Сталь 5хнм химический состав
Обновлено: 17.05.2024
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, % | |||||||
| 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 | ||
| 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 HRCэ(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 HRCэ(HRC), не менее |
| 5ХНМ | 830-860, масло | 57 (56) |
Механические свойства в зависимости от сечения [4]
| Сечение, мм | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость | |
| поверхности HRCэ | 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]
| tотп, °C | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость НВ, HRCэ |
| 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]
| tисп, °C | Твердость HRCэ | tисп, °C | Твердость HRCэ |
| 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 | σв, МПа | σ0,2, МПа | ψ, % | a1, кДж/м, 2 |
| 5ХНМ | 350 | 250 | 65 | 800 |
Температурные интервалы ковки стали 5ХНМ [1]
| Марка стали | Температурный интервал ковки, C° | |
| 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 5ХНМ инструментальная штамповая
Сталь марки 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:
| 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).
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 (350-430 е ); б) выдержку из расчёта 2,0 мин. на каждый миллиметр сечения; в) охлаждение на воздухе; г) отпуск хвостовика.
Требуемая твёрдость рабочей части штампов 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.
| Краткие обозначения: | ||||
| σв | - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа | ε | - относительная осадка при появлении первой трещины, % | |
| σ0,05 | - предел упругости, МПа | Jк | - предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа | |
| σ0,2 | - предел текучести условный, МПа | σизг | - 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 | |
| σсж0,05 и σсж | - 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 | pn и r | - плотность кг/м 3 | |
| HRCэ | - 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 | |
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
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.
Сталь 5хнм химический состав
Характеристика материала. Сталь 5ХНМ.
Химический состав в % материала 5ХНМ в соответствии с ГОСТом 5950-2000
Температура критических точек марки стали 5XHM(5ХНМ)
Технологические свойства марки 5ХНМ
Механические свойства стали 5ХНМ в зависимости от сечения
Твёрдость стали 5ХНМ(HRCэ, НВ)
Цель окончательной термической обработки - получение в готовом инструменте оптимального сочетания основных свойств: твердости, прочности, износостойкости, вязкости и теплостойкости.
Наиболее распространенный технологический процесс окончательной термической обработки инструмента для горячего деформирования состоит из закалки и отпуска. Большое разнообразие условий работы такого инструмента предопределяет не только применение различных сталей, но и необходимость получать в каждом конкретном случае оптимальное для данных условий сочетание свойств за счет правильного выбора режимов термической обработки. При этом в зависимости от назначения инструмента возможен выбор разных температур нагрева под закалку, закалочных сред и способов охлаждения, температур отпуска. Режимы закалки и отпуска не универсальны, а их следует назначать дифференцированно в соответствии с условиями работы инструмента.
В частности, следует учитывать, что при повышении температуры нагрева под закалку возрастает теплостойкость и прокаливаемость штамповых сталей, но из-за укрупнения зерна снижается их вязкость. Поэтому, например, для прессового инструмента, работающего с большим разогревом, но без значительных динамических нагрузок, целесообразно повышать температуру нагрева под закалку для получения большей теплостойкости.
Вместе с тем при выборе режимов закалки и отпуска следует учитывать их влияние на деформацию инструмента в процессе термической обработки и возможность последующей механической обработки.
Повышение температуры отпуска, как правило, повышает вязкость стали, но снижает ее твердость, прочность и износостойкость. В связи с этим для сохранения износостойкости и твердости стали температуру отпуска выбирают пониженной, однако не ниже температуры разогрева инструмента при эксплуатации.
Физические свойства марки 5ХНМ
Теплостойкость, красностойкость стали 5XHM
Обозначения:
Купить сталь5ХНМ . Сталь инструментальная легированная штамповая со средним содержанием углерода 0,5% и легирующих элементов: хрома 0,7%, никеля 1,6% и молибдена до 0,4 % соответственно
Общая характеристика марки стали 5ХНМ
Инструментальную легированную сталь делят на две группы:
группа I - стали для режущего и измерительного инструмента марок 7XФ, 8ХФ,11Х, 13Х, ХВ5, В1, 9ХС, ХВГ, 9ХВГ, ХВГС, 9Х5Ф, 9Х5ВФ, 8Х4ВФ1; из них изготавливаю пилы, резцы, фрезы, метчики, развертки, сверла, клейма и др.
группа II - стали для штампованного инструмента марок 9Х, Х6ВФ, Х12, 5ХНМ, 5ХГМ, 6ХВТ и ряд других; применяют для изготовления горячих и холодных штампов, молотовых штампов, пресс-форм и т.д.
Штампы для горячей объемной штамповки (т.е. деформирующих металл в горячем состоянии под ударным нагружением) работают в очень тяжелых условиях. Они подвергаются многократному воздействию высоких напряжений и температур. Интенсивное течение горячего металла по поверхности штампа вызывает истирание ручья, а также дополнительный нагрев инструмента. На поверхности ручья образуются так называемые разгарные трещины. Поэтому штамповые стали должны отличатся высокими механическими свойствами, сочетая прочность с ударной вязкостью, износостойкостью, разгаростойкостью(способность выдерживать многократные нагревы и охлаждения без образования сетки трещин (сетки разгара) и сохранять эти свойства при повышенных температурах. Кроме того, стали должны иметь высокую износостойкость и теплопроводность для лучшего отвода тепла, передаваемого обрабатываемой заготовкой.
Многие штампы имеют большие размеры, поэтому сталь для их изготовления должна обладать высокой прокаливаемостью. Это обеспечивает высокие механические свойства по всему сечению штампа. Важно, чтобы сталь не была склонна к обратимой отпускной хрупкости, так как быстрым охлаждением крупных штампов ее устранить нельзя.
Наряду с хорошей прокаливаемостью при термообработке материалы для штампов должны обладать и высокой обрабатываемостью на металлорежущих станках. Желательно, чтобы штамповая сталь не содержала дефицитных элементов и, следовательно, была дешевой.
Среди легированных штамповых сталей широкое распространение в получила сталь 5ХНМ, имеющая высокую технологичность, оптимальные механические свойства, прокаливаемость. Также для инструмента небольших габаритов применяются стали марок 5ХНВ, 5ХГСВФ, 5ХНСВ, 5ХГМ и др. Для очень крупного инструмента пригодны стали типа 27Х2НМВФ и типа 30Х2НМФ, 30Х2М1ФН3. В основном данные марки сталей применяются для изготовления молотовых штампов. Полноценным заменителем дефицитных хромоникелевых сталей 5ХНМ является безникелевая сталь 4ХСМФ. Дешевыми сталями для высадочных штампов являются стали 4ХВ2С, 5ХВ2С, 7Х3, 8Х3.
Сравнительный химический состав сталей для горячего деформирования (ГОСТ 5950-2000)
Одним из основных легирующих элементов штамповой стали является хром (Cr). Он повышает режущие свойства и износостойкость, увеличивает прочность и прокаливаемость стали, что особенно важно для крупных пуансонов и матриц. При наличии свыше 2,5% повышает устойчивость стали против отпуска, особенно при нагреве инструмента до температур, выше 300° С. Вместе с марганцем уменьшает коробление при закалке. Однако, у сталей с содержанием хрома более 10% появляются недостатки. Резко выраженная карбидная неоднородность и повышенная склонность к коагуляции карбидов, способствующая разупрочнению сталей при нагреве.
Под разгаростойкостью понимают устойчивость к образованию сетки поверхностных трещин, вызываемых объемными изменениями в поверхностном слое при резкой смене температур. Это свойство обеспечивается снижением содержания углерода в стали(до 0,5 - 0,6%) для повышения пластичности, вязкости, а также теплопроводности, уменьшающей разогрев поверхностного слоя и термические напряжения в нем.
Вольфрам (W) вводят для повышения твердости, износостойкости и прокаливаемости стали, улучшает режущую способность инструмента.
Ванадий оказывает эффективное влияние на процессы собирательной рекристаллизации и существенно уменьшает чувствительность штамповых сталей к перегреву. В относительно невысоколегированных сталях (типа 5ХНМ, 7ХГ2ВМ, 5ХГМ, 4ХМФС, 5ХНВ, 5ХНВС, 4Х5В2ФС (ЭИ958), 5Х2МНФ(ДИ32), 3Х2МНФ и др.) его действие оказывается заметным уже при содержании порядка 0,10-0,30%. Для других групп сталей, содержащих карбиды типа М7С3, М6С, М23С6, требуется большее количество ванадия для существенного смещения температур начала интенсивного роста зерна.
Молибден (Mo) вводится в штамповую сталь горячего деформирования для увеличения её вязкости и повышения прокаливаемости. Также молибден оказывает отрицательное влияние на окалиностойкость. Поэтому содержание молибдена в штамповых сталях ограничивается 0,5 - 0,8 %.
Марганец (Mn) вводят для повышения прокаливаемости стали. В сочетании с хромом молибден уменьшает коробление при закалке, но увеличивает склонность к перегреву.
Кремний (Si) вводят, чтобы увеличить прокаливаемость стали, повысить стойкость против отпуска.
В соответствии с указанными требованиями для штампов горячей обработки давлением применяют легированные стали с 0,3-0,6% С которые после закалки подвергают отпуску при 550-680° С на троостит или троостосорбит. Среди них следует выделить несколько групп, обладающих в наибольшей степени теми свойствами, которые необходимы для определенных условий эксплуатации. Крупные ковочные (молотовые) штампы, испытывающие повышенные ударные и изгибочные нагрузки, а также инструмент ковочных машин и прессов, нагревающихся не выше 500-550° С при умеренных нагрузках, изготовляют из полутеплостойких сталей 5ХНМ и 5ХГМ (вместо никеля содержит 1,2-1,6% Мn), обладающих повышенной вязкостью.
Присутствие в стали молибдена или вольфрама (5ХНВ) повышает теплостойкость, прокаливаемость и уменьшает склонность к обратимой отпускной хрупкости. Сталь 5ХНМ прокаливается полностью в блоке 400x300x300 мм. Закалка штампов производится в масле. Отпуск крупных штампов проводится при температуре 550-580°С (HRC35-38), а мелкие при 500-540° С (HRC 40-45).
Структура стали после отпуска - троостосорбит.
Стали 5ХГМ и 5ХНВС при одинаковой со сталью 5ХНМ прокаливаемостью уступают ей в вязкости из-за замены никеля марганцем или увеличения содержания хрома и кремния. Они предназначены для средних штампов со стороной 300-400 мм или для крупных (сталь 5ХНВС) простой формы.
Сталь 5ХНВ по стойкости равноценна стали 5ХНМ, но имеет меньшую прокаливаемость, так как вольфрам повышает ее слабее, чем молибден. Она применяется для небольших и средних штампов со стороной 200 - 300 мм.
Средненагруженный инструмент, работающий с разогревом поверхности до температуры 600°С, а также инструмент с большой поверхностью, работающий при температурах 400-500°С, изготовляют из стали 4Х5В2ФС(ЭИ958) и 4Х5В4МФС. Например, из них изготовляют выталкиватели для неглубоких отверстий, матрицы, различные вставки, инструмент для штамповки труднодеформируемых металлов, пресс-форм для литья под давлением алюминиевых сплавов и т.д.
Фазовый состав этих сталей в отожженном состоянии - легированный феррит и карбиды типа М23С6 и М6С. Эти стали теплостойки, мало чувствительны к резкой смене температур, обладают повышенной окалиностойкостью, устойчивы против корродирующего действия жидкого алюминия и обладают высокой прочностью при хорошей вязкости. Стали повышенной теплостойкости 3Х2В8Ф и 4Х2В5ФМ(ЭИ959) используют для деформирования при разогреве поверхности до температуры 600-700°С (сохраняется твердость HRC45, s0.2=1000 МПа). Из них изготовляют тяжело-нагруженный штамповый инструмент, например прошивные пуансоны, выталкиватели для глубоких отверстий, матрицы пресс-формы для отливок под давлением медных сплавов и т.д.
Нормативная документация
ГОСТ 10543-98.Проволока стальная наплавочная. Технические условия.
ОСТ 1 92049-76.Кольца цельнокатаные из сталей и сплавов. Технические условия. 5ХНМ
ТУ 14-1-1226-75. Кольца горячекатаные из стали марок 5ХНВ и 5ХНМ. Технические условия.
ТУ 14-11-245-88.Профили стальные фасонные высокой точности. Технические условия. 5ХНМ
ТУ 14-131-971-2001.Прокат листовой горячекатаный из инструментальной нелегированной и инструментальной легированной стали. Опытная партия. Технические условия. 5ХНМ
ОСТ 24.952.01-89.Заготовки стальные прямоугольные кованые для штампов горячей объемной штамповки. Технические условия. 5ХНМ
ТУ 108.06.109-87.Заготовки штамповые из стали марок 5ХНМ-Ш, 5ХНВ-Ш. Технические условия. 5ХНМ
ТУ 108.11.917-87. Поковки без механической обработки из легированной и высоколегированной стали. 5ХНМ
Читайте также: