Дипломная работа: Исследования свойств штамповой стали после термической обработки
Требования к штамповым сталям для холодного деформирования
К этой группе относят инструменты, изменяющие форму материала без снятия стружки, т. е. главным образом штампы. Эти многочисленные инструменты разнообразны по форме, размерам и напряженному состоянию, возникающему в процессе эксплуатации, что требует применения различных сталей.
Основные требования, предъявляемые к штамповым сталям для холодного деформирования, – высокие прочность и износостойкость. Остальные свойства, в частности, вязкость и прокаливаемость определяются условиями работы, размерами и формой изделий из них.
В процессе деформирования с большой скоростью инструмент может разогреваться до 200–350о С. Поэтому стали такого класса должны иметь теплостойкость 400–500о С, для того, чтобы обеспечить сопротивление смятию и пластической деформации при работе. Для крупного инструмента необходимо обеспечить высокую прокаливаемость и небольшие объемные изменения при закалке. Наиболее часто применяют стали марок: Х12М, Х12Ф1, Х6ВФ, 7ХГ2ВМ, 6Х6В3МФС [1].
Требования к штамповым сталям для горячего деформирования
Штамповые стали для горячего деформирования должны иметь определенный комплекс свойств. Рассмотрим их.
Теплостойкость. Высокие жаропрочные свойства не должны снижаться под длительным воздействием температуры, металл должен устойчиво сопротивляться отпуску.
Жаропрочность. Металл должен обладать высоким пределом текучести и высоким сопротивлением износу при высоких температурах, чтобы замедлить процессы истирания и деформирования элементов фигуры инструмента, разогревающихся от соприкосновения с горячим обрабатываемым материалом.
Термостойкость (разгаростойкость). Циклический нагрев и охлаждение поверхности инструмента во время работы и, следовательно, чередующееся расширение и сжатие поверхностных слоев приводят к появлению так называемых разгарных трещин. Для предупреждения данного явления материал инструмента должен обладать высокой разгаростойкостью (высоким сопротивлением термической усталости).
Вязкость. Деформирование металла при штамповке сопровождается ударными воздействиями этого металла на штампы, поэтому материал штампов должен обладать известной вязкостью для предупреждения поломок и выкрашивания.
Износостойкость.
Окалиностойкость. Она необходима, если поверхностные слои нагреваются выше 600о С и особенно 700о С; в этих условиях окалиностойкость в большей степени определяет износостойкость.
Теплопроводность. Необходима для лучшего отвода тепла, передаваемого деформируемой заготовкой.
Прокаливаемость. Многие инструменты имеют большие размеры. Для получения хороших прочностных свойств в нижележащих слоях сталь инструмента должна хорошо прокаливаться.
Отпускная хрупкость. Так как быстрым охлаждением инструментов крупных размеров нельзя устранить отпускную хрупкость, то необходимо выбирать сталь минимально чувствительную к этому пороку.
Слипаемость. При значительном давлении горячий металл может «прилипать» к металлу штампа (явление адгезии), и когда штампуемое изделие отдирается от штампа, то оно всякий раз частично разрушает его поверхность. Разрушение будет выражено тем сильнее, чем больше адгезионное взаимодействие.
Кроме того, стали для штампов, поверхностный слой которых сильно нагревается (выше 600о С), должны иметь высокие температуры критических точек.
Нагрев рабочих слоев штампа определяется не только температурой деформируемого металла, но и длительностью контакта с ним и условиями охлаждения.
1.1.3 Влияние легирующих элементов на структуру и свойства штамповых сталей
Легирование является одним из основных способов воздействия на структуру и свойства инструментальных сталей и способствует повышению работоспособности инструмента.
Штамповые стали легируют такими элементами как хром, вольфрам, молибден, ванадий, кремний и кобальт. В последние годы появились стали с добавками титана, циркония, ниобия и др.
Рассмотрим влияние основных легирующих элементов на свойства штамповых сталей.
Влияние хрома
Хром положительно влияет на ряд характеристик штамповых сталей (прокаливаемость, склонность к вторичному твердению, теплостойкость и т.д.). По мере повышения его концентрации в твердом растворе существенно возрастает устойчивость аустенита как в перлитной, так и в промежуточной областях, качественно изменяется вид С-образных кривых.
В хромистых сталях наряду с цементитом образуется два специальных карбида: гексагональный (тригональный) Ме7 С3 и кубический Me23 C6 (рис. 1). Хром повышает устойчивость этих карбидов против растворения при нагреве и оказывает благоприятное влияние на чувствительность к перегреву сталей, содержащих незначительные количества вольфрама и молибдена. В комплекснолегированных сплавах хром вследствие повышения фазового наклепа при закалке и непосредственного участия в формировании упрочняющей фазы сильно усиливает эффект вторичного твердения [4].
Рис.1. Сечение диаграммы состояния системы Fe – Cr – C при20о С [5]
Хром способствует сохранению высокого сопротивления пластической деформации при нагреве до 400–500о С. Пределы прочности и текучести составляют 80% от их значений при 20о С. Кроме того, хром повышает устойчивость против окисления при нагреве до 600–650о С и против разъедающего действия ряда сред.
При снижении содержания хрома с 5 до 3% изменяется состав карбидных фаз; в стали с 3% хрома присутствуют карбиды Ме3 С наряду с карбидами Ме23 С6 и Ме6 С, что немного уменьшает теплостойкость и предел текучести при температурах выше 400–500о С.