Штамповые стали для деформирования в горячем состоянии (полутеплостойкие и теплостойкие)

Стали для штампов, деформирующих металл в горячем состоянии, должны иметь высокие механические свойства (прочность и вязкость) при повышенных температурах и обладать окалиностойкостью и разгаростойкостью, т. е. способностью выдерживать многократные нагревы и охлаждения без образования сетки трещин (сетки разгара). Кроме того, стали должны иметь высокую износостойкость и теплопроводность для лучшего отвода тепла, передаваемого обрабатываемой заготовкой.

Многие штампы – больших размеров, поэтому сталь для их изготовления должна обладать высокой прокаливаемостью. Это обеспечивает высокие механические свойства по всему сечению штампа. Важно, чтобы сталь не была склонна к обратимой отпускной хрупкости, так как быстрым охлаждением крупных штампов ее устранить нельзя.

Состав и термическая обработка более часто применяемых штамповых сталей приведены в табл. 4. Крупные ковочные штампы, испытывающие повышенные ударные и изгибочные нагрузки, а также инструмент ковочных машин и прессов, нагревающихся ≤500 – 550°С при умеренных нагрузках, изготовляют из полутеплостойких сталей 5ХНМ и 5ХГМ (вместо никеля в них содержится 1,2 – 1,6% Мn), обладающих повышенной вязкостью.

Присутствие в стали молибдена 5ХНМ повышает теплостойкость, прокаливаемость и уменьшает склонность к обратимой отпускной хрупкости. Сталь 5ХНМ, обладая высокой устойчивостью переохлажденного аустенита (см. рис. 1, в), прокаливается (полностью в блоках 400x300x300мм.. Закалку штампов производят в масле. Отпуск крупных штампов проводят при 550 – 580°С (HRC 35 – 38), а мелких при 500 – 540°С (HRC 40 – 45). Структура стали после отпуска – троосто-сорбит. Механические свойства стали 5ХНМ при 500°С составляют: σ_В =90 кгс/мм², σ_0,2 = 65 кгс/мм², δ= 20 – 22% и ψ = 70%.

Таблица 4

Химический состав и термическая обработка штамповых сталей для горячего деформирования

Марка стали	Химический состав, %	Температура, °С	Твердость HRC
С	Мn	Si	Сr	W	V	другие элементы	закалки	отпуска
5ХНМ	0,5 –0,6	0,5 –0,8	0,15 – 0,35	0,5 – 0,8	–	–	1,4 – 1,8 Ni 0,15– 0,3 Mo	820 -860	500 -580	45 - 38
4Х5В2ФС	0,35 –0,45	0,15 – 0,4	0,8 – 1,2	4,5 – 5,5	1,6 – 2,2	0,6 -0,9	–		580 -620	45- 41
3Х2В8Ф	0,3 – 0,4	0,15 –0,4	0 15 –0,4	2,2 –2,7	7,5 –8,5	0,2 -0,5	–			42 - 45
4Х2В5МФ	0,3 – 0,4	0,15 – 0,4	0,16 – 0,35	2,2 – 3	4,5 – 5,5	0,6 -0,9	0,6 –0,9 Mo			42 - 46

Средненагруженный инструмент, работающий с разогревом поверхности до 600°С, а также инструмент с большой поверхностью, работающий при 400 – 500°С, изготовляют из стали 4Х5В2ФС Например, из них выполняют выталкиватели для неглубоких отверстий, матрицы, различные вставки, инструмент для штамповки трудноде-формируемых металлов, прессформ для литья под давлением цинковых и алюминиевых сплавов и т. д.

Фазовый состав этих сталей в отожженном состоянии – легированный феррит (α) и карбиды типа М₂₃С₆ и М₆С. Стали теплостойки, мало чувствительны к резкой смене температур, обладают повышенной окалиностойкостью, устойчивы против корродирующего действия жидкого алюминия и обладают высокой прочностью при хорошей вязкости. Стали повышенной теплостойкости 3Х2В8Ф и 4Х2В5МФ используют для изделий, претерпевающих деформирование при разогреве поверхности до 600 – 700⁰С. Из них изготовляют тяжелонагруженный штамповый инструмент, например, прошивные пуансоны, выталкиватели для глубоких отверстий, матрицы прессформ для отливок под давлением медных сплавов и т. д. Фазовый состав этих сталей в отожженном состоянии – легированный феррит и карбиды М₂₃С₆ и М₆С.

Превращения в сталях 4Х5В2ФС; 3Х2В8Ф и 4Х2В5ФМ, протекающие при термической обработке, во многом сходны с превращениями в быстрорежущей стали. Эти стали при закалке нагреваются до высоких температур для растворения возможно большего количества карбидов и получения после закалки высоколегированного мелкокристаллического мартенсита. Так как при температуре закалки карбиды полностью не растворяются, стали сохраняют мелкое зерно. При отпуске твердость дополнительно повышается вследствие дисперсионного твердения мартенсита, но одновременно снижается пластичность и вязкость. Для получения достаточной вязкости отпуск проводят при повышенных температурах на твердость HRC 45 – 50, что соответствует образованию структуры – троостит. С увеличением содержания вольфрама и молибдена возрастает их теплостойкость, а вязкость и разгаростойкость уменьшаются.

Дата добавления: 2014-12-23