7.2. Стали для холодной штамповки

К этим сталям относят, прежде всего, малоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,05 – 0,2 %. Основные требования, предъявляемые к данным сталям:

1. Высокая штампуемость, т.е. способность принимать объемную форму из плоской заготовки.

2. Высокое качество поверхности детали после холодной штамповки.

Эти требования обеспечиваются:

1. механическими свойствами;

2. химическим составом;

3. структурой металла.

Требования по механическим свойствам:

1. Минимальная твердость: HRB < 45 единиц (55 единиц – для легированных сталей).

2. Высокий предел прочности σ_В, низкий σ_Т .

– число текучести.

3. Высокая пластичность.

Требования по химическому составу:

1. содержание С < 0,2 %;

2. суммарное содержание легирующих элементов меньше 1-1,5 %;

3. минимальное содержание примесей;

4. нежелательное присутствие растворенных газов.

Требования по структуре:

1. Зерно должно иметь средний размер (6–8 балл). Мелкое зерно вызывает повышенную твердость, лист становится более жестким. Из-за этого быстро изнашиваются штампы. Если зерно крупное, то резко ухудшается качество поверхности, возникает “апельсиновая корка”.

2. Недопустима разнозернистость, так как крупное зерно при пластической деформации утоняется более быстро, чем мелкое. Поэтому в этих местах появляются трещины, надрывы, приводящие к браку.

3. Перлит в этих сталях желательно иметь зернистый, а не пластинчатый. Стали с пластинчатым перлитом имеют меньшую пластичность. Нежелательно расположение перлита в виде сетки по границам зерен, так как это снижает пластичность стали.

Листовую заготовку для холодной штамповки получают холодной прокаткой. Лист после холодной прокатки сильно упрочняется и не может сразу подвергаться холодной штамповке. Для снятия наклепа перед холодной штамповкой используют рекристаллизационный отжиг. Этот отжиг проводят при температуре 680 ºС либо для рулонов, тогда используют камерную печь (выдержка 6 – 8 часов), либо движущейся ленты, тогда используют специальные непрерывные агрегаты. В непрерывных агрегатах температурный режим обеспечивает одинаковую структуру по всей длине ленты. Высокое качество поверхности изделия зависит от склонности стали к деформационному старению. Деформационное старение – это эффект увеличения предела текучести из-за повышенного содержания в сталях газов.

Деформационное старение возникает при блокировке дислокаций примесными атомами, которые образуют целые атмосферы. Для начала пластической деформации необходимо оторвать дислокации от этих атмосфер. Для этого требуется более высокое напряжение. Из-за этих атмосфер пластическая деформация развивается по объему металла неравномерно. В результате на поверхности стального листа возникает целая сетка линий скольжения, которая выглядит как тонкие царапины. Для их устранения требуется дополнительная отделка поверхности, что не всегда возможно. Чтобы предотвратить появление линий скольжения, сталь, склонную к деформационному старению, перед холодной штамповкой подвергают небольшой пластической деформации на прокатном стане или в правильной машине.

Малая пластическая деформация позволяет устранить зуб текучести. Вполне достаточно 2 % деформации, чтобы оторвать дислокации от примесных атомов. Такая предварительная пластическая деформация называется дрессировкой. После дрессировки эффект деформационного старения вновь проявляется примерно через 10–15 дней. Поэтому дрессировку необходимо проводить перед холодной штамповкой. Для того чтобы сделать сталь нечувствительной к эффекту деформационного старения, в нее в качестве добавок в небольшом количестве вводят Al (0,02-0,04 %), V (0,2 %), Nb (0,1 %).

В результате образуются AlN, VN. Атомы азота остаются неподвижными, эффект деформационного старения исчезает.

Марки сталей, используемых для холодной штамповки: 08кп, 05кп – обладают хорошей пластичностью, дешевые; 08пс, 08сп – сталь более жесткая; 10, 15, 20, 10кп, 10пс, 10сп.

Нестареющие стали: 08Ю, 08Ф, 10ЮА, 08ГСЮТ, 08ГСЮФ.