Стали для инструментов холодного деформирования
Инструмент для выполнения операций холодного деформирования применяют при прессовании, ковке и объемной штамповке; при этом преодолевают сопротивление деформированию материала заготовки, которое значительно выше, чем при горячем деформировании. Материалы для таких инструментов должны обладать повышенной прочностью на сжатие, износостойкостью, пластичностью и ударной вязкостью.
Для изготовления данных инструментов применяют стали нескольких групп:
• углеродистые инструментальные У8, У8А, У10, У10А (58...60 HRC);
• легированные инструментальные 9ХС, ХВГ, 11ХФ (60...62 HRC);
• стали полутеплостойкие с повышенной твердостью 5ХЗФС, 6ХВФ, 6Х4М2ФС (60.. .62 HRC).
Штамповые стали для изготовления инструмента холодного деформирования относят к группе полутеплостойких (кроме сталей марок У10 и 11ХФ) с повышенной твердостью.
По химическому составу стали, используемые для этих инструментов, являются высокоуглеродистыми, средне- и высоколегированными (6ХЗФС, 6Х4М2ФС и др.). Чем выше твердость обрабатываемого материала и чем, следовательно, больше силы при обработке давлением, тем большим пределом текучести должна обладать сталь для инструмента (рис. 21.6).
Термообработка сталей для данных инструментов состоит в закалке и отпуске. Твердость после отпуска не должна превышать 60 HRC, так как для работы инструмента характерны динамические нагрузки. Вследствие этого температуру отпуска, обеспечивающую требуемую твердость, варьируют в зависимости от химического состава сталей:
• низкий отпуск при 170...180 °C — для сталей У10 и 11ХФ, (58...59 HRC);
• средний отпуск при 260...300 °C — для стали 6Х3ФС (57...59 HRC);
• высокий отпуск при 540...560 °C — для стали 6Х4М2ФС (59...60 HRC)).
Стали У10 и 11ХФ применяют для холодной обработки давлением металлов с низким сопротивлением деформированию; сталь 6Х3ФС — для пластической деформации низкоуглеродистых и цветных металлов; сталь 6Х4М2ФС с повышенным содержанием хрома и с молибденом — для инструмента, в котором в процессе работы создаются высокие рабочие давления. Чем больше суммарное количество легирующих элементов, тем больше критический диаметр, и, следовательно, стали обладают высокими прочностью и твердостью, а также могут применяться для инструмента, работающего при более высоких нагрузках.
Стойкость инструмента, предотвращение его смятия в результате эксплуатации при ударных нагрузках повышают не только металловедческими, но и металлургическими способами. Применение при выплавке электрошлакового переплава, снижающего количество вредных примесей неметаллических включений, повышает работоспособность штампов.
В процессе холодного прессования инструмент находится в контакте с обрабатываемой заготовкой длительное время. При этом возникают высокие напряжения (до 3000 МПа) и нагреваются поверхностные слои до 300...400 °С.
К сталям для инструмента холодного прессования предъявляют повышенные требования к прочности на сжатие и износостойкости. Для этих целей применяют штамповые полутеплостойкие и теплостойкие стали (рис. 21.7). По химическому составу такие стали являются высокоуглеродистыми и высоколегированными.
Стали для штампов холодного прессования отличаются наибольшим содержанием углерода по сравнению со сталями, применяемыми для обработки давлением другими способами. При повышении твердости обрабатываемых материалов усложняется химический состав сталей для инструмента и увеличивается содержание вольфрама. Для труднодеформируемых материалов при высоком рабочем напряжении сжатия применяют быстрорежущие стали (см. рис. 21.7).
Термообработка сталей состоит из закалки и отпуска, температура которого зависит от химического состава сталей и свойств обрабатываемого материала:
• низкий отпуск при 150...200 °C — для полутеплостойкой стали Х12М (58...59 HRC);
• высокий отпуск при 500...510 °C — для теплостойкой стали 8Х4В2С2МФ (61 HRC);
• тройной высокий отпуск — для быстрорежущей стали Р6М5 (65 HRC)
Сводные данные о марках сталей, применяемых для производства инструмента обработки давлением, в зависимости от условий работы представлены в табл. 21.1.
Сталь 8Х4В2С2МФ имеет наибольшую теплостойкость: твердость сохраняется после нагрева при 730...740 °C. Она предназначена для изготовления пуансонов, используемых при прессовании аустенитных, жаропрочных и коррозионно-стойких сталей при 650...675 °C без интенсивного охлаждения.