Глава 20 стали для инструментов обработки металлов давлением

1. Стали для инструментов холодной обработки давлением

Основные свойства, которыми должны обладать стали для штампов и других инструментов холодной обработки давлением, — высокие твер­дость, износостойкость, прочность, сочетающиеся с удовлетворительной вязкостью. При больших скоростях деформирования, вызывающих разо­грев рабочей кромки инструментов до 450 °С, от сталей требуется доста­точная теплостойкость. Для штампов со сложной гравюрой важно обес­печить минимальные объемные изменения при закалке.

В связи с разнообразием условий деформирования, формы и разме­ров штампов применяют различные стали. Низколегированные стали X, 9ХС, ХВГ, ХВСГ, так же как и углеродистые У10, У11, У12, используют преимущественно для вытяжных и высадочных штампов, которые из-за несквозной прокаливаемости имеют твердый износостойкий слой и вязкую сердцевину, позволяющую работать при небольших ударных нагрузках. Вытяжные штампы, подвергающиеся интенсивному износу без динами­ческих нагрузок, после неполной закалки отпускают при 150— 180 °С на твердость 58 - 61 НДС. Высадочные штампы и пуансоны, работающие с ударными нагрузками, подвергают отпуску при 275 —325 °С на твердость рабочей части 52 - 54 ИКС.

Высокохромистые стали Х12, Х12М, Х12Ф1 (см. табл. 19.1) облада­ют высокой износостойкостью и глубокой прокаливаемостью (150 - 200 мм и более). Их широко применяют для изготовления крупных инструментов сложной формы: вырубных, обрезных, чеканочных штампов повышенной точности, штампов выдавливания, калибровочных волочильных досок, на­катных роликов и др. Эти стали близки к быстрорежущим: по структуре после отжига относятся к ледебуритному классу, после нормализации —

к мартенситному. Их высокая из­носостойкость обусловлена боль­шим количеством карбидов СГ7С3, сохраняющихся в структуре после закалки. Вместе с тем большое количество карбидной фазы (при­мерно 15 - 17 % у сталей Х12М и Х12Ф1 и около 30 % у стали Х12) приводит к повышенной карбид­ной неоднородности, вызывающей снижение прочности и вязкости.

Н

Рис. 20.1. Влияние температуры за­калки на твердость и количество ос­таточного аустенита стали Х12Ф1

аиболее сильно этот недостаток выражен у стали Х12. По этой причине чаще применяют стали Х12М и Х12Ф1.

Структура и свойства высокохромистых сталей в сильной степени зависят от температуры закалки, так как с ее повышением увеличива­ется растворимость карбидов и, следовательно, концентрация углерода и хрома в аустените. Это приводит к резкому снижению интервала тем­ператур мартенситного превращения. Изменение твердости стали Х12Ф1 (рис. 20.1) характеризуется кривой с максимумом. Повышение твердости при нагреве до 1075 °С вызвано увеличением твердости мартенсита, ее снижение при закалке с более высокой температуры — интенсивным уве­личением в структуре остаточного аустенита. Сохранение остаточного аустенита обусловливает небольшие объемные изменения при закалке.

Стали Х12Ф1 и Х12М обрабатывают как на первичную, так и на вторичную твердость. На первичную твердость их закаливают с бо­лее низких температур (1020 — 1075°С, см. табл. 19.1), когда количе­ство остаточного аустенита невелико, затем подвергают низкому отпуску (150 — 170 °С), сохраняющему высокую твердость (61 - 63 ИКС). Такой режим обеспечивает наибольшую прочность (сг_и = 2400... 2800 МПа) при низкой теплостойкости и применяется для большинства штампов и накат­ных роликов.

Закалку на вторичную твердость применяют для повышения тепло­стойкости и проводят с более высоких температур (1100 — 1170 °С). Она приводит к пониженной твердости (48 - 54 ИКС) вследствие сохранения большого количества остаточного аустенита (50 - 80 %). Твердость до 60 - 62 НПС повышают 4-6-кратным отпуском при 500 — 580 °С в резуль­тате превращения остаточного аустенита и выделения дисперсных карби­дов хрома. При обработке сталей на вторичную твердость теплостойкость

увеличивается до 500 °С, но из-за укрупнения зерна при закалке снижа­ются прочность и вязкость. В связи с этим применение этой обработки ограничено. В основном ее используют для штампов, работающих при повышенном нагреве без больших нагрузок.

Сталь Х6ВФ содержит меньше углерода и хрома и обладает меньшей карбидной неоднородностью, чем высокохромистые стали. Поэтому она превосходит их по прочности (в среднем на 500 МПа) и вязкости (почти в 2 раза), более пригодна для штампов с тонкой гравюрой и резьбонакатных роликов. При закалке сталь Х6ВФ более склонна к росту зерна, поэтому ее обрабатывают только на первичную твердость.

Хромокремнистые стали 4ХС, 6ХС и дополнительно легированные вольфрамом (2,0 - 2,7 %) 4ХВ2С, 5ХВ2С, 6ХВ2С образуют группу ста­лей повышенной вязкости, используемых для изготовления инструментов, подвергающихся ударам (зубила, гибочные штампы, обжимные матрицы и др.). Повышение вязкости сталей достигается снижением содержания углерода (до 0,4 - 0,6 %) и увеличением температуры отпуска. Стали 4ХС и 6ХС отпускают на твердость 52 - 55 НК.С при температуре 240 — 270 °С, которая несколько ниже температуры проявления отпускной хрупкости первого рода. Стали с вольфрамом, нечувствительные к отпускной хруп­кости второго рода, подвергают отпуску в более широком интервале тем­ператур: при 200 - 250 °С (53 - 58 ИКС) или при 430 - 470 °С (45 - 50 ИКС). Эти стали благодаря сохранению более мелкого зерна имеют не­сколько большую вязкость и предназначены для инструментов, работаю­щих с повышенными ударными нагрузками.