Свойства стали для штампов и прессформ

01.06.2018
Основными марками стали, применяемыми для изготовления горячих штампов, являются 5ХГМ, 4ХС, 7X3, 30ХГС и 35ХМЮА, а для особо ответственного назначения в очень тяжелых условиях работы: для штампов— сталь 5ХНМ, 4ХВС и ЭИ 160 и для прессформ — сталь 3ХВ8. Для небольших по размерам штампов простой формы, работающих в сравнительно легких условиях, применяют также углеродистую сталь марки У7. Назначение этих марок стали для основных типов штампового инструмента подробно приведено в табл. 6.

На фиг. 85 показано изменение механических свойств стали 5ХНМ и 5ХГМ при повышенных температурах, а на фиг. 86 — при обычной температуре, но после различного нагрева при отпуске. Эти диаграммы показывают, что ударная вязкость стали 5ХГМ лишь немного ниже, чем стали 5ХНМ. Поскольку при повышении температуры отпуска ударная вязкость стали возрастает, то штампам из стали 5ХГМ обычно сообщают несколько более высокий нагрев при отпуске по сравнению со сталью 5ХНМ. В результате такой обработки штампы из стали 5ХГМ показывают в работе стойкость, аналогичную стойкости штампов из стали 5ХНМ.

Свойства стали для штампов и прессформ

Прокаливаемость стали 5ХНМ, по данным В.Я. Дубового, незначительно ниже прокаливаемости стали 5ХГМ; он указывает, что крупные блоки (400х300х300 мм) из стали 5ХГМ после закалки с 820° с охлаждением в масле и отпуска при 560° в течение 10 час. показали одинаковую твердость по всему сечению, а такие же блоки из стали 5ХНМ после аналогичной обработки дали снижение твердости от периферии к центральной части нa 0,05—0,10 мм диаметра отпечатка по Бринелю. Надо однако при этом учитывать, что повышение температуры закалки стали 5ХНМ и 5ХГМ увеличивает глубину ее прокаливаемости.

На фиг. 87 показано изменение механических свойств стали 7X3 после закалки и отпуска. Основным дефектом, ограничивающим широкое применение стали 7X3, является ее пониженная вязкость.

Свойства стали 4ХС при повышенных температурах изучены еще недостаточно. На фиг. 88 приведено изменение механических свойств стали 4ХС в зависимости от температуры нагрева при отпуске. Ход этих кривых отчетливо показывает, что сталь 4ХС имеет «провал» ударной вязкости после отпуска в интервале 300—570°, когда значения ее не превышают 2—3 кгм/см2. При увеличении температуры отпуска до 650° значения ударной вязкости стали 4ХС возрастают до 4—5 кгм/см2, а твердость стали снижается до 280—300Н. Поэтому инструмент, изготовленный из стали 4ХС, нагревают при отпуске не ниже 600°.


На фиг. 89 показано изменение твердости стали 4ХС после закалки и отпуска по сечению цилиндрической штанги диаметром 100 мм. Данные фиг. 89 указывают, что сталь 4ХС обладает удовлетворительной прокаливаемостью в сечении до 100 мм.

Теплопроводность стали 4ХС приближается к теплопроводности стает 5ХНМ.

Сталь 35ХГС (хромансиль) имеет примерно такие же механические свойства и теплопроводность, как и сталь 4ХС. Отличающаяся от этих марок меньшим содержанием углерода сталь 30ХГС имеет более низкую прокаливаемоеть и твердость, но дает меньший провал ударной вязкости (фиг. 90).

Сталь 35ХМЮА и 35ХЮА также имеет провал ударной вязкости в интервале 300—500°. Температура отпуска штампов, изготовленных из этой стали, должна быть не ниже 550—575°.

На фиг. 91—93 показано изменение механических свойств стали 3ХВ8 при повышенных температурах, а также при нормальной температуре в зависимости от нагрева и продолжительности выдержки при отпуске.

Сопоставление кривых, приведенных на фиг. 85 и 91, показывает, что сталь 3ХВ8 обладает при повышенных температурах более высокой прочностью, чем сталь 5ХНМ, 5ХГМ и 4ХС. По этой причине штампы из стали 3ХВ8 обладают лучшей стойкостью при работе в особо тяжелых условиях: при штамповке малопластичной стали, при повышенных температурах нагрева и т. п. Однако ввиду высокой стоимости стали 3ХВ8 ее используют главным образом для изготовления прессформ, а для изготовления штампов ее за меняют менее легированной сталью ЭИ160.

В этих условиях большое значение приобретает применение составных штампов, в которых из дорогой легированной стали изготовляется только рабочая часть штампа (вставки). Обычно составные штампы изготовляют посадкой вставок в горячую в блоки из стали марок 40, 45, 50 или из малолегированной стали. Вставки предварительно проходят механическую, а затем и термическую обработку по режиму, установленному для соответствующей марки стали. Блоки из стали марок 40, 45 и 50 проходят сначала механическую обработку, а затем термическую обработку по следующему режиму: а) закалка с нагревом до 840—860° и замочкой в воде до 150—200° и с дальнейшим охлаждением в масле или на воздухе, б) отпуск при 450—475°; твердость после отпуска 255—286 Нв.

Вставку делают внизу цилиндрической формы (слегка на конус) и насаживают в специальное отверстие в блоке. Диаметр отверстия D в блоке по отношению к d — диаметру вставки — определяется по следующей эмпирической формуле:

ля закрепления вставки блок разогревают до 400°, затем насаживают вставку. После охлаждения блока прочность крепления является вполне удовлетворительной. При необходимости смены вставки блок разогревают вновь до 400°, и вставку вынимают.

Применение таких составных штампов, в которых хвостовик отпускается на более низкую твердость, позволяет также значительно сократить число случаев образования трещин в хвостовике.