Штампи гарячого деформування

Штампи гарячого деформування в процесі експлуатації перебувають у складних і жорстких умовах навантаження, для яких характерні: 1) збільшені діючі напруження, рівень яких наближається до межі текучості штампових сталей; 2) високі температури нагріву, близькі або в ряді випадків перевершують температури фазових перетворень штампових сталей у твердому стані; 3) циклічний вплив напружень від знакозмінних зусиль деформування, термічних, які визначаються умовами нагрівання й охолодження штампів, а також напруг, що викликаються фазовими перетвореннями; 4) хімічний вплив деформованих матеріалів, що особливо проявляється в процесі пресування.

Для штампів гарячого деформування (молотів) використовують сталі марок 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ, що містять однакову кількість вуглецю (в середньому 0 5%) і хрому (1%), що дозволяє отримати досить високу ударну в'язкість, міцність. Нікель вводять в ці сталі для підвищення в'язкості. Вольфрам і молібден підвищують твердість і теплостійкість, зменшують відпускну крихкість, подрібнюють зерно і знижують схильність сталі до перегріву.

Для підвищення працездатності штампи гарячого деформування і прес-форми  для лиття під тиском додатково  можуть піддаватися Азотування, нітроцементації  або хромуванню.

Леговані сталі для штампів гарячого деформування застосовують при поперемінному нагріванні й охолодженні робочої поверхні штампів.

При виборі сталі для штампів гарячого деформування враховують умови їх експлуатації: швидкість деформування, максимальну температуру розігріву інструменту та міцність деформованого матеріалу. Штампові сталі підрозділяються на сталі для молотових штампів, стали для штампів горизонтально-кувальних машин, пресів і стали для прес-форм лиття під тиском.

Прикладом є ріжучі інструменти  і багато штампів гарячого деформування, для яких інструментальні сталі повинні мати високу теплостійкість, що забезпечує збереження необхідної високої твердості і зносостійкості при нагріванні, що виникає в робочій кромці.

Основні причини втрати працездатності штампів гарячого деформування є: знос, зминання і розпал. Можливі також втомне руйнування в місцях високої концентрації напружень (частіше пресові штампи), термошокове руйнування при різких теплозмінах (тривала перерва в подачі мастила, заклинювання поковки), угар поверхневого шару в результаті окислення. Випадки передчасного виходу інструмента з ладу можуть бути пов'язані з помилками в конструкції або виготовленні штампів, неправильною експлуатацією (низька твердість підкладних плит, не ефективне мастило, порушення температурного режиму), неправильної термічною обробкою (недостатня в'язкість), дефектами матеріалу (недостатнє металургійна якість, несприятливе орієнтування волокна, недостатній уков зливка), відсутністю дефектоскопічного контролю.

Для інструмента, що вимагає  підвищеної в'язкості, наприклад для  штампів гарячого деформування, застосовують доевтектоїдних сталі, які після загартування на мартенсит піддають відпустки при більш високій температурі для отримання структури тростита і навіть сорбіту.

Інструментальні сталі призначені для виготовлення різального та вимірювального інструменту, штампів холодного  і гарячого деформування, а також  ряду деталей точних механізмів і  приладів: пружин, підшипників кочення, шестерень та ін Часто з таких сталей виготовляють тільки робочу (ріжучу) частину інструменту, а кріпильні частини виконують з конструкційних сталей.

При випробуваннях в кожному конкретному випадку, наприклад для матеріалів паропроводів, турбінних лопаток, штампів гарячого деформування, застосовують методику, яка імітує умови роботи деталі при експлуатації.

Інструментальні сталі, які мають високу твердість, зносостійкість і міцність, використовують для різальних інструментів, штампів холодного і гарячого деформування вимірювальних інструментів різних розмірів і форми. Тому число інструментальних сталей значно. Для характеристики та вибору цих сталей треба враховувати насамперед головна властивість цих сталей - теплостійкість, оскільки робоча кромка інструментів в залежності від умов експлуатації може нагріватися до температур: 500 – 700 С у різальних інструментів і до 800 С . Це властивість створюється спеціальним легуванням і термічною обробкою.

Отже, для дослідження теплостійкості штампових сталей простим і надійним є метод визначення її по максимальній температурі нагріву з витримкою 4 год, після якої сталь зберігає твердість HRC 45 для штампів гарячого деформування.

З цих інструментальних сталей найчастіше виготовляють використовувані для пластичного деформування з тривалою витримкою при нагріванні і підвищеними температурами інструменти, у яких не виникає динамічних навантажень і від яких не потрібні сильні ударні навантаження, наприклад штампи для пресування і витискування, пуансони, іноді ливарні форми, а також частини штампів гарячого деформування для важкооброблюваних теплостійких сплавів.

Крім вимог, що пред'являються до зносостійкості, опору пластичної деформації, теплостійкості і в'язкості, стали для штампів гарячого деформування повинні володіти ще високою разгаростойкостио, низьким коефіцієнтом теплового розширення і прокаліваемостио. Прокаліваемость особливо важлива для великих штампів, наприклад кувальних.

Робота інструментів цього призначення відбувається в умовах поперемінного нагрівання робочої поверхні від зіткнення з деформуючі металом і наступного охолодження. Чим повільніше виконується деформування, тим більш тривалим і високим виявляється нагрів штампа. Для штампів гарячого деформування застосовують головним Образом леговані сталі, які при нагріванні більш стійко зберігають необхідні механічні властивості, ніж вуглецеві сталі. Велика частина сталей цієї групи містить 0 3 - 0 6% С і по структурному ознакою відноситься до класу доевтектоїдних сталі.

Штампи служать для деформування металу в холодному і гарячому станах. Сталь для штампів холодного деформування (витяжні, згинальні, висадочні штампи та ін) повинна мати високу твердість, зносостійкість і достатню в'язкість. Сталь для штампів гарячого деформування (кувальні, прошивні, абразивні штампи, молоти і ін) повинна мати високі механічні властивості, зберігаються при підвищених температурах, і глибоку ірокаліваемость.

Штампи для гарячого деформування працюють у важких умовах. Деформація поковок і штамповок проводиться при високих температурах, в умовах зносу, теплових і ударних циклічних навантажень. Тому до сталей для штампів гарячого деформування висувають вимоги високої тепло, окалини-і зносостійкості, термічної і ударної витривалості. Крім того, особливо великі штампи повинні володіти високою пуття-ліваемостью і добре оброблятися різанням.

Стали марок Х12Ф1, Х6ВФ і  Х12М, (карбідної фази М С3 міститься до 16 - 17 об.%) Відрізняються підвищеною зносостійкістю і задовільною шліфуємо-мостио. Вони призначені для деформування конструкційних сталей і електротехнічних сталей. Так, у сталі марки Х12Ф4М - 19 - 20 об. % М С3 і приблизно 4 об. % МС. Однак вони гірше шліфуються звичайними абразивними матеріалами через наявність карбідів ванадію. Зі зносостійких сталей виготовляють вирубні і витяжні штампи та ін деталі, стійкі проти підвищеного зношування. Полутеплостойкіе стали високої твердості з підвищеним опором пластичного деформації марок 6Х6ВЗМФС і 6Х4М2ФС для ізотермічного перетворення Ауст-Ніта піддають гарту на вторинну твердість з нагріванням до підвищених т-р та відпуску (двох-трьох-кратному) при т-рі 540 - 550 С. З цих сталей виготовляють штампи холодної висадки і пресування і накатні інструменти. Карбідообра-зує елементи (хром, молібден, вольфрам) вводять в невеликих кількостях, необхідних лише для підвищення стійкості сталі і цементит-ного карбіду проти знеміцнення при нагріванні. З полутеплостойкіх сталей підвищеної в'язкості виготовляють штампи гарячого деформування (молотові штампи) і контейнери.