Анализ этих результатов, данных  заводской практики, а также исследований  свидетельствует, что в ряде  случаев стойкость тяжелонагруженных  инструментов весьма близка к пределу, ниже которого получение деталей обработкой давлением становится малорентабельным. 

    Требуемые эксплуатационные и  механические свойства.

    Материал  штампов соприкасается с горячим  металлом и нагревается, причем нагрев чередуется с охлаждением. Эффективность  использования таких прогрессивных  методов точного формообразования, как горячая объемная штамповка, прессование и литье под давлением, зависит от стойкости инструмента. С расширением номенклатуры обрабатываемых сплавов, увеличением производительности и мощности оборудования формообразующий инструмент испытывает возрастающие нагрузки. Требования к материалу инструмента непрерывно растут.

    Материал  для горячих штампов должен удовлетворять  комплексу требований. К ним в  первую очередь относятся высокая  прочность (не менее 1000 МПа), необходимая  для сохранения формы штампа при  высоких удельных давлениях во время деформирования, и высокая теплостойкость, позволяющая сохранить высокие твердость и прочностные свойства при длительном температурном воздействии. В рабочих условиях штамп должен деформировать заготовку, а не наоборот — заготовка деформировать штамп. Стали должны иметь достаточную вязкость для предупреждения поломок при ударном нагружении. Они должны обладать высоким сопротивлением термической усталости (разгаростойкости), сохраняя способность выдерживать многократные нагревы и охлаждения без образования сетки трещин. Горячештамповые стали должны иметь хорошую окалиностойкость и высокую прокаливаемость для обеспечения необходимых механических свойств по всему сечению, что особенно важно для массивных штампов.

    В соответствии с указанными требованиями для штампов горячего формообразования применяют легированные стали, содержащие 0,3—0,6 % углерода, подвергаемые закалке и отпуску при 550—680°С с целью получения трооститной и трооститно-сорбитной структуры.

    Для молотовых штампов применяют сталь 5ХНМ и ее аналоги: 5ХНВ, 5ХНТ, 5ХГМ. После закалки и отпуска при 550 °С сталь 5ХНМ при комнатной температуре имеет следующие механические свойства: σ_в = 1200-1300 МПа, δ= 10—12%, КСЦ = 0,4 МДж/м². При нагреве до 500 °С σ_в = 850-900 МПа. При температурах эксплуатации выше 500 °С стойкость инструмента из стали 5ХНМ резко падает.

    Высокая стойкость инструмента и наиболее эффективные методы его производства (изготовления) определяются соответственно основными и технологическими свойствами штамповых сталей.

    Основные  свойства сталей:

    1) высокая теплостойкость, определяющая  сопротивление стали пластической  деформации, смятию при нагреве  и характеризующаяся пределом  текучести сталей при температурах  деформирования; теплостойкость чаще  всего условно определяется температурой четырехчасового отпуска, после которого твердость стали составляет HRC 45;

    2) высокая вязкость, определяющая  сопротивление стали хрупкому  разрушению, которое проявляется  в образовании макротрещин и  трещин разгара, характеризуется,  чаще всего, ударной вязкостью;

    3) окалиностойкость и сопротивление  коррозии под напряжением, характеризующие  сопротивление стали износу, протекающему  в результате образования окалины  и химического взаимодействия  штампа и обрабатываемого материала.

    Технологические свойства сталей:

1. минимальная деформация при термической обработке;
2. широкий интервал закалочных температур;
3. высокая закаливаемость и прокаливаемость;
4. устойчивость против обезуглероживания и окисления;
5. удовлетворительная обрабатываемость давлением и резанием;
6. удовлетворительная шлифуемость.

Теоретическое обоснование выбора марки стали для матрицы (штампа горячего деформирования)

         При выборе сталей для  штампового инструмента необходимо учитывать условия работы и конструкцию  штампов, а также характер производства. Для массового производства выбирают, как правило, высококачественные стали, обеспечивающие высокую стойкость, что обуславливает уменьшение времени на смену и переналадку инструмента.

         При серийном производстве или при изготовлении деталей  малыми партиями выгоднее применять более дешевые стали. Поэтому необходимо учитывать размеры инструмента.

         Так же при выборе марки стали для штампового инструмента  руководствуются их механическими, эксплуатационными и технологическими свойствами, которые будут рассмотрены ниже, а также химическим составом.

         Для изготовления изделия, данного в задании (пуансона-матрицы) подходят несколько сталей: 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХГМ, 4Х5В2ФС, которые подходят для  работы в условиях ударных нагрузок, сопровождающихся нагревом. Сравним  их свойства.

         Таблица 2. Химический состав некоторых сталей.

 

       Таблица 4. Механические свойства сталей для  штампов горячего деформирования.

 

       Из-за высокой прокаливаемости она  может применяться для изготовления даже крупных (наибольшая сторона призматических заготовок 400-500 мм) штампов сложной формы. 5ХНМ сохраняет достаточно высокие механические свойства (σ_в=900 МПа, σ_0,2=650 МПа) до 500⁰С.

       Сталь 5ХГМ при одинаковой со сталью 5ХНМ  прокаливаемостью уступает ей в вязкости. Она предназначена для средних штампов (наибольшая сторона заготовок 300-400 мм).

       По  стойкости сталь 5ХНВ равноценна 5ХНМ, но имеет более низкую прокаливаемость, так как вольфрам повышает ее слабее, чем молибден. Эту сталь можно применять для изготовления небольших (сторона заготовок ~ 200 мм) и средних штампов.

       Сталь 4Х5В2ФС также обладают высокой прокаливаемостью и механическими свойствами, но очень дорогая.

       На  основании этих данных делаем вывод, что наиболее подходящая сталь – 5ХНМ. Она может иметь необходимую нам твердость, механические свойства, а так же наиболее выгодна с экономической точки зрения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2. Технологический маршрут термообработки штампа нижнего железнодорожного колеса.

       Операции:

       Входной контроль.

       Контроль  внешнего вида (изделие должно быть чистым, без следов масла, грязи, ржавчины, забоин и трещин), острые кромки притуплены фаской.

    

 

       Закалка

1. Установить 1 «кольцо» на приспособление

2. Установить второе кольцо сверху первого, переложив 2-мя технологическими

прокладками-планками (Рисунок 1)

3. Установить приспособление с деталями на загрузчике печи

4. Загрузить деталь в печь, прогретую до 650±30 °С

5. Выдержать при установленной температуре 3 часа

6. Поднять температуру в печи до 860°- 880 °С

7. Выдержать детали при температуре закалки 3,5 часа

8. Выгрузить из печи

9. Охладить в масле ( tмасла 30-50° С) при принудительной циркуляции 20 минут