Сталь 5ХНМ

Расшифровка марки стали 5ХНМ: наличие цифры 5 в начале марки говорит о том, что в стали содержится 0,5% углерода, а буквы Х, Н и М свидетельствуют о присутствии в стали соответственно хрома, никеля и марганца в количестве не превышающем 1,5%, таким образом перед нами легированная сталь.

Применение стали 5ХНМ и термообработка изделий: для изготовления штампов применяются следующие марки сталей: углеродистые и легированные 5ХНМ и некоторые другие.

Основные требования, предъявляемые к стали для изготовления штампов, следующие:

1) высокая прочность, достаточное сопротивление удару и высокая износоустойчивость при повышенных температурах, — чтобы штампы не разрушались и сохраняли свою форму во время работы;

2) хорошая теплопроводность для быстрого отвода тепла от рабочей поверхности в глубь штампа;

3) значительная прокаливаемость (что особенно важно для крупных штампов);

4) высокая сопротивляемость возникновению трещин разгара, возникающих на рабочей поверхности вследствие периодичности нагрева и охлаждения штампов.

Штампы, изготовленные из углеродистой стали, быстро выходят из строя, вследствие малой глубины закалённого слоя и низкого предела температур (325-350°), до которых штамп может нагреваться во время работы. Поэтому углеродистую сталь можно применять для малых штампов простой формы.

Для изготовления штампов, работающих в тяжёлых условиях, наиболее часто применяется сталь 5ХНМ или её заменитель сталь 5ХГМ. Никель в стали 5ХГМ заменён марганцем, который, сохраняя глубокую прокаливаемость стали, несколько уменьшает ударную вязкость. Для получения необходимой вязкости штампы из стали 5ХГМ отпускают при более высокой температуре, чем штампы из стали 5ХНМ.

Кованые заготовки штампов подвергают отжигу, чтобы снизить твёрдость, снять внутренние напряжения и подготовить структуру для последующей закалки. Поковки, остывающие после их изготовления медленно, в утеплённых ямах или шлаке, можно загружать для отжига в печь, нагретую до требуемой температуры, и греть со скоростью, которую допускает данная печь. Поковки, остывающие после их изготовления быстро, на полу мастерской, загружают в печь при температуре 400-500° и греют до требуемой температуры вместе с печью.

Если нагрев происходит неравномерно, то необходимо во всех случаях замедлять его, производя одну-две выдержки при промежуточных температурах. Медленное остывание после нагрева мелких и средних поковок можно достичь упаковкой их в ящики с засыпкой, а крупных поковок — периодическим отключением и включением печи.

Штампы, поступающие в капитальный ремонт, вместо отжига подвергают высокому отпуску. Для этого штампы закладывают в печь, нагретую до требуемой температуры, выдерживают 2-3 часа, вынимают из печи и оставляют на воздухе до полного охлаждения.

Иногда крупные штампы подвергаются закалке в заготовках (кубиках) до механической обработки. При этом потеря твёрдости компенсируется отсутствием деформации готового штампа. Такие заготовки нагревают под закалку без упаковки.

При закалке полностью обработанных штампов необходимо принять меры для предохранения рабочей поверхности от окисления (рисунок слева). В качестве изолирующей засыпки применяют отработанный карбюризатор или пережжённую чугунную стружку.

Мелкие и средние штампы, а также кубики можно загружать в печь, нагретую до температуры закалки, без опасения образования трещин или деформации, тем более, что рабочая часть штампа прогревается сравнительно медленно, так как находится под слоем засыпки. Прогрев при температуре закалки должен обеспечить полное растворение углерода и других элементов в аустените.

Ниже приводим режим термической обработки штампов, изготовленных из стали 5ХНМ в электропечи Н15, применяемый на одном из заводов в течение ряда лет и полностью себя оправдавший (штамп Ф 150 мм, высотой 140 мм):

1) загрузка в печь, нагретую до температуры 830-850°, и выдержка в течение 2 час.;

2) закалка в масле, выдержка до достижения температуры 100-200° примерно 15-20 мин.;

3) загрузка в отпускную печь, нагретую до температуры 350 -400°, нагрев до температуры 520-560° при общей выдержке 6 час.;

4) выгрузка на воздух, зачистка и контроль твёрдости (Rc = 41 -47).

При загрузке нескольких штампов в печь следует для ускорения нагрева ставить их на расстоянии 100-150 мм один от другого.

Штампы крупные и с весьма резкими переходами надо прогревать медленнее. Ниже приводятся режимы термической обработки крупных молотовых штампов, изготовленных из стали 5ХНМ, применяемые на Кировском заводе:

При закалке штампов, особенно крупных, необходимо обеспечить хороший отвод нагретого масла. Для этого в масляные закалочные ванны устанавливают масляные души (рисунок справа) или подводят в бак трубку от вентилятора и охлаждают масло продувкой воздуха. Штампы малых и средних размеров можно охлаждать покачиванием в масле (зажатыми в клещах).

Для уменьшения внутренних напряжений штампы из легированной стали охлаждают в масле не до полного остывания, а до температуры 150-200°, после чего их вынимают и немедленно передают для отпуска, так как полное охлаждение штампов может привести к образованию трещин. Общее время пребывания штампов в отпускной печи должно быть в пределах 2,5 мин. на каждый миллиметр наименьшего сечения, из которых выдержка при температуре отпуска составляет примерно около 70% общего требуемого времени.

Примеры: 1. Отпуск штампа Ф 200 мм и высотой 150 мм должен продолжаться 2,5 х 150 = 375 мин. 6 час. 15мин., выдержка при температуре отпуска = 6 час. 15 мин. х 0,7 = 4 часа 20 мин.

2. Отпуск штампа Ф 100 мм и высотой 150 мм должен продолжаться 2,5 мин. х 100 = 250 мин. = 4 часа 10 мин., выдержка при температуре отпуска = 4 час. 10 мин. х 0,7 = 2 часа 55 мин.

В молотовых штампах необходимо дополнительно отпускать хвостовик до твёрдости Нв = 250 — 300 для того, чтобы избежать поломок при ударах. Для этого рабочая поверхность и одна боковая сторона штампа зачищаются наждачным полотном, после чего штамп помещается хвостовиком на специально подогреваемую плиту или же в окно печи. Выдержка продолжается до тех пор, пока на рабочей поверхности появится цвет побежалости, а хвостовик нагреется до тёмнокрасного цвета.

Штампы, изготовленные из углеродистой стали, проходят следующий режим термической обработки (при нагреве в электропечи).

1. Нормализацию: а) загрузку в печь, нагретую до требуемой температуры; б) выдержку при этой температуре из расчёта 0,8 мин. на каждый миллиметр наименьшего сечения; в) выгрузку и охлаждение на спокойном воздухе.
2. Закалку: 1) загрузку в печь, нагретую до температуры закалки; б) выдержку из расчёта 0,8 мин. на каждый миллиметр наименьшего сечения; в) охлаждение в воде до температуры 150-200° и перенос в масло.
3. Отпуск: а) загрузку в печь, нагретую до температуры отпуска (350-430е); б) выдержку из расчёта 2,0 мин. на каждый миллиметр сечения; в) охлаждение на воздухе; г) отпуск хвостовика.

Требуемая твёрдость рабочей части штампов Rс = 45 — 50.

Перед загрузкой штампов в печь для нормализации и закалки принимают меры по предохранению рабочей поверхности от окисления. Выдержка в воде должна быть наименьшей и перенос в масляную ванну следует производить как можно быстрее, чтобы не успел произойти самоотпуск поверхности за счёт внутреннего тепла штампа.

Для закалки штампов с глубокими ручьями в водяных баках устраивают душ, подобно масляному.

Штампы малых и средних размеров можно калить с самоотпуском по следующему режиму: 1) нагреть штамп под закалку; 2) охладить в воде под душем рабочую поверхность, оставляя при этом хвостовую часть горячей; 3) вынуть штамп из воды, зачистить быстро рабочую и одну боковую поверхности; 4) при появлении на рабочей поверхности синего цвета побежалости штамп погрузить в масло до полного охлаждения.

При частичном охлаждении в воде полностью нагретого штампа в месте выхода его из воды часто образуются глубокие трещины, поэтому штамп в воде необходимо перемещать вверх и вниз, чтобы не было резкого перехода от высокой температуры к низкой.

Следует категорически предостеречь против резких местных нагревов калёных штампов. Приварку хвостовиков, рукояток и пр. производить до закалки.

Прессформы для литья изготовляют из легированных сталей ЗХ2В8, 4Х8В2, 5ХНМ, 5ХГМ, 4ХВ2С, 5ХВ2С, 40ХН, 40ХС.

Основные требования, предъявляемые к стали для пресс-форм: высокая теплопроводность, обеспечивающая быстрый отвод тепла; высокая прочность при повышенных температурах; высокое сопротивление напряжениям, возникающим в прессформах от резкого изменения температуры при заливке металла.

Термическая обработка прессформ производится по таким же режимам, как и штампов из соответствующих марок сталей.

Твёрдость готовых прессформ должна быть в пределах R0 = 40-43.