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 |
||
1Л |
– 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.