Штампові сталі для деформування в холодному стані

Сталі, використовувані для виготовлення штампів, що пластично деформують метал при нормальних температурах, повинні мати високу твердість (55–62 HRC), зносостійкістю і міцністю, що сполучиться з достатньою в'язкістю. У процесі деформування з більшою швидкістю штампи розігріваються до 200–350° С. Тому сталі цього класу повинні мати теплостійкість 400–500° С для того, щоб забезпечити опір зминанню і пластичній деформації при штампуванні.

Для великих штампів необхідно мати високу прокаліваємість і невеликі об'ємні зміни при загартуванні. Якщо в процесі термічної обробки відбувається перекручування складної конфігурації штампа, то необхідно доводити штамп до необхідних розмірів, що не завжди здійснено.

Високо хромові сталі Х12Ф1 і Х12М відносяться до ледебуритному класу; вони містять 16–17% карбідів (Cr, Fe)₇C₃. Сталі мають високу зносостійкість і при загартуванні в олії мало деформуються, що важливо для штампів складної форми.

Молібден і ванадій у сталях Х12Ф1 і Х12М сприяють збереженню дрібного зерна. Обидві сталі володіють гарною прокаліваємістю. Сталь Х12Ф1 прожарюється до 150–180 мм, а Х12М при охолодженні в олії — до 200 мм. Недолік сталей — труднощі обробки різанням у відпаленому стані (207–269 НВ), а також зниження механічних властивостей у випадку різко вираженої карбідної неоднорідності (великі скупчення карбідів, карбідна сітка, карбідна строковість). Меншою карбідною неоднорідністю володіє сталь Х6ВФ, що використовують для інструмента з високою механічною міцністю й опором зношуванню (накатані плашки, накатники для холодного накочування зубчастих коліс і т.д.). Прокалівємість сталі Х6ВФ менше і не перевищує 70–80 мм.

Сталь 7ХГ2ВМ сполучить високу прокаліваємість і закаліваємість з мінімальними об'ємними змінами при загартуванні. Вона одержує твердість 59–60 HRC у перетинах до 100–110 мм при охолодженні в олії, гарячих середовищах і на повітрі. Коли потрібна сталь з підвищеним опором пластичної деформації, застосовують сталь 6Х6ВЗМФС. Сталь піддають загартуванню з високих температур для можливо більш повного розчинення карбідів хрому М₇Сз і М₂₃С₆. Сталь чуттєва до росту зерна аустеніту. Відпуск проводять при 520–540 °С, Після відпуску в структурі немає залишкового аустеніту, що забезпечує більш високий опір пластичної деформації при гарній в'язкості. Сталь має високу зносостійкість, особливо при роботі з динамічними навантаженнями, і не схильна до карбідної неоднорідності. Для витяжних штампів невеликого розміру (діаметр пуансона до 25 мм) застосовують сталі В10, У11 і В12, а для штампів великого розміру 11ХФ, X, ХВCR, що володіють кращої прокаліваємістю.

3. Штампові сталі для деформування в гарячому стані (напівтеплостійкі і теплостійкі)

Сталі, застосовувані для штампів, що деформують метал у гарячому стані, повинні мати високі механічні властивості (міцність і в'язкість) при підвищених температурах і мати жаростійкість і розгаростійкістю, тобто здатністю витримувати багаторазове нагрівання й охолодження без утворення розгарних тріщин. Крім того, сталі повинні мати високу зносостійкість і теплопровідність для кращого відводу тепла, переданого оброблюваною заготівлею, твердість 40–55 HRC.

Багато штампів мають великі розміри, тому сталь для їхнього виготовлення повинна володіти високої прокаліваємістю. Це забезпечує високі механічні властивості по всьому перетині штампа. Важливо, щоб сталь не була схильна до оборотної відпускної крихкості, тому що швидким охолодженням у воді великих штампів її усунути не можна.

Великі кувальні штампи, а також інструмент кувальних машин і пресів, що нагріваються в роботі до – 500–550° С при помірних навантаженнях, виготовляють з напівтеплостійких сталей 5ХНМ і 5ХГМ (замість нікелю в ній утримується 1,2–1,6 % Мn), що володіють підвищеною в'язкістю (табл. 18).

Присутність у сталі 5ХНМ молібдену підвищує теплостійкість, прокаліваємість і зменшує схильність до оборотної відпускної крихкості. Сталь 5ХНМ має високу стійкість переохолодженого аустеніту, прожарюється цілком у блоках розміром 400X300X300 мм і більш. Гартують штампи в олії. Відпуск великих штампів проводять при 550– 580 (35–38 HRC), а дрібних- при 500–540° С (40–45HRC). Структура сталі після відпуску — троостосорбіт. Механічні властивості сталі 5ХНМ при 500° С: s_у=900 МПа, s_0,2=650 МПа, d=20¸22 %, Y =70 %.

Сталь помірної теплостійкості 4ХЗВМФ (табл. 18) унаслідок низького змісту Мо і W зберігає високі механічні властивості (s_у 900¸1000 МПа і 45 HRC) тільки при нагріванні до 500–525° C. Сталь застосовують замість 5ХНМ (5ХГМ) для виготовлення штампів невеликих розмірів.

Середньо навантажений інструмент працюючий з розігрівом поверхні до 600° С, Сталі теплостійкі, мало чуттєві до різкої зміни температур, володіють підвищеної окалиностійкістю, стійкі проти кородуючої дії рідкого алюмінію і мають високу міцність при гарній в'язкості. Сталі підвищеної теплостійкості (3Х2В8Ф и 5ХЗВЗМФС) використовують для штампів, що перетерплюють при деформуванні розігрівши поверхні до 600–700° С. З них виготовляють інструмент (прошивні пуансони, виштовхувачі для глибоких отворів, матриці прес-форм для виливків під тиском мідних і алюмінієвих сплавів і ін.). Фазовий склад цих сталей у відпаленому стані – легований ферит і карбіди М ₂₃С₆ і М ₆С.

Таблиця 2 – Штампові сталі для деформування в холодному стані

Перетворення в сталях 4Х5В2ФС, 3Х2В8Ф и 5ХЗВЗМФС, що протікають при термічній обробці, багато в чому подібні з перетвореннями у швидкорізальній сталі. Ці сталі при загартуванні нагріваються до високих температур для розчинення можливо більшої кількості карбідів і одержання після загартування високолегованого мартенситу. Тому що при температурі загартування карбіді цілком не розчиняються, сталі зберігають дрібне зерно. При відпустці твердість додатково підвищується внаслідок дисперсійного твердіння мартенситу, але одночасно знижуються пластичність і в'язкість. Для одержання достатньої в'язкості відпуску проводять при підвищених температурах на твердість 45–60 HRC, що відповідає утворенню трооститної структури.

Таблиця 2 – Штампові сталі для деформування в гарячому стані