Выбор стали для изготовления прессового инструмента

Прессовый инструмент работает в очень тяжелых условиях - при высоких температурах нагрева заготовок и значительных удельных давлениях, достигающих в отдельных случаях 1000 МПа и более.

При прессовании алюминиевых сплавов, кроме того, имеет место интенсивная приварка деформируемого металла к инструменту, что вызывает значительное увеличение напряжений трения и как следствие повышение температуры металла и инструмента в контактных зонах. При этом вследствие относительно невысокой теплопроводности материала инструмента тепловая волна распространяется в нем медленно, и в деталях инструментальной наладки возникают термические напряжения.

Эти напряжения, являясь дополнительными к основным, обусловленным механической схемой деформации, алгебраически складываются с ними, и в результате рабочие напряжения в инструменте могут достичь высоких значений, соизмеримых с прочностными характеристиками материала инструмента. Это определяет требования к инструментальным сталям, основными из которых являются:

1. Высокие прочностные и пластические характеристики при температурах горячей деформации (теплопрочность).

2. Глубокая прокаливаемость для обеспечения стабильности механических свойств по всему сечению инструмента.

3. Максимально возможная теплопроводность, позволяющая избежать местного нагрева инструмента.

4. Хорошая износостойкость.

5. Сопротивление термической усталости, возникающей от многократных теплосмен (нагревов и охлаждении) при работе инструмента.

6. Высокая теплостойкость (окалиностойкость).

Кроме этого, к основным требованиям относится невысокая стоимость инструмента и недефицитностъ легирующих элементов. Для изготовления инструмента, применяемого при прессовании алюминиевых сплавов, наиболее широко использовались стали двух марок: ЗХ2В8Ф - для изготовления наиболее тяжелонагруженного инструмента и 5ХНВ - для изготовления средненагруженного инструмента.

Однако, для изготовления матрицы целесообразнее использовать сталь 4Х5В2ФС (ЭИ958), т.к. эта сталь по отпускоустойчивости близка к стали ЗХ2В8Ф, имеет с ней практически идентичные прочностные характеристики, но значительно превосходит ее по показателям пластичности и ударной вяз­кости. Кроме того, сталь 4Х5В2ФС имеет более высокую износостойкость. Основное преимущество этой стали перед сталью ЗХ2В8Ф заключается в значительно меньшем (в среднем в 4 раза) содержании вольфрама, вследствие чего сталь 4Х5В2ФС менее дефицитна и имеет примерно в 2 раза меньшую стоимость.

Механические свойства стали 4Х5В2ФС при различных температурах описаны в таблице 3.3.

Таблица 3.3. Механические свойства стали 4Х5В2ФС

Химический состав основных легирующих элементов стали 4Х5В2ФС приведен в таблице 3.4.

Таблица 3.4. Химический состав стали 4Х5В2ФС

и её основных легирующих элементов, %

Как видно из таблицы, основным легирующим элементом является хром и вольфрам. Хром растворяется в феррите и цементите, оказывая благоприятное влияние на механические свойства стали. Хром повышает твердость и прочность стали при одновременном незначительном понижении пластичности и вязкости. Его присутствие увеличивает прокаливаемость стали. Вольфрам также повышает прочность и твердость стали, способствует образованию мелкозернистой структуры. В повышенных количествах (до 22%) он вводится в инструментальную сталь для улучшения режущих свойств. Присутствие вольфрама желательно в жаропрочных сталях.