Главная  >  Справочник  >  Сталь инструментальная легированная 4ХС

Сталь инструментальная легированная 4ХС: описание, свойства, применение

Сталь 4ХС – это инструментальная легированная сталь, обладающая высокой твердостью, износостойкостью и прокаливаемостью. Она относится к классу хромокремниевых сталей и широко используется для изготовления инструментов, работающих в условиях повышенного износа и высоких температур.

Основные характеристики стали 4ХС:

• Высокая твердость: Обеспечивает устойчивость к износу и деформации при обработке материалов.
• Износостойкость: Позволяет инструментам сохранять свои режущие свойства в течение длительного времени.
• Прокаливаемость: Обеспечивает равномерное упрочнение стали по сечению при термической обработке.
• Теплостойкость: Позволяет использовать инструменты из стали 4ХС при повышенных температурах.
• Умеренная вязкость: Предотвращает хрупкое разрушение инструмента при ударных нагрузках.

Химический состав стали 4ХС (ГОСТ 5950-2000):

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.35 - 0.45
Кремний (Si)	0.9 - 1.2
Марганец (Mn)	0.4 - 0.7
Хром (Cr)	1.3 - 1.6
Никель (Ni)	до 0.4
Медь (Cu)	до 0.3
Сера (S)	до 0.03
Фосфор (P)	до 0.03

Расшифровка обозначения стали 4ХС:

• 4: Указывает на содержание углерода в сотых долях процента (0.4%).
• Х: Обозначает наличие хрома (Cr) в стали.
• С: Обозначает наличие кремния (Si) в стали.

Механические свойства стали 4ХС (ГОСТ 5950-2000):

Механические свойства стали 4ХС зависят от режима термической обработки. Приведем примерные значения для закаленной и отпущенной стали:

• Предел прочности (σв): 980 - 1270 МПа
• Предел текучести (σт): 785 - 1080 МПа
• Относительное удлинение (δ): 8 - 12 %
• Относительное сужение (ψ): 30 - 45 %
• Ударная вязкость (KCU): 20 - 40 Дж/см²
• Твердость (HRC): 57-62 HRC после закалки и низкого отпуска

Физические свойства стали 4ХС:

• Плотность: 7750 - 7850 кг/м³
• Модуль упругости: 200 - 210 ГПа
• Коэффициент линейного расширения: 11.5 - 12.5 * 10⁻⁶ / °C (в диапазоне 20-100°C)
• Теплопроводность: 29 - 33 Вт/(м*К)
• Удельная теплоемкость: 460 - 480 Дж/(кг*К)
• Электрическое сопротивление: 0.24 - 0.28 Ом*мм²/м

Области применения стали 4ХС:

Сталь 4ХС широко используется для изготовления различных инструментов, работающих в условиях повышенного износа и требующих высокой твердости и теплостойкости. Основные области применения:

• Режущий инструмент:
  • Метчики
  • Плашки
  • Развертки
  • Фрезы
  • Зенковки
  • Протяжки
  • Ножи для резки металла
• Измерительный инструмент:
  • Калибры
  • Шаблоны
• Штамповый инструмент:
  • Пуансоны
  • Матрицы
  • Высадочные штампы (для холодной высадки)
• Детали машин:
  • Оси
  • Валы
  • Шпиндели
  • Кулачки
  • Ролики
  • Подшипники
• Инструмент для обработки дерева:
  • Стамески
  • Рубанки
  • Сверла

Благодаря своей теплостойкости сталь 4ХС используется для изготовления инструментов, работающих при повышенных температурах, например, для горячего деформирования металлов.

Виды металлопроката из стали 4ХС:

Сталь 4ХС поставляется в различных видах металлопроката:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката, используемый для изготовления осей, валов, шпинделей, режущего и измерительного инструмента.
• Квадрат: Используется для изготовления штампового инструмента, крепежных элементов.
• Полоса: Применяется для изготовления ножей, шаблонов, деталей машин.
• Лист: Используется для изготовления штампов, матриц, корпусных деталей.
• Поковки: Используются для изготовления крупных деталей сложной формы.

ГОСТы, регламентирующие сталь 4ХС и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 5950-2000: Сталь сортовая инструментальная легированная. Общие технические условия. (Основной ГОСТ, определяющий химический состав, механические свойства и требования к качеству стали 4ХС).
• ГОСТ 2590-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент. (Определяет сортамент круглого проката из стали 4ХС).
• ГОСТ 2591-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент. (Определяет сортамент квадратного проката из стали 4ХС).
• ГОСТ 4405-75: Полосы горячекатаные и кованые из инструментальной стали. Сортамент. (Определяет сортамент полосового проката из стали 4ХС).
• ГОСТ 103-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент. (Определяет сортамент полосового проката из стали 4ХС).
• ГОСТ 7417-75: Сталь калиброванная круглая. Сортамент. (Определяет сортамент калиброванного круглого проката из стали 4ХС).
• ГОСТ 8559-75: Сталь калиброванная квадратная. Сортамент. (Определяет сортамент калиброванного квадратного проката из стали 4ХС).
• ГОСТ 1133-71: Сталь кованая круглая и квадратная. Сортамент. (Определяет сортамент кованого круглого и квадратного проката из стали 4ХС).
• ГОСТ 7831-78: Прутки шлифованные из инструментальной стали. (Определяет требования к шлифованным пруткам из инструментальной стали, включая 4ХС).
• ГОСТ 1435-99: Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали. Общие технические условия. (В данном ГОСТе сталь 4ХС не указана, однако он может содержать общие требования к металлопрокату из инструментальных сталей).
• Различные отраслевые стандарты (ОСТ) и технические условия (ТУ), разработанные для конкретных видов изделий из стали 4ХС.

Операции в цехах, производящих изделия из стали 4ХС:

Процесс изготовления изделий из стали 4ХС включает в себя ряд технологических операций, выполняемых в различных цехах:

1. Заготовительный цех:
   • Резка металла: Металлопрокат разрезается на заготовки требуемой длины и размеров с использованием ленточнопильных станков, абразивных кругов или газовой резки.
   • Правка: Заготовки подвергаются правке для устранения кривизны и обеспечения требуемой геометрии.
2. Механический цех:
   • Токарная обработка: Заготовки обрабатываются на токарных станках для придания им необходимой формы и размеров. Выполняются операции точения, растачивания, подрезки торцов, нарезания резьбы.
   • Фрезерная обработка: Заготовки обрабатываются на фрезерных станках для создания сложных поверхностей, пазов, канавок.
   • Шлифовальная обработка: Заготовки шлифуются для достижения высокой точности размеров и чистоты поверхности.
   • Сверлильная обработка: В заготовках сверлятся отверстия различного диаметра.
   • Резьбонарезание: Нарезается внутренняя и наружная резьба.
   • Электроэрозионная обработка (ЭЭО): Используется для получения сложных форм и труднообрабатываемых материалов.
3. Термический цех:
   • Закалка: Заготовки нагреваются до определенной температуры (обычно 820-850°C) и быстро охлаждаются в масле или воде для придания им высокой твердости.
   • Отпуск: Закаленные заготовки нагреваются до более низкой температуры (150-250°C) для снижения хрупкости и повышения вязкости.
   • Отжиг: Используется для снятия внутренних напряжений в металле и улучшения его обрабатываемости.
   • Нормализация: Используется для получения однородной структуры металла и улучшения его механических свойств.
   • Цементация: (В некоторых случаях) Насыщение поверхностного слоя углеродом для повышения твердости и износостойкости.
4. Штамповочный цех (при изготовлении штампов):
   • Изготовление штампов: Детали штампов (пуансоны, матрицы) изготавливаются с использованием механической обработки, электроэрозионной обработки и термической обработки.
   • Сборка штампов: Изготовленные детали собираются в готовый штамп.
5. Инструментальный цех (при изготовлении инструмента):
   • Изготовление режущего инструмента: Процесс включает в себя механическую обработку, термическую обработку, заточку и доводку режущих кромок.
6. Контрольно-измерительный цех (отдел технического контроля - ОТК):
   • Контроль размеров и формы: Проверка соответствия размеров и формы заготовок и готовых изделий требованиям чертежей.
   • Контроль твердости: Измерение твердости металла после термической обработки.
   • Металлографический анализ: Исследование микроструктуры металла для определения его качества.
   • Ультразвуковой контроль (УЗК): Выявление внутренних дефектов в металле.
   • Рентгеновский контроль: (В некоторых случаях) Выявление внутренних дефектов в металле.
7. Слесарный цех:
   • Сборка изделий: Сборка деталей в готовые изделия.
   • Доводка и пригонка деталей: Обеспечение точной посадки и взаимодействия деталей.
   • Шабрение: Подгонка поверхностей деталей для достижения плотного контакта.
8. Заточной цех:
   • Заточка и переточка инструмента: Восстановление режущих свойств инструмента после использования.
9. Цех покрытий (в некоторых случаях):
   • Нанесение защитных покрытий: Нанесение покрытий для защиты от коррозии и повышения износостойкости (например, хромирование, оксидирование).

Важные замечания:

• Выбор оптимального режима термической обработки стали 4ХС зависит от конкретного назначения изделия и требований к его свойствам.
• При обработке стали 4ХС необходимо использовать качественный режущий инструмент и соблюдать режимы резания для предотвращения преждевременного износа инструмента и повреждения заготовки.
• Соблюдение технологических процессов на каждом этапе производства является ключевым фактором для получения качественных изделий из стали 4ХС.

Данное описание предоставляет исчерпывающую информацию о стали инструментальной легированной марки 4ХС, ее свойствах, применении и технологиях обработки. Эта информация будет полезна для специалистов, занимающихся проектированием, изготовлением и эксплуатацией инструментов и деталей машин из данной стали.