производство и поставка оборудования для механических испытаний, неразрушающего контроля, химического анализа и визуального контроля, диагностического оборудования, приборов визуального контроля, систем контроля доступа персонала, элементов систем умного производства. Испытательная лаборатория. Сервисный центр

Глава 9.3. Материалы для штампового инструмента / 9.3.1. Штамповые стали / 9.3.1.1. Штамповые стали

Штамповые стали предназначены для изготовления инструментов, обеспечивающих формообразующие операции за счет пластического деформирования (высадка) или разрушения (вырубка) материала заготовки. Эти операции могут осуществляться без нагрева обрабатываемых заготовок (холодная обработка) или с нагревом (горячая обработка). В соответствии с этим штамповые стали делятся на две группы: для изготовления штампов холодного и горячего деформирования. Условия эксплуатации штампов весьма разнообразны, что определяет широкий диапазон материалов, применяемых для их изготовления.

Стали для изготовления штампов холодного деформирования должны обладать высоким сопротивлением пластической деформации, износостойкостью (в условиях крупносерийного и массового производства), необходимыми прочностью и вязкостью. При определенных операциях происходит нагрев инструмента, поэтому для изготовления штампового инструмента для холодной обработки используют стали с различной теплостойкостью:

К первой группе относятся нетеплостойкие заэвтектоидные углеродистые и легированные инструментальные стали — У10, У12, 11ХФ и др. Эти стали не обладают высокой прокаливаемостью, их используют для изготовления инструмента простой формы и небольших размеров. Инструмент подвергают закалке от температуры, превышающей Ас1 на 30...50°С, и отпуску при 250...270°С для получения твердости 58...60 HRC. Такая пониженная по сравнению с режущим инструментом твердость позволяет получить более высокую ударную вязкость сталей. Это дает возможность использовать инструмент из этих сталей для операций холодной высадки мягких материалов, вырубки тонколистового материала, т.е. для работы с невысокими давлениями. Режимы отжига сталей рассмотрены ранее (см. подразд. 9.2.1).

Ко второй группе относятся стали, легированные повышенным содержанием хрома — 5…12%, которые называются полу теплостойкими. Широкое применение в промышленности получили стали с 12 % Сr — Х12Ф1 и Х12М. При таком уровне легирования стали имеют высокую прокаливаемость (до 200 мм при закалке в масле). Эти стали подвергают закалке как на первичную, так и на вторичную твердость.

Закалка на первичную твердость выполняется от 1050... 1070 °С с охлаждением в масле или селитре. Последующий низкий отпуск при 150... 180 °С обеспечивает высокую твердость 62... 64 HRC. Эти стали можно эксплуатировать и при более высоких температурах. При повышении температуры отпуска до 300 °С твердость снижается, но остается достаточно высокой: 58…60 HRC у стали Х12М и 57…59 HRC у стали Х12Ф1.

Закалка на вторичную твердость выполняется от более высоких температур (1 150... 1170°С); охлаждение — в масле или селитре. Количество остаточного аустенита заметно повышается и достигает 35…45 %, в связи с этим твердость после закалки низкая — примерно 50 HRC. Окончательные свойства сталь получает в результате многократного отпуска (2—4 раза) при температурах 520…540 °С. При этом происходит дисперсионное твердение, превращение остаточного аустенита в мартенсит и повышение твердости до 60…63 HRC.

Стали с 12 % Сr обладают высокой износостойкостью из-за большого количества карбидной фазы и высокой твердостью. Их применяют для изготовления разделительных вырубных и отрезных штампов, а также для вытяжных штампов, работающих с высокой скоростью. Закалку этих сталей осуществляют на первичную твердость. Повышение температуры закалки для получения вторичной твердости резко снижает ударную вязкость. Такую обработку можно рекомендовать для пресс-форм прессования порошков, обладающих абразивным воздействием.

Основным недостатком высокохромистых сталей является большая карбидная неоднородность. Это приводит к снижению прочности особенно в больших сечениях (свыше 50 мм).

Эти недостатки в значительной степени устранены в сталях с меньшим содержанием хрома — 5…6%, карбидная неоднородность которых ниже. Поэтому при близких значениях твердости стали обладают большей прочностью. Достаточно широко используется сталь Х6ВФ, которую, как и стали с 12 % Сr, можно закаливать как на первичную твердость (закалка от 950…980°С и отпуск при 180...200°С для получения твердости 50…60HRC), так и на вторичную твердость (закалка от 1050°С и отпуск при 500°С, получаемая твердость 56...58 HRC). Вместе с тем из-за меньшего количества карбидной фазы сталь Х6ВФ уступает сталям с 12% Сr по износостойкости и обладает меньшей прокаливаемостью. Применение сталей с 6 и 12% Сr аналогично. Стали с меньшим содержанием хрома применяют при больших ударных нагрузках, чем стали с 12% Сr, но более интенсивном износе. Сталь 9X5ВФ с 5% Сr близка по свойствам стали Х6ВФ.

Отжиг сталей с 5... 12% хрома проводят при температурах 840… 860 °С с изотермической выдержкой не менее 2 ч (выдержка зависит от величины садки металла), затем охлаждают до 700... 720 °С вместе с печью со скоростью 30...40 °С/ч, выдерживают при этой температуре 2...3 ч, охлаждают с печью до 600...650°С, а затем на воздухе.

Для разных операций штамповки сочетание этих свойств может быть различным. Холодная деформация, как правило, происходит без значительного нагрева штампового инструмента, лишь при операциях прессования и вытяжки температура достигает 300...400 °С.

Стали третьей группы — теплостойкие — сохраняют высокую твердость при нагреве до температур 520...540 °С. Стали упрочняют за счет мартенситного превращения при закалке и последующего дисперсионного твердения при высокотемпературном отпуске. Таким образом, упрочняющая термическая обработка этих сталей аналогична быстрорежущим — это закалка и многократный (как правило, двукратный) отпуск. Подобная термическая обработка позволяет избавиться от остаточного аустенита при сохранении высокой прочности, чего невозможно добиться для сталей предыдущих групп. Такая структура обеспечивает высокое сопротивление пластической деформации — рабочие кромки инструмента не сминаются под воздействием высоких давлений. При наличии в структуре остаточного аустенита это невозможно.

Стали этой группы, как и быстрорежущие, легированы сильными карбидообразующими элементами: вольфрамом, молибденом. В промышленности нашли применение стали 6Х4М2ФС, 8Х4В2С2МФ и др. Температура закалки этих сталей высокая 1050—1070 °С, максимальную твердость 60... 62 HRC они получают после отпуска при температурах 520...530°С.

Сочетание высокой твердости и прочности определяет применение сталей для наиболее тяжелых операций холодной штамповки: высадки, прессования. При этих операциях инструмент испытывает не только высокие удельные нагрузки (до 2000...3000 МПа), но и нагрев поверхностных слоев до температуры 300...400 °С, что предопределяет необходимость теплостойкости инструментального материала.

Вследствие относительно невысокого уровня легирования (ниже, чем у быстрорежущих и высокохромистых) стали имеют равномерное распределение карбидов (малая карбидная неоднородность). Это делает их применение весьма эффективным для накатного, особенно резьбонакатного, инструмента. При скоплениях карбидов происходит их выкрашивание из тонких кромок резьбонакатного инструмента, которые к тому же испытывают высокие давления.

Режимы отжига теплостойких и высокохромистых сталей практически одинаковы.

С 2011 года научно-производственное предприятие «УКРИНТЕХ» успешно работает и развивается в области контроля качества материалов и изделий.

Контакты

ООО НПП "Укринтех":
г. Харьков, ул.Ковтуна, д.50, корпус "А-5"

Для почты:
а/я 2304, Харьков-1, 61001, Украина

ООО НПП "Укринтех"
+38 (050) 499-09-89; +38 (067) 560-89-39
+38 (067) 575-45-10; +38 (057) 768-09-02

"ЦНИ Лаборатория"
+38 (098) 262-48-92

Компания

Производство и поставка
испытательного оборудования, оборудования для металлографии, приборов НК и др.

Сервисный центр
Ремонт, сервисное обслуживание и модернизация оборудования.

Центр независимых исследований
Аккредитованная испытательная лаборатория.