Разработка технологии изготовления пуансонов для выдавливания жаропрочных сплавов

1. Выбор материала

 

Штамповые стали для горячего деформирования должны обладать высокой жаропрочностью, теплостойкостью, термостойкостью, высокой ударной                        вязкостью и т.д. Необходимый комплекс эксплуатационных свойств этих сталей обеспечивается легированием карбидообразующими элементами (Cr, W, Мо, V) при содержании углерода 0,3-0,5 %.

Стали 1 – ой группы умеренной теплостойкости и повышенной разгаростойкости  - легируются Cr и небольшими добавками W и Mo (5ХНМ и 5ХНВ).

Стали 2 – ой группы повышенной теплостойкости – основными легирующими элементами являются W и Mo при 2 – 3% Cr (4Х5МФС, 4Х5В2ФС и 4Х5МФ1С).

Стали 3-ей группы высокой теплостойкости - при 2–3% Cr содержат 3-8 %W (5ХЗВЗМФС, 4Х2В5МФ, ЗХ2В5МФ и др.) отличаются повышенным содержанием вольфрама либо вольфрама и молибдена. Эта особенность состава определяет их высокую теплостойкость (700-750° С), однако она же является причиной понижения ударной вязкости (0,15-0,2 Дж/м2), особенно в заготовках диаметром более 120-150 мм. Рациональными областями применения сталей    высокой    теплостойкости      являются   тяжело нагруженные инструменты сечением 100-159 мм (матрицы, пуансоны, выталкиватели, вставные знаки и т.п.) горячего объемного деформирования легированных конструкционных сталей и жаропрочных сплавов.

Стали первой группы сохраняют твердость не ниже HRC 45 после нагрева до 600-620°С, тогда как стали второй группы сохраняют ее до 650-670° С, а стали высокой теплостойкости - до 700-750°С.

 

Следовательно, для изготовления требуемых пуансонов требуется выбрать сталь, относящуюся к третьей группе – сталь высокой теплостойкости марки 3Х2В8Ф.

 

Химический состав и механические свойства данной стали приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 Химический состав стали 3Х2В8Ф

 

Таблица 2 Механические свойства при 20 °С

 

 

1.      Термообработка

 

Теплостойкость стали зависит как от количества карбидообразующих элементов (вольфрам, хром, ванадий), растворенных в мартенсите, так и от правильной технологии термической обработки.

Для получения высоколегированного мартенсита, обладающего высокой теплостойкостью, сталь под закалку нагревают до высоких температур (1260-1280° С). Высокая температура нагрева нужда для того, чтобы перевести в твердый раствор (аустенит) возможно большее количество труднорастворимых вторичных карбидов, т.е. получить, прежде всего, высокоуглеродистый и высоколегированный аустенит.

Если закаливать эти стали с более низких температур, то полученный мартенсит будет недостаточно легированным, и его теплостойкость и твердость будут ниже.

В ввиду плохой теплопроводности стали для избегания образования трещин нагрев под закалку необходимо проводить медленно. Практически нагрев ведут с одним либо двумя подогревами.

Критическая скорость закалки этих сталей невелика, поэтому охлаждение при закалке можно производить в струе воздуха или в масле.

Сталь 3Х2В8Ф близка к быстрорежущей стали Р9, но имеет более высокую вязкость благодаря низкому содержанию углерода. В отожженной стали имеется около 12% труднорастворимого карбида М₆С. Закаливая сталь в масле от 1050 – 1100 ⁰С, растворяют в аустените около 7% карбидов, обогащая его углеродом, вольфрамом и хромом. После закалки структура состоит из легированного мартенсита, 5% избыточных карбидов и небольшого количества остаточного аустенита,  HRC 48-50. После отпуска при 600 – 620 ⁰С структура состоит из троостита и 5% избыточных карбидов, HRC 38-44. Карбид М₆С коагулирует лишь при температурах выше 600 ⁰С, что обеспечивает высокую красностойкость и жаропрочность.

 

Термообратка пуансонов из стали 3Х2В8Ф проводится путем ступенчатой закалки с нагревом до температур 1050—1100°С с охлаждением на воздухе и высокого отпуска при температуре 600-620 °С. Структура стали – Троостит и ~5% избыточных карбидов.

 

 

Литература:

- Околович Г.А., Салманов Н.С. Инструменатальные материалы для штампов холодного и горячего деформирования.

- Артингер, И. Инструментальные стали и их термическая обработка / И. Артингер. – М.: Металлургия, 1982. – 312 с.

- В.И. Куманин Металловедение и термическая обработка металлов

- Специальные стали. Учебник для вузов. Гольдштейи М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. М.: Металлургия, 1985. 408 с.