Сталі для холодного штампування

В багатьох галузях промисловості велика кількість деталей виготовляється із листової сталі холодним штампуванням.

Для забезпечення високої штампованості відношення σ_в / σ_0,2 сталі повинно бути в межах 0,5-0,65 при відносному звуженні не менше 40 %. Штампованість сталі тим гірше, чим більше в ній вуглецю. Кремній, який підвищує межу плинності, знижує штампованість, особливо здатність сталі до витягування. В зв’язку з цим для холодного штампування широко використовують холоднокатані киплячі сталі 08кп, 08Фкп, 08Ю. Сталь 08кп схильна до старіння, тому її мікро легують алюмінієм чи ванадієм, які зв’язують азот, що знаходиться у твердому розчинні і визиває деформаційне старіння в нітридах AlN та VN. Сталі 08Фкп і 08Ю такі, що не старіють. Для виключення деформаційного старіння після відпалу холоднокатаний лист нерідко піддають дресировці, тобто невеликій пластичній деформації.

Для штампування рекомендуються сталі з зерном 6-8 балу. При дрібному зерні спостерігається пружинячий ефект і сильно зношуються штампи, а при більш крупному зерні утворюється шорстка поверхня (апельсинова шкірка) і розриви.

Для штампування виробів, які повинні мати підвищену міцність застосовують низьколеговані двофазні сталі із стуктурою фериту і мартенситу чи фериту і бейніту. Це сталі 09Г2С, 09Г2 − Ф-Б і 16ГФР − Ф-М. Таку структуру отримують після гартування у воді з між критичного інтервалу температур (Ас₁ − Ас₃). Використання цих сталей дозволяє зменшити товщину листа для штампування, що дає велику економію металу.

Сталі, що цементуються (цементовані)

Для виготовлення деталей, що працюють під дією динамічних навантажень (невеликі зубчаті колеса, шестерні, вали коробок передач автомобілів, вали швидкохідних верстатів, шпинделів та ін.) в умовах поверхневого зношування застосовують низько вуглецеві (0,15-0,25 % С) сталі. Вміст легувальних елементів у них не повинен бути занадто високим, але має забезпечити необхідну прогартовуваність поверхневого шару та серцевини. Тому сумарна кількість легуючих елементів у них не перевищує 3-5 % і за структурою вони належать до сталей перлітного класу. Після цементації, гартування і низького відпуску цементований шар повинен мати твердість 58-62 HRC а серцевина − 30-42 HRC, що забезпечує її підвищену границю текучості. Для подрібнення зерна цементовані сталі можна додатково мікролегувати елементами (V, Ti, Nb, Zr, Al, N), що утворюють дисперсні нітриди, карбонітриди чи карбіди, які гальмують ріст зерна аустеніту.

До цементованих сталей відносяться низьколеговані хромисті сталі 15Х, 20Х, які мають невисоку прогартовуваність, додаткове легування ванадієм 15ХФ дозволяє отримати більш дрібне зерно, що покращує пластичність і в’язкість сталей.

Більш крупні деталі, або такі, що мають складну конфігурацію, такі що піддаються дії значних знакозмінних напружень, виготовляються із сталей 20 ХН, 12ХЗА, 12Х2Н4А. Внаслідок дефіцитності нікеля його іноді замінюють марганцем і додатково вводять титан або ванадій (18ХГТ, 25ХГМ).

Легування хромонікелевих сталей вольфрамом або молібденом додатково стабілізує переохолоджений аустеніт і ще більше підвищує прогартовуваність сталі. В результаті гартування у мастилі серцевина деталі отримує структуру мартенситу. Це сталі 18Х2Н4ВА, 18Х2Н4МА, які застосовують для важко навантажених зубчастих коліс, осей роликів. Ці деталі є стійкими до динамічних навантажень.