Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Стали для штампов горячего и холодного деформирования. Их состав, марки, термообработка, структура, свойства, применение.

К штампам холодной штамповки относят обрезные, вырубные, чеканные штампы, ножи холодной резки металла.

Стали для холодных штампов должны обладать высокой твердостью, износоустойчивостью, прочностью, достаточной ударной вязкостью.

При легких условиях работы применяют углеродистые инструмен-тальные стали У8, У 9. При более тяжелых – стали 4ХС, 6ХС, 9ХС, ХВГ, обладающие большей глубиной прокаливаемости.В наиболее тяжелых условиях работы применяют высоколегированные стали Х12Ф1, Х12М, Х6ВФ.

Штампы из этих сталей подвергают закалке с отпуском при 240-320⁰С.

К штампам горячей штамповки относят штампы объемной штамповки, ножницы горячей резки металла.

Стали для горячих штампов должны обладать следующими свойствами:

- жаропрочностью – сопротивляться приложенным нагрузкам при рабочих температурах без деформаций;

-теплостойкостью и износостойкостью при рабочих температурах;

- термостойкостью (устойчивость к образованию трещин при циклическом изменении температуры);

- достаточной прокаливаемостью, чтобы получить высокие свойства по всему сечению;

- минимальной слипаемостью со штампуемым металлом заготовки.

Для горячих штампов обычно используют легированные стали, занимающие промежуточные положения между конструкционными и инструментальными марками 5ХГТ, 5ХГМ, 5ХНМ.

Предварительная термическая обработка заготовки штампа состоит в нормализации с высоким отпуском. Затем в заготовке вырезают фигуру штампа и подвергают его закалке от температуры 850⁰С в масле с последующим отпуском. Температуру отпуска обычно берут на 30-50⁰С выше, чем максимальная температура нагрева штампа при работе.

Более редко применяют закалку рабочей поверхности штампов токами высокой частоты.

Для горячих штампов применяют также графитизированные стали марок ЭИ336 и ЭИ366, содержащие около 1,5%С и 1%Si. В литом состоянии такие стали имеют обычную заэвтектоидную структуру (П и Ц). Если эти стали подвергать графитизирующему отжигу (нагрев до 840⁰С с выдержкой 5 ч, подстуживание до 700⁰С с выдержкой до 15 ч), то цементит частично распадается с образованием графита хлопьевидной формы. Включения графита при работе штампа выполняют роль смазки, предотвращая слипаемость со штампуемым материалом.

Быстро режущие стали.

обладают высокой твердостью, прочностью, износостойкостью и красностойкостью. Применяются для высокоскоростного резания.

Химический состав и назначение быстрорежущих инструментальных сталей
Марка стали	Химический состав, %	Назначение
С	Cr	W	V	Mo(Co)
P18	0,7-0,8	3,8-4,4	17,5-19,0	1,0-1,4	0,3 Mo	Режущие инструменты для материалов малой и средней твердости
P9	0,85-0,95	3,8-4,4	8,5-10,0	2,0-2,6	0,3 Mo	Инструменты, не требующие шлифования (кроме шеверов и протяжек)
P9Ф5	1,4-1,5	3,8-4,4	9,0-10,5	4,3-5,1	0,4 Mo	Инструменты для отделочных операций
P14Ф4	1,2-1,3	4,0-4,6	13,0-14,5	3,4-4,1	0,4 Mo	Инструменты для отделочных операций
Р18Ф2	0,85-0,95	3,8-4,4	17,5-19,0	1,8-2,4	0,5 Мо	Инструменты для обработки материалов различной твердости, жаропрочных и нержавеющих сплавов
P9К5	0,9-1,0	3,8-4,4	9,0-10,5	2,0-2,5	0,3 Mo 5,0-6,0 Со	Инструменты для обработки твердых материалов, жаропрочных нержавеющих сталей
P9К10	0,9-1,0	3,8-4,4	9,0-10,5	2,0-2,6	0,3 Mo 9,5-10,5 Со	Инструменты для обработки твердых материалов, жаропрочных нержавеющих сталей
P10К5Ф5	1,45-1,55	4,0-4,6	10,0-11,5	4,3-5,1	0,3 Mo 5,0-6,0 Со	Ударные инструменты
P18К5Ф2	0,85-0,95	3,8-4,4	17,5-19,0	1,8-2,4	0,5 Mo 5,0-6,0 Со	Инструменты для обработки твердых материалов, жаропрочных нержавеющих сталей
P12	0,8-0,9	3,1-3,6	12,0-13,0	1,5-1,9	≦ 0,5 Mo	Инструменты для обработки твердых материалов, жаропрочных нержавеющих сталей
P6М3	0,85-0,95	3,0-3,6	5,5-6,5	2,0-2,5	3,0-3,6 Mo	Инструменты для обработки твердых материалов, жаропрочных нержавеющих сталей

Примечание:
1. Буква "Р" означает, что сталь относится к быстрорежущим;
2. Среднее содержание W в % обозначается цифрой, следующей за буквой "Р";
3. V в % - цифрой, указаной за буквой "Ф";
4. Со в % - цифрой, следующей за буквой "К";
5. Мо в % - цифрой, указанной за буквой "М".

Некоторые особенности быстрорежущих сталей:

К плюсам Р18 относятся лучшая устойчивость режущего лезвия, меньшая чувствительность к перегреву и лучшая шлифуемость.

Стали Р9 и Р12 обладают пониженной чувствительностью.

Сталь Р18Ф2 на 20-40% превосходит сталь Р18 по стойкости.

Повышение теплостойкости и режущих свойств сталей достигается введением Со и повышенным содержанием V. Со при содержании более 5% повышает красностойкость и режущие свойства стали (Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2).

V улучшает свойства сталей при увеличении до определенных пределов содержания С, однако снижает их красностойкость.

Сталь Р18Ф2, обладая лучшими свойствами и шлифуемостью, уступает по износостойкости и режущим свойствам сталям с большим содержанием С и V.

Лучшие свойства имеет сталь Р14Ф4.

Стали Р10К5Ф5 присуща почти такая же красностойкость, как и стали с большим содержанием Со - Р9К10.

Стали Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2, Р9Ф5, Р10К5Ф5 более пригодны для обработки аустенитных сплавов и для черновой обработки сталей. Причем стали Р9Ф5 и Р10К5Ф5 наиболее эффективны для чистовой и полуобдирочной обработки сталей и сплавов.

53. Коррозия стали, Химическая и электрохимическая. Влияние хрома на устойчивость сталей к каррозии. Электрохимическая коррозия имеет место в водных растворах, а так же в обыкновенной атмосфере, где имеется влага. Сущность этой коррозии в том, что ионы металла на поверхности детали, имея малую связь с глубинными ионами, легко отрываются от металла молекулами воды. Металл, потеряв часть положительно заряженных частиц, ионов, заряжается отрицательно за счет избыточного количества оставшихся электронов. Одновременно слой воды, прилегающий к металлу, за счет ионов металла приобретает положительный заряд. Разность зарядов на границе металл – вода обуславливает скачок потенциала, который в процессе коррозии изменяется, увеличиваясь от растворения металла, и уменьшаясь от осаждения ионов из раствора на металле.

Химическая коррозия может происходить за счет взаимодействия металла с газовой средой при отсутствии влаги. Продуктом коррозии являются оксиды металла. Образуется пленка на поверхности металла толщиной в 1…2 периода кристаллической решетки. Этот слой изолирует металл от кислорода и препятствует дальнейшему окислению, защищает от электрохимической коррозии в воде. При создании коррозионно-стойких сплавов – сплав должен иметь повышенное значение электрохимического потенциала и быть по возможности однофазным.

Основным легирующим элементом, обеспечивающим коррозионную стойкость металла, особенно в окислительных средах, является хром. Чистый хром обладает высокой химической стойкостью благодаря образованию на его поверхности защитной окисной пленки.

Хром при добавке его в сталь образует твердые растворы с железом и увеличивает ее коррозионную стойкость, но лишь начиная с содержания 11,7 % Cr. Изменение потенциала наступает при 12...13 % Cr. Чем выше содержание хрома, тем выше коррозионная стойкость сплава в атмосферных условиях и в ряде коррозионных сред.

Жаростойкие стали.

Жаростойкостью или окалиностойкостью называется способность металла сопротивляться химической коррозии в сухой газовой среде при высоких температурах. Железо при взаимодействии с кислородом может образовать оксиды трех видов: FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃. До 560 – 600^оС окалина состоит преимущественно из плотного слоя оксидов Fe₂O₃ и Fe₃O₄, что затрудняет диффузию атомов кислорода и металла. Выше 600^оС происходит растрескивание этих оксидов и вместо них защита металла осуществляется лишь рыхлым оксидом FeO, что облегчает доступ кислорода к поверхности металла. Нагрев более 600^оС приводит к интенсивному окислению сплавов на основе железа. Основным фактором, влияющим на жаростойкость, является химический состав металла, определяющий защитные свойства оксидной пленки. В таблице 5.1 приведена сравнительная оценка жаростойкости ряда чистых металлов, определенная по 5-бальной шкале скорости окисления в воздушной среде в интервале рабочих температур.

Рыхлый оксид магния практически не защищает металл при нагреве. Магний не только быстро окисляется, но и легко воспламеняется при нагреве, благодаря чему используется в пиротехнике. Оксиды металлов второй группы при нагреве разрушаются как за счет сублимации в случае Мо и W, так и благодаря растворению в металле входящего в них кислорода (Ti, Zr). При повышении температуры сверх определенного предела возрастает дефектность оксидов металлов третьей группы. Для технического железа предельная рабочая температура нагрева в воздушной среде составляет 560^оС. Металлы четвертой группы, благодаря плотной оксидной пленке с высокими защитными свойствами при нагреве, имеют хорошую жаростойкость. Поэтому хром и алюминий, наряду с кремнием, широко используют для повышения жаростойкости легированных сталей. Для достижения высокой жаростойкости стали оксид легирующего элемента должен быть плотным, не подверженным растрескиванию при нагреве, иметь высокие температуры сублимации и плавления. Учитывая, что высокое содержание алюминия и кремния способствует охрупчиванию и ухудшает технологическую пластичность при обработке давлением, основным легирующим элементом в жаростойких сталях является хром. Жаростойкие свойства растут с увеличением его содержания в стали. Сталь, содержащая 5 % Cr, сохраняет окалиностойкость до 600^оС (15X5), 9 % (40Х9С2) – до 800^оС, 17 % (08X17Т) – до 900^оС. Хромистые марки сталей относятся к сталям ферритного класса. Для изготовления деталей печного оборудования применяют стали 20Х23Н18, 20Х25Н20С2, имеющие окалиностойкость до 1100^оС. Эти марки относятся к аустенитному классу и характеризуются не только высокой жаростойкостью, но и высокой жаропрочностью. Хотя уровень жаростойкости стали и ее максимальная рабочая температура в основном определяются содержанием хрома, повышение температуры эксплуатации обусловливает одновременный рост концентрации никеля, что связано с необходимостью стабилизации аустенитной структуры.

55. Коррозионные хромистые стали. Хром в воздушной среде имеет малый электрохимический потенциал, однако обладает высокой коррозионной стойкостью за счет возникновения на поверхности плотной и прочной пленки оксида хрома Сг₂0₃, которая препятствует проникновению в глубь металла кислорода, в результате чего процесс коррозии в атмосфере прекращается. Коррозионная стойкость сталей, легирование хромом, возрастает также за счет повышения их электрохимического потенциала. Однако это достигается лишь при определенных количествах хрома в стали. Возрастание коррозионной стойкости сталей происходит не постепенно, а скачкообразно, при введении его в количествах, пропорциональных примерно 12% (рис. 8.1). Таким образом, конструкционные хромистые стали, рассмотренные ранее — 40Х, 40ХФА, 40ХН, 40ХН2МА, 40Х2Н2МА и др., — в которых содержание хрома менее 12%, коррозионной стойкостью не обладают. В промышленности используют коррозионно-стойкие хромистые стали с содержанием хрома более 12 и 25 %. В первую группу входят стали 12X13, 20X13, 30X13, 40X13. Напомним, что легирование смещает точку S диаграммы состояния системы Fe — Fe3C (см. рис. 4.2) в область меньших значений углерода (см. рис. 6.3), т.е. стали, имеющие структуру перлита (эвтектоидные), содержат углерода меньше 0,8 %, причем тем меньше, чем более легирована сталь. Таким образом, стали 12X13и 20X13 являются доэвтектоидными (их структура в отожженном состоянии феррит и перлит), сталь 30X13 — эвтектоид ной (структура перлит), а сталь 40X13 — заэвтектоидной (структура перлит, цементит и карбиды хрома). Стали этой группы устойчивы против коррозии в атмосфере, воде, ряде слабых растворов кислот и щелочей.

Низкоуглеродистые стали 12X13 и 20X13 имеют невысокую прочность и твердость, практически не упрочняются при термической обработке, их достоинство — высокая пластичность. Эти стали используют для изготовления лопаток турбин, клапанов гидравлических устройств, арматуры крекинг-установок. Повышение содержания углерода в сталях этой группы приводит к увеличению твердости и прочности, но уменьшению пластичности. В отожженном состоянии заметно снижается коррозионная стойкость. Это связано с тем, что часть хрома расходуется на образование карбида хрома (Сг23С6), поэтому концентрация хрома в твердом растворе не достигает 12%. Для сталей с содержанием углерода 0,3…0,4% необходима термическая обработка, обеспечивающая обогащение твердого раствора хромом за счет растворения в аустените карбида Сг23С6. Стали30X13 и 40X13 подвергают закалке от температуры 1000… 1100 °С. Структура сталей после закалки — мартенсит. Закалка и низкий отпуск сталей (200 °С) позволяют получить стали 30X13 и 40X13 с достаточно высокой твердостью примерно 40 HRC и 50 HRC соответственно. Эти стали используют для изготовления хирургических инструментов, упругих элементов и т.п. Ко второй группе относятся стали, легированные 25…30% Сг (например, сталь 12X28), которые обладают более высоким электрохимическим потенциалом и, следовательно, большей коррозионной стойкостью. Эти стали устойчивы против коррозии в азотной кислоте, слабых растворах соляной кислоты и ряде других кислот; их используют для изготовления аппаратуры химической промышленности.

14.04.2011, 1205 просмотров.

⇐ Предыдущая 12

Воспользуйтесь поиском по сайту: