Главная  >  Справочник  >  Сталь инструментальная легированная 5ХНВС

Сталь инструментальная легированная 5ХНВС: описание, свойства, применение

Сталь 5ХНВС относится к классу инструментальных легированных сталей и обладает уникальным сочетанием свойств, делающим её незаменимой в различных отраслях промышленности. Высокая прочность, износостойкость, вязкость и способность сохранять режущие свойства при повышенных температурах обусловлены сложным химическим составом и специальной термической обработкой.

Химический Состав стали 5ХНВС (ГОСТ 5950-2000):

Элемент	Содержание (%)
Углерод (C)	0.45 - 0.55
Хром (Cr)	0.70 - 1.00
Никель (Ni)	1.20 - 1.60
Вольфрам (W)	0.90 - 1.20
Кремний (Si)	0.20 - 0.50
Марганец (Mn)	0.20 - 0.50
Ванадий (V)	0.15 - 0.30
Сера (S)	≤ 0.030
Фосфор (P)	≤ 0.030
Медь (Cu)	≤ 0.30

Расшифровка обозначения:

• 5: Указывает на содержание углерода в сотых долях процента (0.5%).
• Х: Обозначает наличие хрома (Cr) как легирующего элемента.
• Н: Обозначает наличие никеля (Ni) как легирующего элемента.
• В: Обозначает наличие вольфрама (W) как легирующего элемента.
• С: Обозначает наличие кремния (Si) как легирующего элемента.

Механические Свойства (ориентировочные значения после термической обработки):

Характеристика	Значение	Единица измерения
Предел прочности (σв)	1200 - 1400	МПа
Предел текучести (σт)	900 - 1100	МПа
Относительное удлинение (δ)	8 - 12	%
Относительное сужение (ψ)	30 - 45	%
Твердость (HRC)	58 - 62
Ударная вязкость (KCU)	20 - 40	Дж/см²

• Предел прочности (σ_в): Максимальное напряжение, которое материал может выдержать до разрушения.
• Предел текучести (σ_т): Напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться.
• Относительное удлинение (δ): Процентное увеличение длины образца после разрыва по отношению к первоначальной длине.
• Относительное сужение (ψ): Процентное уменьшение площади поперечного сечения образца в месте разрыва по отношению к первоначальной площади.
• Твердость (HRC): Сопротивление материала вдавливанию индентора (в данном случае, алмазного конуса) под определенной нагрузкой.
• Ударная вязкость (KCU): Способность материала сопротивляться разрушению под воздействием ударных нагрузок.

Физические Свойства (ориентировочные значения):

Характеристика	Значение	Единица измерения
Плотность (ρ)	7800	кг/м³
Модуль упругости (E)	210 x 10³	МПа
Коэффициент теплопроводности (λ)	20 - 30	Вт/(м·°C)
Коэффициент линейного расширения (α)	11 - 13 x 10⁻⁶	1/°C
Удельная теплоемкость (c)	460	Дж/(кг·°C)
Температура ковки	1150-850	°C
Температура критических точек	Ac1: 727 , Ac3(Aсm): 770 , Ar1: 690 , Ar3(Arcm): 730	°C

• Плотность (ρ): Масса вещества в единице объема.
• Модуль упругости (E): Характеризует способность материала сопротивляться упругой деформации.
• Коэффициент теплопроводности (λ): Способность материала проводить тепло.
• Коэффициент линейного расширения (α): Относительное изменение длины материала при изменении температуры на один градус.
• Удельная теплоемкость (c): Количество тепла, необходимое для нагрева единицы массы материала на один градус.

Термическая Обработка:

Для достижения оптимальных свойств сталь 5ХНВС подвергается термической обработке, включающей:

• Закалку: Нагрев до температуры 820-860°C с последующим быстрым охлаждением в масле или воде. Закалка позволяет получить высокую твердость и износостойкость.
• Отпуск: Нагрев закаленной стали до температуры 200-300°C для снятия внутренних напряжений и повышения вязкости. Выбор температуры отпуска зависит от требуемых свойств инструмента. Низкий отпуск (150-200°C) применяется для инструментов, требующих высокой твердости и износостойкости, но меньшей вязкости. Высокий отпуск (300-400°C) обеспечивает более высокую вязкость при некотором снижении твердости.
• Нормализацию: Применяется для снятия остаточных напряжений после механической обработки и подготовки к последующей закалке.

Сферы Применения:

Сталь 5ХНВС широко используется для изготовления инструментов, работающих в условиях повышенных нагрузок, высоких скоростей резания и нагрева:

• Режущий инструмент:
  • Метчики и плашки для нарезания резьбы.
  • Фрезы для обработки металлов.
  • Развертки для обработки отверстий.
  • Зенковки и зенкеры для обработки отверстий под крепеж.
  • Сверла.
  • Инструмент для обработки дерева: стамески, резцы.
  • Ножи для гильотин.
  • Профильные ножи.
• Измерительный инструмент:
  • Калибры.
  • Шаблоны.
  • Концевые меры длины.
• Штамповый инструмент:
  • Пресс-формы для литья под давлением.
  • Штампы для холодной и горячей деформации.
  • Вырубные и пробивные штампы.
• Детали машин и механизмов:
  • Кулачки.
  • Ролики.
  • Пружины.
  • Подшипники.
• Другие области:
  • Хирургический инструмент.
  • Инструмент для ювелирного дела.
  • Инструмент для гравировки.

Виды Металлопроката:

Сталь 5ХНВС поставляется в виде различных видов металлопроката:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката, используемый для изготовления осевых инструментов, валов, осей.
• Квадрат: Применяется для изготовления штампов, оправок, плашек.
• Полоса: Используется для изготовления ножей, резцов, пружин.
• Лист: Применяется для изготовления штампов, матриц, деталей сложной формы.
• Поковка: Используется для изготовления крупных деталей сложной формы, требующих высокой прочности и вязкости.
• Проволока: Применяется для изготовления пружин, электродов для сварки.

ГОСТы, регламентирующие сталь 5ХНВС и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 5950-2000. Прутки, полосы, кованые заготовки из инструментальной легированной стали. Общие технические условия. Основной ГОСТ, определяющий химический состав, механические свойства, термическую обработку и другие требования к стали 5ХНВС и металлопрокату из нее.
• ГОСТ 2590-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент. Регламентирует размеры и предельные отклонения для стального горячекатаного круглого проката.
• ГОСТ 2591-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент. Регламентирует размеры и предельные отклонения для стального горячекатаного квадратного проката.
• ГОСТ 4405-75. Полосы горячекатаные и кованые из инструментальной стали. Сортамент. Регламентирует размеры и предельные отклонения для стальных горячекатаных и кованых полос.
• ГОСТ 7417-75. Сталь калиброванная круглая. Сортамент. Регламентирует размеры и предельные отклонения для калиброванной круглой стали.
• ГОСТ 8559-75. Сталь калиброванная квадратная. Сортамент. Регламентирует размеры и предельные отклонения для калиброванной квадратной стали.
• ГОСТ 103-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент. Регламентирует размеры и предельные отклонения для стального горячекатаного полосового проката.
• ГОСТ 1435-99. Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали. Общие технические условия. (Косвенно относится, т.к. устанавливает общие требования к инструментальным сталям, которые могут быть применимы и к 5ХНВС в части, не противоречащей ГОСТ 5950-2000).
• ГОСТ 2839-80. Ключи гаечные разводные. Технические условия. (Пример применения, поскольку некоторые ключи могут изготавливаться из инструментальных сталей, включая 5ХНВС).
• ГОСТ 9.014-78. Единая система защиты от коррозии и старения (ЕСЗКС). Временная противокоррозионная защита изделий. Общие требования. (Применяется для защиты изделий из стали 5ХНВС от коррозии при хранении и транспортировке).

Операции в цехах, производящих продукцию из стали 5ХНВС:

Использование стали 5ХНВС предполагает выполнение широкого спектра технологических операций в различных цехах:

• Металлургическое производство:
  • Плавка: Выплавка стали заданного химического состава в электропечах или конвертерах. Контроль химического состава и температуры расплава.
  • Разливка: Разливка расплавленной стали в слитки или заготовки для дальнейшей переработки.
• Прокатное производство:
  • Нагрев заготовок: Нагрев слитков или заготовок до температуры ковки или прокатки.
  • Прокатка: Формирование сортового проката (круг, квадрат, полоса, лист) на прокатных станах. Контроль размеров и качества поверхности.
  • Волочение: Получение калиброванной стали (круг, квадрат) с высокой точностью размеров и гладкой поверхностью.
• Кузнечно-прессовое производство:
  • Ковка: Формирование заготовок сложной формы путем ковки на молотах или прессах.
  • Штамповка: Изготовление деталей штамповкой в специальных штампах.
• Термическое производство:
  • Закалка: Нагрев стали до температуры закалки и быстрое охлаждение для получения высокой твердости.
  • Отпуск: Нагрев закаленной стали до температуры отпуска для снятия напряжений и повышения вязкости.
  • Нормализация: Нагрев стали для снятия остаточных напряжений после обработки давлением.
  • Отжиг: Медленное охлаждение стали после нагрева для снижения твердости и улучшения обрабатываемости.
• Механическая обработка:
  • Токарная обработка: Обработка деталей на токарных станках для придания им необходимой формы и размеров.
  • Фрезерная обработка: Обработка деталей на фрезерных станках для создания плоских и фасонных поверхностей.
  • Шлифовальная обработка: Доводка поверхности деталей до высокой точности и гладкости.
  • Сверление: Создание отверстий в деталях.
  • Нарезание резьбы: Формирование резьбы на деталях.
  • Электроэрозионная обработка (ЭЭО): Формирование сложных профилей и полостей в деталях с высокой точностью.
• Инструментальное производство:
  • Изготовление режущего инструмента (фрезы, сверла, метчики, плашки).
  • Изготовление штампового инструмента (штампы, пресс-формы).
  • Заточка и доводка инструмента.
• Контроль качества:
  • Визуальный контроль: Осмотр деталей на предмет дефектов поверхности.
  • Измерение размеров: Контроль размеров деталей с помощью измерительного инструмента.
  • Определение твердости: Измерение твердости деталей с помощью твердомеров.
  • Металлографический анализ: Исследование микроструктуры стали для контроля качества термической обработки.
  • Ультразвуковой контроль (УЗК): Выявление внутренних дефектов в деталях.
  • Рентгеновский контроль: Выявление внутренних дефектов в деталях (при необходимости).

Сталь 5ХНВС, благодаря своим уникальным свойствам и широкому спектру применения, остается востребованным материалом в различных отраслях промышленности. Правильный выбор режима термической обработки и соблюдение технологических процессов позволяют максимально реализовать потенциал этой стали и обеспечить высокую надежность и долговечность изготавливаемых из нее инструментов и деталей.