Стали для штампов холодного деформирования

Инструмент для деформирования металла в холодном состоянии должен иметь высокую твёрдость (практически не ниже НRС 58). В ряде случаев вы­сокая твёрдость (выше НRС 62) обеспечивает и более высокую стойкость в работе. Поэтому для такого рода инструмента применяют стали с содержани­ем углерода не менее 1 % в состоянии низкоотпущенного мартенсита, т. е. после закалки и низкого отпуска, аналогично описанным в разд. 3.2.

Из углеродистой стали марок У10, У11, У12 изготавливают штампы не­больших размеров и простой конфигурации; ввиду неглубокой прокаливаемости их следует применять для относительно лёгких условий работы (малая степень деформации, невысокая твёрдость штампуемого материала). Для штамповки лёгких металлов также используют стали с вязкой серд­цевиной (невысокой прокаливаемости): У10, 11ХВ, 7ХГНМ и др.

Стали для слесарно-монтажного инструмента должны обладать износостойкостью, повышенной вязкостью и высоким сопротив­лением смятию рабочих кромок. Для гаечных ключей используют сталь 40ХВА, для молотков – 50ХФА, отверток – 50 и 50ХФ, плоскогубцев – У7, У8 или 7ХФН.

Для штампов более сложных конфигураций и более тяжёлых условий ра­боты применяют легированные закаливаемые в масле (глубоко прокаливаю­щиеся) стали – чаще всего сталь X (ШХ15). Для деформирования более прочных металлов применяют полу­теплостойкие стали, а для пуансонов, работающих в условиях больших нагрузок, – быстрорежущие. Для вырубных и отрезных штампов используют износостойкие стали с повышенным содер­жанием карбидов (Х12ВМ, Х12Ф4М и др.).

Валки станов холодной прокатки, которые тоже можно считать инстру­ментом, деформирующим металл в холодном состоянии, изготавливают из хро­мистых сталей с 1 или 2 % Сг (9Х, содержащая 0,95–1,10 % С, 1,4–1,7 % Сг, или 9X2 с 0,85–0,95 % С, 1,7–2,1 % Сг). Ввиду большого сечения валки закаливают в воде и затем подвергают низкому отпуску при 100–120 °С. Это делают для того, чтобы поверхность валка (на глубине до 10–15 мм) имела максимально вы­сокую твёрдость (НRС 64–66), так как это наряду с другими условиями (от­сутствием перегрева, равномерностью распределения карбидов и т. д.) обеспе­чивает высокую стойкость в работе.

Наоборот, для инструмента некоторых видов, деформирующего металл в холодном состоянии, но с ударом (например, клейма, инструмент для пневма­тических молотков, зубила и т. д.), твёрдость должна быть ограничена неко­торым верхним пределом порядка HRС 52–58 (в зависимости от вида инст­румента и условий работы).

При относительно легких условиях работы (лёгкие удары, малая дефор­мация металла, например ручные клейма, ручные зубила) применяют углеро­дистую сталь У7, У8, У9. Необходимая твёрдость (HRС 58) получается путем закалки и отпуска при 250–350 °С. Хорошие результаты в смысле стойкости получаются при так называемой «градиентной закалке», или закалке с само­отпуском. Степень разогрева при самоотпуске контролируется или строго регламентированными по времени условиями охлаждения, или по цве­там побежалости. При этих способах термической обработки получается не­равномерная твёрдость – высокая в рабочей части и постепенно снижающаяся к нерабочей; это обстоятельство и обеспечивает большую стойкость в работе такого инструмента. При необходимости иметь еще большую вязкость, чем при градиентной закалке стали с рабочей твёрдостью меньше HRС 58, применяют стали с меньшим содержанием углерода и обрабатывают их на твёрдость ~ HRС 52. Эти стали применяют для пневматического и другого ударного инструмен­та. Состав штамповых сталей наиболее распространённых марок приведен в табл. 3.5. В этой же таблице указаны основные параметры термической обработки (температура закалки и отпуска) и твёрдость в закалённом состоянии. Закалку этих легированных сталей проводят в масле. Стали, легированные только кремнием, обладают меньшей прокаливаемостью, чем стали, содержащие вольфрам; вольфрам придаёт стали большую вязкость вследствие измельчения зерна.

Таблица 3.5

Стали для инструментов ударного деформирования в холодном состоянии,
их термическая обработка и твёрдость (ГОСТ 5950 –73)

Марка стали	Закалка		Отпуск
	температура, оС	твёрдость, HRC (не менее)	температура, оС	твёрдость HRC
4ХС	880–890	47	240–270	51–52
6ХС	840–860	56	240–270	52–53
4ХВ2С	860–900	53	240–270	50–52
5ХВ2С	860–900	55	240–270 420–440	51–53 45–47
6ХВ2С	860–900	57	240–270 420–440	53–55 46–48

Примечания: 1. Во всех сталях 0,2…0,4 % Мn; <0,3 % Ni; 2. Твёрдость после
закалки – гарантируемая по ГОСТу; твёрдость после отпуска – в пределах обычных
колебаний.

Увеличение содержания углерода делает стали более твёрдыми и износостойкими, но менее вязкими. Учитывая это обстоятельство, можно получать хромокремнистые и хромовольфрамокремнистые стали с разным содержанием углерода.

Широкое применение для холодных штампов и других инструментов, деформирующих металл в холодном или относительно невысоко нагретом состоянии (накатные плашки и ролики, фильеры для волочения и др.), получили высокохромистые стали (12 % Сг при 1–1,5 % С), обладающие высокой износостойкостью, повышенной теплостойкостью, малой деформируемостью при термической обработке и некоторыми другими особыми свойствами.

Все высокохромистые штамповые стали (кроме стали Х6ВФ) содержат в среднем 12 % Сг и 1 % углерода. Это приводит к образованию большого количества хромистых карбидов (Сг₇С₃). Так, в отожжённой стали Х12Ф1 присутствует  17 % карбидной  фазы М₇С₃, а в стали X12 этой фазы 25–30 %, поскольку в последней почти в два раза больше углерода (1,25–1,45 и 2,00–2,20 % соответственно).

Именно большое количество избыточной карбидной фазы при всех режимах термической обработки и придаёт стали высокую износостойкость. Способность этих карбидов частично переходить в раствор (и в тем большей степени, чем выше нагрев под закалку) позволяет, изменяя температуру закалки, регулировать свойства стали и её поведение при термической обработке.

По своей природе стали типа X12 похожи на быстрорежущие, так как в них совершаются те же превращения, что и в быстрорежущих сталях.

Высокохромистые стали являются сталями ледебуритного класса, поскольку в литом состоянии первичные карбиды, выделяющиеся во время затвердевания ста­ли, образуют эвтектику – ледебурит. Однако при ковке эвтектика разби­вается, и в отожжённом после ковки состоянии структура должна состоять из сорбитообразного перлита с включениями избыточных карбидов.

 

Рис. 3.5.  Влияние температуры закалки на твёрдость (HRC), количество остаточного аустенита (А %) и изменение длины (Δl) стали Х12Ф1(А.П. Гуляев)

На рис. 3.5 приведены данные, показывающие твёрдость (HRС) и количе­ство аустенита (А, %) в стали Х12Ф1 в зависимости от температуры закалки. Сначала с повышением температуры закалки твёрдость возрастает. Это объ­ясняется тем, что хромистые карбиды плохо растворяются в аустените, и при закалке 850–900 °С получается недостаточно легированный мартенсит. Наибольшая твёрдость в стали Х12Ф1 получается при закалке от 1075 °С. Дальнейшее повышение температуры приводит к снижению твёрдости вследствие ещё большего растворения хромистых карбидов и увеличения количества остаточного аустенита.

Необходимую высокую твёрдость стали типа Х12 можно получить, закаливая её от высоких температур (1150 °С) в масле и получая, следовательно, большое количество остаточного аустенита, а затем путём обработки холодом и отпуска добиваться разложения остаточного аустенита и получать твёрдость (HRС > 60). Такой метод обработки на вторичную твёрдость, применяемый для быстрорежущей стали (разд. 3.3), принят и при обработке высокохромистых сталей. Но чаще сталь типа Х12 закаливают от температур, дающих наибольшую твёрдость после закалки (от 1050–1075 °С) и последующего низкого отпуска (при 150–180 °С). Твёрдость в обоих случаях одинаковая (HRС 61–63), но в первом случае сталь обладает более высокой красностойкостью, а во втором – большей прочностью.

Применяемые режимы термической обработки для сталей Х12Ф1 и Х12М (обе эти стали практически равноценны), получаемые при этом свойства и данные о количестве аустенита приведены в табл. 3.6 (А.П. Гуляев).

Таблица 3.6

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться: