Состав, свойства и термическая обработка сталей для инструментов ударного деформирования в холодном состоянии (гост 6950-73)

Сталь	Содержание элементов, %				Закалка		Отпуск
	С	Si	Cr	W	Температура. °С	Твердость HRC (не менее)	Температура, °С	Твердость HRC
4ХС 6ХС 4ХВ2С 5ХВ2С 6ХВ2С	0,35–0,45 0,60–0,70 0,35–0,44 0,45–0,54 0,55–0,65	1,2–1,6 0,6–1,0 0,6–0,9 0,5–0,8 0,5–0,8	1,3–1,6 1,0–1,3 1,0–1,3 1,0–1,3 1,0–1,3	– – 2,0–2,5 2,0–2,5 2,0–2,5	880–890 840–860 860–900 860–900 860-900	47 56 53 55 57	240–270 240–270 240–270 240–270 420–440 240–270 420–440	51–52 52–54 50–52 51–53 45–47 53–55 46–48

Примечания: 1. Во всех сталях 0,2 – 0,4% Мn; <0,3% Ni; >0,03% S и Р. 2. Твердость после закалки – гарантируемая; твердость после отпуска – в пределах обычных колебаний.

Широкое применение для холодных штампов и других инструментов, деформирующих металл в холодном или относительно невысоко нагретом состоянии (накатные плашки, ролики, фильеры для волочения и др.) получили высокохромистые стали (12% Сr при 1,0–1,5% С), обладающие высокой износоустойчивостью, повышенной теплопроводностью, малой деформируемостью при термической обработке и некоторыми другими особыми свойствами.

Состав 12%-ных хромистых инструментальных сталей приведен в табл. 3.6.

Все высокохромистые штамповые стали содержат в среднем 12% Сr (о стали Х6ВФ со средним содержанием 6% Сr будет сказано ниже) и высокий процент углерода. Это приводит к образованию большого количества хромистых карбидов (Сr₇С₃).

Таблица 3.6

Состав сталей для штампов холодного деформирования, % (гост 5950-73)

Сталь	С	Сr	Мо	W	V
Х12 Х12М Х12Ф1 Х6ВФ	2,0–2,3 1,45–1,7 1,2–1,45 1,05–1,14	11,5–13,0 11,0–12,5 11,0–12,5 5,5–7,0	– 0,4–0,6 – –	– – – 1,1–1,5	– 0,15–0,3 0,7–0,9 0,5–0,7

Примечание. Во всех сталях: <0,4% Si; <0,35% Mn; <0,35% Ni; <0,03% Р и S.

Именно большое количество избыточной карбидной фазы (при всех режимах термической обработки) и делает сталь очень износоустойчивой. Способность этих карбидов переходить в раствор и в тем большей степени, чем выше нагрев под закалку, позволяет, изменяя температуру закалки, изменять свойства стали и ее поведение при термической обработке.

По своей природе стали типа XI2 похожи на быстрорежущие, т. к. в них совершаются те же превращения, что и у быстрорежущих сталей.

На рис. 3.15 дана диаграмма, показывающая твердость (HRC) и количество аустенита (А, %) в стали Х12Ф1 в зависимости от температуры закалки.

Рис. 3.15. Влияние температуры закалки на твердость стали Х12Ф1,

количество остаточного аустенита и изменение длины (Δl)

Сначала с повышением температуры закалки твердость возрастает.

Наибольшая твердость в стали Х12Ф1 получается при закалке с 1075°С. Дальнейшее повышение температуры приводит к снижению твердости вследствие еще большего растворения хромистых карбидов и увеличения количества остаточного аустенита.

Необходимую высокую твердость стали типа Х12 можно получить, закаливая ее от высоких температур (1150°С) в масле и, следовательно, получая большое количество остаточного аустенита, а затем путем обработки холодом и отпуска добиваться разложения остаточного аустенита и получать высокую твердость (> 60 HRC). Но чаще сталь типа Х12 закаливают с температур, дающих наибольшую твердость после закалки (от 1050–1075°С) и последующего низкого отпуска (при 150–180^СС). Твердость в обоих случаях одинаковая (61–63 HRC), но в первом случае сталь обладает более высокой красностойкостью, а во втором – большей прочностью.

Поскольку в стали типа Х12 количество остаточного аустенита изменяется в широких пределах (почти от 0 до 100%), то естественно, что и изменение объема, которое наблюдается при закалке, также сильно изменяется. При закалке на мартенсит сталь приобретает объем больший, чем исходный, а при закалке на аустенит – меньший (см. кривую Δl на рис. 3.15). При некоторой температуре соотношение получающегося аустенита и мартенсита таково, что объем закаленной стали точно равен исходному. Как следует из графика, приведенного на рис. 3.15, это будет происходить при закалке с 1120°С, когда фиксируется около 40% остаточного аустенита при твердости 58 HRC (в этом случае Δl = 0). Однако возможные колебания в температуре закалки, условиях охлаждения и других деталях термического режима, как правило, приводят к тому, что размеры штампа не окажутся точно равными исходным.

Если размеры штампа уменьшились (как говорят, штамп «сел»), то дается отпуск при 520°С. B результате этого остаточный аустенит превратится частично в мартенсит и размеры штампа увеличатся. Если размеры штампа при закалке увеличились (штамп «вырос»), то проводят отпуск при 350°С. Аустенит при этих температурах отпуска остается, а тетрагональный мартенсит превращается в отпущенный и размеры штампа уменьшаются.

Применяемые режимы термической обработки для сталей Х12Ф1-Х12М (обе эти стали практически равноценны), получаемые при этом свойства и некоторые данные о строении (количество аустенита) приведены в табл. 3.7.

Эта операция носит название термической доводки. В результате нее можно довести размеры штампов до требуемого значения с точностью ±0,1 мм.

Стали Х12Ф1, Х12М и им подобные мало деформируются при закалке, а при применении термической доводки деформацию можно свести практически к нулю. Поэтому эти стали следует рекомендовать для инструмента сложной формы, для которого деформация при закалке недопустима.

Таблица 3.7