Главная  >  Справочник  >  Сталь инструментальная легированная 7ХФ

Сталь инструментальная легированная 7ХФ: описание, свойства, применение

Сталь 7ХФ – это инструментальная легированная сталь, обладающая повышенной износостойкостью, прочностью и способностью сохранять режущие свойства при нагреве до умеренных температур. Буква "7" в маркировке указывает на содержание углерода в сотых долях процента (около 0,7%), а буквы "Х" и "Ф" обозначают легирующие элементы: хром и ванадий соответственно. Эти добавки улучшают характеристики стали, обеспечивая ей необходимые для работы в условиях высоких нагрузок и износа качества. Сталь 7ХФ широко используется для изготовления инструментов, предназначенных для обработки различных материалов, в том числе и при ударных нагрузках.

Химический состав стали 7ХФ

Химический состав стали 7ХФ строго регламентируется соответствующими стандартами. Содержание элементов в сплаве определяет его свойства и область применения.

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.65 - 0.74
Кремний (Si)	0.17 - 0.33
Марганец (Mn)	0.50 - 0.80
Хром (Cr)	0.70 - 1.00
Никель (Ni)	до 0.40
Медь (Cu)	до 0.30
Ванадий (V)	0.15 - 0.25
Сера (S)	до 0.03
Фосфор (P)	до 0.03
Мышьяк (As)	до 0.08

Расшифровка обозначений:

• C (Углерод): Основной элемент, влияющий на твердость и прочность стали. Увеличение содержания углерода повышает твердость, но снижает пластичность и свариваемость.
• Si (Кремний): Раскисляет сталь в процессе выплавки, повышает прочность и упругость.
• Mn (Марганец): Улучшает прокаливаемость, повышает прочность и износостойкость. Связывает серу, предотвращая образование хрупких сульфидов железа.
• Cr (Хром): Повышает прокаливаемость, твердость, износостойкость и коррозионную стойкость. Образует карбиды, увеличивающие сопротивление износу.
• Ni (Никель): Улучшает прокаливаемость, повышает прочность и вязкость.
• Cu (Медь): Повышает коррозионную стойкость.
• V (Ванадий): Образует мелкодисперсные карбиды, измельчает зерно, повышает прочность, твердость и износостойкость.
• S (Сера): Вредная примесь, ухудшает механические свойства стали, снижает пластичность и свариваемость.
• P (Фосфор): Вредная примесь, повышает хладноломкость стали.
• As (Мышьяк): Вредная примесь, способствует хладноломкости.

Механические свойства стали 7ХФ

Механические свойства стали 7ХФ зависят от режима термической обработки (закалка, отпуск). При правильной термообработке сталь достигает оптимального сочетания твердости, прочности и вязкости. Ниже приведены типичные значения механических свойств для стали 7ХФ после закалки и отпуска:

Свойство	Значение	Единица измерения
Твердость	59-64	HRC (Роквелл, шкала C)
Предел прочности при растяжении (временное сопротивление)	1080-1370	МПа
Предел текучести	880-1180	МПа
Относительное удлинение при разрыве	5-10	%
Относительное сужение	15-30	%
Ударная вязкость	20-40	Дж/см²

Расшифровка обозначений:

• HRC (Hardness Rockwell C): Твердость по Роквеллу, измеренная по шкале C. Определяется глубиной проникновения алмазного конуса или стального шарика под определенной нагрузкой.
• МПа (Мегапаскаль): Единица измерения давления и напряжения.
• Предел прочности при растяжении (временное сопротивление): Максимальное напряжение, которое материал может выдержать при растяжении до разрушения.
• Предел текучести: Напряжение, при котором материал начинает деформироваться пластически, то есть необратимо.
• Относительное удлинение при разрыве: Процентное увеличение длины образца после разрыва по отношению к его первоначальной длине. Характеризует пластичность материала.
• Относительное сужение: Процентное уменьшение площади поперечного сечения образца в месте разрыва по отношению к его первоначальной площади. Характеризует пластичность материала.
• Ударная вязкость: Способность материала сопротивляться разрушению под действием ударных нагрузок.

Физические свойства стали 7ХФ

Физические свойства стали 7ХФ также важны для ее применения. Они определяют поведение материала при различных температурах и условиях эксплуатации.

Свойство	Значение	Единица измерения
Плотность	7.75-7.85	г/см³
Модуль упругости	200-210	ГПа
Коэффициент линейного термического расширения	11-12 x 10⁻⁶	1/°C (в диапазоне 20-100°C)
Теплопроводность	25-30	Вт/(м·°C)
Удельная теплоемкость	460-480	Дж/(кг·°C)
Температура ковки	950-800	°C

Расшифровка обозначений:

• г/см³: Грамм на кубический сантиметр. Единица измерения плотности.
• ГПа (Гигапаскаль): Единица измерения модуля упругости.
• 1/°C: Обратный градус Цельсия. Единица измерения коэффициента линейного термического расширения.
• Вт/(м·°C): Ватт на метр-градус Цельсия. Единица измерения теплопроводности.
• Дж/(кг·°C): Джоуль на килограмм-градус Цельсия. Единица измерения удельной теплоемкости.
• °C: Градус Цельсия. Единица измерения температуры.

Область применения стали 7ХФ

Сталь 7ХФ благодаря своим свойствам нашла широкое применение в различных отраслях промышленности. Она используется для изготовления инструментов, работающих в условиях повышенного износа и ударных нагрузок. Вот некоторые примеры применения:

• Штампы: Штампы для холодной штамповки, вырубные и просечные штампы, гибочные штампы, используемые для обработки листового металла.
• Пресс-формы: Пресс-формы для литья под давлением алюминиевых и цинковых сплавов.
• Инструмент для обработки дерева: Ножи для деревообрабатывающих станков, пилы, фрезы.
• Инструмент для обработки металла: Метчики, плашки, развертки, зенковки, используемые для нарезания резьбы и обработки отверстий.
• Измерительный инструмент: Калибры, шаблоны, используемые для контроля размеров и формы деталей.
• Ручной инструмент: Зубила, крейцмейсели, кернеры, используемые для ручной обработки металла.
• Режущий инструмент для станков: Ножи для токарных станков (для обработки мягких материалов), резцы.
• Пуансоны: Используются в штампах для пробивки отверстий.
• Волоки: Инструмент для протяжки проволоки.

Сталь 7ХФ особенно эффективна в тех случаях, когда требуется высокая износостойкость и способность выдерживать ударные нагрузки. Например, штампы для холодной штамповки подвергаются значительным нагрузкам и износу, поэтому использование стали 7ХФ позволяет увеличить срок службы инструмента и повысить производительность.

Виды металлопроката из стали 7ХФ

Сталь 7ХФ поставляется в различных видах металлопроката, что позволяет использовать ее для изготовления различных инструментов и деталей. Основные виды металлопроката:

• Круг: Круглый прокат различного диаметра, используемый для изготовления осей, валов, шпинделей и других деталей.
• Полоса: Полоса различной толщины и ширины, используемая для изготовления ножей, штампов и других плоских деталей.
• Квадрат: Квадратный прокат различного размера, используемый для изготовления режущего инструмента, штампов и других деталей.
• Лист: Листовой прокат различной толщины, используется для изготовления штампов.
• Кованые заготовки: Заготовки, полученные методом ковки, для последующей механической обработки.

Выбор вида металлопроката зависит от конкретного применения и требований к размерам и форме детали.

ГОСТы, регламентирующие сталь 7ХФ и металлопрокат из нее

Существует ряд ГОСТов, регламентирующих химический состав, механические свойства и область применения стали 7ХФ, а также производство металлопроката из этой стали. Наиболее важные из них:

• ГОСТ 5950-2000. Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Общие технические условия. Этот стандарт определяет общие технические условия на прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали, включая сталь 7ХФ. Он устанавливает требования к химическому составу, механическим свойствам, качеству поверхности и другим параметрам.
• ГОСТ 1435-99. Прутки, полосы из инструментальной нелегированной стали. Технические условия. (Несмотря на название, может содержать информацию о применении стали 7ХФ в качестве заменителя).
• ГОСТ 2590-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент. (Определяет сортамент круглого проката, который может быть изготовлен из стали 7ХФ).
• ГОСТ 4405-75. Полосы горячекатаные и кованые из инструментальной стали. Сортамент. (Определяет сортамент полосового проката, который может быть изготовлен из стали 7ХФ).
• ГОСТ 5210-82. Поковки из инструментальной стали. Общие технические условия. (Определяет технические условия на поковки из инструментальной стали, включая сталь 7ХФ).
• ГОСТ 7502-98. Лента стальная холоднокатаная режущая. Технические условия. (Может применяться для изготовления режущего инструмента из стали 7ХФ).
• Отраслевые стандарты и ТУ (Технические условия) предприятий, изготавливающих инструмент из стали 7ХФ.

При выборе стали 7ХФ и металлопроката из нее необходимо учитывать требования соответствующих ГОСТов и ТУ, чтобы обеспечить соответствие материала требованиям конкретного применения.

Операции в цехах, производящих изделия из стали 7ХФ

Производство изделий из стали 7ХФ включает в себя ряд технологических операций, выполняемых в различных цехах:

1. Заготовительный цех:
   • Резка металла: Металлопрокат (круг, полоса, квадрат) разрезается на заготовки необходимого размера. Используются различные методы резки:
     • Ленточнопильная резка: Для получения заготовок высокой точности.
     • Гильотинная резка: Для резки листового металла.
     • Плазменная резка: Для резки толстого листового металла.
     • Кислородная резка: Для резки толстого листового металла.
   • Предварительная обработка: Удаление окалины, заусенцев и других дефектов поверхности.
2. Механический цех:
   • Токарная обработка: Формирование цилиндрических и конических поверхностей на токарных станках.
   • Фрезерная обработка: Формирование плоских и фасонных поверхностей на фрезерных станках.
   • Шлифовальная обработка: Достижение высокой точности размеров и шероховатости поверхности на шлифовальных станках.
   • Сверлильная обработка: Создание отверстий различного диаметра на сверлильных станках.
   • Резьбонарезная обработка: Нарезание внутренней и наружной резьбы метчиками и плашками.
   • Электроэрозионная обработка (ЭЭО): Формирование сложных профилей и полостей в закаленных деталях.
3. Термический цех:
   • Закалка: Нагрев стали до определенной температуры (обычно 820-850°C) с последующим быстрым охлаждением в масле или воде для получения высокой твердости.
   • Отпуск: Нагрев закаленной стали до более низкой температуры (обычно 150-250°C) для снятия внутренних напряжений и повышения вязкости. Выбор температуры отпуска зависит от требуемых свойств готового изделия.
   • Отжиг: Нагрев стали до температуры выше критической с последующим медленным охлаждением для снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости.
   • Нормализация: Нагрев стали до температуры выше критической с последующим охлаждением на воздухе для измельчения зерна и улучшения механических свойств.
   • Цементация: Насыщение поверхностного слоя стали углеродом для повышения твердости и износостойкости поверхности. (Редко применяется для стали 7ХФ, чаще для сталей с низким содержанием углерода).
4. Штамповочный цех (при изготовлении штампов):
   • Подгонка и сборка штампов: Сборка и регулировка штампов из отдельных деталей (матриц, пуансонов, выталкивателей).
   • Доводка рабочих поверхностей: Шлифовка и полировка рабочих поверхностей штампов для обеспечения необходимой точности и качества штампуемых деталей.
5. Инструментальный цех:
   • Изготовление режущего инструмента: Изготовление резцов, фрез, сверл, метчиков, плашек и другого режущего инструмента.
   • Заточка режущего инструмента: Заточка и переточка режущего инструмента для восстановления его режущих свойств.
6. Контроль качества:
   • Входной контроль: Контроль качества поступающего металлопроката (химический состав, механические свойства, размеры).
   • Межоперационный контроль: Контроль качества деталей на различных стадиях производства.
   • Окончательный контроль: Контроль качества готовых изделий (размеры, твердость, шероховатость поверхности, наличие дефектов). Могут использоваться различные методы контроля:
     • Визуальный контроль: Осмотр деталей на наличие дефектов поверхности.
     • Измерительный контроль: Контроль размеров деталей с помощью измерительных инструментов (штангенциркули, микрометры, нутромеры).
     • Контроль твердости: Измерение твердости деталей с помощью твердомеров (Роквелла, Виккерса, Бринелля).
     • Ультразвуковой контроль: Выявление внутренних дефектов в деталях.
     • Магнитопорошковый контроль: Выявление поверхностных дефектов в деталях.

Правильный выбор технологических операций и режимов обработки стали 7ХФ позволяет получить изделия с требуемыми свойствами и обеспечить их надежную работу в условиях эксплуатации. Термическая обработка играет ключевую роль в формировании оптимальной структуры и свойств стали 7ХФ.