Сталь 5хнм характеристики применение

Обновлено: 02.05.2024

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. 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:

Режимы	Штамп 250х250х305 мм	Штамп 500х500х360 мм
Закалка
Температура печи при загрузке штампа Выдержка при 650 °С Время нагрева до 830-850 °С Выдержка при 830-850 °С Закалка в мсле при 30-50 °С, выдержка	650 2,5 часа 1,5 часа 4,5 часа 20-25 мин	650 3,5 часа 1,5 часа 7,5 часа 40-50 мин
Отпуск
Температура печи при загрузке штампа Выдержка при 400 °С Время нагрева до 480-520 °С Выдержка при 480-520 °С Охлаждение Зачистка и контроль твердости HB	400 1,5 часа 1 час 7 часов на воздухе 364-418	400 3 часа 1,5 часа 9 часов на воздухе 340-387

При закалке штампов, особенно крупных, необходимо обеспечить хороший отвод нагретого масла. Для этого в масляные закалочные ванны устанавливают масляные души 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 Н_в = 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 (350-430 е ); б) выдержку из расчёта 2,0 мин. на каждый миллиметр сечения; в) охлаждение на воздухе; г) отпуск хвостовика.

Требуемая твёрдость рабочей части штампов R_с = 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.

Сталь 5ХНМ инструментальная штамповая

Инструментальная хромоникелевая сталь 5ХНМ относится к группе штамповых полутеплостойких сталей и является наиболее распространенной и наилучшей сталью деформирующих металл в горячем состоянии. Данная сталь сохраняет твердость 45 HRC и предел текучести 1000 МПа при нагреве до 350-375 °C.

Чаще всего сталь 5ХНМ применяют для очень крупных штампов горячего деформировани (стороной до 800-900 мм); молотовых, работающих с динамическими нагрузками; для контейнеров, матриц. Такие стали должны сохранять повышенную вязкость (>0,4 МДж/м 2 на образцах с надрезом) в крупных сечениях в продольном и в поперечном направлении.

Сталь 5ХНМ сочетает большую вязкость с высокой прокаливаемостью. Повышенная вязкость в стали достигается легированием никелем, а высокая прокаливаемость марганцем, хромом. Из-за влияния молибдена сталь 5ХНМ мало чувствительна к хрупкости второго рода, возникающей после отпуска при 500-560 °C, принимаемого для штампов, обрабатываемых на твердость 40-60 HRC.

Твердость стали 5ХНМ в середине блока размером 400х300х300 мм лишь на 1-2 HRC ниже, что связано с высокой устойчивостью переохлажденного аустенита.

Примерное назначение инструментальной легированной стали 5ХНМ (ГОСТ 5950-2000)

Для молотовых штампов паровоздушных и пневматических молотов массой падающих частей > 3т;
прессовых штампов и штампов машинной скоростной штамповки при горячем деформировании легких цветных сплавов;
блоки матриц для вставок горизонтально-ковочных машин;
ножи для горячей резки металла. [1]

Температура критических точек, °C [1]

Химический состав, % (ГОСТ 5950-2000)

Марка стали	Массовая доля элемента, %
Марка стали	углерода	кремния	марганца	хрома	вольфрама	ванадия	молибдена	никеля
5ХНМ	0,50-0,60	0,10-0,40	0,50-0,80	0,50-0,80	—	—	0,15-0,30	1,40-1,80

Температурный режим предварительной термической обработки стали 5ХНМ для улучшения обработки резанием [3]

Режим отжига			Режим смягчающего отпуск
температура нагрева, C°	температура изотермической выдержки, C°	твердость HB, не более	температура нагрева, C°	твердость HB, не более
5ХНМ	760-790	197-241	500-580	325-446

Температура отжига и высокого отпуска стали 5ХНМ для штампов горячего деформирования [1]

Марка стали	Отжиг		Высокий отпуск
Марка стали	температура нагрева, C°	твердость HB	температура, C°	твердость HB, не более
5ХНМ	760-790	197-241	650-690	241

Режимы окончательной термической обработки деталей штампового инструмента из стали 5ХНМ [1]

Режимы азотирования штампового инструмента из стали 5ХНМ [1]

Марка стали	температура, C°	Продолжительность, ч	Среда	Диффузионный слой
				глубина, мм	микротвердость, кгс/мм 2
5ХНМ	480-500	25-50	Аммиак (α=25-35%)	0,2-0,40	890-570

Режимы цианирования штампового инструмента из стали 5ХНМ [1]

Марка стали	температура, C°	Продолжительность, ч	Диффузионный слой
			глубина, мм	микротвердость, кгс/мм 2
В расплаве 50% KCN+50% NaCN
5ХНМ	560	2	0,2-0,25	570-350

Твердость в состоянии поставки металлопродукции, предназначенной для холодной механической
обработки (ГОСТ 5950-2000)

Марка стали	Твердость HB, не более	Диаметр отпечатка, мм, не менее
5ХНМ	241	3,9

Твердость образцов металлопродукции из стали 5ХНМ после закалки и закалки с отпуском (ГОСТ 5950-2000)

Температура, °C и среда закалки образцов	Температура отпуска, °C	Твердость HRC_э(HRC), не менее
5ХНМ	840-860, масло	550	36 (35)

Твердость после закалки инструментальной легированной стали

Марка стали	Температура, °C, и среза закалки образцов	Твердость HRC_э(HRC), не менее
5ХНМ	830-860, масло	57 (56)

Механические свойства в зависимости от сечения [4]

Сечение, мм	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость
Сечение, мм	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/см 2	поверхности HRC_э	сердцевины НВ
До 100	—	—	—	—	—	57	—
100-200	1420	1570	9	35	34	42-47	375-429
200-300	1270	1470	11	38	44	40-44	352-397
300-500	1130	1320	12	36	49	37-42	321-375
500-700	930	1180	15	40	78	35-39	302-341

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 850 °C в масле; отпуск при 460-520 °C.

Твердость стали в зависимости от температуры отпуска [4]

t_отп, °C	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость НВ, HRC_э
Закалка с 850 °C в масле; выдержка при отпуске 2 ч
400	1370	1570	10	40	33	(47)
450	1400	1490	—	36	37	(45)
500	1270	1370	—	36	46	(43)
550	1180	1310	—	35	59	(40)
Закалка с 840-860 °C в масле или воде-масле
450-510	—	—	—	—	—	415-477
500-550	—	—	—	—	—	341-388
660-600	—	—	—	—	—	285-321

Твердость стали в зависимости от температуры испытания [5]

t_исп, °C	Твердость HRC_э	t_исп, °C	Твердость HRC_э
Закалка 850 °C; отпуск при 450 °C		Закалка с 850 °C; отпуск при 500 °C
400	43	400	39
500	39	500	28
550	37	550	—
600	26	600	26

Механические свойства при комнатной температуре (после закалки и отпуска при 550 °C) [6]

Механические свойства при 600 °C [6]

Марка стали	σ_в, МПа	σ_0,2, МПа	ψ, %	a₁, кДж/м, 2
5ХНМ	350	250	65	800

Температурные интервалы ковки стали 5ХНМ [1]

Марка стали	Температурный интервал ковки, C°
Марка стали	начало	окончание
5ХНМ	1150-1180	850-880

Ударная вязкость после отпуска при 500 °C, кДж/м 2 , [6]

Марка стали	Охлаждение после отпуска		Степень охрупчивания *
	быстрое	медленное
5ХНМ	700	6,2	0,8

* Разница в ударной вязкости после отпуска с быстрым и медленным охлаждением.

Сталь марки 5ХНМ

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.

Режимы	Штамп 250х250х305 мм	Штамп 500х500х360 мм
Закалка
Температура печи при загрузке штампа Выдержка при 650 °С Время нагрева до 830-850 °С Выдержка при 830-850 °С Закалка в мсле при 30-50 °С, выдержка	650 2,5 часа 1,5 часа 4,5 часа 20-25 мин	650 3,5 часа 1,5 часа 7,5 часа 40-50 мин
Отпуск
Температура печи при загрузке штампа Выдержка при 400 °С Время нагрева до 480-520 °С Выдержка при 480-520 °С Охлаждение Зачистка и контроль твердости HB	400 1,5 часа 1 час 7 часов на воздухе 364-418	400 3 часа 1,5 часа 9 часов на воздухе 340-387

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).

Краткие обозначения:
σ_в	- временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа	ε	- относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ_0,05	- предел упругости, МПа	J_к	- предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ_0,2	- предел текучести условный, МПа	σ_изг	- предел прочности при изгибе, МПа
δ₅,δ₄,δ₁₀	- относительное удлинение после разрыва, %	σ_-1	- предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σ_сж0,05 и σ_сж	- предел текучести при сжатии, МПа	J_-1	- предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν	- относительный сдвиг, %	n	- количество циклов нагружения
s _в	- предел кратковременной прочности, МПа	R и ρ	- удельное электросопротивление, Ом·м
ψ	- относительное сужение, %	E	- модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV	- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2	T	- температура, при которой получены свойства, Град
s _T	- предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа	l и λ	- коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB	- твердость по Бринеллю	C	- удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T ), [Дж/(кг·град)]
HV	- твердость по Виккерсу	p_n и r	- плотность кг/м 3
HRC_э	- твердость по Роквеллу, шкала С	а	- коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T ), 1/°С
HRB	- твердость по Роквеллу, шкала В	σ t _Т	- предел длительной прочности, МПа
HSD	- твердость по Шору	G	- модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Особенности стали 5ХНМ

Особенности стали 5ХНМ могут оказаться весьма интересными для всех, кому нужно знать расшифровку названий металлов и их характеристики. Придется изучить особенности применения стали и ее термообработки, режимы закалки этой марки стали. Также надо обратить внимание на ее состав и уровень твердости.

Состав и расшифровка

Сталь 5ХНМ — довольно часто используемый металлургический продукт. Его принято относить к числу инструментальных штамповых сплавов. В химическом составе этой марки предсказуемо преобладает железо. Наряду с ним важную роль играют и другие элементы, оказывающие прямое воздействие на свойства готового продукта. Примерный состав таков:

доля углерода колеблется от 0,5 до 0,6%;
концентрация никеля – минимум 1,4, максимум 1,8%;
молибдена в сплаве может быть от 0,15 до 0,3%;
вхождение кремния должно быть не менее 0,1 и не выше 0,4%;
доля марганца варьируется от 0,5 до 0,8%;
присутствие серы более 0,03% не допускается;
при производстве могут добавлять 0,5-0,8% хрома;
допустимая концентрация меди – не выше 0,3%.

Расшифровать значение этой марки не так сложно. Цифра в начале условного обозначения говорит о присутствии не менее 0,5% углерода. Идущие за цифрой буквы соответствуют хрому, никелю и марганцу. Буквенное обозначение говорит и то, что их там не более 1,5%.

Потому вывод прост — это качественный легированный вид стали, а не отдельная категория сплавов.

Характеристики и свойства

Основные параметры стали 5ХНМ заданы по ГОСТ. Там внимание уделено не только механическим, но и термическим, и химическим моментам. Сразу стоит оговориться, что свариваемость крайне мала или вовсе отсутствует. Этот материал не допускается использовать в сварных конструкциях, так как сварка неэффективна либо дает плохой результат. Ковкость довольно высока. Начинают ковку при температуре 1240 градусов. Завершают ее при 750 градусах. Твердость этого сплава составляет 241 МПа. По другой шкале этот показатель равен НВ 10-1. Отмечается повышенная флокеночувствительность, а вот отпускная хрупкость не проявляется.

Возможности обработки 5ХНМ резанием довольно велики. Критические температурные позиции:

Ac1 – 730;
Ac3 (Acm) — 780;
Ar3 (Arcm) — 640;
Ar1 — 610.

Для такой стали характерны как солидная вязкость, так и хорошая прокаливаемость. Первое свойство обусловлено добавкой никеля, а второе связано с хромом и марганцем. Коэффициент линейного расширения при 200 и при 400 градусах составляет 12,6. Значение при 600 и 800 градусах достигает 14,2. Испытания различных свойств проводятся при температурах от 100 до 800 градусов, не более. Коэффициент теплопроводности для сплава 5ХНМ может составлять 46 Вт/ (м×°С). Но такой показатель достигается только при определенной температуре. В большинстве случаев он существенно меньше. В среднем плотность такого сплава равна 7800 кг на 1 куб. м.

С ростом температуры удельное электрическое сопротивление будет понижаться, и минимальное его значение равно 160 МОм×м.

Сортамент

Набор выпускаемой продукции строго задан по ГОСТ 1133, принятому в 1971 году. Предельное отклонение, в зависимости от позиции, может составлять:

Если сечение круглого или сторона квадратного изделия составляют от 40 до 50 мм, погрешность свыше 2 мм не допускается. Для такого продукта установлены следующие обычные нормы: диаметр в поперечнике – от 12,57 до 19,64 кв. см, а тяжесть участка длиной 1 м — от 9,86 до 15,42 кг. В случае с квадратными заготовками сечение в поперечнике варьируется от 16 до 25 кв. см. Масса метрового участка составляет от 12,56 до 19,62 кг. Площади исчисляются по номинальным размерам, а плотность стального сплава принимается равной 0,00785 кг на 1 куб. см. Овальность, ромбичность и длина прутков также нормируются по стандарту.

Аналоги и заменители

В России вместо 5ХНМ можно использовать 5ХГМ либо ХНВ. Также допускается применение 4ХМФС, 5ХНВС, 4Х5В2ФС. За границей этому металлу соответствуют:

55NiCrMoV6 (согласно стандарту DIN) в Германии;
1.2711, 1.2713 — также в Германии;
55NCDV7 либо 55NiCrMoV7 – во Франции;
в английской металлургии — BH224/5;
по нормативам ЕС — 1.2714 или 55NiCrMoV7;
в китайской сталелитейной отрасли — 5CrNiMo;
в Японии – SKT3/SKT4;
в американской практике – L6.

Применение

Принято считать, что 5ХНМ — штамповая полутеплостойкая продукция. Это один из самых распространенных в повседневной практике сплавов. Он выгоднее многих других деформируемых в горячем состоянии видов металлургической продукции. Добиться твердости на уровне 45 HRC можно при прогреве 350-375 градусов. При тех же условиях достигается предел текучести 1000 МПа. В основном сплав 5ХНМ приобретают для максимально больших горячих штампов, одна из сторон которых составляет 80-90 см. Также его используют и в тех молотовых штампах, которые подвергаются динамическому воздействию. Возможно и применение в выпуске контейнеров либо технических матриц. Очень важным нюансом является сохранение высокой вязкости в крупном сечении. Эта вязкость поддерживается и в продольной плоскости, и в поперечнике.

Присутствие молибдена дает возможность понизить чувствительность к хрупкости второго типа. Это обстоятельство очень важно при выпуске штампов, твердость которых варьируется от 40 до 60 единиц по шкале HRC. Такой металл можно использовать для штампов в молотовом исполнении, входящих в состав работающих на паровоздушной смеси или чисто пневматических молотов с тяжестью обрушиваемого блока не более 3000 кг. Дополнительно его заказывают для:

штампов пресс-формата;
оборудования высокоскоростной механической обработки цветного металла штамповкой;
матричных элементов ковочных машин горизонтального типа;
промышленных ножей для резки разогретого металла.

Термообработка

График термической обработки для каждой партии стальных сплавов составляется индивидуально. Учитывают химический состав вещества и его целевые практические характеристики. Большую роль при составлении графиков играет подбор оптимального характера мартенситных и аустенитных преобразований. Разработаны специфические режимы в зависимости от конкретной цели, которыми в первом приближении может воспользоваться любой технолог-термист. Важную роль играет предварительная термообработка с целью улучшения разрезаемости. В этом случае отжиг производится до температуры нагрева. Изотермическую выдержку ведут при 760-790 градусах. Гарантируется максимальная твердость по шкале HB от 197 до 241 единицы. В режиме смягчающего отпуска металл прогревают до 500-580 градусов. В этом случае уровень твердости будет колебаться от 325 до 446 единиц.

Иначе поступают, если требуется отжечь металл и подвергнуть его высокому отпуску. Подобный подход практикуется, когда делают штампы горячего деформирования. Отжиг производится так же, как и в предыдущем случае. Однако все меняется, когда наступает время высокого отпуска. При такой процедуре должна быть температура от 650 до 690 градусов, а достигаемая твердость ограничена 241 единицей. Интересны и режимы финишной термообработки частей штампов. В этом случае обязательно практикуется закалка при 600-650 градусах. Наибольшая достигаемая температура — в диапазоне от 830 до 860 градусов. Первоначальной стадией остужения оказывается погружение в масло. На этой стадии сталь 5ХНМ должна остыть до 200-230 градусов.

Эта сталь относится к категории среднелегированных штампованных сталей. Она обладает высокой прочностью. Сталь инструментальная штамповая 5ХНМ имеет высокий коэффициент вязкости и износостойкости.

Химический состав стали

Как и многие марки стали, она имеет в своём составе достаточно большой набор химических элементов. Чтобы точнее определить характеристики необходимо знать каков химический состав сплава 5ХНМ. В соответствие с ГОСТ в её состав входят следующие основные элементы:

основным элементом является железо, которое составляет почти 95%;
легирующие элементы составляют около 3%;
в остальные 2% входят медь, молибден, сера, свинец и другие элементы.

Расшифровка стали 5ХНМ определяется наличием включённых в сплав элементов. В Любая сталь 5 означает количество углерода, которое входит в состав сплава. Заглавные буквы Х, Н, М свидетельствуют о наличии в сплаве таких легирующих элементов как: хром, никель, молибден. Для поддержания требуемых характеристик производители стараются выпускать сталь 5ХНМ на основании установленных стандартов.

Характеристики сплава 5ХНМ

К основным характеристикам этого сплава относятся физические, механические и технологические характеристики. Инструментальная штамповая сталь 5ХНМ имеет следующие физические характеристики:

коэффициент теплопроводности в зависимости от температуры повышается до 46 Вт/(м×°С);
удельное электрическое сопротивление (с повышением температуры снижается до 160 МОм×м);
удельная теплоёмкость сплава равна 500 Дж/(кг×град);
максимальный коэффициент линейного расширения равен 14,2;
среднее значение плотности равняется 7800 кг/м 3 ;

Квадрат 90х90мм Ст 5хнм

Механические характеристики определяются следующими параметрами:

допустимым пределом кратковременной прочности — 1570 МПа;
пределом текучести — 1420 МПа;
относительным удлинением на разрыв 9 %;
ударной вязкостью — 78 Дж/м 2 (измерена при температуре 700 °С);
твёрдость 241 МПа.

По технологическим свойствам марка 5ХНМ имеет следующие показатели:

температура ковки (начало процесса происходит при температуре 1240 °С, завершается при температуре 750 °С);
свариваемость (ограничено свариваемая, поэтому не применяется для создания сложных сварных конструкций);
обработка режущим инструментом допустима в отожженном состоянии;
флокеночувствительность достаточно высокая;
совершенно не склона к так называемой отпускной хрупкости.

Этот сплав поддаётся таким видам обработки как закаливание, ковка, штамповка, резание. Для стали 5ХНМ допускается термообработка. При этой обработке температурные параметры закаливания и требуемое время отпуска зависит от габаритов обрабатываемой заготовки.

В то же время он обладает ограниченными свойствами по свариваемости. Поэтому его стараются не применять для монтажа конструкций, где необходима сварка.

Производители предлагают сталь 5ХНМ ГОСТ следующего сортамента:

различного вида прокат (сортовой и фасонный);
листы различных размеров;
полосы различной ширины;
шлифованный и калиброванный пруток;
кованые заготовки;
проволока.

Сферы применения

По существующей классификацией инструментальных легированных сталей 5ХНМ относят ко второй группе подобных сплавов. Они предназначены для изготовления инструментов и оборудования, используемого на предприятиях среднего и тяжёлого машиностроения. Его производят посредством штамповки и ковки. Из этого сплава изготавливают:

различные штампы (как горячие, так и холодные);
так называемые молотковые штампы (применяются в различных пневматических, гидравлических, паровоздушных прессах);
блоков матриц, используемых в качестве дополнительных вставок;
валов и колец обрабатывающих станков и прокатных станов.

Применение стали 5ХНМ для изготовления такого оборудования обусловлено способностью удовлетворять высоким требованиям. К этим требованиям относятся:

высокие прочностные характеристики;
максимально возможное сопротивление скоротечному удару;
высокая износоустойчивость;
отличная теплопроводность (должен обеспечиваться быстрый отвод образовавшегося у поверхности штампа тепла);
глубокая прокаливаемость (особенно это свойство особенно необходимо для крупногабаритных штампов);
способность сохранять целостность поверхности (обладать высокой сопротивляемости образованию на поверхности трещин из-за так называемого разгара, то есть быстрого нагрева и последующего охлаждения);
способностью хорошо подвергаться таким видам обработки как отжиг и закалка;
допустимой красностойкостью (жаропрочные свойства изготовленного штампа не должны снижаться в процессе работы, под продолжительным воздействием повышенных температур, он должен продолжительное время сопротивляться отпуску);
высокая вязкость (во время работы штампа ударному воздействию одновременно подвергается обрабатываемая заготовка и поверхность штампа, поэтому металл штампа должен обладать требуемой вязкостью, чтобы сохранять продолжительное время свои геометрические формы);
обладать заданной отпускной хрупкостью (особенно это необходимо для штампов больших размеров);
иметь хорошую слипаемость (штамп должен противостоять эффекту адгезии, прилипанию поверхности заготовки к рабочей поверхности штампа, это позволит получать штампованные изделия с заданными свойствами в течение длительного времени и значительно увеличить срок службы агрегата).

Этот материал имеет как отечественные, так и зарубежные аналоги. Отечественными аналогами стали 5ХНМ являются — 5ХНВ, 5ХГМ, 5ХНВС и некоторые другие из второй группы. Более подробную информацию можно найти в марочнеке сталей и соответствующих стандартах.

Подобный металл производятся во многих странах мира. Наиболее известным аналогами являются: Т61206 – производится в США, 1.2711 и 1.2713.55 – изготавливается в Германии, 55NCDV7 и 55NiCrMoV7 – во Франции, 5CrNiMo в Китае.

Читайте также: