Стали для инструментов обработки металлов давлением

Основные свойства, которыми должны обладать стали для штампов и других инструментов холодной обработки давлением, — высокие твер­дость, износостойкость, прочность, сочетающиеся с удовлетворительной вязкостью. При больших скоростях деформирования, вызывающих разо­грев рабочей кромки инструментов до 450°С, от сталей требуется доста­точная теплостойкость. Для штампов со сложной гравюрой важно обеспечить минимальные объемные изменения при закалке.

В связи с разнообразием условий деформирования, формы и разме­ров штампов применяют различные стали. Низколегированные стали X, 9ХС, ХВГ, ХВСГ, так же как и углеродистые У10, У11, У12, используют преимущественно для вытяжных и высадочных штампов, которые из-за несквозной прокаливаемости имеют твердый износостойкий слой и вязкую сердцевину, позволяющую работать при небольших ударных нагрузках. Вытяжные штампы, подвергающиеся интенсивному износу без динами­ческих нагрузок, после неполной закалки отпускают при 150 — 180 °С на твердость 58-61 HRC. Высадочные штампы и пуансоны, работающие с ударными нагрузками, подвергают отпуску при 275-325 °С на твердость рабочей части 52 - 54 HRC.

Высокохромистые стали Х12, Х12М, Х12Ф1 (см. табл. 19.1) облада­ют высокой износостойкостью и глубокой прокаливаемостью (150 - 200 мм и более). Их широко применяют для изготовления крупных инструментов сложной формы: вырубных, обрезных, чеканочных штампов повышенной точности, штампов выдавливания, калибровочных волочильных досок, на­катных роликов и др.

Хромокремнистые стали 4ХС, 6ХС и дополнительно легированные вольфрамом (2,0 - 2,7%) 4ХВ2С, 5ХВ2С, 6ХВ2С образуют группу ста­лей повышенной вязкости, используемых для изготовления инструментов, подвергающихся ударам (зубила, гибочные штампы, обжимные матрицы и др.).

Стали для штампов горячей обработки давлением работают в тяже­лых условиях, испытывая интенсивное ударное нагружение, периодиче­ский нагрев и охлаждение поверхности. От них требуется сложный ком­плекс эксплуатационных и технологических свойств. Кроме достаточной прочности, износостойкости, вязкости и прокаливаемости (для крупных штампов) эти стали должны обладать также теплостойкостью, окалиностойкостью и разгаростойкостью. Под разгаростойкостью понимают устойчивость к образованию поверхностных трещин, вызываемых объем­ными изменениями в поверхностном слое при резкой смене температур.

В соответствии с указанными требованиями для штампов горячей обработки давлением применяют легированные стали, содержащие 0,3 -0,6% С, которые после закалки подвергают отпуску при 550 — 680°С на структуру троостита или троостосорбита. Среди них следует выделить несколько групп, обладающих в наибольшей степени теми свойствами, которые необходимы для определенных условий эксплуатации.

Молотовые штампы имеют большие размеры, работают с ударны­ми нагрузками при относительно невысоком нагреве поверхности (400 — 500 °С). Для изготовления этих штампов используют низколегированные стали высокой прокаливаемости с повышенной ударной вязкостью и разгаростойкостью. Среди легирующих элементов они содер­жат молибден или вольфрам, необходимые для предупреждения отпускной хрупкости второго рода, которую в больших сечениях нельзя устранить быстрым охлаждением. Сталь 5ХНМ — лучшая в этой группе.

Стали 5ХГМ и 5ХНВС при одинаковой со сталью 5ХНМ прокаливаемостью уступают ей в вязкости. Они предназначены для средних штам­пов (наибольшая сторона заготовок 300 - 400 мм) или для более крупных штампов простой формы (сталь 5ХНВС).

По стойкости сталь 5ХНВ равноценна 5ХНМ, но имеет более низкую прокаливаемость, так как вольфрам повышает ее слабее, чем молибден. Сталь 5ХНВ применяют для изготовления небольших (сторона заготовок ~ 200 мм) и средних штампов.

Штампы горячей высадки, протяжки и прессования испытывают при работе высокие давления без больших ударных нагрузок, имеют мень­шие размеры, чем молотовые штампы, но нагреваются до более высоких температур. Для сталей этого назначения наиболее важные свойства — теплостойкость и разгаростойкость. При тяжелых условиях работы при­меняют комплексно-легированные стали ЗХ2В8Ф, 4Х2В5МФ, 4Х5В2ФС и другие, которые по составу и видам превращений при термической обработке сходны с быстрорежущими сталями.

Рассмотренные стали используют также для изготовления пресс-форм литья под давлением, работающих в тяжелых условиях, связанных с периодическим нагревом и охлаждением поверхности и воздействием рас­плавленного металла. Для изготовления пресс-форм литья медных спла­вов (t_пл ~ 1000 °С) применяют стали повышенной теплостойкости; для литья алюминиевых и магниевых сплавов (t_пл ~ 500...650°С) — ста­ли повышенной разгаростойкости. В последнее время для изготовления пресс-форм используют также мартенситно-стареющие стали.

Для пресс-форм, менее нагруженных в тепловом отношении, исполь­зуют стали 4ХВ2С, Х12, 7X3, 8X3, коррозионно-стойкую сталь 30X13, кон­струкционные стали 40Х, ЗОХГС и др. Для повышения работоспособности пресс-формы и штампы подвергают азотированию, нитроцементации или хромированию. Азотирование повышает в 4 - 5 раз устойчивость стали против коррозионного действия жидких алюминиевые сплавов.

Приложение

Таблицы

Таблица 2 – Механические свойства и назначение легированных инструментальных сталей неглубокой прокаливаемости

Таблица 3 – механические свойства и назначение легированных инструментальных сталей глубокой прокаливаемости

Таблица 4 – механические свойства и назначение легированных инструментальных сталей для ударного инструмента

Таблица 5 – Температура отпуска различного инструмента из углеродистой стали

Таблица 6 – Прокаливаемость инструментальных сталей

Таблица 7 – Стали, рекомендуемые для режущих инструментов

Таблица 8 – Состав, термическая обработка и назначение штамповых сталей для деформирования в холодном состоянии

Таблица 9 – Состав, термическая обработка и назначение штамповых сталей для деформирования в горячем состоянии

Структуры

Рис.3 Микроструктура заэвтектоидной стали У12А в отожженном состоянии: а - ×100; б - ×1000

Рис.4 Микроструктура заэвтектоидной стали 11Х в отожженном состоянии: а - ×100; б - ×1000

Рис.5 Микроструктура стали ХВГ ×1000

Рис.6 Микроструктуры стали (×100): а – Х12; б – Х6ВФ

Рис.7 Эвтектика литой стали Р18×1000

Рис.8 Микроструктура стали Р18 в закалённом (1280 ºС, масло) и отпущенном состоянии (×500):

а – без отпуска; б – отпуск при 500 ºС в течение 1 ч

Рис.9 Микроструктура сплавав ВК6 (×1500): а – размер зерна WC-фазы 0,5 – 1 мк; б – 2 – 3 мк

Рис.10 Структура литой быстрорежущей стали, изготовленной по обычной технологии

Рис.11 Структуры кованной и отожженной быстрорежущей стали, изготовленной по обычной технологии (а) и методом порошковой металлургии (б)

Рис.12 Структура (×500) закаленной быстрорежущей стали Р6М5 при температуре закалки, ºС: а – 1150; б – 1200; в – 1250

Рис.13 Карбидная ликвация быстрорежущей стали, полученной по обычной технологии (а) и методом порошковой металлургии (б)

Рис.14 Микроструктура твёрдых сплавов, ×100: а – ВК3; б – Т15К6; в – Т30К4

Рис.15 Микроструктура быстрорежущих сталей (×500): а – ледебурит в литой стали; б – деформированная и отожжённая сталь; в – закаленная сталь; г – закаленная и отпущенная сталь

Дата добавления: 2015-10-28