Какие стали легче сверлить: выбор материала для удобной обработки

Сверлимость стали определяется её химическим составом, структурой и механическими свойствами. Чем ниже твёрдость и склонность к упрочнению при деформации, тем легче получить чистое отверстие без излишнего износа сверла и перегрева. Ниже объясняется, какие свойства делают сталь более поддающейся сверлению, какие марки обычно относятся к этой группе и на что обращать внимание при планировании работ.

Основные факторы, влияющие на сверлимость

При выборе материала для сверления стоит учитывать следующие аспекты:

• Содержание углерода. При повышении углерода увеличивается твёрдость и прочность, но снижается пластичность, что усложняет сверление.
• Легирующие элементы. Хром, никель, молибден, ванадий повышают износостойкость, но также делают материал более абразивным для инструмента.
• Наличие добавок, улучшающих обрабатываемость. Сера, свинец, фосфор в небольших количествах способствуют образованию мелкой стружки и снижению силы резания.
• Термическое состояние. Отожжённая сталь имеет более однородную структуру и меньшую твёрдость по сравнению с закалённой или отпущенной.
• Структурные особенности. Однородная перлитная или ферритная структура легче обрабатывается, чем закалённый мартенсит или карбидные включения.

Марки сталей с высокой сверлимостью

На практике к группам материалов, которые обычно считаются лёгкими в сверлении, относятся следующие:

Низкоуглеродистые конструкционные стали

Эти стали содержат до 0,25 % углерода и часто используются в строительстве и машиностроении для несущих элементов, где не требуется высокая прочность.

• Ст3пс5, Ст3сп (ГОСТ 380) – базовая конструкционная сталь, хорошая пластичность, низкая твёрдость.
• 08пс, 10, 20 (ГОСТ 1050) – низкоуглеродистые стали, легко сверлятся обычными спиральными сверлами из быстрорежущей стали.

Свободообрабатываемые (Free‑Cutting) стали

В их состав специально добавляют элементы, улучшающие стружкообразование и снижающие силу резания.

• 12Х13 (с добавлением серы) – пример свободнообрабатываемой нержавеющей стали, хотя нержавеющие марки в целом сложнее, данная добавка облегчает обработку.
• Сталь типа 11Смн28 (аналог AISI 1215) – содержит свинец и сера, widely used for automatic machining.

Среднеуглеродистые стали в отожжённом состоянии

При правильной термической обработке даже стали с 0,3–0,5 % углерода могут быть достаточно мягкими для сверления.

• 35, 45 (ГОСТ 1050) в отожжённом виде – твёрдость около 150–180 HB, сверлятся без значительного износа инструмента.
• 40Х (ГОСТ 4543) после отжига – хорошая сочетание прочности и обрабатываемости.

Когда стоит выбрать более твёрдую сталь

Несмотря на удобство сверления мягких марок, в некоторых приложениях необходимы более высокие прочностные характеристики, износостойкость или коррозионная стойкость. В таких случаях стоит учитывать:

• Требуемая нагрузка на деталь (статические, динамические, ударные нагрузки).
• Условия эксплуатации (влажность, температура, контакт с агрессивными средами).
• Срок службы и необходимость последующей термической обработки (закалка, отпуск).

Для этих целей подходят среднеуглеродистые (35Г2, 40Х), легированные (30ХГСА, 20Х2Н4А) и нержавеющие стали (AISI 304, 316). При работе с ними необходимо использовать сверла из твёрдого сплава или покрытые TiN/TiAlN, соблюдать оптимальные режимы резания и обеспечить эффективное охлаждение.

Практический порядок выбора и подготовки

Если задача — просверлить отверстие в заготовке из стали, следуйте этим шагам:

1. Определите функциональные требования к детали (прочность, коррозионная стойкость, температура).
2. Выберите марку стали, которая удовлетворяет этим требованиям и одновременно обладает хорошей обрабатываемостью (см. таблицу ниже).
3. Проверьте термическое состояние материала: отожжённая заготовка будет легче сверлить, чем закалённая.
4. Подготовьте инструмент: используйте спиральное сверло из быстрорежущей стали (HSS) для мягких марок; для твёрдых — сверло из твёрдого сплава или с покрытием.
5. Установите правильные режимы резания: скорость подачи и вращения подбирайте в зависимости от диаметра сверла и твёрдости стали (обычно для низкоуглеродистых сталей — 15–30 м/мин, для среднеуглеродистых — 10–20 м/мин).
6. Обеспечьте подачу смазочно‑охлаждающей жидкости (СОЖ) или хотя бы периодическое охлаждение воздухом, чтобы уменьшить нагрев и износ инструмента.
7. После сверления проверьте качество отверстия: отсутствие заусенцев, ровные стенки, соответствие диаметра допуску.

Сравнительная таблица сверлимости распространённых марок

В таблице приведены качественные оценки сверлимости (высокая, средняя, низкая) для типичных марок в отожжённом состоянии. Оценки основаны на общеизвестных данных о твёрдости и склонности к упрочнению.

Марка стали	Приблизительное содержание углерода	Легирующие добавки	Сверлимость (отожжённое состояние)
Ст3пс5	≤0,20 %	—	Высокая
10	0,08–0,13 %	—	Высокая
20	0,17–0,23 %	—	Высокая
35	0,32–0,39 %	—	Средняя
45	0,42–0,50 %	—	Средняя
40Х	0,36–0,44 %	Хром 0,8–1,1 %	Средняя
30ХГСА	0,26–0,34 %	Хром 0,8–1,2 %, Марганец 0,6–0,9 %, Кремний 0,15–0,30 %	Средняя
12Х13 (с серой)	0,10–0,14 %	Хром 11,5–13,0 %, Сера 0,02–0,05 %	Средняя‑высокая (благодаря добавке)
AISI 304 (нержавеющая)	≤0,08 %	Хром 18,0–20,0 %, Никель 8,0–10,5 %	Низкая (склонна к упрочнению при резании)

Типичные ошибки при сверлении стали и как их избежать

Даже при правильном выборе материала возможны проблемы, которые приводят к порче инструмента или низкому качеству отверстия. Наиболее распространённые из них:

• Использование слишком высокой скорости резания для твёрдой стали. Это вызывает перегрев сверла, утерю твёрдости режущей кромки и образование вибрации. Решение: снизить обороты и увеличить подачу, использовать СОЖ.
• Недостаточная жесткость зажима заготовки. При вибрации сверло может «ходить» по поверхности, увеличивая диаметр отверстия и ухудшая точность. Решение: надёжно закрепить деталь в тисках или на столе станка.
• Отсутствие предварительного центрирования. На гладкой поверхности сверло легко соскальзывает, особенно при больших диаметрах. Решение: выполнить центровочное отверстие меньшего диаметра или использовать кернер.
• Применение неподходящего типа сверла. Для нержавеющих и легированных сталей обычное HSS‑сверло быстро изнашивается. Решение: использовать сверло из твёрдого сплава или с покрытием TiAlN.
• Недостаточное охлаждение при глубоком сверлении. Тепло аккумулируется в зоне резания, приводит к термическому повреждению инструмента и изменению свойств материала вокруг отверстия. Решение: периодически выводить сверло для охлаждения или использовать внутреннюю подачу СОЖ.

Что делать дальше

После того как вы определили подходящую марку стали и подготовили инструмент, выполните пробное сверление на образце того же материала. Оцените:

• Усилие, необходимое для подачи сверла;
• Вид стружки (мелкая и ломкая — хороший признак; длинная и витая — указывает на недостаточную остроту или неподходящий режим);
• Температуру инструмента после нескольких секунд работы;
• Качество отверстия (диаметр, чистота поверхности).

Если результаты удовлетворительны, переходите к серийной обработке. При ухудшении любого из показателей корректируйте режим резания, проверяйте состояние сверла и, при необходимости, выбирайте более подходящую марку стали или тип инструмента.

Помните, что сверлимость — это не фиксированное свойство, а результат сочетания состава стали, её термического состояния, выбора инструмента и режимов резания. Систематический подход к каждому из этих факторов позволит получать качественные отверстия с минимальными затратами времени и инструмента.