Твердость

Твердость — важнейшее свойство инструментальных сталей. Это — более мягкий способ нагруження, чем изгиб, кручение и особенно растяжение, выполняемый в условиях неравномерного всестороннего сжатия. Следовательно, твердость близко определяет сопротивление контактным напряжениям, возникающим в рабочей кромке инструмента.

Инструменты с недостаточной твердостью не могут резать или деформировать; под действием возникающих напряжений они слишком быстро теряют форму и размеры. Между твердостью и пределом текучести при сжатии существует прямолинейная зависимость; поэтому небольшое снижение твердости, даже в области ее высоких значений, сопровождается развитием пластической деформации при меньших напряжениях.

С увеличением твердости: а) возрастает предел выносливости и износостойкость, но не по линейному закону, так как они зависят также от других свойств стали, поведения карбидных фаз и изменения прочности и вязкости; б) улучшается чистота поверхности, получаемая при шлифовании и доводке; в) уменьшаются налипание обрабатываемого металла на его поверхность и химическое взаимодействие с обрабатываемым материалом, в том числе с жидким металлом (при литье под давлением); г) уменьшается коэффициент трения.

При повышении твердости улучшается также чистота поверхности обрабатываемого металла; шероховатость поверхности уменьшается при повышении твердости режущего инструмента с 62—63 HRC до 67—68 HRC.
Твердость инструментальных сталей в зависимости от их состава и обработки можно изменять в широких пределах. Получая максимальную величину, получаемую у сталей: 62—65 HRC у большинства заэвтектоидных и ледебуритных и даже 68—70 HRC у некоторых быстрорежущих.

Соответственно большая твердость сохраняется и при кратковременном нагреве в эксплуатации. Так как разупрочнение стали, вызываемое видно, что при значительном повышении твердости снижаются характеристики прочности.

Соответственно этому уменьшается стойкость резцов

при снятии стружки большого сечения (когда становится значительнее роль прочности) и, наоборот, возрастает их стойкость при чистовой обработке.

Это вызвано тем, что изменение твердости следует во многих случаях другим закономерностям, чем изменение остальных механических свойств.

Твердость нетеплостойких и полутеплостойких сталей определяется главным образом содержанием углерода в мартенсите; она возрастает с повышением его концентрации до 0,6 %. Твердость теплостойких сталей обусловлена, кроме того, дисперсностью и количеством карбидов (или интерметаллидов), выделившихся при отпуске.

Еще одним фактором, влияющим на твердость, является остаточный аустенит. Он, как более мягкая составляющая, снижает твердость, особенно если его количество больше 10—12 %. Существенно, что твердость не зависит от других структурных факторов (величины зерна, распределения карбидов и напряжений), которые сильно влияют на такие механические свойства, как прочность и вязкость.

Зависимость между твердостью и прочностью Прямолинейная зависимость 0,34 НВ, установленная для конструкционных сталей, сохраняется лишь для инструментальных сталей с ферритно-карбидной структурой (в том числе трооститной или сорбитной), т. е. с твердостью не выше 45—48 HRC (430—460 НВ). Для сталей с твердостью 48—52 HRC она возрастает до 0,38 НВ. Стали в этом состоянии еще разрушаются вязко.

Для сталей с мартенситной структурой и твердостью выше 52—54 HRC уже не наблюдается прямой зависимости между твердостью и прочностью. Увеличение твердости, достигаемое повышением температуры закалки, если это вызывает заметный рост зерна, сопровождается, наоборот, снижением прочности.

Неодинаково изменяются твердость и прочность в зависимости от температуры отпуска. Отпуск при пониженных температурах (150—175 °С) повышает прочность в результате снятия части напряжений, но уменьшает твердость вследствие снижения содержания углерода в мартенсите. Наоборот, более высокий отпуск (300—350 °С) уменьшает не только прочность, но и твердость нетеплостойких сталей.

Выбор стали

Возможен, следовательно, выбор стали и термической обработки, при которых достигается благоприятное сочетание достаточно высокой твердости и высокой прочности. Вместе с тем эта возможность ограничена; при максимальной твердости, которую можно получить у данной стали, не обеспечивается наибольшая прочность.

Для большинства сталей зависимость между прочностью и твердостью выражается кривой с максимумом, расположенным ближе к верхним значениям твердости, достигаемым для данной стали. Наибольшая твердость создается закалкой с повышенных температур, при которых происходит более полное насыщение мартенсита углеродом, но одновременно заметно увеличиваются размеры зерна.

Оба этих процесса снижают прочность. Зависимость между твердостью и вязкостью Твердость и вязкость изменяются чаще всего противоположным образом. Высокой твердости, получаемой в результате закалки, отвечает резкое снижение вязкости.

Небольшому снижению твердости (до 60 HRC) после отпуска при низких температурах (150—200 °С) отвечает увеличение вязкости; однако она и в этом случае, т. е. при высокой твердости, остается сильно пониженной.

Более значительное повышение вязкости возможно при уменьшении содержания углерода в стали и в результате снижения твердости. Однако и при этих условиях улучшение вязкости ряда сталей может быть не очень большим.

Необходимо в связи с этим учитывать для некоторых инструментов следующее важное различие в требованиях, предъявляемых к твердости и к вязкости. Высокое сопротивление пластическому течению металла и, следовательно, высокую твердость во многих случаях достаточно создать лишь в поверхностном контактирующем слое, т. е. в рабочей кромке, тогда как высокая вязкость необходима в нижележащих слоях и в сердцевине, поскольку ударные нагрузки воспринимаются всем сечением инструмента.

О выборе оптимальных значений твердости Таким образом, основной причиной, не позволяющей назначать одинаковую высокую твердость для всех инструментов, является вязкость. Твердость может быть максимальной лишь для инструментов, работающих при отсутствии динамических нагрузок, и должна быть пониженной при наличии динамических нагрузок.

При выборе конкретных значений твердости надо учитывать, что вязкость инструментальных сталей с большим количеством карбидов, в том числе выделяющихся из мартенсита при отпуске, возрастает сравнительно мало при умеренном снижении твердости; с высоких значений (60—68 HRC) до 52—55 HRC из-за происходящего при этом дополнительного выделения карбидов и их еще малой коагуляции.

Вязкость

Сильнее возрастание вязкости при большем снижении твердости: до 45—48 HRC из-за развивающейся коагуляции карбидов. Однако абсолютный рост вязкости зависит от состава стали; он значительнее для сталей с меньшим количеством карбидов и их большей способностью к коагуляции (карбиды М3С, М23С6) и меньше для более легированных сталей с карбидами М6С.

По этим причинам чаще всего используют следующие интервалы значений твердости: высокий (выше 59—66 HRC) — для металлорежущих инструментов и штампов холодного деформирования; твердость, близкую к верхнему пределу, устанавливают для инструментов непрерывного чистового резания и для штампов: прессования и вытяжки и при повышенной жесткости системы станок (пресс) — деталь — инструмент; умеренный, в пределах 42—50 HRC для штампов горячего деформирования, в первую очередь для создания высокой разгаростойкости, штампов холодного деформирования (высадочных и др.), работающих с ударными нагрузками, некоторых деревообрабатывающих и слесарно-монтажных инструментов.

Менее часты в практике случаи выбора промежуточных значений твердости, в частности для некоторых сталей с интерметаллидным упрочнением, для которых нельзя получить большую твердость, и для сталей, закаливаемых по способу изотермической закалки (такие случаи рассмотрены в дальнейших разделах книги).

Дополнительное повышение твердости и износостойкости эффективно: а) для сталей, выплавляемых с электрошлаковым пере-плавом и особенно спеченных; тогда для аналогичных условий использования и без потери вязкости возможно увеличивать твердость на 0,5—1,5 HRC; б) при применении химико-термической обработки; повышение твердости может достигать 2—4 HRC при сохранении большей вязкости сердцевины. Но если твердость нижележащих слоев меньше 55—60 HRC, то улучшение стойкости инструментов возможно лишь при отсутствии повышенных давлений.

Сопротивление пластической деформации.

О модуле упругости Сопротивление значительной деформации Это свойство определяет устойчивость рабочих поверхностей инструментов против смятия в условиях высоких давлений, возникающих в эксплуатации. Его можно характеризовать величиной предела текучести при сжатии.

Сопротивление значительной деформации зависит от тех же факторов, как и твердость: концентрации углерода в мартенсите, количества и дисперсности фаз-упрочнителей (карбидов и интерметаллидов) и количества более мягкой составляющей — остаточного аустенита. Поэтому предел текучести возрастает пропорционально увеличению твердости.

Однако отрицательное влияние аустенита больше, чем для твердости. Предел текучести при сжатии стали, имеющей высокую твердость (64—65 HRC), составляет 2300—2600 МПа при количестве аустенита 3—5 % и лишь 1700— 1900, т. е. на 20—25 % меньше, чем при 15 % аустенита. Отсюда следует, что нетеплостойкие и полутеплостойкие стали, сохраняющие высокую твердость лишь после отпуска не выше 150—180 °С, при котором еще не превращается аустенит, имеют меньшее сопротивление пластической деформации, чем теплостойкие стали, которые подвергают отпуску при более высоком нагреве (560—580 °С).

Высокое сопротивление пластической деформации у тепло-стойких сталей сохраняется и при нагреве, еще не вызывающем снижения твердости.Вместе с тем действительное сопротивление пластической деформации в рабочем слое инструментов из не теплостойких и полу-теплостойких сталей может быть выше, чем это непосредственно следует из данных, приведенных на рис. 18.

Предел текучести в поверхностном слое может возрастать в результате превращения части остаточного аустенита под действием напряжений и микро-деформации, возникающих при эксплуатации. Возможно, кроме того, повышение сопротивления пластической деформации предварительным нагружением при неравномерном всестороннем сжатии, выполняемом после термической обработки.

Эффективность

Эффективность такой обработки основана на том, что величина >2 при сжатии значительно ниже при растяжении. Однако конкретные режимы нагружения (преимущественно для штампов простой формы) и степень достигаемого улучшения стойкости еще мало изучены.

Предел текучести при сжатии (о,2), т. е. напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,2 %, целесообразно определять на образцах диаметром 10 и длиной 15 мм путем последовательного нагружения и разгружения с замером остаточной деформации. Сопротивление малым пластическим деформациям Оно характеризуется пределом упругости — напряжением, при котором остаточная деформация не превышает достаточно малой величины, чаще 0,002 %.

Между величиной, структурой и твердостью нет прямо-линейной зависимости, характерной для предела текучести. Это связано с тем, что предел упругости определяется влиянием большего числа факторов. Для предела упругости сталей с карбидным упрочнением сохраняются основные закономерности, установленные для пружинных сталей.

Предел упругости снижается при: а) сохранении напряжений, вызываемых прежде всего мартенситным превращением; влияние напряжений больше, чем для других механических свойств; б) в присутствии остаточного аустенита, особенно при росте его количества (примерно на 50 МПа на каждый процент аустенита). Избыточные карбиды мало изменяют предел упругости. Предел упругости возрастает при повышении концентрации углерода в мартенсите или при выделении из него большего числа карбидов высокой дисперсности.

При сохранении мелкого зерна предел упругости также выше.
Легирующие элементы, если они присутствуют в а-растворе, повышают предел упругости, способствуя сохранению сильно измельченной структуры. При их большей концентрации это влияние превалирует над противоположной ролью аустенита.

Предал упругости

Отсюда следует, что максимальный предел упругости достигается для всех сталей после термической обработки по близкому режиму, обеспечивающему возможно большее снятие напряжений (при сохранении достаточной легированности а-раствора), а именно после закалки на мелкое зерно и отпуска при 350—400 °С. В этом состоянии не теплостойкие стали имеют твердость 48—50 HRC, а теплостойкие 52—56 HRC (для штамповых) и 58 —60 HRC (для быстрорежущих).

Больший предел упругости после такой обработки имеют теплостойкие стали, как более легированные и сохраняющие, кроме того, мелкое зерно. У этих сталей наблюдается и второй максимум предела упругости: после повышенного отпуска при 560—570 °С, вызывающего превращение остаточного аустенита.

Тем не менее значения предела упругости в этом случае несколько ниже, чем после отпуска 350—400 °С, из-за напряжений, создаваемых мартенситным превращением аустенита, и уменьшения легированности сх-раствора, вызываемого выделением карбидов. Однако после такого отпуска обеспечиваются сочетание повышенного предела упругости с высокими твердостью, износостойкостью и устойчивостью упругих свойств против нагрева (до 300—400 °С).

Предел упругости сталей с интерметаллидным упрочнением при более высокой твердости экспериментально не определялся. Указанная выше роль величины зерна, напряжений и остаточного аустенита сохраняется и для этих сталей. Однако напряжения сталей с низкоуглеродистым мартенситом менее значительны; они сохраняют также мелкое зерно и не имеют остаточного аустенита.

Это позволяет предположить, что предел упругости сталей с интерметаллидным упрочнением (при твердости >60 HRC) не ниже, а, может быть, и немного выше, чем у быстрорежущих сталей.
О модуле упругости Модуль упругости эвтектоидных и заэвтектоидных сталей, а также сталей с интерметаллидным упрочнением практически не отличается от модуля упругости конструкционных сталей и примерно составляет 200 000 МПа.

У ледебуритных сталей модуль упругости немного выше:

210 000—230 000 МПа. Это вызвано присутствием избыточных карбидов (М6С, М7С3, М23С6) с более высоким модулем упругости. Поэтому модуль упругости ледебуритных сталей изменяется в указанных пределах в зависимости от количества карбидов. С повышением температуры до 600 °С модуль упругости снижается почти по линейному закону.

Величина модуля упругости, как и для всех сталей, практически не зависит от термической обработки, а следовательно, от твердости.

Прочность. Сопротивление хрупкому разрушению.

Прочность сталей высокой твердости Высокую прочность стали в инструментах в отличие от твердости должны иметь не только в поверхностном контактирующем слое, но и на участках, в которых возникает наибольший изгибающий и крутящий момент, т. е. создается более жесткое напряженное состояние.

Это, например, основание режущего инструмента, выступа штампа, т. е. участки, удаленные от зоны резания или деформирования и меньше нагревающиеся в эксплуатации. Естественно, что более значительные напряжения возникают в инструментах небольшого сечения.

До 70 % мелких режущих инструментов ломаются до наступления нормального износа. Тяжело нагруженные штампы могут выходить преждевременно из строя вследствие поломок или выкрашивания рабочих граней.

По этим причинам повышение прочности позволяет улучшить стойкость инструментов, в первую очередь небольших сечений или применяемых для прерывистого резания или резания с большими подачами (когда значительно возрастают нагрузки на рабочую кромку).

Высокая прочность необходима

также в рабочем слое, нагревающемся при эксплуатации, в связи с тем, что износ контактирующей кромки часто является адгезионным и развивается сильнее у сталей, имеющих меньшие прочность и вязкость.

Прочность сталей высокой твердости характеризует сопротивление хрупкому разрушению и во многих случаях изменяется непропорционально возрастанию или снижению твердости и со-противления пластической деформации. Эти различия могут быть очень значительными.

При высокой и одинаковой твердости (62—65 HRC) предел прочности при изгибе может изменяться от 3500—3800 до 1500—2000 МПа, а литой стали может быть еще ниже. Это вызвано тем, что прочность зависит не только от содержания углерода в мартенсите и количества аустенита (как твердость), но и от других особенностей структуры: величины зерна и состояния его пограничных слоев, условий распределения карбидов, напряжений и остаточного аустенита.

С увеличением содержания углерода в мартенсите до 0,3— 0,5 % (в зависимости от легирования) прочность возрастает; при большей концентрации углерода прочность снижается в отличие от твердости, которая и в этом случае продолжает возрастать. В связи с этим частичный распад мартенсита при отпуске или нагреве, снижающий твердость, может повышать прочность.

Особенно значительно влияние зерна и карбидов. Прочность снижается почти пропорционально увеличению размеров зерна и усилению неоднородности в распределении карбидов. Так, прочность углеродистой У12 и быстрорежущей Р18 сталей при неизменном распределении карбидов ухудшается на 200—300 МПа при росте зерна на 1 балл.

Поэтому получение мелкого зерна — необходимая предпосылка для создания высокой прочности. Усиление полосчатости в распределении карбидов на 1 балл сопровождается снижением прочности на 200—400 МПа. Влияние остаточного аустенита менее значительно. Прочность не теплостойкой стали 7ХГ2ВМ снижается примерно на 10 % (для отпуска 150 °С, сохраняющего высокую твердость) лишь при 15—16 % аустенита.

Сопротивление хрупкому разрушению

в зависимости от этих структурных особенностей может быть выше сопротивления пластической деформации (главным образом при мелком зерне и равно-мерном распределении карбидов); в других случаях оно может быть ниже.

Это связано также с условностью представления о том, что инструментальные стали при высокой твердости разрушаются хрупко. Разрушению их в зависимости от влияния указанных здесь причин может предшествовать некоторая пластическая деформация. Она немного больше для сталей с интерметаллидным упрочнением и для спеченных сталей.

Тогда прочность сталей высокой твердости может быть больше их сопротивления пластической деформации.

Твердость и прочность стали: особенности

Для прочности инструментальных сталей характерны следующие особенности:

1. Большая чувствительность к изменению характера напряженного состояния. Прочность быстрорежущей стали Р18 (карбидный балл 6, шлифованные образцы из прутка диаметром 85 мм, вырезанные в продольном направлении на расстоянии 5—15 мм от поверхности; закалка па мелкое зерно и трехкратный отпуск 560. Прочность продольных образцов заэвтектоидной стали X (62— 63 HRC) после закалки и отпуска при 150 °С составляет, МПа: 1800 при растяжении, 2450 при изгибе, 2100 при кручении и 3550 при сжатии.
   Таким образом, прочность при сжатии, как более мягком способе нагружения (см. рис. 12), может превышать прочность при растяжении в 1,5— 2,5 раза. При всестороннем неравномерном сжатии прочность сталей с большим числом частиц-упрочнителей еще выше и достигает 5000—6000 МПа. Следовательно, при значительных сжимающих напряжениях в поверхностном слое сопротивление инструмента возникающим нагрузкам должно быть повышенным. Однако из-за сложности формы инструментов трудно обеспечить при закалке сжимающие напряжения по всей рабочей поверхности. Поэтому, как правило, для повышения прочности нужно максимальное снижение закалочных напряжений.
2. Значительное различие отношения пределов текучести и прочности при разном напряженном состоянии. Для растяжения, изгиба и кручения ат близок к пределу прочности: о,2 0,95 ч-0,98а и почти не выявляется у сталей, пластическая деформация которых перед разрушением минимальна.
   Это свойство, дополнительно свидетельствующее о большой чувствительности к хрупкому разрушению и кажущееся на первый взгляд нежелательным, на самом деле важно для инструментов, работающих при высоких давлениях. Оно обеспечивает повышенную устойчивость против течения металла в рабочей кромке и ее деформации.
3. Зависимость прочности от температуры испытания, так как нижний порог хладноломкости лежит значительно выше комнатной температуры: при +80 (-120 °С) у заэвтектоидных легированных сталей и при 300—400 °С у быстрорежущих. При более низких температурах разрушение происходит преимущественно по границам зерен, а при более высоких — чаще по телу зерна.

4. Значительное влияние напряжений(растягивающих), снижающих сопротивление хрупкому разрушению. Ускорение охлаждения при закалке усиливает отрицательное влияние напряжений.

5. Сильно сниженная по сравнению со сталями меньшей твердости способность к перераспределению напряжений, возникающих при термической обработке в эксплуатации. Вследствие этого стали очень чувствительны к влиянию локальных напряжений, концентрирующихся в участках переходов по сечению, выточек и т. д. и способствующих развитию трещин.
6. Большая чувствительность к скорости приложения нагрузки (испытания); с ее увеличением прочность заметно снижается из-за указанной пониженной способности таких сталей к пере-распределению напряжений.
7. Постепенное изменение прочности закаленной (но не отпущенной) стали с увеличением выдержки перед испытанием. Прочность стали сразу после закалки понижается, что делает ее очень чувствительной к образованию трещин. В результате выдержки при 20 °С прочность сначала снижается, а затем увеличивается вследствие протекания релаксационных процессов. Для стали 9ХС, закаленной с 860 °С (в масле), она снижается с 1640 МПа после выдержки 10 мин до 1550 МПа после выдержки 60 мин и возрастает до 2000 МПа после выдержки 72 ч. Тетрагональность решетки мартенсита и содержание углерода в растворе при такой выдержке почти не изменяется.Однако прочность сильно уменьшается, способствуя замедленному разрушению, если не отпущенная или недостаточно отпущенная сталь (образец) находится под нагрузкой.
8. Высокая чувствительность к надрезу в отличие от таких хрупких, но мало прочных материалов, как чугуны с пластинчатым графитом. Прочность при наличии надреза снижается почти в два раза. Чувствительность к надрезу усиливают дисперсные карбиды, выделяющиеся из мартенсита при отпуске. Поэтому она проявляется сильнее у отпущенной стали, чем у закаленной. Меньше влияют избыточные карбиды. С увеличением их числа и размеров чувствительность к надрезу усиливается мало. При равной твердости (60—65 HRC) она почти одинакова у заэвтектоидных и ледебуритных сталей. В связи с этим наблюдается и повышенная чувствительность к микрогеометрии поверхности, что характерно для статически прочных металлов. Риски и задиры, остающиеся после механической обработки, или закаты и очень мелкие трещины, которые могут возникать при горячей обработке, например при горячей кручение, и имеют следующие преимущества:
9. более точно по сравнению с испытаниями на растяжение или сжатие характеризуют влияние структурных факторов, а следовательно, химические свойства подземных вод состава и термической обработки;

10. создают напряженное состояние, близкое к возникающему в работе многих инструментов;

11. позволяют использовать гладкие образцы без переходов по сечению, что уменьшает трудно учитываемое влияние концентрации напряжений, неизбежной в образцах сложной формы, и получить меньший разброс результатов испытаний.

Испытания можно выполнять нагрузкой, приложенной: посередине длины образца (сосредоточенный изгиб); наибольший изгибающий момент: Мзг — РИА или двумя равными нагрузками Pi2, приложенными на равных расстояниях от опор, чаще на одной трети (чистый изгиб); наибольший изгибающий момент Мизг = Ра/8.

Значения прочности, получаемые при чистом и при сосредоточенном изгибе, почти одинаковы. Однако пластическая деформация образца при чистом изгибе несколько больше, а рассеяние результатов значительнее. Расчет предела прочности по этому значению W сравнительно точен для сталей, разрушающихся почти без пластической деформации.

К ним относятся стали: очень высокой твердости (65—66 HRC), сохраняющие значительные напряжения, закаленные с охлаждением в воде или обработанные холодом без отпуска, перегретые при закалке, а также с большой карбидной неоднородностью (карбидным баллом 6—10 для ледебуритной стали и 4—5 для заэвтектоидной).

Для сталей, разрушающихся с небольшой пластической деформацией, т. е. для большинства случаев, W больше bh/6, но меньше bh/4. Прогиб при разрушении таких сталей 2 в 2— 5 раз больше прогиба, определяемого расчетным путем для упругой области. В таком случае W правильнее принять с коэффициентом 1,2, т. е. (bh2)/6) X 1,2 или 0,12d.

Можно рассчитать прочность закаленных и отпущенных сталей с твердостью до 65 HRC с учетом этого коэффициента, а сталей, имеющих большую твердость, — без его учета. Предел прочности при изгибе больше его значения, определя-емого при растяжении. Это объясняется тем, что модуль нормальной упругости при сжатии больше, чем при растяжении.

Величина прочности зависит от сечения образца

Она меньше при испытаниях более крупных образцов. Это связано главным образом с воздействием напряжений, создаваемых закалкой и частично сохраняющихся в отпущенной стали высокой твердости. Величина и влияние их, как свидетельствуют изменения коэрцитивной силы, возрастают с увеличением сечения образца.

Для более крупных образцов значительнее разброс результатов испытаний. Он возрастает также при значительном увеличении длины образцов из-за деформации, возникающей при закалке. Целесообразно применять образцы: квадратного сечения 6 X 6 мм с расчетной длиной 60 мм для определения прочности в продольном направлении; прямоугольного сечения 3×4 длиной 40 мм для определения прочности в поперечном направлении и прямоугольного сечения 2 X 6 мм и длиной 25 мм для определения влияния химико-термической обработки.

Прогиб этих образцов при нагружении значительнее, чем у образцов большего сечения; это облегчает определение предела текучести при изгибе. Скорость нагружения может быть принята 80—120 Н/с. Для каждой стали и каждого режима обработки следует испытывать по три-пять образцов. Рассеивание результатов для образцов рекомендуемых размеров не превышает +5 %.

Испытания на кручение Это более мягкий способ иагружеиия, чем изгиб (см. рис. 12). Он создает напряженное состояние, близкое к возникающему в работе некоторых инструментов. Можно также характеризовать вид разрушения: вязкое (от среза) или хрупкое (от отрыва). Однако испытания не получили широкого распространения; вид разрушения сталей с твердостью 52—53 HRC при кручении практически хрупкий (по винтовой линии).

Разрушение точнее можно характеризовать по виду излома.Кроме того, образцы должны иметь переходы по сечению (к головкам), что усиливает роль напряжений и часто приводит к повышенному рассеиванию результатов, особенно образцов, резко охлаждающихся при закалке.

Испытания на растяжение

Эти испытания были исторически первым способом испытания конструкционных сталей, о свойствах которых накопился чрезвычайно большой материал. Благодаря возможности сопоставления получаемых данных метод растяжения широко применяется, несмотря на то что его результаты не характеризуют действительного напряженного.

Испытания стали на растяжение

Испытания инструментальных сталей на растяжение почти не применяют. Во-первых, прежде всего для этих сталей отсутствуют какие-либо систематические данные о характеристиках прочности при растяжении в зависимости от изменения структуры или ре-жима обработки. Имеющиеся сведения получены лишь для некоторых сталей и главным образом для одного структурного состояния.

Во-вторых, инструменты не работают в условиях растяжения, за исключением протяжек и некоторых пуансонов. В-третьих, испытания на растяжение — более жесткий метод нагружения, что не позволяет отчетливее, чем при изгибе, определять влияние состава и термической обработки.

Наконец, испытания на растяжение малопластичных сталей сложны. Небольшой и малозаметный эксцентриситет образца в испытательной машине часто вызывает преждевременное разрушение в головках. Даже при приложении небольшой нагрузки, из-за чего возникает значительное рассеивание результатов и требуются испытания большого числа образцов (15—20).

При использовании более совершенных способов крепления этот недостаток уменьшается, но не устраняется полностью. Он связан с отмеченной ранее малой способностью сталей высокой твердости к перераспределению возникающих локальных напряжений; наибольшие риски и изменения формы образцов сильно влияют на результаты. Меньшее рассеивание обеспечивается при использовании образцов с более плавным переходом по сечению и наибольшей чистотой поверхности.

Преимущество испытаний на растяжение заключается главным образом в возможности непосредственного сравнения механических свойств инструментальных и конструкционных сталей в условиях однородного напряженного состояния.

Испытание на сжатие.

Это излишне мягкий способ нагружения, подобно измерениям твердости не позволяет оценить влияния многих особенностей структуры, в частности распределения карбидов и зерна.

Вместе с тем значения предела прочности при сжатии характеризуют несколько идеализированный случай. Они по абсолютной величине, как указывалось, больше определяемых в других способах испытаний. Между тем в реальных условиях разрушение инструментов происходит главным образом от изгиба или кручения, т. е. при меньших напряжениях. Испытания на сжатие используют для определения предела текучести.

Испытания прочности целых инструментов и непосредственно в рабочей кромке Испытания целых инструментов получили применение для сверл; для них определяют крутящий момент при разрушении.

Прочность сталей повышенной вязкости при их более низкой твердости (40—52 HRC) зависит в основном от тех же факторов, как и твердость.

У сталей с твердостью 45—52 HRC предел прочности (ств) связан прямой зависимостью с твердостью. Предел прочности составляет примерно 0,38 ИВ. Поэтому определения предела прочности не вносят существенных дополнений к характеристике механических свойств, как это было показано для сталей высокой твердости.

Важнее определения предела текучести; его отношение высокое (0,90 —0,95) для сталей с твердостью 45—52 HRC и ниже для сталей с меньшей твердостью. Прочностные свойства определяют при растяжении по методике, принятой для конструкционных сталей. Предел текучести теплостойких (штамповых) сталей определяют, кроме того, при нагреве; эти испытания характеризуют также теплостойкость.