Сталі для штампів холодного деформування

Сталі цього типу повинні мати високу твердість і зносостійкість, мати високу міцність й задовільну в'язкість для роботи при ударних навантаженнях. Залежно від призначення розрізняють три групи штампових сталей для деформування в холодному стані.

До першої групи відносять сталі для витяжних і вирубних штампів. Основною вимогою до цих сталей є висока твердість і зносостійкість. Для виготовлення штампів цього типу застосовують вуглецеві сталі марок У10 -У12 і низьколеговані сталі X, ХВГ, ХВСГ. Після неповного загартування їх відпускають при 150-180 °С на твердість НRС 60. На поверхні утворюється твердий зносостійкий шар за рахунок некрізного закалювання - порівняно грузла серцевина, що дозволяє працювати при помірних ударних навантаженнях.

Сталі з підвищеним вмістом хрому (6-32%) (Х6ВФ, XІ2, Х12М, Х12Ф1) мають більш високу зносостійкість і глибоке закалювання. Висока твердість цих сталей досягається завдяки присутності в структурі великої кількості карбідів хрому Сr7С3. Однак підвищений вміст карбідів хрому приводить до росту карбідної неоднорідності. Структура й властивості високо хромовімісних сталей значною мірою визначаються правильним вибором режиму термічної обробки, особливо температурою загартування. З її збільшенням зростає концентрація вуглецю й хрому в аустеніті, що приводить до підвищення твердості мартенситу. Однак при загартуванні з надмірно високої температури в структурі збільшується вміст залишкового аустеніту й твердість сталі падає. Після загартування звичайно проводять низький відпуск на твердість НRС 61-63.

Добре зарекомендували себе сталі Х12Ф4М, Х6Ф4М. Молібден і ванадій, додатково введені до складу, сприяють одержанню дрібнозернистої структури. Зносостійкість штампів зі сталі Х12Ф4М у 1,5-2 рази вище в порівнянні зі штампами зі сталі Х12М.

Другу групу становлять сталі для штампів холодного видавлювання, тиски. Ці сталі повинні добре пручатися деформації й мати високу міцність. Присутність у їхній структурі залишкового аустеніту неприпустима. Для цього необхідне проведення високого відпуску при температурі не менш 500°С. Тому, хоча ці сталі й відносяться до сталей для штампів холодного деформування, вони повинні мати досить високу теплостійкість. Цим вимогам задовольняє сталь 6Х4М2ФС.

До третьої групи відносять сталі для висадочних і карбувальних штампів, що працюють при високих ударних навантаженнях. Складність створення таких сталей полягає в тому, що для підвищення твердості необхідне збільшення вмісту вуглецю, що може приводити до зниження ударної в'язкості. Звичайно для штампів цього призначення використовують сталь 7X3. Більш високу стійкість показала сталь марки 6ХЗФС.

Сталі для штампів гарячого деформування

У ще більш важких умовах працюють штампові інструменти для гарячого формоутворення. Матеріал штампів стикається з гарячим металом і нагрівається, причому нагрівання чергується з охолодженням. Ефективність використання таких прогресивних методів точного формоутворення, як гаряче об'ємне штампування, пресування й лиття під тиском, залежить від стійкості інструмента. З розширенням номенклатури оброблюваних сплавів, збільшенням продуктивності й потужності устаткування формотворний інструмент отримує зростаючі навантаження.

Матеріал для гарячих штампів повинен задовольняти комплексу вимог. До них у першу чергу ставляться висока міцність (не менш 1000 МПа), необхідна для збереження форми штампа при високих питомих тисках під час деформування, і висока теплостійкість, що дозволяє зберегти високі твердість і міцнісні властивості при тривалому температурному впливі. У робочих умовах штамп повинен деформувати заготовку, а не навпаки - заготовка деформувати штамп. Сталі повинні мати достатню в'язкість для запобігання поломок при ударному навантаженні. Вони повинні мати високий опір термічної утоми, зберігаючи здатність витримувати багаторазові нагріви й охолодження без утворення сітки тріщин. Горячоштампові сталі повинні мати гарну окалиностійкість і високе закалювання для забезпечення необхідних механічних властивостей по всьому перетину, що особливо важливо для масивних штампів.

Відповідно до зазначених вимог для штампів гарячого формоутворення застосовують леговані сталі, що містять 0,3- 0,6 % вуглецю, що зазнають загартуванню й відпустці при 550-680 °С із метою одержання трооститної і трооститно-сорбітної структури.

Для молотових штампів застосовують сталь 5ХНМ і її аналоги: 5ХНВ, 5ХНТ, 5ХГМ. Після загартування й відпуску при 550 °С сталь 5ХНМ при кімнатній температурі має наступні механічні властивості: ϭ = 1200-1300 МПа, 6= 10-12%, КСЦ = = 0,4 МДЖ/м². При нагріванні до 500°С ϭ = 850-900 МПа, ϭ3 = 600-5-650 МПа. При температурах експлуатації вище 500°С стійкість інструмента зі сталі 5ХНМ різко падає.

Для прес-форм лиття під тиском і пресування кольорових металів і сплавів використовують сталь марки ЗХ2М2Ф. Застосування сталі ЗХ2М2Ф для виготовлення прес-форм лиття під тиском мідних і алюмінієвих сплавів, а також для виготовлення прес-шайб і внутрішніх втулок контейнерів дозволило підвищити стійкість інструмента в 1,5-3 рази.

Для виготовлення великого пресового інструмента - прес-штемпелів, втулок контейнерів і матриць на заводах кольорової металургії застосовують сталі ЗХВ4СФ і 4ХСН2МВФ.

Для збільшення твердості при високих температурах використовують хіміко-термічну обробку: азотування, дифузійне хромування, борування. На поверхню гравюри штампа з газової фази проводять осадження карбідів титану, що мають особливо високу твердість.