Сталь 5хнм закалка и отпуск
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 | |
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
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, % | |||||||
| 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 40ХН конструкционная легированная
Согласно ГОСТ 4543-2016 наименование марок стали состоит из цифр и буквенного обозначения химических элементов:
- Цифра 40 перед буквенным обозначением указывает среднюю массовую долю углерода (С) в стали в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 0,40%.
- Буква Х указывает, что сталь легирована хромом, отсутствие цифры после буквы указывает, что содержание хрома в стали до 1,5%.
- Буква Н указывает, что сталь легирована никелем, отсутствие цифры после буквы указывает, что содержание никеля в стали до 1,5%.
Вид поставки
- Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, ГОСТ 10702-78.
- Калиброванный пруток ГОСТ 4543-71, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78.
- Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 14955 — 77.
- Лист толстый ТУ 14-1-1930-77.
- Полоса ГОСТ 103-76.
- Поковка и кованая заготовка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70.
- Валки ОСТ 24.013.21-85
- Труба ОСТ 14-21-77.
Характеристики и применение [3]
Сталь 40ХН является хромо-никелевой конструкционной легированной сталью, относится к группе улучшаемой стали и к сталям повышенной прокаливаемости, т.е. прокаливающейся в деталях диаметром 50-75 мм.
Сталь данной марки относится к лучшим образцам конструкционной стали. Комбинация никеля с хромом позволяет применять сталь 40ХН для изготовления деталей ответственного назначения, например:
- оси,
- валы,
- шатуны,
- зубчатые колеса,
- валы экскаваторов,
- муфты,
- валы-шестерни,
- шпиндели,
- болты,
- рычаги,
- штоки,
- цилиндры и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динамическим нагрузкам, к которым предъявляются требования повышенной прочности и вязкости.
- Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металла.
Так как никель целиком растворяется в твердом растворе, он способствует более значительному увеличению твердости и прочности феррита, чем хром. Особенно важно, что упрочнение здесь сопровождается также увеличением пластичности. При одновременном присутствии в стали никеля и хрома достигается хорошее сочетание механических свойств (прочности и вязкости), а также большая прокаливаемость.
Сталь 40ХН широко применяется в нефтяном машиностроении для изготовления наиболее ответственных деталей, например:
- особо нагруженных подъемных, трансмиссионных и промежуточных валов,
- зубчатых соединительных муфт,
- звездочек ценных передач буровых установок,
- пластин и роликов втулочно-роликовых цепей,
- осей талевых блоков,
- стволов вертлюг,
- защелок и осей элеваторов.
При применении стали хромо-никелевой стали необходимо иметь в виду, что она обладает склонностью к отпускной хрупкости особенно в интервале температур 450-550°C. Поэтому детали из этой стали следует после высокого отпуска охлаждать быстро (в воде или в масле). При в ведении в сталь 40ХН небольшого количества молибдена склонность к отпускной хрупкости понижается.
Рекомендации по применению стали 40Х для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур (ГОСТ 33260-2015)
| Марка стали | Закалка + отпуск при температуре, °С | Примерный уровень прочности, Н/мм (кгс/мм 2 ) | Температура применения не ниже, °С | Использование в толщине не более, мм |
| 40ХН | 500 | 1000(100) | -80 | 50 |
Температура критических точек, °С
Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)
| C | Si | Mn | Сr | Ni | P | S | Cu |
| не более | |||||||
| 0,36-0,44 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 | 0,45-0,75 | 1,00-1,40 | 0,035 | 0,035 | 0,30 |
Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)
| Массовая доля элементов, % | |||||||||
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | Al | Ti | V | В |
| 0,36-0,44 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 | 0,45-0,75 | 1,00-1,40 | — | — | — | — | — |
ПРИМЕЧАНИЕ: Знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если иное не указано в 7.1.2.3 (ГОСТ 4543-2016).
Рекомендуемые температуры закалки отожженной стали 40ХН при нагреве ТВЧ [1]
| Марка Стали | Температура нагрева в °C при скорости нагрева выше Ac1 град/сек | ||
| 30-60 | 100-200 | 400-500 | |
| Продолжительность нагрева выше Ac1 сек | |||
| 2-4 | 1,0-1,5 | 0,5-0,8 | |
| 40ХН | 900-940°C | 920-960°C | 960-1020°C |
Режим умягчающей обработки стали 40ХН [1]
| Марка Стали | Операция | Температура нагрева в °C | Условия охлаждения * |
| 40ХН | Отжиг | 800-820 | 30-40° С/ч |
Ориентировочные режимы термической обработки стали 40ХН [1]
| Марка Стали | Температура нагрева для закалки и нормализации в °C | Охлаждающая среда | Температура отпуска в °C | Механические свойства | |||
| Твердость | Предел прочности при растяжении σв в кГ/мм 2 | δ в % | |||||
| HB | HRC | ||||||
| 40ХН | 800-840 | Масло | 180-200 | — | 45-50 | 150 | 8 |
| 550-600 | 255-286 | — | 85-95 | 14-16 | |||
ПРИМЕЧАНИЕ. Охлаждение с указанной скоростью до 500°C, а затем на воздухе.
Ориентировочные режимы предварительной термической обработки стали 40ХН [2]
| Марка стали | Операция термической обработки | Температура, °C | Способ охлаждения | Твердость HB |
| 40ХН | Нормализация | 840-860 | На воздухе | 207-255 |
| Отжиг | 800-830 | Медленное | 187-241 |
Механические свойства
| Источник | Состояние поставки | Сечение, мм | КП | Предел текучести σ0,2, МПа | Предел прочности при растяжении σв, МПа | Относительное удлинение после разрыва δ5 (δ4), % | Относительное сужение ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HB, не более |
| не менее | |||||||||
| ГОСТ 4543-71 | Пруток. Закалка с 820°С в воде или масле; отпуск при 500°С, охл. в воде или масле | 25 | — | 785 | 980 | 11 | 45 | 69 | — |
| ГОСТ 8479-70 | Поковка. Нормализация | 100-300 | 315 | 315 | 570 | 14 | 35 | 34 | 167-207 |
| 300-500 | 12 | 30 | 29 | 167-207 | |||||
| 500-800 | 11 | 30 | 29 | 167-207 | |||||
| Поковка. Закалка+отпуск | 300-500 | 345 | 345 | 590 | 14 | 38 | 49 | 174-217 | |
| До 100 | 395 | 395 | 615 | 17 | 45 | 59 | 187-229 | ||
| 100-300 | 15 | 40 | 54 | ||||||
| 300-500 | 13 | 35 | 49 | ||||||
| 500-800 | 11 | 30 | 39 | ||||||
| До 100 | 440 | 440 | 635 | 16 | 45 | 59 | 197-235 | ||
| 100-300 | 14 | 40 | 54 | ||||||
| 300-500 | 13 | 35 | 49 | ||||||
| 500-800 | 11 | 30 | 39 | ||||||
| До 100 | 490 | 490 | 655 | 16 | 45 | 59 | 212-248 | ||
| 100-300 | 13 | 40 | 54 | ||||||
| До 100 | 540 | 540 | 685 | 15 | 45 | 59 | 223-262 | ||
| 100-300 | 13 | 40 | 49 | ||||||
| До 100 | 590 | 590 | 735 | 14 | 45 | 59 | 235-277 | ||
| 100-300 | 13 | 40 | 49 | ||||||
Механические свойства проката в зависимости от сечения [2]
| Сечение, мм | Предел текучести σ0,2, МПа | Предел прочности при растяжении σв, МПа | Относительное удлинение после разрыва δ5, % | Относительное сужение ψ, % | Твердость HB |
| 40 | 780 | 960 | 18 | 58 | 325 |
| 80 | 730 | 920 | 20 | 54 | 302 |
| 120 | 710 | 910 | — | 50 | 300 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Нормализация при 870-925°С; закалка с 790°С в масле; отпуск при 540°С.
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
| tотп, °С | Предел текучести σ0,2, МПа | Предел прочности при растяжении σв, МПа | Относительное удлинение после разрыва δ5, % | Относительное сужение ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HB |
| 400 | 1220 | 1370 | 10 | 41 | 32 | 387 |
| 600 | 1080 | 1160 | 14 | 51 | 46 | 302 |
| 600 | 760 | 910 | 20 | 60 | 83 | 241 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 820°С в масле.
Механические свойства при повышенных температурах
| tисп, °С | Предел прочности при растяжении σв, МПа | Относительное удлинение после разрыва δ5, % | Относительное сужение ψ, % |
| Нормализация при 850°С | |||
| 20 | 790 | 18 | 48 |
| 200 | 750 | — | 50 |
| 300 | 690 | 20 | — |
| 400 | 540 | 25 | 65 |
| 500 | 480 | 25 | 79 |
| 600 | 350 | 27 | 85 |
| Образец диаметром 6мм, длиной 30 мм, кованый и нормализованный. Скорость деформирования 50мм/мин, скорость деформации 0,031/c | |||
| 700 | 225 | 36 | 92 |
| 800 | 130 | 57 | 96 |
| 900 | 91 | 71 | 100 |
| 1000 | 62 | 75 | 100 |
| 1100 | 45 | 76 | 100 |
| 1200 | 31 | — | 100 |
Предел выносливости
| Характеристики прочности | σ-1, МПа | τ-1, МПа |
| Предел текучести σ0,2=780 МПа; Предел прочности при растяжении σв=980 МПа;НВ 300-320 | 490 | 294 |
| Предел текучести σ0,2=690 МПа; Предел прочности при растяжении σв=880 МПа;НВ 270-300 | 441 | 274 |
| Предел текучести σ0,2=570 МПа; Предел прочности при растяжении σв=780 МПа;НВ 200-240 | 392 | 235 |
| Предел прочности при растяжении σв=790 МПа; нормализация; НВ 197 | 314-392(n=10 7 ) | — |
Ударная вязкость KCU
| Состояние поставки | КСU, Дж/см 2 при температуре, °С | |||
| +20 | -20 | -40 | -60 | |
| Поковка 200×30мм. Закалка+отпуск | 116 | 116 | 93 | 80 |
ПРИМЕЧАНИЕ. σ 425 2,6/10000=103 МПа, σ 425 6/10000=138 МПа, σ 425 6,1/100000=69 МПа; σ 535 3,2/10000=21 МПа.
Технологические свойства
| Температура ковки, ° | Сначала 1250, конца 830. Сечения до 50 мм охлаждаются на воздухе, сечения от 51 до 200 мм — охлаждение в мульде, сечения с 201 до 300 мм — с печью. |
| Свариваемость | Трудносвариваемая. Способ сварки — РДС, АДС под флюсом, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка. |
| Обрабатываемость резанием | Kv тв.спл. = 1,0 и Kv б.ст. = 0,9 в горячекатанном состоянии при НВ 166-170 и Предел прочности при растяжении σв=690 МПа. |
| Флокеночувствительность | Повышенно чувствительна. |
| Склонность к отпускной хрупкости | Склонна |
Прокаливаемость
Полоса прокаливаемости для стали 40ХН после нормализации при 850°С и закалки с 820°С приведена на рисунке ниже.
Сталь Х12МФ инструментальная штамповая
Сталь Х12МФ является высоколегированной (высокохромистой) инструментальной полутеплостойкой сталью высокой твердости с повышенной износостойкостью. Данная сталь широко применяется для изготовления холодных штампов и других инструментов, деформирующих металл в холодном или относительно невысоко нагретом состоянии. Большинство высокохромистых штампованных сталей содержат в среднем 12% хрома (Cr) и высокий процент углерода. Это приводит к образованию большого количества хромистых карбидов (Cr7C3).
Именно большое количество карбидной фазы (при всех режимах термической обработки) и делает сталь высокоизносоустойчивой.
Сталь Х12МФ также обладает хорошей ковкостью и шлифуемостью [1].
Необходимую высокую твердость стали типа Х12 можно получить, закаливая
ее от высоких температур (1150 °C) в масле и получая, следовательно, большое количество остаточного аустенита, а затем путем обработки холодом и отпуска
добиваться разложения остаточного аустенита и получать высокую твердость (>60 HRC).
Но чаще сталь типа X12 закаливают с температур, дающих наибольшую твердость
после закалки (от 1050-1075 °C) и последующего низкого отпуска (при 150-180 °C).
Твердость в обоих случаях одинаковая (61-63 HRC), но в первом случае сталь
обладает более высокой красностойкостью, а во втором — большей прочностью.
Твердость стали Х12МФ достигает максимального значения (61-63 HRC) после закалки с 980-1020 °C; сталь сохраняет при этом зерно балла 10 и 15-20 % аустенита (что больше, чем у многих нетеплостойких сталей) [1].
При еще большем увеличении температуры закалки твердость снижается с 50-55 HRC и ниже из-за резкого повышения количества аустенита. С повышением температуры нагрева >1000-1020 °C прочность также снижается, вследствие роста зерен и влияния аустенита [1].
Предел упругости стали Х12МФ (для твердости 56-57 HRC) ~1300 МПа.
Сталь Х12МФ мало деформируются при закалке, а при применении термической доводки деформацию можно свести практически к нулю. Поэтому эту сталь следует рекомендовать для инструмента сложной формы, для которого деформация при закалке недопустима.
Молибден и ванадий в стали Х12МФ — необходимые добавки; они способствуют сохранению мелкого зерна и повышают прочность и вязкость [1].
Примерное назначение инструментальной легированной стали Х12МФ (ГОСТ 5950-2000)
- Для холодных штампов высокой устойчивости против истирания (преимущественно с рабочей частью округлой формы), не подвергающихся сильным ударам и толчкам;
- для волочильных досок и волок;
- глазки для калибрования пруткового металла под накатку резьбы;
- гибочные и формовочные штампы;
- сложные секций кузовных штампов, которые при закалке не должны подвергаться значительным объемным изменениям и короблению;
- матрицы и пуансоны вырубных и просечных штампов;
- штамповки активной части электрических машин и электромагнитных систем электрических аппаратов;
- для профилировочных роликов сложных форм;
- сложные дыропрошивочные матрицы при формовке листового металла;
- эталонные шестерени;
- накатные плашеки;
- волоки;
- матрицы и пуансоны вырубных, просечных штампов (в том числе совмещенных и последовательных) со сложной конфигурацией рабочих частей.
Температура критических точек, °C [4]
| Марка стали | Массовая доля элемента, % | |||||||
| углерода | кремния | марганца | хрома | вольфрама | наладим | молибдена | никеля | |
| Х12МФ | 1,45-1,65 | 0,10-0,40 | 0,15-0,45 | 11,00-12,50 | — | 0,15-0,30 | 0,40-0,60 | — |
Температура закалки стали Х12МФ [1]
| Закалка на первичную твердость | Закалка на вторичную твердость | ||
| t, °C | твердость, HRC | t, °C | твердость, HRC |
| 990-1010 * | 62-63 | 1080-1100 | 54-56 |
Режимы термической обработки стали Х12МФ [4]
- I — обычный режим;
- II — применяют, если обработка по режиму I не обеспечивает необходимой вязкости:
- III -для режущих инструментов, когда требуется износостойкость;
- IV — используют тогда, когда требуется неизменность размеров.
Режимы окончательной термической обработки [4]
Обработка холодом [1]
Такая обработка с охлаждением до -70 °C повышает твердость на 1-3 HRC и сопротивление пластической деформации, но снижает вязкость. Возрастание износостойкости при этом незначительно. Обработка холодом используется сравнительно редко для повышения предела выносливости, но при условии выполнения длительного отпуска, в большей степени снимающего создающиеся дополнительные напряжения.
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.
Читайте также:
- Хром ванадиевая сталь или s2
- Подставка под котел нержавеющая сталь
- Задвижка стальная для воды
- Едкий натр и сталь
- Детали трубопроводов стальные приварные