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
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Mo |
W |
V |
Cu |
|
0.3 - 0.4 |
0.15 - 0.4 |
0.15 - 0.4 |
до 0.35 |
до 0.03 |
до 0.03 |
2.2 - 2.7 |
до 0.5 |
7.5 - 8.5 |
0.2 - 0.5 |
до 0.03 |
Таблица 2 Механические свойства при
20 °С
|
Сортамент |
Размер |
Напр. |
σв,
Н/мм² |
σт,
Н/мм² |
δ5,
% |
ψ, % |
KCU, кДж/м2 |
Термообр. |
|
- |
мм |
- |
МПа |
МПа |
% |
% |
кДж / м2 |
- |
|
Сталь |
|
|
1530 |
1390 |
12 |
36 |
200 |
Закалка 1130 oC, масло, Отпуск
650oC, 2ч |
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.
