2. Требования, предъявляемые к штамповым сталям

Выбор материала штампа определяется назначением его, условиями работы и экономическими соображениями. Правильный выбор материала позволяет в полной мере использовать тот комплекс свойств, которыми он обладает, и получить максимально возможную для конкретных условий стойкость.

К эксплуатационным относятся свойства материала готового инструмента после окончательной термообработки. Они должны обеспечить необходимую работоспособность штампов. Стали, предназначенные для изготовления штампов должны обладать следующими эксплуатационными свойствами:

1. высокая теплостойкость, которая характеризует способность стали сохранять без значительных изменений структуру и свойства.

2. Высокое сопротивление пластической деформации.

3. Высокая износостойкость.

4. Высокая разгаростойкость (сопротивление термической усталости) в условиях циклических температурно-силовых воздействий.

5. Высокое сопротивление хрупкому разрушению, с помочью которого оценивают прочность стали, при динамическом нагружении или в условиях высокой неравномерности приложения нагрузки.

К технологическим относятся свойства материала, обеспечивающие возможность обработки инструмента с заданными эксплуатационными свойствам при минимальных затратах, штамповые стали должны обладать следующими технологическими свойствами:

1. закаливаемость, которая определяет способность стали получать мартенситную структуру и сообщать инструменту высокие твердость и прочность.

2. Прокаливаемость, которая определяет способность стали получать необходимую структуру и свойства по сечению инструмента определенных размеров.

3. Способность обеспечивать минимальную деформацию при термообработке.

4. Устойчивость против перегрева при термообработке (получение мелкого зерна, высокой вязкости, разгаростойкости, сопротивления хрупкому разрешению).

5. Устойчивость против окисления и обезуглероживания при термообработке (получение бездефектного поверхностного слоя гравюры)

6. Устойчивость против образования трещин при закалке и шлифовании.

7. Ковкость - способность к формоизменению в процессе изготовления штампов.

8. Хорошая обрабатываемость, обеспечивающая минимальные затраты при изготовлении гравюры, хорошее качество поверхности.

К экономическим требованиям, предъявляемым к штамповым сталям относят низкую стоимость и ее недефицитность. Экономическая эффективность во многом зависит от стойкости и конструкции инструмента, от характера кузнечно-штамповочного производства. Иногда стоимость может играть и второстепенную роль.

Одним из основных свойств стали для штампов горячего деформирования является теплостойкость. Выбор необходимой теплостойкости производится в зависимости от температуры нагрева поверхностного слоя штампа и продолжительности теплового воздействия.

Требуемая прочность штамповой стали определяется величиной удельных усилий деформирования и температурой нагрева гравюры. С увеличением температуры нагрева штампов и удельных усилий деформирования необходимы более высокие теплостойкость и прочность. Предусматривается деление на 4 класса:

1-ый: удельные усилия 200...250 МПа - низкая прочность;

2-ой: до 500...600 МПа - средняя прочность;

3-ий: до 900...1000 МПа - высокая прочность;

4-ый: свыше 1000 МПа - очень высокая прочность.

Штамповые стали 4-ой группы следует применять для изготовления штампов жидкой и изотермической штамповки, штамповки жаропрочных сплавов, при выдавливании.

Штамповые стали 3-ей группы следует использовать для изготовления штампов полугорячего выдавливания и высокоскоростной штамповки, а также для калибровочных и правочных штампов.

Требования к разгаростойкости можно разделить на несколько классов:

0 - штамповая сталь плохо сопротивляется образованию разгарных трещин. Применение стали допустимо, если перепад на поверхности не превышает 200...250 °С.

1 - низкая разгаростойкость, если температурный перепад на поверхности гравюры не превышает 400...500 °С и гравюра охлаждается медленно.

2 - средняя разгаростойкость, если перепад свыше 400...500°С и имеет место естественное или интенсивное водяное охлаждение.

3 - высокая разгаростойкость при интенсивном водяном охлаждении.

4 - очень высокая разгаростойкость, если перепад больше 400...500 °С при интенсивном водяном охлаждении.

По требованиям к сопротивлению хрупкому разрушению штамповой стали в зависимости от скорости деформирования и конструкции штампы делят на:

1. Низкое сопротивление (простые штампы механических прессов и ковочных машин).

2. Среднее сопротивление (сложные штампы механических прессов и ковочных машин).

3. Высокое сопротивление (сложные штампы механических прессов).

4. Очень высокое сопротивление (штампы высокоскоростных молотов).

Наиболее простым показателем, применяемым для оценки теплостойкости стали является температура двухчасового отпуска, в результате которого твердость закаленной ламповой стали достигает определенной величины ( ).

Для оценки сопротивления пластической деформации штамповой стали наиболее часто используют твердость, измеренную при комнатной и повышенной температурах. Иногда определяют и другие прочностные характеристики (предел прочности, длительную прочность, релаксационную стойкость, твердость и предел прочности после циклических температурно-силовых испытаний).

Сопротивление хрупкому разрушению оценивают по величине ударной вязкости, определяемой по стандартной методике при комнатной и повышенной температурах.

Основные свойства сталей для штампов горячего деформирования в решающей степени определяются их легированием.