Штамповые стали

В зависимости от температурных условий эксплуатации различают штамповые стали для деформации в холодном и горячем состояниях.

Для штампов холодной деформации основными требованиями являются: высокая твердость; износостойкость; прочность; сопротивление пластической деформации; повышенная вязкость (в случае наличия больших ударных нагрузок при эксплуатации).

Штампы для холодного деформирования. Для изготовления штампов небольшого сечения (до 20 мм) используют углеродистые стали, имеющие достаточную износостойкость и вязкость. Их твердость после закалки и отпуска должна быть 57…59 HRC.

Для изготовления более крупного инструмента, работающего в условиях динамических нагрузок, используют стали повышенной прокаливаемости (X, ХГС ХВГ) и стали с пониженным содержанием углерода (6ХС, 7ХФ). Их нагревают до температуры закалки А_С1+20...30°C для заэвтектоидных и А_С3+20..30°С для доэвтектоидных сталей. Охлаждение при закалке проводят в масле или через воду в масло, а также применяют ступенчатое охлаждение в расплавах солей и щелочей. Отпуск назначают при температурах 200...250°С (на твердость 53…58 HRC) и 430...470°С (на твердость 40…45 HRC).

Для интенсивного штампования используют инструменты из ледебуритных высокохромистых сталей типа X12, Х12МФ, Х6ВФ. Они являются полутеплостойкими и в их структуре после отжига присутствуют сорбитоподобный перлит, карбиды (Fe, Сr)₇С₃ и легированный цементит (Fe, Сr) ₃С. Нагрев для закалки хромистых сталей проводят при температурах 1000°С и выше, чтобы растворить в аустените карбиды хрома.

Хромистые стали для получения большой твердости (61…63 HRC) и наибольших значений прочности и вязкости подвергают закалке на первичную твердость при 980…1020°С с отпуском при 150…200°С.

Для получения повышенной теплостойкости хромистые стали подвергают закалке на вторичную твердость при 1080…1100°С и многократному отпуску при 500…520°С. При этом получают твердость (50…60 HRC), а прочность и вязкость лишь немного ниже, чем после закалки на первичную твердость. Закалка на вторичную твердость рекомендуется для штампов, которые нагреваются во время работы (интенсивное штампование) или при их изготовлении требуется значительное шлифование.

Штампы для горячего деформирования. При их изготовлении стали дополнительно должны обеспечивать:

- высокую разгаростойкость (стойкость против образования трещин при многократном нагреве и охлаждении);

- высокую окалиностойкость;

- высокую теплопроводность для обеспечения отвода тепла от рабочей поверхности штампа;

- высокую прокаливаемость для обеспечения необходимых свойств по всему сечению крупногабаритного инструмента;

Для изготовления молотовых штампов, которые работают при незначительной длительности контакта с горячим металлом, используют хромоникелевые среднеуглеродистые стали 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХГМ. Эти стали имеют высокую закаливаемость, прочность и вязкость после закалки с температуры 840…860°С и отпуска при 460…540°С. Твердость после отпуска составляет 40…45 HRC, а структура – сорбит или троостосорбит отпуска.

Для горячего прессования медных сплавов и для литья под давлением медных сплавов используют инструмент, изготовленный из стали с вольфрамом и повышенным количеством хрома (3Х2В8Ф). Она имеет повышенную теплостойкость до 650°С. Закалка осуществляется с температуры 1100^оС с охлаждением в масле, отпуск при 620^оС, получаемая твердость 42…45 HRC.

Более высокую разгаростойкость, окалиностойкость, вязкость и нечувствительность к масштабному фактору имеет сталь 4Х5В2ФС, которая применяется для изготовления пресс-форм для литья под давлением цинковых, алюминиевых и магниевых сплавов. Температуры закалки и отпуска, соответственно, 1030^оС и 570^оС, твердость – 47…49 НRС.

Для повышения работоспособности пресс-формы и штампы подвергают азотированию, нитроцементации и др. Азотирование повышает в 4-5 раз устойчивость стали против коррозионного действия жидких алюминиевых сплавов.