S1 инструментальная сталь: свойства и ключевые применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
S1 инструментальная сталь - это высокопроизводительная инструментальная сталь, классифицируемая как легированный высокоуглеродистый хром. Она предназначена для применения, требующего отличной износостойкости и прочности, что делает ее подходящей для различных инструментальных и механических приложений. Основными легирующими элементами в S1 инструментальной стали являются углерод (C), хром (Cr) и молибден (Mo), которые значительно влияют на ее твердость, износостойкость и общие механические свойства.
Обширный обзор
S1 инструментальная сталь характеризуется высоким содержанием углерода, обычно около 0.90% до 1.05%, и содержанием хрома примерно 4.0% до 5.0%. Эти элементы способствуют достижению высокой твердости после термообработки, при этом обеспечивая хорошую прочность и износостойкость. Добавление молибдена улучшает закаливаемость и стабильность при повышенных температурах.
Наиболее значимые характеристики S1 инструментальной стали включают:
- Высокая твердость: Достижимая твердость может превышать 60 HRC после соответствующей термообработки.
- Отличная износостойкость: Ее состав позволяет выдерживать абразивный износ, что делает ее идеальной для режущих инструментов и форм.
- Хорошая прочность: Несмотря на свою твердость, S1 сохраняет уровень прочности, который предотвращает хрупкость, что критично в инструментальных приложениях.
Преимущества:
- Исключительная износостойкость, что делает ее подходящей для высокопроизводительных режущих инструментов.
- Хорошая обрабатываемость в отожженном состоянии, что облегчает изготовление.
- Высокая закаливаемость, что обеспечивает равномерную твердость по всему объему.
Ограничения:
- Подверженность коррозии при неправильном уходе, так как она не является нержавеющей.
- Требует тщательной термообработки для достижения желаемых свойств, что может усложнить производственные процессы.
Исторически S1 инструментальная сталь широко использовалась в производстве режущих инструментов, форм и других применений, где критически важна высокая износостойкость. Ее рыночная позиция сильна, особенно в отраслях, таких как автомобильная, аэрокосмическая и производственная.
Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты
| Стандартная организация | Обозначение/Класс | Страна/Регион происхождения | Примечания |
|---|---|---|---|
| UNS | T30101 | США | Ближайший эквивалент AISI D2 с незначительными различиями в составе. |
| AISI/SAE | S1 | США | Распространенное обозначение для этого класса инструментальной стали. |
| ASTM | A681 | США | Стандартная спецификация для инструментальных сталей. |
| EN | 1.2714 | Европа | Эквивалентный класс с аналогичными свойствами. |
| JIS | SKD11 | Япония | Похоже на D2 с небольшими изменениями в легирующих элементах. |
Хотя S1 инструментальная сталь имеет сходства с другими классами, такими как D2 и SKD11, важно учитывать конкретные легирующие элементы и процессы термообработки, которые могут влиять на производительность в определенных приложениях. Например, хотя D2 предлагает отличную износостойкость, S1 может предоставить лучшую прочность в определенных условиях.
Ключевые свойства
Химический состав
| Элемент (Символ и Название) | Предел содержания (%) |
|---|---|
| C (Углерод) | 0.90 - 1.05 |
| Cr (Хром) | 4.00 - 5.00 |
| Mo (Молибден) | 0.30 - 0.50 |
| Mn (Марганец) | 0.30 - 0.60 |
| Si (Кремний) | 0.20 - 0.50 |
| P (Фосфор) | ≤ 0.030 |
| S (Сера) | ≤ 0.030 |
Основная роль ключевых легирующих элементов в S1 инструментальной стали следующая:
- Углерод (C): Увеличивает твердость и износостойкость за счет образования карбидов во время термообработки.
- Хром (Cr): Улучшает закаливаемость и коррозионную стойкость, что способствует общей прочности стали.
- Молибден (Mo): Увеличивает прочность и стабильность при высоких температурах, что позволяет стали поддерживать свои свойства под термическим нагрузками.
Механические свойства
| Свойство | Условие/Отжиг | Температура испытания | Типичное значение/Диапазон (метрическое) | Типичное значение/Диапазон (имперское) | Ссылочный стандарт для метода испытаний |
|---|---|---|---|---|---|
| Прочность на растяжение | Закалённая и отпущенная | Температура окружающей среды | 1500 - 2000 МПа | 217 - 290 ksi | ASTM E8 |
| Предельная прочность (0.2% смещение) | Закалённая и отпущенная | Температура окружающей среды | 1200 - 1800 МПа | 174 - 261 ksi | ASTM E8 |
| Удлинение | Закалённая и отпущенная | Температура окружающей среды | 5 - 10% | 5 - 10% | ASTM E8 |
| Твердость (HRC) | Закалённая и отпущенная | Температура окружающей среды | 58 - 62 HRC | 58 - 62 HRC | ASTM E18 |
| Ударная прочность (Шарпи) | Закалённая и отпущенная | -20°C (-4°F) | 20 - 30 Дж | 15 - 22 фут-фунт | ASTM E23 |
Сочетание этих механических свойств делает S1 инструментальную сталь особенно подходящей для приложений, связанных с высокими механическими нагрузками, таких как режущие инструменты и формы. Ее высокая прочность на растяжение и предельная прочность обеспечивают возможность withstand значительных сил без деформации, в то время как ее твердость позволяет сохранять остриё на протяжении длительного использования.
Физические свойства
| Свойство | Условие/Температура | Значение (метрическое) | Значение (имперское) |
|---|---|---|---|
| Плотность | - | 7.85 г/см³ | 0.284 фунт/дюйм³ |
| Температура плавления | - | 1425 - 1470 °C | 2600 - 2678 °F |
| Теплопроводность | 20°C | 25 Вт/м·К | 14.5 BTU·дюйм/ч·фут²·°F |
| Удельная теплоемкость | 20°C | 0.46 кДж/кг·К | 0.11 BTU/фунт·°F |
| Электрическая сопротивляемость | 20°C | 0.0006 Ω·м | 0.0004 Ω·дюйм |
Практическое значение ключевых физических свойств включает:
- Плотность: Влияет на вес и баланс инструмента, изготовленного из S1, что критично для удобства пользователя и контроля.
- Теплопроводность: Важно для рассеивания тепла во время механической обработки, предотвращая перегрев и выход инструмента из строя.
- Температура плавления: Указывает на способность стали выдерживать высокие температуры без потери структурной целостности, что необходимо для применения при высокоскоростной резке.
Коррозионная стойкость
| Коррозионный агент | Концентрация (%) | Температура (°C/°F) | Рейтинг стойкости | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Вода | - | Окружающая | Умеренная | Риск коррозии без защиты. |
| Кислоты (HCl) | 10 | Окружающая | Плохая | Не рекомендуется для использования. |
| Щелочи | - | Окружающая | Умеренная | Умеренная стойкость. |
| Хлориды | - | Окружающая | Плохая | Подверженность точечной коррозии. |
S1 инструментальная сталь демонстрирует умеренную коррозионную стойкость, в основном из-за высокого содержания углерода и хрома. Однако она не является нержавеющей и может ржаветь при воздействии влаги или коррозионных сред. В сравнении с другими инструментальными сталями, такими как D2, которая имеет лучшую коррозионную стойкость из-за более высокого содержания хрома, S1 может требовать дополнительных защитных покрытий или обработок в приложениях, где вероятность воздействия коррозийных агентов велика.
Теплостойкость
| Свойство/Лимит | Температура (°C) | Температура (°F) | Примечания |
|---|---|---|---|
| Максимальная температура непрерывной эксплуатации | 400 °C | 752 °F | Подходит для длительного воздействия. |
| Максимальная температура прерывистой эксплуатации | 500 °C | 932 °F | Кратковременное воздействие приемлемо. |
| Температура обрушивания | 600 °C | 1112 °F | Риск окисления при более высоких температурах. |
При повышенных температурах S1 инструментальная сталь сохраняет свою твердость и прочность, что делает ее подходящей для приложений, связанных с теплом. Однако окисление может стать проблемой, особенно при температурах выше 600 °C (1112 °F). Соответствующие обработки поверхности или покрытия могут снизить эти риски и продлить срок службы инструментов, изготовленных из этой стали.
Свойства обработки
Сварочность
| Процесс сварки | Рекомендуемый добавочный металл (классификация AWS) | Типичный защитный газ/флюс | Примечания |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | Аргон + CO2 | Рекомендуется предварительный подогрев. |
| TIG | ER70S-2 | Аргон | Требует термообработки после сварки. |
| Сварка электродом | E7018 | - | Не рекомендуется для толстых участков. |
S1 инструментальная сталь может быть сварена, но требует тщательного контроля сварочного процесса, чтобы избежать трещин. Предварительный подогрев материала перед сваркой и термообработка после сварки необходимы для снятия напряжений и обеспечения прочного соединения. Выбор добавочного металла имеет решающее значение, так как он должен соответствовать свойствам S1 для поддержания целостности.
Обрабатываемость
| Параметр обработки | [S1 инструментальная сталь] | AISI 1212 | Примечания/Советы |
|---|---|---|---|
| Индекс относительной обрабатываемости | 60 | 100 | Умеренная обрабатываемость. |
| Типичная скорость резания (м/мин) | 20 | 40 | Используйте карбидные инструменты для наилучших результатов. |
S1 инструментальная сталь демонстрирует умеренную обрабатываемость, которую можно улучшить с помощью правильного инструмента и условий резания. Рекомендуется использовать карбидные инструменты для обработки благодаря их твердости и износостойкости. Могут возникнуть проблемы с достижением качественной поверхности, что требует тщательного контроля скорости резания и подачи.
Формуемость
S1 инструментальная сталь не особенно известна своей формуемостью из-за высокого содержания углерода, что делает ее более хрупкой. Холодная формовка обычно не рекомендуется, в то время как горячая формовка может быть возможна при повышенных температурах. С материалом может быть трудно работать, и необходимо проявлять осторожность, чтобы избежать трещин во время процесса формовки.
Термообработка
| Процесс обработки | Диапазон температур (°C/°F) | Типичное время выдержки | Метод охлаждения | Основная цель / Ожидаемый результат |
|---|---|---|---|---|
| Отжиг | 700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F | 1 - 2 часа | Воздух | Снизить твердость, улучшить обрабатываемость. |
| Закалка | 800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F | 30 минут | Масло | Достигнуть высокой твердости. |
| Отпуск | 150 - 200 °C / 302 - 392 °F | 1 час | Воздух | Снизить хрупкость, увеличить прочность. |
Во время термообработки S1 инструментальная сталь претерпевает значительные металлургические преобразования. Закалка приводит к образованию мартенсита, который обеспечивает высокую твердость, в то время как отпуск позволяет корректировать твердость и прочность, снижая остаточные напряжения и хрупкость. Правильная термообработка имеет решающее значение для оптимизации производительности S1 в ее предназначенных приложениях.
Типичные приложения и конечные использования
| Отрасль/Сектор | Конкретный пример применения | Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении | Причина выбора (коротко) |
|---|---|---|---|
| Автомобильная | Режущие инструменты | Высокая твердость, износостойкость | Критично для точной механической обработки. |
| Аэрокосмическая | Формы для формовки | Прочность, стабильность при высоких температурах | Требуется для сред с высоким уровнем напряжения. |
| Производственная | Пунш и формы | Износостойкость, обрабатываемость | Необходимо для массового производства. |
- S1 инструментальная сталь широко используется в:
- Режущих инструментах для механической обработки.
- Формах для процессов формования металла.
- Пуншах и других инструментальных приложениях, требующих высокой износостойкости.
Выбор S1 инструментальной стали для этих приложений в первую очередь обусловлен ее исключительной твердостью и износостойкостью, которые критически важны для поддержания производительности инструмента и долговечности в требовательных условиях.
Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения
| Особенность/Свойство | [S1 инструментальная сталь] | [D2 инструментальная сталь] | [SKD11 инструментальная сталь] | Краткое примечание о плюсах/минусах или компромиссах |
|---|---|---|---|---|
| Ключевое механическое свойство | Высокая твердость | Отличная износостойкость | Хорошая прочность | S1 предлагает баланс между твердостью и прочностью. |
| Ключевой коррозионный аспект | Умеренная | Хорошая | Умеренная | S1 требует защитных покрытий для коррозионной стойкости. |
| Сварочность | Умеренная | Плохая | Умеренная | S1 может быть сварена с предосторожностями. |
| Обрабатываемость | Умеренная | Хорошая | Умеренная | S1 требует тщательных условий обработки. |
| Приблизительная относительная стоимость | Умеренная | Высокая | Умеренная | Экономически эффективная для высокопроизводительных приложений. |
| Типичная доступность | Обычная | Обычная | Обычная | Широко доступна в различных формах. |
При выборе S1 инструментальной стали необходимо учитывать ее механические свойства, экономическую эффективность и доступность. Хотя она предлагает хороший баланс между твердостью и прочностью, ее подверженность коррозии требует защитных мероприятий в определенных средах. Кроме того, умеренная обрабатываемость может потребовать специализированного инструмента и технологий, что повлияет на общую производственную эффективность.
В заключение, S1 инструментальная сталь является универсальным материалом, который превосходит в приложениях, требующих высокой износостойкости и прочности. Ее уникальные свойства делают ее предпочтительным выбором в различных отраслях, особенно там, где точность и долговечность имеют первостепенное значение.