Меню

Сталь для штампов хром

Стали для молотовых штампов

Молотовые штампы деформируют металл, нагретый до высоких температур (1000—1150° С). В процессе работы в штампах возникают напряжения сжатия, растяжения, изгиба; они подвергаются истирающему действию горячего металла. При пластической деформации, когда нагретый металл заполняет форму штампа под ударами молота, рабочая часть штампа нагревается. Поэтому сталь для изготовления молотовых штампов должна обладать высокими механическими свойствами — прочностью, вязкостью, износостойкостью.

Прочность (предел текучести) необходима для сохранения формы штампа в процессе деформирования; при достаточной вязкости не происходит выкрашивания и поломок рабочих поверхностей штампа. Эти свойства должны сохраняться при повышенных температурах, т. е. штампы должны обладать теплостойкостью.

В процессе работы молотовые штампы испытывают периодический нагрев и охлаждение. Температура нагрева рабочей поверхности штампов может превышать критическую для стали, из которой изготовлен штамп. Следовательно, при каждом нагреве и охлаждении могут происходить фазовые превращения, сопровождающиеся объемными изменениями. В результате периодичности нагрева и охлаждения на рабочей поверхности штампа появляются трещины разгара, которые имеют вид сетки Поэтому сталь для изготовления штампов, деформирующих металл в горячем состоянии, должна быть стойкой против разгара (сопротивление термической усталости).

Образование на рабочей поверхности штампа трещин вследствие термической усталости зависит от химического состава стали, твердости, состояния поверхности, направления волокна и ряда других факторов.

Наиболее склонны к образованию трещин термической усталости стали с высокой твердостью (HRC 50—58); при твердости НЯС 42—44 сопротивление стали термической усталости резко возрастает. На грубообработанной поверхности при наличии поверхностных дефектов (рисок, надрезов и др.) трещины разгара возникают более легко и быстрее развиваются. Хорошо прокованная сталь обладает наибольшей стойкостью против образования трещин термической усталости. Для того чтобы при нагреве штампа во время работы тепло не концентрировалось у рабочей поверхности, а быстро распространялось по всему объему штампов, сталь должна обладать достаточно высокой теплопроводностью. Для получения равномерной и одинаковой твердости по всему сечению штампа сталь должна иметь глубокую прокаливаемость. Для предотвращения снижения износостойкости при нагреве выше 600—700° С стали для молотовых штампов должны быть окалино-стойкими. Молотовые штампы имеют сложную форму и большие размеры.

Стойкость штампа зависит от химического состава стали, качества металла, горячей механической обработки (ковки) заготовок, термической обработки откованных заготовок и готовых штампов, конструкции штампов, условий эксплуатации и охлаждения штампов при работе. Сталь для изготовления штампов не должна быть загрязнена неметаллическими включениями, которые, особенно если они крупные или расположены по границам зерен, ослабляют связь между зернами и могут привести к образованию трещин.

На стойкость штампов влияет расположение волокон в заготовке. При прокатке или ковке с односторонней вытяжкой волокна располагаются по направлению вытяжки и механические свойства такой заготовки различны — более высокие для продольного расположения волокон, чем для поперечного. Такое расположение волокон снижает стойкость штампа, так как по условиям работы штамп должен иметь одинаковые механические свойства как в продольном, так и в поперечном направлении. Для получения механических свойств, одинаковых во всех направлениях, заготовки (кубики), из которых изготовляют штампы, подвергают ковке не только вытяжкой, но и осадкой в торец, т. е. ковке в грех перпендикулярных направлениях. При такой ковке получается наиболее благоприятное расположение волокон.

Одним из опасных дефектов легированных сталей являются флокены (волосные трещины), образующиеся при быстром охлаждении после ковки. Поэтому для предупреждения образования флокенов поковки после ковки медленно охлаждают до 150— 200° С. Поверхность штампов должна быть чистой, без рисок, мелких трещин и неровностей, чтобы не происходило налипание и приваривание деформируемого металла. Чтобы не образовывались трещины в процессе работы, необходим предварительный нагрев до 300—350° С. В процессе работы штампы необходимо охлаждать для предупреждения перегрева. Можно применять наружное охлаждение, но лучшие результаты дает внутреннее водяное охлаждение. Во всех случаях необходимо применять смазки. Для предотвращения износа штампов необходимо сбивать окалину с деформируемого металла или нагревать заготовки в печах с защитной атмосферой. В процессе работы в поверхностных слоях штампов появляются внутренние напряжения, которые могут привести к образованию трещин. Поэтому после определенного срока эксплуатации штампы отпускают при 300—400° С (1—2 ч) или кипятят в масле.

Стали 5ХНМ, 5ХНВ и др. для молотовых штампов содержат одинаковое количество (0,5—0,6%) углерода. В сталях 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ, 5ХНСВ в связи с ограниченным содержанием хрома, вольфрама и молибдена сохраняется однородная структура, высокая вязкость и пластичность. Карбидная фаза всех сталей — легированный цементит. Прочность при нагреве сохраняется до 350—375° С. У этих сталей незначительное различие свойств в продольном и поперечном направлениях; перечисленные стали имеют высокую прокаливаемость и закаливаемость; например, заготовки из стали 5ХНМ и 5ХГМ прокаливаются в сечениях до 300 мм, заготовки из стали 5ХНВ — в сечениях до 150—180 мм. Поэтому эти стали целесообразно применять для изготовления крупных молотовых штампов при повышенных ударных нагрузках. Стали 5ХНМ и 5ХНСВ близки по механическим свойствам (рис. 181). Сталь 5ХГМ по сравнению с ними имеет пониженную ударную вязкость. Структура после отжига — пластинчатый перлит и участки феррита; твердость стали 5ХНСВ НВ 217—241, остальных сталей — НВ 197—241. Температура начала ковки 1150— 1180° С, окончания — 850—880° С.

Читайте также:  Что нужно есть чтобы ягодицы стали больше

Стали, содержащие 3—5% Сг, имеют высокую теплостойкость (до 600—650° С) и формоустойчивость, но уступают сталям типа 5ХНМ по вязкости и разгаростойкости в штампах крупных сечений (свыше 100 мм). Содержание углерода в этих сталях —0,4%. Вязкость, пластичность и разгаростойкость при одинаковом содержании углерода зависят от влияния таких легирующих

карбидообразующих элементов, как вольфрам, молибден и ванадий.

Вольфрам (меньше молибден), увеличивая дисперсионное твердение при отпуске, ухудшает вязкость. Кроме того, вольфрам усиливает карбидную неоднородность, что снижает механические свойства штампов крупных сечений (более 100 мм). Но вольфрам и молибден значительно повышают теплостойкость.

Сталь 4Х5В2ФС — высокой разгоростойкости. Вольфрам и ванадий вызывают дисперсионное твердение и вторичную твердость при 500—550° С (рис. 182). Хром и кремний повышают окалиностойкость при нагреве до 600—650° С и сопротивление пластической деформации (до 400—500° С). При твердости HRC 42—48 до температур 300—500° С штампы небольших сечений из стали 4Х5В2ФС не уступают по вязкости штампам из стали 5ХНМ, но превосходят их по прочности и окалиностойко-сти. Температура закалки стали 4Х5В2ФС 1060—1080°С (зерно 10-го балла).

зерна, что снижает вязкость и пластичность. Сталь 4Х5В2ФС склонна к деформации при закалке, поэтому мелкие штампы закаливают с охлаждением на воздухе (для уменьшения деформации), крупные — в масле. Отпуск проводят при 530—550° С.

Для обеспечения требуемой вязкости твердость должна быть HRC 47—50, поэтому отпуск проводят при температурах выше температур дисперсионного твердения.

Стали, содержащие 3% Сг (4ХЗВ2Ф2М2), уступают сталям, содержащим 5% Сг, по прочности при температурах выше 400— 450° С, но имеют меньшую карбидную неоднородность, высокую вязкость (штампы сечением до 120—150 мм) и разгаростойкость. У них более низкая температура закалки, меньшая твердость в отожженном состоянии (НВ 180—207); твердость стали 4Х5В2ФС НВ 180—220. Структура теплостойких сталей в состоянии поставки — сорбитообразный перлит.

Источник

1. Инструментальные стали для штампов и пресс-форм

Стали, применяемые для изготовления основных деталей, как штампов, так и пресс-форм, относятся к группе инструментальных. Технологические и механические свойства инструментальных сталей определяются наличием химических элементов, входящих в данную сталь. По химическому составу инструментальные стали делят на углеродистые, легированные и быстрорежущие. Последние идут преимущественно на изготовление режущих инструментов, и поэтому в дальнейшем не рассматриваются.

Согласно ГОСТ 1435—74 маркировка углеродистых инструментальных сталей состоит из буквы У и следующих за ней цифр, указывающих на содержание углерода в десятых долях процента. Например, У10 — сталь инструментальная углеродистая с содержанием углерода 1%, У8А — с содержанием углерода 0,8%, буква А означает, что сталь имеет минимальное содержание вредных примесей, т. е. высококачественная.

По ГОСТ 5950—73 маркировка легированных инструментальных сталей состоит из ряда букв и цифр. Буквы указывают на наличие в стали определенных химических элементов, а цифры, стоящие непосредственно после буквы, указывают на процентное содержание соответствующего легирующего элемента в целых единицах процента (по массе).

Цифра 1 после буквы или ее отсутствие означает, что массовая доля легирующего элемента составляет около одного процента. Цифры, стоящие перед буквами, указывают на содержание углерода в сотых долях процента, если перед буквами нет цифр, это означает, что углерода содержится около 1%. Например, сталь 12ХН3 содержит 0,12% углерода, хрома (X) около 1% и никеля (Н)—3%.

В табл. 6 приведен перечень основных легирующих элементов, входящих в инструментальные стали, их обозначение и влияние на свойства стали, а в табл. 7 — химический состав наиболее употребительных марок инструментальных легированных сталей, применяемых для изготовления основных деталей штампов и пресс-форм.

Читайте также:  Оцинкованное железо или нержавеющая сталь

6. Влияние легирующих элементов на свойства инструментальных сталей

Повышает режущие свойства и износостойкость, увеличивает прочность и прокаливаемость стали, что особенно важно для крупных пуансонов и матриц. При наличии свыше 2,5% повышает устойчивость стали против отпуска, особенно при нагреве инструмента до температур, выше 300° С. Вместе с марганцем уменьшает коробление при закалке.

Вводят только в стали, предназначенные для инструментов, работающих с нагревом: штампы для горячего деформирования, пресс-формы для пластмасс, формы для литья металлов под давлением. Наряду с хромом он значительно увеличивает прокаливаемость стали и придает вязкость

Повышает твердость и износостойкость стали, улучшает режущую способность инструмента. Введенный в сталь для пресс-форм, форм для литья металлов под давлением и штампов для горячего деформирования значительно повышает их стойкость при разогреве до высоких температур

Вводится в высокохромистую сталь (например, Х12М, Х6Ф4М, 5ХНМ) для увеличения ее вязкости и повышения прокаливаемости. В штампах для горячего деформирования предохраняет от отпускной хрупкости, но резко повышает чувствительность стали к обезуглероживанию

Уменьшает хрупкость закаленной стали, предохраняет сталь от перегрева при закалке. В количестве свыше 1% в сочетании с хромом значительно повышает устойчивость против воздействия высоких температур

Увеличивает прокаливаемость стали, повышает стойкость против отпуска, но способствует обезуглероживанию при нагреве

Повышает прокаливаемость стали. В сочетании с хромом уменьшает коробление при закалке, но увеличивает склонность стали к перегреву

Добавляется в сталь, предназначенную для штампов горячего деформирования, так как уменьшает ее склонность к перегреву. Повышает сопротивляемость коррозии

7. Средний состав легированных инструментальных сталей, наиболее часто применяемых для штампов холодной штамповки и пресс-форм

Наименование элемента Обозначение в марках Влияние легирующего элемента
Хром Cr X
Марка стали Химический состав, %
C Mn Si Cr Ni W Mo V
X 1,0 0,3 0,3 1,5
Х12 2,1 0,3 0,3 12,0
Х12М 1,6 0,3 0,3 12,0 0,5 0,2
Х12Ф1 1,4 0,3 0,3 12,0 0,8
ХВГ 1,0 1,0 0,3 1,0 1,5
ХВСГ 1,0 0,8 1,0 1,0 1,0 0,1
Х6ВФ 1,0 0,3 0,3 6,0 1,3 0,6
Х6Ф4М 1,0 0,3 0,4 6,0 0,7 0,7 4,0
3Х2В8Ф 0,4 0,3 0,3 2,5 0,3 8,0 0,4
4ХС 0,4 0,4 1,5 1,5 0,3
4ХВ2С 0,4 0,4 0,8 1,3 0,3 2,0
5ХВ2С 0,5 0,4 0,8 1,3 0,3 2,3
5ХНМ 0,5 0,6 0,3 0,7 1,6 0,3
5ХГМ 0,5 1,5 0,5 0,8 0,3
5ХНВ 0,5 0,8 0,3 0,8 1,6 0,6
5ХНСВ 0,5 0,5 0,8 1,5 1,0 0,6 0,5
Х6Ф4М 1,7 0,3 0,3 6,0 0,8 3,8
6ХС 0,6 0,4 0,8 1,1
6ХВ2С 0,6 0,3 0,7 1,2 2,5
6Х3ФС 0,6 0,3 0,5 3,0
0,4 0,3
7X3 0,7 0,3 0,3 3,5 0,3
7ХГ2ВМ 0,7 2,0 0,3 1,6 0,8 0,6 0,2
8ХФ 0,8 0,3 0,3 0,8 0,3
9ХС 0,9 0,5 1,5 1,0
9ХФ 0,9 0,5 0,3 0,6 0,3
ХВГ 0,6 1,1 0,3 0,8 0,8
11ХФ 1,1 0,6 0,3 0,6 0,3 0,3

В табл. 8 приведен сортамент выпускаемых металлургической промышленностью сталей, применяемых в инструментальном производстве, а в табл. 9, 10 и 11 даны рекомендации по применению соответствующих марок сталей при изготовлении штампов и пресс-форм.

8. Сортамент инструментальных сталей

ГОСТ Наименование стали Параметры профиля Размер, мм
103-76 Сталь прокатная полосовая Ширина
Толщина
12-200
4-60
1133-71 Сталь кованая круглая и квадратная Диаметр, сторона квадрата 40-200
2590-71 Сталь горячекатаная круглая Диаметр 5-250
2591-71 Сталь горячекатаная квадратная Сторона квадрата 5-200
2879-69 Сталь горячекатаная шестигранная Диаметр вписанного круга 8-100
4405-75 Сталь полосовая горячекатаная и кованая инструментальная Ширина
Толщина
12-300
3-80
4693-77 Сталь прокатная. Заготовка квадратная Сторона квадрата 40-250
7417-75 Сталь калиброванная круглая Диаметр 3-100
8559-75 Сталь калиброванная квадратная Сторона квадрата 3-100
8560-67 Сталь калиброванная шестигранная Диаметр вписанного круга 3-100
14955-77 Сталь круглая со специальной отделкой поверхности (серебрянка) Диаметр 0,2-30

9. Рекомендуемые материалы и их твердость для рабочих деталей штампов

Пуансоны и матрицы простой формы для материалов толщиной до 3 мм (режущие секции с простым контуром резания), ножи для резки отходов

Пуансоны и матрицы сложной формы, а также для материалов толщиной свыше 3 мм

Пуансоны и матрицы простой формы

Пуансоны и матрицы сложной формы

Пуансоны и матрицы с повышенной износоустойчивостью

Пуансоны, матрицы, прижимы простой формы

Пуансоны, матрицы, прижимы сложной формы

Пуансоны, матрицы, прижимы с повышенной износоустойчивостью

Пуансоны и матрицы простой формы

Пуансоны и матрицы сложной формы

Пуансоны, матрицы, выталкиватели простой формы и для высадки углеродистой стали

Пуансоны, матрицы, выталкиватели сложной формы и для высадки легированных сталей

Пуансоны, матрицы, выталкиватели простой формы, условия работы нетяжелые (Р 2 )

Пуансоны, матрицы, выталкиватели сложной формы, условия работы тяжелые

Пуансоны для холодного выдавливания алюминия

То же для меди, латуни стали

Матрицы для холодного выдавливания алюминия

1. Для матриц сталь У8А, У9А и 8X3 не применяется.

2. Для изготовления штампов, используемых для небольших партий деталей (до 10 000 шт.) из мягких сталей, цветных металлов и неметаллических материалов толщиной до 1 мм, допускается применять стали марок 45 и 50 с закалкой до 40 HRC.

3. При изготовлении штампов для вытяжки деталей из нержавеющих сталей рекомендуется применять чугун СЧ 32—52 или твердые сплавы ВК8, ВК 15.

4. Твердость после термообработки выдерживать у матрицы на глубине не менее половины ее высоты и на расстоянии не менее 5 мм вокруг рабочего контура, остальная часть может иметь твердость на 5—12 единиц HRC ниже; у пуансона — по всей высоте, исключая хвостовую часть под расклепку или головку; в комплекте одного штампа рекомендуется выдерживать твердость матрицы выше твердости пуансонов на 2 единицы HRC.

10. Рекомендуемые материалы и их термическая обработка для вспомогательных деталей штампов

Тип штампа Детали штампа Марка материала Твердость HRC
Вырубной, пробивной, обрезной Х12Ф1,Р12, Р9 58-60
Для матрицы с твердосплавной вставкой:
корпус 40Х, 20Х 40-45
обойма У8А, У10А 53-58
вставка ВК20, ВК25 HRA 88-90
Для объемной штамповки

Плиты штампов — верхние и нижние литые

То же, для съемников сложной конструкции

Детали штампов Марка материала Твердость, HRC Примечания
Чугун СЧ 21—40 или СЧ 24—44;
стальное литье 30Л, 40Л
Плиты пакетных штампов верхние и нижние (прокат) Сталь 35, 40, Ст5, Ст3
Хвостовики простые Сталь 35, 40, Ст5
Хвостовики плавающие У8А, сталь 40, 45 45-50 Сферическую часть головки калить
Направляющие колонки и втулки Сталь 20, 15 55-60 Цементировать на глубину 0,5— 1,0 мм и калить
Втулки для шариковых направляющих Х12, X 58-60 Калить
Пуансонодержатели и матрицедержатели Сталь 35, 40, Ст5
Прокладки под пуансон У8А, сталь 10,15, Ст2 45—50 Сталь 10, 15, Ст2 цементировать и калить
Направляющие плиты для пакетных штампов, съемники Сталь 40, 45, Ст5, Ст6
Прижимы, направляющие линейки Сталь 40, 45, Ст5, Ст6
Клинья и ползушки: для штампов малых и средних размеров У10А, Х12Ф1, Х12 56-58 и выше Азотировать
для штампов больших размеров Сталь 45, 50
литые с закаленными планками СЧ 24—44
Упоры У8А, сталь 10, 15, 45, 50, Ст2 50-55 Сталь 10; 15, Ст2 цементировать и калить
Ловители У8А, У10А 50-55 Рабочую часть калить
Штифты У8А (серебрянка) Сталь 45, Ст5, Ст6 45-50 Рабочую часть калить
Толкатели, шпильки буферные Сталь 40, 45, Ст5 Ст6
Винты, болты Сталь 35, 40, Ст2, Ст3 40—45 Цементировать и калить головку винтов для стали
Пружины 65Г, 60С2, рояльная проволока 40-45 Ст2 и Ст3
Прокладки резиновые для съемников, прижимов, буферов Резина средняя 2959, резина 922
Резина 2462, резина 3465Н-4

11. Марки сталей, рекомендуемые для изготовления деталей пресс-форм

Источник

Adblock
detector