Характеристика состава и свойств. Особенности легирования

Штамповые стали предназначенные для работы при повышенных температурах, попеременном и многократном нагреве и охлажде­нии рабочего слоя, динамических нагрузках, а в ряде случаев и при значительном коррозионном воздействии обрабатываемого металла. Таким образом, эти стали должны удовлетворять боль­шему числу требований, чем быстрорежущие.

Рассмотрим подробнее некоторые свойства этих штамповых сталей:

1) Высокая теплостойкость, обеспечивающая необходимое со­противление пластической деформации в рабочей поверхности штампа при нагреве. Она характеризуется по температуре, при которой предел текучести остается не ниже 90 100 кгс/мм поскольку удельные нагрузки при горячей штам­повке достигают 80—90 кгс/мм², и по температуре нагрева, после которого сталь сохраняет твердость HRC 45 (а также HRC 50 для более теплостойких сталей). На эту твердость обрабатывают большинство штампов, так как в этом случае достигаются доста­точные вязкость и необходимая износостойкость;

2) Вязкость — более высокая, чем у быстрорежущих сталей; эта характеристика для штамповых сталей является очень важ­ной, так как она во многом определяет и устойчивость против раз­гара. При твердости HRC 45 она должна быть для большей части штампов не ниже 4—4,5 и 6 кгс м/см² при 20 С и при температуре эксплуатации соответственно. Выполнение этого условия усложняется тем, что штампы в отличие от режущих инструментов имеют крупные размеры, когда сильнее проявляется отрицательное влияние масштабного эффекта, усиливающегося с увеличением содержания карбидообразующих элементов в стали;

3) Высокая устойчивость против разгара; она тем лучше (для указанных значений предела текучести и при одинаковой троостит - нон структуре), чем больше вязкость и меньше коэффициент теп­лового расширения.

4) Стойкость против коррозии; эти свойства должны быть у сталей для штампов, рабочая поверхность которых нагревается в эксплуатации до более высо­ких температур (> 650—700° С) и особенно для форм литья, испы­тывающих агрессивное воздействие жидкого металла. Повышение стойкости достигается легированием хромом, количество которогов штамповых сталях этого назначения больше (6—12%), чем в бы­строрежущих.

Теплостойкость штамповых сталей создается сложным легиро­ванием теми же элементами, как и быстрорежущих: вольфрамом, молибденом, хромом и ванадием, а для некоторых сталей также и кобальтом.

Однако количество ванадия, связывающего много углерода в нерастворимом карбиде МС, должно быть очень ограниченным. В сталях, содержащих мало углерода, положительное влияние ванадия на теплостойкость наблюдается при 0,6—0,9%.

Таким образом, упрочняющие фазы штамповых сталей — кар­биды М_вС и М₂₃С₈. В штамповых сталях, как и в быстрорежущих, необходимо обеспечить при закалке растворение большей части карбидов и по­лучить высоколегированный мартенсит; поэтому температуры за­калки — повышенные и ограничиваются лишь необходимостью сохранить мелкое зерно и достаточную вязкость. Последующий отпуск создает дополнительное упрочнение вследствие диспер­сионного твердения.

Основное различие штамповых сталей состоит в том, что для получения повышенной вязкости и разгаростойкости количество карбидов, в том числе избыточных, должно меньше. Вслед­ствие этого легирование обусловлено прежде всего содержанием углерода.

Теплостойкие штамповые стали заэвтектоидные, а многие близки к эвтектоидным, и содержание углерода в них ограничи­вается: в пределах 0,4—0,5% в одних группах сталей и 0,3% и ниже в других группах сталей. Поэтому, чем меньше углерода в штамповых сталях,- тем больше может быть суммарное содержа­ние легирующих элементов (кроме ванадия).

Однако и при пониженном количестве углерода общее содер­жание вольфрама и молибдена остается меньшим, чем в быстро­режущих сталях, поскольку в штамповых сталях и не требуется образование большого количества нерастворимых карбидов.

Вольфрам в штамповых сталях может быть заменен полностью или частично молибденом. Соотношение между этими компонен­тами, при котором обеспечиваются равные свойства, в штамповых сталях с меньшим содержанием углерода (0,2—0,3%) и карбидов ближе к Мо: W ^ 1: 2.

Молибден затрудняет выделение карбидов при отпуске по границам зерен, что улучшает вязкость и предупреждает или уменьшает влияние ряда дефектов.

Дисперсионное твердение при отпуске 550—570° С и получе­ние повышенной вторичной твердости в результате указанного здесь выбора состава протекают менее интенсивно, чем у быстро­режущих сталей, и вызывают меньшее охрупчивание. Тем не менее для получения лучшей вязкости и разгаростойкости штамповые стали приходится отпускать при температурах на 50—60° С, а в не­которых случаях и на 75—100° С выше температур развития дис­персионного твердения, т. е. в условиях получения более низкой твердости: чаще 45—50 HRC, и лишь для некоторых сталей с меньшим содержанием углерода 50—55 HRC.

В штамповых сталях также проявляется отрицательное влия­ние масштабного эффекта, но менее сильно, чем в быстрорежущих.

Дата добавления: 2015-06-27