Все о металле, его обработке и переработке
Партнеры
  • .

2. Стали для холодного деформирования

AacnVo

50 40 30 ZO

10 . о

1050 T3GK°C

Штамповые стали для холодного деформирования долж­ны иметь высокую твердость, износостойкость и повышен­ную вязкость (особенно для инструментов, работающих при динамических нагрузках). При жестких условиях ра­боты (большие скорости деформирования, динамические нагрузки), связанных со значительным разогревом инст-

10

1,8

7Jsy

8

- 6

? *

1,0

‘Jy

I I /

Z

65

0,6

S во

-

02

/ I’HRC У^А, 0A у

55

0,2

W I I I

50

—- , |

6,0 ЩО 1%0 18,0 KfU

850 950

Рис. 225. Зависимость относительной износостойкости И штамповых сталей пос­ле закалки и отпуска иа HRC Si—63 от количества карбидной фазы К (Ю. А. Геллер, А. О. Аранович, В. Ф. Моисеев, С. С. Федоснеико):

If-сталь 7ХГ2ВМ; 2 — Х6ВФ; S — Х12М; 4-Х6Ф4М; S-X12; 6 — ХЗФ12; 7 — ЗС12Ф4М

Рнс. 226. Влияние температуры закалки на содержание карбидов (К), остаточно­го аустенита Лост, содержание хрома в растворе Cr н твердость HRC сталей Х6ВФ (/) и Х6Ф4М (2) (Ю. А. Геллер и А. А. Бадаева)

Румента (до 300—400 °С), необходимым свойством стано­вится теплостойкость стали. В качестве штамповых сталей для холодного деформирования могут применяться нетеп­лостойкие углеродистые или легированные стали (вытяж­ные и высадочные малогабаритные штампы, работающие при небольших давлениях и скоростях деформирования и т. п.) или полутеплостойкие высокохромистые (3—12 % Cr) с 0,7—1,5 % С, дополнительно легированные ванадием, молибденом, вольфрамом и другими элементами.

Нетеплостойкие малолегированные стали обычно явля­ются заэвтектоидными или реже эвтектоидными. Они име­ют высокую твердость после закалки (HRC 60—63 и выше), пониженные температуры аустенитизации (780—880 0C), достаточную вязкость, хорошую обрабатываемость реза­нием в отожженном состоянии. Однако пониженная тепло­стойкость и износостойкость этих сталей ограничивают их — применение.

Составы легированных штамповых сталей холодного деформирования регламентированы ГОСТ 5950—73 и со­ответствующими ТУ. Состав, режимы термической обра—

100 200 JffO WDtent-C

200 JOO WO 500 t„mni°C

Рнс. 227. Влнякне температуры отпуска иа механические свойства штамповых сталей с 12 % Cr (Л. А. Позияк, Ю. М. Скрынченко, С. И. Тишаев):

/ — X12; 2 — Х12М; 3 — Х12Ф1

Рис. 228. Зависимость механических свойств штамповой стали НХ4В2С2ФЗМ от температуры отпуска (Л. А. Позняк, С. И. Тишаев).

Температура аустенитизации, °C: 1 — 1060 ; 2 — 1090 .

Ботки и свойства некоторых штамповых сталей для холод-, ного деформирования приведены в табл. 48.

По основным свойствам штамповые легированные ста­ли для холодного деформирования можно разделить на стали повышенной (высокой) износостойкости, дисперси — оннотвердеющие стали с высоким сопротивлением смятию и высокопрочные стали с повышенной вязкостью.

Стали повышенной (высокой) износостойкости — это полутеплостойкие стали с высоким (6—12 %) содержани­ем хрома (см. табл. 48). После закалки и отпуска в этих сталях выделяются специальные карбиды, в основном Me1 C3, и в меньшем количестве Ме%зС6 и MeC. Объемная доля карбидных фаз высока и составляет 12—24 % (по массе) в зависимости от содержания хрома и других эле­ментов. Износостойкость таких сталей зависит от типа количества карбидной фазы (рис. 225). При возрастание

Таблица 48. Состав (%) и механические свойства некоторых

Содержание основных элементов

Марка стали

C

Cr

W

Mo

V

Стали повышенной


2,5—3,2

0,50—0,80

0,50—0,80

0,60—0,90 2,0-2,4

0,5—0,9

0,10-0,25

0,10—0,20

0,5-0,8 0,6-0,9

Высокопрочные стали с повы

1,8—2,2 2,5—3,2 2,0—2,7.

1,8—2,3

0,80—1,10 2,5—3,0 0,30—0,50

0,80—1,10

1,00-1,40 1,90—2,50 2-, 30—2,80

1,90—2,40

Дисперсионнотвердеющие стали

0,5—0,8 1,1-1,5

0,15-0,30 0,70-0,90 0,15—0,30 3,4—4,0 0,50—0,80 0,30—0,50

0,40—0,60

0,60-0,90 0,50—0,80

Х12

2,00—2,20

11,5—13,0

Xl 2М

1,45—1,65

11,0—12,5

Х12Ф1

1,25—1,45

11,0—12,5

Х12ВМ

2,00-2,20

11,0—12,5

Х12Ф4М

2,00—2,20

12,0—13,5

Х6ВФ

1,05-1,15

5,5—6,5

8Х6НФТ

0,8—0,9

5,0—6,0

8Х4В2С2МФ ЯХ4ВЗМЗФ2 11Х4В2С2ФЗМ

0,8—0,9 0,75—0,85 1,05—1,15

4,2—4,9 3,5—4,5 3,5-4,2

Х5В2С4Ф2НМ

0,98-1,13

4,2—5,0

7ХГ2ВМ

0,68—0,76

1,5—1,8

7ХГНМ

0,67—0,74

1,2-1,5

6Х6ВЗМФС 6Х4М2ФС

0,5—0,6 0,57—0,65

5,5—6,5 3,8—4,4

* Трехкратный отпуск по 1 ч.


Доли более твердого карбида MeC (VC) износостойкость стали растет, однако одновременно значительно снижается ударная вязкость и прочность, возрастает вероятность вы­крашивания рабочих поверхностей инструментов. Вследст­вие пониженной вязкости такие стали пригодны для инст­рументов, работающих без значительных динамических нагрузок: вытяжные — и вырубные штампы, матрицы прес­сования порошков и т. п. ‘

Термическая обработка сталей высокой износостойко­сти заключается в закалке*от высоких температур (950— 10500C). и невысоком (150—2500C) отпуске. Вследствие пониженной теплопроводности нагрев под закалку легиро-


Штамповых сталей для холодного деформирования

Режим термической обработки

HRC3 после отпуска

Cf,,, МПа и

Кси,

МДЖ/м2

Другие элементы

‘зак’ °с

T, cC отп’

(высокой) износостойкости

950—970

170—200

61—63

2150

0,15—0,2»

950—970

300—350

58—59

2200

0,20—0,3»

______

1000—1020

170—200

61-63

2600

0,40-0,5»

1000—1020

320—350

57-59

3100

0,60-0,7»

-

1020—1050

170—200

61—63

2500

0,25—0,3»

1020-1050

400-420

57—59

3000

0,50—0,6»

______

970—1000

170—180

63-64

2400

0,20—0,3»

970—1000

320—350

59—60

2600

0,25—0,4»

______

1070—1090

170-190

62—64

2700

0,30—0,4»

1070—1090

200—230

60—61

3000

0,40—0,6»

980—1000

150-170

61—63

3000

0,70—0,8»

980—1000

280—300

56-58

3500

0,90—1,0»

0,9—1,3 Ni;

950—1000

280—300

57—59

- -

0,05—0,15 Ti

950—1000

400—420

56—57

С высоким сопротивлением смятию

1,6-2,0 Si

1060—1080

530*

63—64

375b

0,4СМ0,6»

1150—1170

550* ‘

62-63

3300

0,25—0,3»

1,4—1,8 Si

1060—1080

530*

61—62

3750

0,40—0,50

1000—1020

200

62—63

3500

0,30—0,35

- 0,3—0,6 Ni;

1150—1170

550*

62-63

3300

0,25—0,3»

3,35—3,95 Sl

Шенной ударной вязкостью

_

850—870

140—160

60-61

2800

0,6»

220—250

57-59

3000

0,80

0,80—1,20 Ni

850—870

140-160

60—61

3500

1,60

240—250

57—60

3700

2,00

0,6—0,9 Si

1060—1075

530*

57-62

3850

0,80—1,2»

0,6—0,9 Sl

1060—1075

520—540

59-62

4100

1,20—1,4»

Ванных штамповых сталей осуществляют ступенчато с предварительным подогревом (650—700 0C). В структуре закаленной стали, кроме мартенсита, присутствует неко­торое количество нерастворенных карбидов и остаточ, ныйг аустенит. Повышение температуры закалки способствует’ (рис. 226) уменьшению количества нерастворенных карби­дов, увеличению содержания хрома в твердом растворе и,, следовательно, повышению теплостойкости, но при этом возрастает количество остаточного аустенита и увеличивав ется размер аустенитного зерна, что сопровождается пони­жением твердости и прочности «тали. Легирование сталей: молибденом, вольфрамом и ванадием способствует сохра-:


Нению более мелкого аустенитного зерна до более высоких температур аустенитизадии, а также повышает температуру отпуска стали, при которой сохраняется требуемая твер­дость. Устойчивость 12 %-ных хромистых сталей против от­пуска высокая: после нагрева до 400—500 0C твердость Сохраняется на уровне HRC 55—57 (рис. 227). При этом Возрастают значения ударной вязкости и прочности при изгибе. Дальнейшее повышение температуры отпуска со­провождается падением ударной вязкости и прочности вследствие распада остаточного аустенита и коагуляции карбидов.

Низкие значения ударной вязкости и прочности при из­гибе в сталях типа Х12 обусловлены образованием круп­ных карбидов хрома, повышенной карбидной неоднородно­стью. Легирование стали типа X12 молибденом и вольфра­мом, а также и ванадием уменьшает карбидную неоднородность, увеличивает прочность и вязкость и поз­воляет изготавливать из стали Х12М, Х12ВМ, Х12Ф4М бо­лее крупные штампы.

Штамповые стали высокой износостойкости, легирован­ные молибденом и ванадием, упрочняются путем диспер­сионного твердения. Для обработки на вторичную твер­дость применяют более высокие температуры аустенитиза­дии: 1110—1140 0C для стали Х12Ф1 и 1120—1130 0C для стали Х12М. При этом в большой степени растворяются из­быточные карбиды, растет легированность аустенита. Вы­сокая твердость стали (HRC 60—62) достигается при трех — или четырехкратном отпуске при 490—5300C благодаря выделению высокодисперсных карбидов и образованию мартенсита из остаточного аустенита при охлаждении. При этом также повышается и теплостойкость стали, однако снижается прочность и ударная вязкость вследствие роста аустенитного зерна. х

Наиболее высокоизносостойкие стали легируют ванади­ем в количестве до 4%, при этом количество карбида VC в сталях с 12 % Cr достигает 4—5, а в сталях с 6 % Cr в %’. Недостатком этих сталей является пониженная шли — фуемость.

Стали с содержанием 6 % Cr, легированные вольфра­мом и ванадием (Х6ВФ), имеют более высокую прочность при изгибе и значительно (почти в 2 раза) более высокую ударную вязкость, чем стали с 12 % Cr (Х12Ф1).

Дисперсионнотвердеющие стали с высоким сопро­тивлением смятию содержат пониженное (0,8—1,0 %) ко­личество углерода и легированы хромом (~ 4—5 %), вольфрамом, молибденом, кремнием и ванадием (см. табл. 48). Стали этой группы после высокого отпуска при 520— 560 0C (в ряде случаев применяют многократный отпуск) склонны к дисперсионному твердению.

При оптимальных режимах термической обработки ста­ли имеют невысокую твердость, прочность, теплостойкость и удовлетворительную вязкость. Вследствие высокой сте­пени легирования стали обладают высокой прокаливае — мостью и стойкостью против перегрева, в связи с чем тем­пература аустенитизации этих сталей довольно высока (вы­ше 1050 eC), что обеспечивает достаточную полноту растворения карбидов в аустените и образование высоко­легированного мартенсита. На рис. 228 показано влияние температуры отпуска на механические свойства стали 11Х4В2С2ФЗМ. После оптимального отпуска (530 0C) сталь имеет высокий комплекс механических свойств. Не­достатком сталей данного типа является образование круп­ных избыточных карбидов при отжиге заготовок, что тре­бует применения больших деформаций для раздробления крупных карбидных фаз.

Дисперсионнотвердеющие стали с высоким сопротив­лением смятию применяют для изготовления тяжелонагру — женных пуансонов и матриц (прессование, высадка) для работы при давлениях 2000—2300 МПа при холодном и полугорячем деформировании.

Высокопрочные стали с повышенной ударной вязко­стью (см. табл. 48) имеют высокую прочность и понижен­ную теплостойкость и предназначены для изготовления ин­струмента, работающего при ударном (динамическом) на — гружении. Упрочнение сталей осуществляют закалкой и низким отпуском (7ХГ2ВМ, 7ХГНМ) или путем диспер­сионного твердения (6Х6ВЗМС, 6Х4М2ФС). Важным для этих сталей является минимальное изменение объема при закалке, что достигается в низкоотпущенных сталях со­хранением значительных количеств остаточного аустенита (18-20%).

Дисперсионнотвердеющие стали характеризуются бо­лее высокой теплостойкостью, сопротивлением смятию и износостойкостью по сравнению с низкоотпущенными.

Стали типа 6Х6ВЗМФС и 6Х4М2ФС применяют для инструментов, работающих при значительных динамичес­ких нагрузках и давлениях до 1500 МПа (высадочные пу­ансоны и матрицы, гильотинные ножницы и др.), стали типа 7ХГ2ВМ и 7ХГНМ — для инструмента прецизионной вырубки> пробивки и т. п.