Технология конструкционных материалов

Стали для инструментов холодного деформирования. Штампы небольших размеров, простой формы, работающие в легких условиях, изготовляют из углеродистых сталей У10, У11, У12. Штампы диаметром 75-100 мм более сложной формы и для более тяжелых условий работы изготавливают из сталей повышенной прокаливаемости Х, ХВГ. Для изготовления инструмента, который должен иметь высокую твердость и повышенную износостойкость, а также малую деформируемость при закалке, применяют стали с высокой прокаливаемостью и износостойкостью, например сталь Х12Ф1 (1,25-1,45%С; 11-12,5% Cr; 0,7-0,9%V).

Для инструмента, подвергающегося  в работе большим ударным нагрузкам (пневматические зубила, обжимки, ножницы  при холодной резке металла), применяют  стали с меньшим содержанием  углерода, повышенной вязкости 4ХС, 6ХС, 4ХВ2С и др. Эти стали закаливают в масле с температуры 840-900˚С (в  зависимости от стали) и отпускают  при температуре 240-270˚С с получением твердости HRC 50-55.

Таблица 1

Химический состав штамповых  сталей для деформирования в холодном состоянии %

Горячее деформирование.

Основными технологическими операциями горячего деформирования являются: объемная штамповка (прессование, высадка, калибровка и др.), формовка, гибка, резка, свободная ковка на молотах. Наиболее тяжелонагруженные из них – операция прессования, высадки и точной штамповки.

Стали для инструментов горячего деформирования. Стали 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ, применяемые для изготовления молотовых штампов, содержат одинаковое количество (0,5-0,6%) углерода и легированы хромом. Такое содержание углерода позволяет получить достаточно высокую ударную вязкость, а хром повышает прочность и увеличивает прокаливаемость. Никель вводят в этой стали с целью повышения вязкости и улучшения прокаливаемости. Вольфрам и молибден повышают твердость и теплостойкость, уменьшают отпускную хрупкость, измельчают зерно и уменьшают склонность стали к перегреву. Марганец, как более дешевый легирующий элемент, является заменителем никеля.

Штамповые стали 3Х2В8Ф, 5Х3В3МФС и другие применяют для вытяжных и высадочных штампов, а также пресс-форм для литья под давлением. К этим сталям предъявляют повышенные требования по теплостойкости и разгаростойкости и меньшие требования по прокаливаемости.

Таблица 2

Химический состав некоторых штамповых сталей для горячего деформирования %

Штамповые стали подвергают специальным упрочняющим обработкам, которые можно разделить на два  вида:

1. Поверхностное упрочнение химико- термической обработкой или наплавкой (напылением) специальными материалами (цементация, азотирование, цианирование и др.).
2. Обработка, связанная с изменением дислокационной структуры металла; к которой относится высоко- и низкотемпературная термомеханическая и механико- термическая обработка и т.д.

Целесообразность  применения того или иного способа упрочнения определяется назначением, условиями работы инструментов. Так стойкость штампов горячего деформирования, преимущественно выходящих из строя, вследствие износа или разгара, намного возрастает после их химико- термической обработки. Значительное увеличение стойкости тяжелонагруженных пуансонов для холодного выдавливания может быть достигнуто при применении механико- термической и термомеханической обработок.

Применение.

Для молотовых штампов  применяют сталь 5ХНМ и ее аналоги: 5ХНВ, 5ХНТ, 5ХГМ. После закалки и  отпуска при 550 °С сталь 5ХНМ при  комнатной температуре имеет  следующие механические свойства: а_в = 1200^1300 МПа, 6= 10—12%, КСЦ = = 0,4 МДж/м². При нагреве до 500 °С а_в = 850-=-900 МПа, о_п,₃ = 600-5-650 МПа. При температурах эксплуатации выше 500 °С стойкость инструмента из стали 5ХНМ резко падает.

Хорошо зарекомендовали  себя на автотракторных машиностроительных заводах стали 4ХМФС, 5Х2СФ и 4ХСНМФЦР. Внедрение этих сталей взамен 5ХНМ  для штамповки углеродистых и  низколегированных сталей позволило  повысить стойкость инструмента  в 2—3 раза. Для изготовления крупногабаритных прессовых и молотовых штампов  применяют сталь 5Х2НМФС, обеспечивающую повышение стойкости более чем  в 2 раза.

Для пресс-форм литья под  давлением и прессования цветных  металлов и сплавов до последнего времени использовали сталь ЗХ2В8Ф. Ее недостатком является низкая технологичность, что ограничивает возможность ее применения для крупного инструмента. Кроме того, сталь ЗХ2В8Ф чувствительна  к ударным нагрузкам и содержит значительные количества дорогого и  дефицитного вольфрама.

Взамен этой стали предложена сталь марки ЗХ2М2Ф, используемая для изготовления пресс-форм литья  под давлением медных и алюминиевых  сплавов, а также для изготовления пресс-шайб и внутренних втулок контейнеров  при прессовании медных сплавов. Применение стали ЗХ2М2Ф позволило  повысить стойкость инструмента  в 1,5—3 раза.

Список литературы:

1. Арзамасов Б.Н., Макаров В.И., Мухин Г.Г. Материаловедение: Учебник для вузов 5-е изд., стереотип. М.: Изд- во МГТУ им.             Н.И. Баумана, 2003г.
2. Бачин В.А. Теория, технология и оборудование диффузионной сварки. М.: Машиностроение 1978г.
3. ГОСТ 4543-71 Прокат из легированной конструкционной стали. Москва ИПК издательство стандартов 1996г.
4. Позняк Л.А., Скрынченко Ю.М., Тишаев С.И. Штамповые стали. Москва Металлургия 1980г.
5. Сорокин В.Г. Марочник сталей и сплавов. Москва Машиностроение 1989г.
6. Скрыпник И.П., Черток Б.Е. Технология металлов. МАШГИЗ 1958г.
7. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа 1990г.
8. OmegaMetall.ru>shtampsteel