajadzībām atbilstošo atzīmi.

1. Kas ir instrumentu tērauds?

Instrumentu tērauds ir specializēta oglekļa un leģēto tēraudu kategorija, īpaši paredzēti instrumentu ražošanai. Lūk, kas padara to unikālu:

• Ogleklis ir instrumentu tērauda mugurkauls, veicinot tā cietību un izturību. Parasti, instrumentu tēraudi satur starp 0.7% līdz 1.5% ogleklis.
• Leģējošie elementi kā hroms, volframs, molibdēns, un vanādiju pievieno, lai uzlabotu specifiskas īpašības:

• • Hroms paaugstina sacietēšanu, nodilums pretestība, un izturība pret koroziju. Piemēram, tēraudi, piemēram, D2, var saturēt līdz 12% hroms.
  • Volframs un molibdēns palielināt stingrību un karstumizturību, izšķiroša nozīme liela ātruma un karstā darba lietojumos. M2 tērauds, parasts ātrgaitas tērauds, ir apkārt 6% volframs.
  • Vanādijs veido cietos karbīdus, nodilumizturības uzlabošana. AISI A11, piemēram, satur 1.5% vanādijs.

Instrumentu tērauda vēsture aizsākās 19. gadsimta beigās, kad nepieciešamība pēc izturīgākiem instrumentiem izraisīja ātrgaitas tēraudu attīstību..

Laika gaitā, instrumentu tērauda evolūcijā ir ieviestas dažādas markas, katrs ir pielāgots konkrētiem lietojumiem:

• W1, W2 (Ūdens rūdīšanas tēraudi): Vienkāršs, zemu izmaksu iespējas pamata instrumentiem, bieži satur 0.90-1.40% ogleklis.
• A2, D2, O1 (Aukstās apstrādes tēraudi): Paredzēts lietojumiem, kur instruments nesakarst, ar A2, kas piedāvā augstu nodilumizturību, pateicoties tā 5% hroma saturs.
• H13, H19 (Karstās apstrādes tēraudi): Tie var izturēt temperatūru līdz 1200 ° F, ar H13 saturošu 5% hroms un 1.5% molibdēns.

2. Instrumentu tērauda veidi

Instrumentu tērauds ir daudzpusīga tērauda kategorija, katrs veids ir izstrādāts, lai apmierinātu īpašas rūpnieciskās vajadzības, izmantojot unikālu leģējošu elementu un termiskās apstrādes kombināciju.

Šeit ir detalizēta dažādu veidu izpēte:

Salīdzināšanas tabula: Instrumentu tērauda veidi

Ierakstīt	Galvenās funkcijas	Pieteikumi
W tips (Ūdens sacietēšana)	Rentabls, augsta cietība	Rokas instrumenti, kokapstrādes instrumenti
Auksts darbs (O, Izšķirt, D)	Augsta nodilumizturība, Izmēra stabilitāte	Zīmogošanas mirst, apgriešanas instrumenti, griešanas naži
S-tips (Triecienizturīgs)	Augsta stingrība, trieciena pretestība	Kalti, domkrata uzgaļi, sitieni
H-tips (Karsts Darbs)	Termiskā noguruma izturība, lielas izturības	Liešanas veidnes, karstās kalšanas instrumenti
HSS (M, T)	Karstuma izturība, liels griešanas ātrums	Urbji, Beigu dzirnavas, precīzijas griešanas instrumenti
Īpašs mērķis	Pielāgots konkrētiem uzdevumiem	Plastmasas veidnes, nišas industriālie instrumenti

3. Instrumentu tērauda īpašības

Instrumentu tērauda īpašības padara to par neaizstājamu ražošanas un instrumentu izgatavošanas pasaulē. Šeit ir padziļināts galveno īpašību apskats:

Cietība un stingrība:

• • Cietība: Instrumentu tērauda cietība ir tā spēja izturēt iespiedumus, skrāpējot, vai deformācija. Šī īpašība ir būtiska instrumentiem, kuriem jāsaglabā asa griešanas mala vai jāiztur nodilums. Piemēram:

• • • D2 tērauds var sasniegt Rockwell C cietību 57-62, padarot to ideāli piemērotu lietojumiem, kuriem nepieciešama augsta nodilumizturība.

• • Stingrība: Lai gan cietība ir būtiska, stingrība nodrošina, ka tērauds var absorbēt enerģiju bez lūzuma. Līdzsvars starp cietību un stingrību ir ļoti svarīgs:

• • • A2 tērauds piedāvā labu līdzsvaru, ar cietību 55-59 HRC pēc rūdīšanas, bet ar lielāku stingrību salīdzinājumā ar D2, padarot to piemērotu instrumentiem, kuriem ir trieciena slodze.

Nodilums pretestība:

• • Šis īpašums ir būtisks instrumentiem, kas pakļauti abrazīvai nodilumam, piemēram, griezējinstrumenti, mirst, un sitieni.
    Cieto karbīdu klātbūtne, ko veido tādi elementi kā hroms, vanādijs, un volframs, ievērojami palielina nodilumizturību:

• • • Ātrgaitas tēraudi kā M2, ar 6% volframa un 5% molibdēns, var saglabāt savu malu pat pēc ilgstošas ​​lietošanas, jo termiskās apstrādes laikā veidojas cietie karbīdi.

Karstuma izturība:

• • Instrumentiem, kas darbojas augstas temperatūras vidē, karstumizturība ir galvenais, lai novērstu mīkstināšanu vai deformāciju:

• • • Karstā darba instrumentu tēraudi piemēram, H13 uzturēt 90% no to cietības 1100 ° F temperatūrā, padarot tos piemērotus liešanai spiedienā, kalšana, un ekstrūzija, ja instruments saskaras ar augstu temperatūru.

Mašīnīgums:

• • Daži instrumentu tēraudi ir paredzēti salīdzinoši vienkāršai apstrādei, instrumenta nodiluma samazināšana formēšanas procesā:

• • • O1 tērauds ir pazīstama ar savu labo apstrādājamību, atvieglojot to veidošanu sarežģītās formās pirms sacietēšanas.

Izmēra stabilitāte:

• • Precīzijas instrumentiem ir nepieciešami materiāli, kas saglabā savu formu sprieguma vai temperatūras izmaiņu apstākļos:

• • • A2 tērauds ir lieliska izmēru stabilitāte, nodrošinot, ka tādi instrumenti kā mērinstrumenti un mērinstrumenti laika gaitā saglabā savu precizitāti.

Papildu īpašības:

• Izturība pret koroziju: Daži instrumentu tēraudi, īpaši tiem, kuros ir lielāks hroma saturs, piemēram, nerūsējošajiem instrumentu tēraudiem, nodrošina izturību pret rūsu un koroziju,
  kas ir ļoti svarīgi instrumentiem, ko izmanto mitrā vai kodīgā vidē.
• Siltumvadītspēja: Šī īpašība ietekmē siltuma pārnesi caur instrumentu, kas ietekmē dzesēšanas ātrumu un termisko izplešanos:

• • H13 tērauds ir salīdzinoši augsta siltumvadītspēja, kas palīdz izkliedēt siltumu karstā darba laikā.

• Noguruma pretestība: Instrumentiem, kuriem tiek veikta cikliska slodze, ir tērauds ar augstu noguruma izturību:

• • S7 tērauds šajā ziņā izceļas, padarot to piemērotu instrumentiem, kas pakļauti atkārtotiem triecieniem.

• Elastības modulis: Tas mēra tērauda stingrību, norādot, cik ļoti tas deformēsies slodzes ietekmē:

• • Ātrgaitas tēraudi parasti ir augstāks elastības modulis, ļaujot tiem saglabāt savu formu griešanas spēku ietekmē.

Līdzsvarošanas īpašības:

• Kompromisi: Optimāla līdzsvara sasniegšana starp šīm īpašībām bieži ir izaicinājums. Piemēram:

• • Cietības palielināšana parasti samazina stingrību, padarot tēraudu trauslāku.
  • Nodilumizturības uzlabošana var apdraudēt apstrādājamību.

• Termiskā apstrāde: Termiskās apstrādes rezultātā instrumenta tērauda īpašības var būtiski mainīties:

• • Rūdīšana palielina cietību, bet var padarīt tēraudu trauslu, ja neveic rūdīšanu.
  • Rūdījums samazina trauslumu, ļaujot daļai martensīta pārveidoties stingrākās mikrostruktūrās, bet uz zināmas cietības rēķina.

• Leģējošie elementi: Īpašu elementu, piemēram, hroma, pievienošana, volframs, molibdēns, un vanādijs pielāgo tērauda īpašības:

• • Hroms uzlabo sacietēšanu, nodilums pretestība, un izturība pret koroziju.
  • Vanādijs veido cietos karbīdus, nodilumizturības uzlabošana.
  • Volframs un molibdēns palielināt stingrību un karstumizturību.

Kopsavilkuma tabula: Instrumentu tērauda galvenās īpašības

Īpašums	Apraksts	Atslēgas pakāpes
Cietība	Izturība pret deformāciju zem spiediena	D2, O1, H13
Stingrība	Spēja izturēt triecienu bez plaisāšanas	S7, A2
Nodilums pretestība	Ilgmūžība abrazīvos apstākļos	D2, M2
Karstuma izturība	Saglabā īpašības augstā temperatūrā	H13, H21
Mašīnīgums	Vienkārša griešana un formēšana	O1, A2
Izmēra stabilitāte	Minimāli kropļojumi lietošanas vai termiskās apstrādes laikā	A2, H13
Izturība pret koroziju	Izturība pret oksidēšanu un rūsu	A2, D2
Trieciena pretestība	Iztur smagus mehāniskus triecienus	S1, S7
Siltumvadītspēja	Efektīva siltuma izkliede darbības laikā	H sērija
Noguruma pretestība	Veiktspēja atkārtotos stresa ciklos	O sērija, S sērija

4. Instrumentu tērauda termiskā apstrāde

Termiskā apstrāde ir būtisks process instrumentu tērauda ražošanā, pārveidojot tērauda mikrostruktūru, lai attīstītu vēlamās mehāniskās īpašības.

Šeit ir detalizēts termiskās apstrādes procesu apskats:

Termiskās apstrādes nozīme:

• • Termiskā apstrāde palielina instrumentu tērauda cietību, izturība, un nodiluma pretestība, šo īpašību pielāgošana īpašiem lietojumiem.
    Piemēram, Lai efektīvi grieztu, urbim ir nepieciešama augsta cietība, savukārt āmuram ir jābūt izturīgam, lai tas izturētu triecienus.

Pamata termiskās apstrādes procesi:

• • Rūdīšana: Tas ietver tērauda karsēšanu līdz temperatūrai, kas pārsniedz tā kritisko transformācijas punktu, kam seko ātra atdzesēšana rūdīšanas vidē, piemēram, ūdenī, eļļas, vai gaisu.
    Ātrā dzesēšana aiztur oglekli cietā, trausla martensīta struktūra. Piemēram, O1 tēraudu var rūdīt eļļā, lai sasniegtu cietību 60-64 HRC.
  • Rūdījums: Pēc dzēšanas, tērauds ir trausls. Rūdīšana ietver tērauda uzsildīšanu līdz zemākai temperatūrai, parasti no 300°F līdz 600°F, lai samazinātu trauslumu, vienlaikus saglabājot daļu cietības.
    Rūdīšana pie 400°F A2 tēraudam, piemēram, var dot cietību 55-59 HRC ar uzlabotu stingrību.
  • Korpusa sacietēšana: Šis process pievieno grūti, nodilumizturīgs ārējais slānis, vienlaikus saglabājot stingru serdi.
    Tas tiek darīts, karburējot, nitrings, vai cianīda, kur oglekļa vai slāpekļa atomi difundē virsmas slānī. M2 tērauds var sasniegt virsmas cietību virs 70 HRC, izmantojot šo metodi.
  • Kriogēnā ārstēšana: Papildus tradicionālajām termiskajām procedūrām, kriogēnā apstrāde ietver tērauda atdzesēšanu līdz ļoti zemai temperatūrai (bieži zem -300°F)
    lai vēl vairāk uzlabotu cietību un nodilumizturību, samazinot saglabāto austenītu, mīkstāka tērauda fāze.

Termiskās apstrādes ietekme:

• • Cietība: Termiskā apstrāde ievērojami palielina tērauda cietību, padarot to spējīgu saglabāt asu malu vai pretoties iespiedumam.
    Piemēram, D2 tērauds var sasniegt Rockwell C cietību 57-62 pēc atbilstošas ​​termiskās apstrādes.
  • Stingrība: Kamēr cietība palielinās, stingrība var tikt apdraudēta, ja tā nav pareizi līdzsvarota.
    Rūdīšanai šeit ir izšķiroša nozīme, jo tas samazina trauslumu, ļaujot daļai martensīta pārveidoties stingrākās mikrostruktūrās, piemēram, rūdītā martensītā.
  • Nodilums pretestība: Cieto karbīdu veidošanās termiskās apstrādes laikā, īpaši ātrgaitas tēraudos, ievērojami uzlabo nodilumizturību,
    ļaujot instrumentiem ilgstoši griezt vai formēt materiālus.
  • Izmēra stabilitāte: Pareiza termiskā apstrāde nodrošina, ka instrumenti saglabā savu formu stresa vai temperatūras izmaiņu apstākļos,
    kas ir ļoti svarīgi precīzijas instrumentiem, piemēram, mērierīcēm un mērinstrumentiem.

Galvenie apsvērumi:

• Termiskās apstrādes atmosfēra: Atmosfēra termiskās apstrādes laikā var ietekmēt tērauda īpašības.
  Piemēram, ar slāpekli bagāta atmosfēra var palielināt virsmas cietību, nitrējot.
• Rūdīšanas līdzeklis: Dzesēšanas līdzekļa izvēle ietekmē dzesēšanas ātrumu un, līdz ar to, tērauda galīgās īpašības.
  Ūdens nodrošina ātrāko dzesēšanas ātrumu, bet eļļu vai gaisu var izmantot, lai samazinātu deformāciju un plaisāšanu.
• Temperatūras kontrole: Precīza apkures un dzesēšanas temperatūras kontrole ir būtiska, lai sasniegtu vēlamās īpašības, neradot tādus defektus kā plaisāšana vai deformācija.
• Pēctermiskā apstrāde: Pēc termiskās apstrādes, instrumenti bieži tiek pakļauti papildu procesiem, piemēram, stresa mazināšanai,
  kas var samazināt iekšējos spriegumus, vai virsmas apstrādei, piemēram, pārklāšanai vai pulēšanai, lai vēl vairāk uzlabotu veiktspēju.

5. Instrumentu tērauda pielietojumi

Griešanas instrumenti

• Urbji: Izmanto caurumu veidošanai dažādos materiālos. Ātrgaitas tērauds (HSS) urbis, piemēram, M2, parasti izmanto cieto metālu urbšanai.
• Rīvētāji: Izmanto esošo caurumu palielināšanai un izlīdzināšanai. HSS rīves nodrošina precīzu un gludu apdari.
• Zāģu asmeņi: Izmanto koka griešanai, metāls, un citi materiāli. Aukstās darba instrumentu tēraudus, piemēram, D2, bieži izmanto zāģu asmeņiem, jo ​​tiem ir augsta nodilumizturība.

Dies un sitieni

• Apzīmogošana: Izmanto, lai izveidotu lokšņu metālu noteiktās formās. Aukstā darba instrumentu tēraudi, piemēram, D2 un A2, ir ideāli piemēroti presformu štancēšanai to augstās cietības un nodilumizturības dēļ.
• Kalšana: Izmanto metāla formēšanai, saspiežot to zem augsta spiediena. Karstā darba instrumentu tēraudi, piemēram, H13, ir piemēroti kalšanas presformām to izcilās karstumizturības dēļ.
• Ekstrūzija: Izmanto, lai izspiestu metālu caur veidni, lai izveidotu īpašus šķērsgriezuma profilus.
  Karstās darba instrumentu tēraudus bieži izmanto ekstrūzijas presformās, jo tie spēj izturēt augstu temperatūru.

Veidnes

• Iesmidzināšana: Izmanto plastmasas detaļu ražošanai, iesmidzinot veidnē izkausētu plastmasu.
  Speciālie instrumentu tēraudi, piemēram, P20 un 718 parasti izmanto iesmidzināšanas veidnēm, jo ​​tām ir laba pulēšana un izturība pret koroziju.
• Mirkšana: Izmanto metāla detaļu ražošanai, piespiežot izkausētu metālu veidnē. Karstā darba instrumentu tēraudi, piemēram, H13, ir ideāli piemēroti liešanas veidnēm to augstās izturības un karstumizturības dēļ.

Mērinstrumenti un mērinstrumenti

• Suporti: Izmanto objektu izmēru mērīšanai. Aukstās apstrādes instrumentu tēraudus, piemēram, A2, bieži izmanto suportiem to izmēru stabilitātes dēļ.
• Mikrometri: Izmanto precīzu attālumu mērīšanai. Aukstā darba instrumentu tēraudi ar augstu izmēru stabilitāti ir ideāli piemēroti mikrometriem.
• Mērinstrumenti: Izmanto, lai pārbaudītu detaļu izmērus. Aukstās darba instrumentu tēraudus, piemēram, D2, parasti izmanto mērierīcēm to augstās nodilumizturības dēļ.

Kalnrūpniecības un naftas urbumu instrumenti

• Urbji: Izmanto caurumu urbšanai klintīs un augsnē. Ātrgaitas tēraudus, piemēram, M2, bieži izmanto urbjiem, jo ​​tie spēj griezt lielā ātrumā.
• Dziļurbuma instrumenti: Izmanto naftas un gāzes ieguvē. Karstā darba instrumentu tēraudi, piemēram, H13, ir piemēroti urbumu instrumentiem, jo ​​tiem ir lieliska karstumizturība un izturība.

Citi rīki

• Naži: Izmanto dažādu materiālu griešanai. Aukstā darba instrumentu tēraudus, piemēram, D2 un A2, bieži izmanto nažiem to augstās cietības un nodilumizturības dēļ..
• Šķēres: Izmanto papīra griešanai, audums, un citi plāni materiāli. Aukstā darba instrumentu tēraudi, piemēram, A2, ir ideāli piemēroti šķērēm, pateicoties to līdzsvaram starp cietību un stingrību..
• Kalti: Izmanto koka un akmens griešanai un veidošanai. Triecienizturīgi instrumentu tēraudi, piemēram, S7, ir piemēroti kaltiem, jo ​​tie ir ļoti izturīgi un spēj izturēt triecienus.

6. Pareizā instrumenta tērauda izvēle

Faktori, kas jāņem vērā

• Operācijas veids: Griezt, veidošanās, vai citas specifiskas operācijas.
• Ekspluatācijas nosacījumi: Temperatūra, uzsvērt, un vides faktoriem.
• Materiāls, pie kura tiek strādāts: Apstrādājamā materiāla īpašības.
• Izmaksas vs. Veiktspējas analīze: Instrumenta tērauda izmaksu līdzsvarošana ar veiktspējas prasībām.

Ceļvedis, kā izvēlēties, pamatojoties uz īpašām vajadzībām

1. Identificējiet lietojumprogrammu: Nosakiet rīka īpašo lietojumu.
2. Novērtējiet darbības apstākļus: Novērtējiet temperatūru, uzsvērt, un vides faktoriem.
3. Apsveriet materiāla īpašības: Izprotiet apstrādājamā materiāla īpašības.
4. Novērtējiet izmaksas un veiktspēju: Salīdziniet dažādu instrumentu tēraudu izmaksas ar to veiktspējas priekšrocībām.
5. Konsultējieties ar ekspertiem: Lai nodrošinātu vislabāko izvēli, meklējiet padomu metalurgiem vai instrumentu tērauda piegādātājiem.

8. Izaicinājumi un apsvērumi

Maksāt

• Dārgs materiāls: Instrumentu tērauds var būt dārgs, īpaši augstas veiktspējas pakāpēm.
  Lai arī, sākotnējie ieguldījumi bieži atmaksājas, jo instruments ir ilgāks un samazinās dīkstāves laiks.
• Ekonomiskā ietekme: Apsveriet instrumentu tērauda izmantošanas vispārējo izmaksu efektivitāti savā lietojumā.
  Piemēram, savukārt D2 tērauds var būt dārgāks nekā W1 tērauds, tā izcilā nodilumizturība laika gaitā var samazināt uzturēšanas izmaksas.

Apkope

• Regulāra pārbaude: Regulāri pārbaudiet, vai instrumentiem nav nodiluma un bojājumu pazīmju, lai novērstu neparedzētas atteices.
• Pareiza uzglabāšana: Uzglabājiet instrumentus sausā vietā, kontrolēta vide, lai novērstu rūsu un koroziju. Pareiza uzglabāšana var pagarināt jūsu instrumentu kalpošanas laiku.
• Tīrīšana un eļļošana: Notīriet un ieeļļojiet instrumentus, lai saglabātu to veiktspēju. Regulāra apkope var ievērojami uzlabot jūsu instrumentu ilgmūžību.

Ietekme uz vidi

• Pārstrāde: Apsveriet iespēju pārstrādāt veco instrumentu tēraudu, lai samazinātu atkritumu daudzumu un ietekmi uz vidi. Daudzi instrumentu tērauda ražotāji piedāvā pārstrādes programmas.
• Atbrīvošanās: Ievērojiet pareizas utilizācijas vadlīnijas, lai samazinātu kaitējumu videi. Pareiza utilizācija nodrošina drošu apiešanos ar bīstamiem materiāliem.

9. Nākotnes tendences

Sasniegumi instrumentu tērauda metalurģijā

• Jauni sakausējumi: Jaunu sakausējumu ar uzlabotām īpašībām izstrāde, piemēram, uzlabota nodilumizturība un karstumizturība.
  Piemēram, pētnieki pēta nanotehnoloģiju izmantošanu, lai instrumentu tēraudos izveidotu īpaši smalkas graudu struktūras.
• Mikrostruktūras kontrole: Uzlabotas metodes instrumentu tērauda mikrostruktūras kontrolei, lai optimizētu veiktspēju.
  Lai sasniegtu noteiktas mikrostruktūras, tiek izmantots mikrosakausējums un kontrolēti dzesēšanas ātrumi.

Jaunu sakausējumu vai apstrādes metožu izstrāde

• Virsmas procedūras: Jaunas virsmas apstrādes metodes, lai uzlabotu nodilumizturību un izturību pret koroziju. Plazmas nitrēšana un dimantiem līdzīgs ogleklis (DLC) pārklājumi kļūst arvien populārāki.
• Piedevu ražošana: 3D drukāšanas izmantošana, lai izveidotu sarežģītas instrumentu tērauda detaļas ar precīzām ģeometrijām.
  Piedevu ražošana ļauj izveidot sarežģītus dizainus, kurus ir grūti sasniegt ar tradicionālajām ražošanas metodēm.

10. Secinājums

Instrumentu tērauds ir būtisks materiāls ražošanā un rūpniecībā, piedāvā izcilu cietību, nodilums pretestība, un izturība.
Izpratne par dažādiem instrumentu tērauda veidiem, to īpašības, un to pielietojums ir ļoti svarīgs, lai izvēlētos pareizo materiālu jūsu īpašajām vajadzībām.
Ņemot vērā tādus faktorus kā darbības veids, ekspluatācijas apstākļi, un materiāla īpašības, varat pieņemt pārdomātus lēmumus, kas nodrošina optimālu veiktspēju un izmaksu efektivitāti.
Tā kā tehnoloģija turpina attīstīties, instrumentu tērauda nākotne izskatās daudzsološa, ar jauniem sakausējumiem un apstrādi, kas vēl vairāk uzlabo tā iespējas.

Mēs ceram, ka šis raksts ir sniedzis vērtīgu ieskatu instrumentu tērauda pasaulē un mudinās jūs izpētīt tā potenciālu savos projektos..
Ja jums ir kādi jautājumi vai nepieciešama papildu palīdzība, jūtieties brīvi vērsties pie mums.