Штамповочная сталь для холодной обработки в основном используется для штамповки, вырубки, формовки, гибки, холодной экструзии, холодной вытяжки, изготовления штампов для порошковой металлургии и т. д. Она требует высокой твердости, высокой износостойкости и достаточной ударной вязкости. Обычно делится на две категории: общего типа и специального типа. Например, в США штамповочная сталь общего назначения для холодной обработки обычно включает четыре марки: 01, A2, D2 и D3. Сравнение марок стали для штамповочной стали общего назначения для холодной обработки в разных странах представлено в таблице 4. Согласно японскому стандарту JIS, основными типами штамповочной стали для холодной обработки, которые могут использоваться, являются марки серии SK, включая углеродистую инструментальную сталь серии SK, 8 марок легированных инструментальных сталей серии SKD и 9 марок быстрорежущих сталей серии SKHMO, всего 24 марки стали. Китайский стандарт GB/T1299-2000 для легированных инструментальных сталей включает в себя в общей сложности 11 типов стали, образуя относительно полную серию. В связи с изменениями в технологиях обработки, используемых материалах и требованиях к пресс-формам, первоначальные базовые серии уже не могут удовлетворить потребности. Японские металлургические заводы и крупные европейские производители инструментальной и штамповой стали разработали специальную холоднокатаную штамповую сталь и постепенно сформировали соответствующие серии холоднокатаной штамповой стали. Развитие этих холоднокатаных штамповых сталей также является направлением развития всей холоднокатаной штамповой стали.
Низколегированная холоднокатаная штамповая сталь для воздушной закалки
С развитием технологий термообработки, особенно с широким применением вакуумной закалки в пресс-формовочной промышленности, для уменьшения деформации при закалке в стране и за рубежом были разработаны некоторые низколегированные стали с микродеформацией, закаленные на воздухе. Для таких сталей требуется хорошая закаливаемость и термообработка. Они обладают малой деформацией, хорошей прочностью и ударной вязкостью, а также определенной износостойкостью. Хотя стандартные высоколегированные холоднокатаные штамповые стали (например, D2, A2) обладают хорошей закаливаемостью, они имеют высокое содержание легирующих элементов и являются дорогостоящими. Поэтому в стране и за рубежом были разработаны некоторые низколегированные стали с микродеформацией. Эти стали обычно содержат легирующие элементы Cr и Mn для улучшения закаливаемости. Общее содержание легирующих элементов обычно составляет <5%. Они подходят для изготовления прецизионных деталей в небольших партиях и сложных пресс-форм. К типичным маркам стали относятся A6 из США, ACD37 от Hitachi Metals, G04 от Daido Special Steel, AKS3 от Aichi Steel и др. Китайская сталь GD после закалки при 900 °C и отпуска при 200 °C сохраняет определенное количество остаточного аустенита и обладает хорошей прочностью, ударной вязкостью и стабильностью размеров. Она может использоваться для изготовления штампов для холодной штамповки, склонных к сколам и разрушению. Обладает высоким сроком службы.
Закаленная пламенем формовочная сталь
Для сокращения цикла изготовления пресс-форм, упрощения процесса термообработки, экономии энергии и снижения себестоимости пресс-форм, в Японии разработаны специальные холоднокатаные штамповые стали для закалки пламенем. К типичным относятся SX105V (7CrSiMnMoV) и SX4 (Cr8) компании Aichi Steel, HMD5 и HMD1 компании Hitachi Metal, сталь G05 компании Datong Special Steel Company и др. В Китае разработана сталь 7Cr7SiMnMoV. Этот тип стали может использоваться для нагрева лезвия или других частей пресс-формы с помощью кислородно-ацетиленового распылителя или других нагревателей после обработки пресс-формы, а затем охлаждаться на воздухе и закаливаться. Как правило, её можно использовать непосредственно после закалки. Благодаря простоте процесса, она широко используется в Японии. Типичным представителем этого типа стали является 7CrSiMnMoV, обладающая хорошей закаливаемостью. При закалке стали диаметром 80 мм в масле твердость на расстоянии 30 мм от поверхности может достигать 60 HRC. Разница в твердости между сердцевиной и поверхностью составляет 3 HRC. При закалке пламенем, после предварительного нагрева до 180–200 °C и последующего нагрева до 900–1000 °C с помощью распылителя, твердость может превышать 60 HRC, и может быть получен упрочненный слой толщиной более 1,5 мм.
Высокопрочная, износостойкая холодноштамповая сталь.
Для повышения ударной вязкости холоднокатаной штамповой стали и снижения её износостойкости некоторые крупные зарубежные компании-производители штамповой стали последовательно разработали ряд холоднокатаных штамповых сталей, обладающих как высокой ударной вязкостью, так и высокой износостойкостью. Этот тип стали обычно содержит около 1% углерода и 8% хрома. Благодаря добавлению Mo, V, Si и других легирующих элементов, её карбиды мелкодисперсны, равномерно распределены, а ударная вязкость значительно выше, чем у стали типа Cr12, при этом износостойкость аналогична. Они обладают высокой твердостью, прочностью на изгиб, усталостной прочностью и трещиностойкостью, а также более высокой устойчивостью к отпуску, чем штамповая сталь типа Cr12. Они подходят для высокоскоростных и многопозиционных пуансонов. Типичными представителями этого типа стали являются японская DC53 с низким содержанием V и CRU-WEAR с высоким содержанием V. DC53 закаливается при температуре 1020-1040 °C, а твердость после воздушного охлаждения может достигать 62-63 HRC. Его можно отпускать при низкой температуре (180–200℃) и высокой температуре (500–550℃), его ударная вязкость может быть в 1 раз выше, чем у D2, а усталостная прочность на 20% выше, чем у D2; после ковки и прокатки CRU-WEAR он подвергается отжигу и аустенитизации при температуре 850–870℃ со скоростью менее 30℃/час, охлаждению до 650℃ и снятию осадка, твердость может достигать 225–255 HB, температура закалки может быть выбрана в диапазоне 1020–1120℃, твердость может достигать 63 HRC, отпуск при температуре 480–570℃ в зависимости от условий эксплуатации, обладает явным эффектом вторичного упрочнения, износостойкостью и ударной вязкостью лучше, чем у D2.
Базовая сталь (быстрорежущая сталь)
Быстрорежущая сталь широко используется за рубежом для производства высокоэффективных и долговечных пресс-форм для холодной обработки благодаря своей превосходной износостойкости и краснотвердости, например, стандартная быстрорежущая сталь Японии SKH51 (W6Mo5Cr4V2). Для соответствия требованиям пресс-формы часто повышают ударную вязкость за счет снижения температуры закалки, твердости при закалке или уменьшения содержания углерода в быстрорежущей стали. Матричные стали разрабатываются на основе быстрорежущей стали, и их химический состав после закалки эквивалентен матричному составу быстрорежущей стали. Поэтому количество остаточных карбидов после закалки невелико и равномерно распределено, что значительно повышает ударную вязкость стали по сравнению с быстрорежущей сталью. В начале 1970-х годов в США и Японии изучались базовые стали марок VascoMA, VascoMatrix1 и MOD2. В последнее время были разработаны DRM1, DRM2, DRM3 и др. Обычно используется для пресс-форм холодной обработки, требующих более высокой прочности и лучшей устойчивости к отпуску. В Китае также разработаны некоторые базовые стали, такие как 65Nb (65Cr4W3Mo2VNb), 65W8Cr4VTi, 65Cr5Mo3W2VSiTi и другие. Этот тип стали обладает хорошей прочностью и ударной вязкостью и широко используется в холодной экструзии, холодной штамповке толстых листов, накатке резьбонакатных колес, штамповочных матрицах, матрицах для холодной штамповки и т. д., а также может использоваться в качестве матриц для горячей экструзии.
сталь для формовочных форм порошковой металлургии
Высоколегированная холоднокатаная штамповая сталь типа LEDB, производимая традиционными методами, особенно крупногабаритные материалы, имеет крупные эвтектические карбиды и неравномерное распределение, что серьезно снижает ударную вязкость, обрабатываемость и изотропность стали. В последние годы крупные зарубежные компании, производящие специальные стали для инструментальной и штамповой промышленности, сосредоточились на разработке серии быстрорежущих сталей и высоколегированных штамповых сталей, полученных методом порошковой металлургии, что привело к быстрому развитию этого типа стали. Использование процесса порошковой металлургии позволяет быстро охлаждать распыленный стальной порошок, в результате чего образуются мелкие и однородные карбиды, что значительно улучшает ударную вязкость, обрабатываемость и изотропность материала пресс-формы. Благодаря этому особому процессу производства карбиды получаются мелкими и однородными, улучшается обрабатываемость и шлифовальные свойства, что позволяет увеличить содержание углерода и ванадия в стали и, таким образом, разрабатывается ряд новых типов стали. Например, быстро развивается серия DEX японской компании Datong (DEX40, DEX60, DEX80 и др.), серия HAP компании Hitachi Metal, серия FAX компании Fujikoshi, серия VANADIS компании UDDEHOLM, серия ASP французской компании Erasteel и американская компания CRUCIBLE, специализирующиеся на порошковой металлургии инструментальных и штамповых сталей. В результате сформировалась серия порошковых металлургических сталей, таких как CPM1V, CPM3V, CPM1OV, CPM15V и др., которые значительно улучшены по сравнению с инструментальными и штамповыми сталями, изготовленными обычными методами.
Дата публикации: 02.04.2024
