Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Стали для инструментов горячего деформирования

15.11.2018

Инструмент для выполнения операций горячего деформирования применяют при ковке, объемной штамповке и прессовании.

Штампы для горячей объемной штамповки работают в условиях повышенных температур, динамических нагрузок, многократных теплосмен. Основными причинами выхода из строя штампов являются истирание отдельных участков поверхности гравюры (фигурной поверхности штампа), деформация и смятие, появление трещин от термоусталости (разгарных трещин). В связи с этим материал штампов должен обладать комплексом следующих свойств:

• теплостойкостью;

• жаростойкостью;

• ударная вязкостью;

• износостойкостью;

• термостойкостью.

Для штампов горячего деформирования используют стали умеренной, повышенной и высокой теплостойкости.

По химическому составу стали являются среднеуглеродистыми (0,30...0,5 % С), средне- и высоколегированными; они содержат, %: 0,5...10 Cr; 0,15...3,0 Mo; 0,6...8,0 W; 0,3...1,80 V (ГОСТ 5950—73). Введение никеля повышает ударную вязкость. Теплостойкость растет при увеличении содержания хрома, ванадия, вольфрама (см. табл. 19.1). Например, теплостойкость стали 5Х2МНФ в 1,5—2 раза выше данного свойства стали 5ХНМ. Прокаливаемость сталей увеличивается по мере усложнения легирования (рис. 21.4).

Для тяжелонагруженных инструментов (высокие удельные силы и значения рабочей температуры до 600...660 °С) применяют стали с более высоким содержанием хрома и вольфрама для обеспечения теплостойкости и износостойкости, а стали, легированные кремнием, — для увеличения жаростойкости. Например, для деформирования заготовок из жаропрочных и коррозионно-стойких сталей применяют инструмент, изготовленный из таких сталей, как 4Х5МФС, 4Х5В2ФС (повышенной теплостойкости), 5ХЗВЗМФС (высокой теплостойкости).

С увеличением общего содержания легирующих элементов соответственно повышаются твердость и износостойкость сталей: чем больше суммарное количество тугоплавких элементов, тем выше теплостойкость (см. рис. 21.4).

Термообработка состоит в закалке и высоком отпуске при температуре 540...600 °С, во время которого происходит дисперсионное упрочнение вследствие выделения частиц карбидов СГ7С3, VC из мартенсита. После отпуска твердость составляет 36...47 HRC, а временное сопротивление разрыву ов = 1000...1800 МПа. Штампы различаются назначением (молотовые, ковочные, правочные, калибровочные) и формой. Чем сложнее штамп по форме, тем меньшую твердость должен иметь его материал после отпуска.

Для листовой штамповки применяют инструмент, изготовленный из высокоуглеродистых высоколегированных сталей, таких как Х12, Х12М (1 % С), а также быстрорежущих сталей P18, Р6М5 и твердых сплавов ВК8, BK15, ВК20.

Работоспособность штампов, изготовляемых из сталей умеренной и повышенной теплостойкости, улучшается, если стали подвергают химико-термической обработке. Борирование или хромирование применяют для штампов с несложной рабочей гравюрой, что повышает и жаростойкость, и износостойкость сталей.

Для штампового инструмента любого типоразмера и с самой сложной гравюрой используют стали, подвергнутые ионному азотированию. Этот процесс приводит к повышению стойкости штампов почти на 50 %.

Инструменты для горячего прессования (прессовые штампы, матрицы и пуансоны, иглы для прошивки заготовок) находятся в более длительном контакте с обрабатываемой разогретой заготовкой, чем молотовые штампы, и, следовательно, имеют более высокую температуру поверхностных слоев. Для изготовления этих инструментов целесообразно использовать стали с повышенной и высокой теплостойкостью.

По химическому составу стали, применяемые для инструмента горячего прессования, являются среднеуглеродистыми (0,30...0,40 % С), средне- и высоколегированными, %: 2,5...5,0 Cr; 1...5 W; 0,8...2,7 Mo; 0,5...1,6 V; 0,3...1,0 Si.

Термообработка этих сталей состоит в закалке и высоком отпуске (580...640 °С), во время которого происходит дисперсионное упрочнение вследствие образования частиц карбидов. В составе сталей присутствуют карбиды хрома, ванадия и наиболее тугоплавкий — карбид вольфрама Fе3(Мо,W)3С.

Теплостойкость, термостойкость и износостойкость увеличиваются в ряду марок сталей:

4Х5М2ФС —> 5Х4М4ФС —> 6Х4М5ФС.


Применение штамповых сталей с повышенной теплостойкостью обусловлено свойствами обрабатываемого сплава (твердостью, прочностью). Прочность обрабатываемого материала при повышении температуры (рис. 21.5) увеличивается в ряду:

Алюминиевые сплавы —> медные сплавы —> стали —> жаропрочные сплавы.


В данной последовательности изменяется и химический состав сталей, применяемых для обработки давлением: повышается процентное содержание вольфрама. Если заготовки из алюминия обрабатывают инструментом из стали марки 4Х5МФС, то для заготовок из труднообрабатываемых жаропрочных сплавов на никелевой основе выбирают инструмент из стали 4Х2В5МФ повышенной теплостойкости.

Для обработки стальных заготовок обычно используют не вольфрам-содержащие, а молибден-содержащие стали, которые отличаются большей теплопроводностью, коэффициент их линейного расширения близок к данному параметру обрабатываемого материала, что повышает термостойкость инструмента.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: