3.3.3 Штампові сталі

Залежно від температурних умов експлуатації розрізняють штампові сталі для деформації в холодному і гарячому станах.

Для штампів холодної деформації основними вимогами є: висока твердість; зносостійкість; міцність; опір пластичної деформації; підвищена в'язкість (у разі наявності великих ударних навантажень при експлуатації).

Штампи для холодної деформації. Для виготовлення штампів невеликого перетину (до 20 мм) використовують вуглецеві сталі, що мають достатню зносостійкість і в'язкість. Їх твердість після гартування і відпуску повинна бути 57…59 HRC.

Для виготовлення крупнішого інструменту, що працює в умовах динамічних навантажень, використовують сталі підвищеної прогартовуваності (X, ХГС ХВГ) і сталі з пониженим вмістом вуглецю (6ХС, 7ХФ). Їх нагрівають до температури гартування А_С1+20...30°C для заевтектоїдних і А_С3+20..30°С для доевтектоїдних сталей. Охолоджування при гартуванні проводять в маслі або через воду в масло, а також застосовують ступінчасте охолоджування в розплавах солей і лугів. Відпуск призначають при температурах 200...250°С (на твердість 53…58HRC) і 430...470°С (на твердість 40…45  HRC).

Для інтенсивного штампування використовують інструменти з ледебуритних високо хромистих сталей типа X12, Х12МФ, Х6ВФ. Вони є напівтеплостійкими і в їх структурі після відпалу присутні сорбітоподібний перліт, карбіди (Fe, Сr)₇С₃ і легований цементит (Fe, Сr)₃С_. Нагрів для гартування хромистих сталей проводять при температурах 1000°С і вище, щоб розчинити в аустеніті карбіди хрому.

Хромисті сталі для отримання великої твердості (61…63 HRC) і найбільших значень міцності і в'язкості піддають гартуванню на первинну твердість при 980…1020°С з відпусткою при 150…200°С.

Для отримання підвищеної теплостійкості хромисті сталі піддають гартуванню на вторинну твердість при 1080…1100°С і багатократному відпуску при 500…520°С. При цьому одержують твердість (50…60  HRC), а міцність і в'язкість лише небагато нижчі, ніж після гартування на первинну твердість. Гартування на вторинну твердість рекомендується для штампів, які нагріваються під час роботи (інтенсивне штампування) або при їх виготовленні потрібне значне шліфування.

Штампи для гарячої деформації. При їх виготовленні сталі додатково повинні забезпечувати:

- високу розгаростійкість (стійкість проти утворення тріщин при багатократному нагріві й охолоджуванні);

- високу окалиностійкість;

- високу теплопровідність для забезпечення відведення тепла від робочої поверхні штампу;

- високу прогартовуваність для забезпечення необхідних властивостей по всьому перетину великогабаритного інструменту;

Для виготовлення молотових штампів, які працюють при незначній тривалості контакту з гарячим металом, використовують хромоникельові середньовуглецеві сталі 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХГМ. Ці сталі мають високу прогартовуваність, міцність і в'язкість після гартування з температури 840…860°С і відпуску при 460…540°С. Твердість після відпуску складає 40…45 HRC, а структура – сорбіт або троостосорбіт відпуску.

Для гарячого пресування мідних сплавів і для лиття під тиском мідних сплавів використовують інструмент, виготовлений із сталі з вольфрамом і підвищеною кількістю хрому (3Х2В8Ф). Вона має підвищену теплостійкість до 650°С. Гартування здійснюється при температурі 1100^оС з охолоджуванням в маслі, відпуску при 620^оС, одержувана твердість – 42…45  HRC.

Вищу розгаростійкість, окалиностійкість, в'язкість і нечутливість до масштабного чинника має сталь 4Х5В2ФС, яка застосовується для виготовлення прес-форм для лиття під тиском цинкових, алюмінієвих і магнієвих сплавів. Температури гартування і відпуску, відповідно, 1030^оС і 570^оС, твердість – 47…49  НRС.

Для підвищення працездатності прес-форми і штампи піддають азотизації, нітроцементації й ін. Азотизація підвищує в 4-5 разів стійкість сталі проти корозійної дії рідких алюмінієвих сплавів.