Сфера применения стальных сплавов определяется элементным составом. От соотношения железа и углерода, присутствия легирующих компонентов зависит твердость, термостойкость металла. На производственных предприятиях сырье подбирается с учетом требований к прочности конечной продукции. Используются углеродистые, а также инструментальные стали с повышенными показателями износостойкости. Это две группы металлов, различающиеся рядом свойств.
Сравнение химического состава
В составе углеродистых сплавов главным компонентом является железо, доля которого может достигать 99%. Второй составляющей является углерод, по содержанию которого определяется принадлежность сырья к одной из категорий:
- низкоуглеродистая (не более 0,25%);
- среднеуглеродистая (до 0,6%);
- высокоуглеродистая (до 2%).
Возможно минимальное содержание примесей, например фосфора, серы, магния, кремния. В большей степени на характеристики сплавов влияет уровень углерода.
Инструментальная сталь относится к высокоуглеродистым маркам (включается от 0,6 до 1,4% углерода). Содержит железо, процент которого определяется технологией плавки, перерабатываемым сырьем. Особенность стали – наличие в составе легирующих элементов. Их соотношение различается в разных марках, определяет физико-химические свойства. В качестве добавок используются вольфрам, хром, никель, кобальт, ванадий, молибден. Каждый из перечисленных компонентов придает уникальные качества.
Сравнение характеристик
Чем выше процент углерода, тем металл тверже. При этом понижается его пластичность, повышается хрупкость. Стальной сплав без добавок при нагревании теряет значительный процент прочности. Примеси, которые способны снизить восприимчивость к термическому воздействию (марганец, молибден), содержатся в инструментальных сплавах. Большая доля таких включений обеспечивает устойчивость к температурным и механическим нагрузкам. Главные отличия таких марок от нелегированных углеродистых видов заключаются в механических свойствах и термостойкости:
- Твердость и прочность. Металлы с легирующими добавками способны поглощать ударную нагрузку без растрескивания. Комплекс модифицирующих включений повышает коэффициент растяжения и уменьшает восприимчивость к деформационным нагрузкам.
- Стойкость к износу. Добавки снижают восприимчивость к механическому трению, скорость истирания.
- Термическая стойкость. При нагреве до +400°С стандартный железо-углеродный сплав теряет до 25% прочности. При более высоких температурах показатель увеличивается до 50%. Усовершенствованные добавками металлы отличаются повышенной термостойкостью. Диапазон рабочих температур зависит от комбинации легирующих включений.
- Подверженность коррозии. Из-за низкого содержания или полного отсутствия хрома углеродистая сталь не имеет антикоррозионных свойств. Требует дополнительной обработки для защиты от влажной и агрессивной среды. Инструментальные марки, модифицированные хромом, характеризуются высоким уровнем коррозионной стойкости.
Свойства стали учитываются при подборе сырья для изготовления инструментов, сварных металлоконструкций, оборудования. Тип металла должен соответствовать требованиям к истиранию, термостойкости изделий.
Области применения инструментальной стали
Сплавы служат сырьем в производстве устойчивых к износу и нагреву изделий, высокопрочных деталей. Например, из марок повышенной твердости изготавливается пильное полотно для ленточной пилы, дисковый раскройный нож. При интенсивной нагрузке режущая кромка станочной оснастки не истирается, сохраняет форму. Из инструментальной стали изготавливаются:
- сверла и фрезы;
- штампованные формы, использующиеся в литье пластмасс и металлообработке;
- оснастки станков, предназначенные для пробивки твердых материалов;
- детали, к прочностным характеристикам которых предъявляются повышенные требования;
- точные медицинские инструменты.
Из высокопрочной стали получают изделия, предназначенные для эксплуатации в условиях повышенного износа. Производят детали, подвергающиеся постоянным нагрузкам, высокому давлению или сильному нагреву.
Использование углеродистых марок
Марки углеродистой группы применяются в областях, где приоритетом является экономичность и высокие показатели прочности. Подходят для изготовления:
- труб;
- автомобильных деталей;
- строительных конструкций;
- ручного инструмента, не подвергающегося экстремальному нагреву.
Низкоуглеродистые марки используются в автомобильной промышленности. Применяются в производстве каркасов, арматуры. Среднеуглеродистые виды востребованы в производстве деталей и механизмов, испытывающих рабочие нагрузки. Марки высокоуглеродистого типа используются для изготовления режущих инструментов, проволоки, пружин.