Главная  >  Справочник  >  Сталь инструментальная штамповая 4Х5В2ФС

Сталь инструментальная штамповая марки 4Х5В2ФС: описание, свойства и применение

Сталь 4Х5В2ФС относится к классу инструментальных штамповых сталей и обладает уникальным сочетанием свойств, делающих её незаменимой в производстве широкого спектра штампов и инструментов, работающих в условиях высоких температур и значительных нагрузок. Благодаря своему легированному составу, эта сталь демонстрирует превосходную износостойкость, высокую прочность и сохранение твердости при нагреве.

Свойства стали 4Х5В2ФС

 

Основные преимущества:

• Высокая износостойкость: Обеспечивается высоким содержанием углерода и легирующих элементов, формирующих твердые карбиды.
• Жаростойкость: Способность сохранять прочность и твердость при высоких температурах (до 600°C), что делает ее идеальной для горячей деформации.
• Прокаливаемость: Хорошая прокаливаемость обеспечивает равномерную твердость в сечении крупных деталей.
• Теплостойкость: Устойчивость к образованию трещин и деформаций при резких перепадах температур.
• Умеренная обрабатываемость резанием: Хотя сталь обладает высокой твердостью, она поддается обработке резанием с использованием соответствующих инструментов и режимов.
• Незначительная склонность к обезуглероживанию: Потеря углерода с поверхности при нагреве минимальна, что упрощает термическую обработку.

Недостатки:

• Склонность к отпускной хрупкости: При определенных режимах отпуска может снижаться ударная вязкость.
• Сложность шлифования: Высокая твердость стали затрудняет процесс шлифования.
• Стоимость: Легированный состав делает сталь дороже углеродистых инструментальных сталей.
•  

Химический состав стали 4Х5В2ФС (ГОСТ 5950-2000)

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.35 - 0.45
Кремний (Si)	0.20 - 0.50
Марганец (Mn)	0.20 - 0.50
Хром (Cr)	4.50 - 5.50
Вольфрам (W)	1.80 - 2.30
Ванадий (V)	0.80 - 1.20
Сера (S)	до 0.030
Фосфор (P)	до 0.030
Медь (Cu)	до 0.30
Никель (Ni)	до 0.35

 

Расшифровка обозначения:

• 4 – указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента (0.4%).
• Х – Хром (Cr), около 5%. Хром повышает прокаливаемость, износостойкость и коррозионную стойкость.
• В – Вольфрам (W), около 2%. Вольфрам повышает жаростойкость, твердость и износостойкость.
• Ф – Ванадий (V), около 1%. Ванадий измельчает зерно, повышает прочность и износостойкость.
• С – Кремний (Si), указывает на повышенное содержание кремния. Кремний повышает прочность и упругость.

 

Механические свойства стали 4Х5В2ФС

Механические свойства стали 4Х5В2ФС зависят от режима термической обработки. Ниже приведены типичные значения для закаленной и отпущенной стали:

Свойство	Значение
Твердость после закалки и отпуска (HRC)	56-60
Предел прочности при растяжении (σв), МПа	1600-2000 (зависит от температуры отпуска)
Предел текучести (σт), МПа	1400-1800 (зависит от температуры отпуска)
Относительное удлинение (δ5), %	5-10
Относительное сужение (ψ), %	15-25
Ударная вязкость (KCU), Дж/см2	15-30 (зависит от температуры отпуска; при отпуске в интервале 450-550°C возможно снижение ударной вязкости из-за отпускной хрупкости, поэтому рекомендуется избегать этого интервала или проводить высокий отпуск при более высоких температурах с последующим охлаждением)

 

 

Физические свойства стали 4Х5В2ФС

Свойство	Значение
Плотность (ρ), кг/м3	7740
Модуль упругости (E), ГПа	210
Коэффициент линейного расширения (α), 1/°C	11.5 x 10-6 (в диапазоне 20-100°C)
Теплопроводность (λ), Вт/(м·°C)	29 (при 20°C)
Удельная теплоемкость (c), Дж/(кг·°C)	460 (при 20°C)
Электрическое сопротивление (ρ), мкОм·м	0.24 (при 20°C)
Температура ковки, °С	Начало 1100-1150, конец 850-900

 

 

Сферы применения стали 4Х5В2ФС

Сталь 4Х5В2ФС широко используется в различных отраслях промышленности благодаря своим уникальным свойствам. Основные области применения включают:

• Производство штампов горячей деформации:
  • Пресс-формы для литья под давлением цветных сплавов.
  • Штампы для горячей штамповки (высадки) крепежа (болты, гайки и т.д.).
  • Инструмент для горячей объемной штамповки.
  • Экструзионные матрицы.
  • Инструмент для прошивки и вытяжки.
• Изготовление инструмента для обработки металлов давлением:
  • Дорны для горячей прошивки труб.
  • Пуансоны и матрицы для холодной штамповки.
  • Ролики для холодной прокатки.
• Производство инструмента для обработки дерева:
  • Ножи для гильотинных ножниц по металлу.
  • Фрезы для обработки древесины твердых пород.
• Производство измерительного инструмента:
  • Калибры.
  • Шаблоны.
• Изготовление деталей машин, работающих при повышенных температурах:
  • Клапаны двигателей внутреннего сгорания.
  • Детали турбин.
• Производство ножей:
  • Охотничьи ножи
  • Ножи для выживания
  • Тактические ножи

 

Виды металлопроката из стали 4Х5В2ФС

Сталь 4Х5В2ФС поставляется в виде различных видов металлопроката, включая:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката, используемый для изготовления штампов, пуансонов, осей и других деталей.
• Квадрат: Применяется для изготовления различных деталей, требующих высокой прочности.
• Полоса: Используется для изготовления ножей, режущих инструментов и других плоских деталей.
• Плита: Применяется для изготовления крупных штампов и формообразующих деталей.
• Поковка: Используется для изготовления деталей сложной формы, требующих высокой прочности и износостойкости.

 

ГОСТы, регламентирующие сталь 4Х5В2ФС и металлопрокат из неё

 

• ГОСТ 5950-2000: Сталь сортовая инструментальная. Общие технические условия. (Регламентирует химический состав стали 4Х5В2ФС)
• ГОСТ 2590-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент.
• ГОСТ 2591-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент.
• ГОСТ 4405-75: Полосы горячекатаные и кованые из инструментальной стали. Сортамент.
• ГОСТ 7417-75: Сталь калиброванная круглая. Сортамент.
• ГОСТ 103-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент.
• ГОСТ 8559-75: Сталь калиброванная квадратная. Сортамент.
• ГОСТ 1133-71: Сталь кованая круглая и квадратная. Сортамент.
• ГОСТ 14959-2016: Прокат сортовой, калиброванный со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной и легированной стали. Общие технические условия.

Операции в цехах с использованием стали 4Х5В2ФС

 

При производстве изделий из стали 4Х5В2ФС в цехах выполняются следующие основные операции:

1. Подготовка заготовки:
   • Резка: Разрезание металлопроката на заготовки нужной длины (ленточнопильные станки, отрезные круги).
   • Правка: Устранение кривизны заготовок (правильные станки).
2. Механическая обработка:
   • Токарная обработка: Придание заготовке нужной формы и размеров (токарные станки).
   • Фрезерная обработка: Формирование плоскостей, пазов, канавок (фрезерные станки).
   • Сверление: Создание отверстий (сверлильные станки).
   • Шлифование: Достижение высокой точности размеров и шероховатости поверхности (шлифовальные станки).
   • Электроэрозионная обработка (ЭЭО): Создание сложных форм и полостей, особенно в закаленном состоянии (ЭЭО станки).
3. Термическая обработка:
   • Закалка: Нагрев до температуры 1020-1050°C с последующим охлаждением в масле или на воздухе для получения высокой твердости.
   • Отпуск: Нагрев до температуры 500-650°C (в зависимости от требуемой твердости и вязкости) для снятия внутренних напряжений и повышения ударной вязкости. Важно избегать отпуска в диапазоне 450-550°C из-за возможной отпускной хрупкости.
   • Отжиг: Для снятия внутренних напряжений после механической обработки и подготовки к закалке.
4. Контроль качества:
   • Измерение твердости: Проверка соответствия твердости требуемым значениям (твердомеры).
   • Дефектоскопия: Выявление внутренних дефектов (ультразвуковой контроль, магнитопорошковый контроль).
   • Контроль размеров: Проверка соответствия размеров чертежам (измерительные инструменты).
5. Финишная обработка:
   • Шлифование: Окончательная обработка поверхности для достижения требуемой шероховатости.
   • Полировка: Придание поверхности зеркального блеска.
   • Покрытие: Нанесение защитных или декоративных покрытий (например, оксидирование, нитрирование, хромирование) для повышения коррозионной стойкости и износостойкости.

Подробное описание операций:

 

• Резка: Для резки проката из стали 4Х5В2ФС применяются различные методы, в зависимости от размеров и требований к качеству поверхности реза. Ленточнопильные станки обеспечивают точный и чистый рез, особенно для заготовок большого сечения. Отрезные круги используются для более быстрой резки, но качество поверхности может быть ниже.
• Токарная обработка: На токарных станках выполняются операции обточки, расточки, подрезки торцов и нарезания резьбы. Важно использовать твердосплавные резцы с износостойким покрытием и применять охлаждающие жидкости для снижения температуры резания и увеличения срока службы инструмента.
• Фрезерная обработка: Фрезерные станки используются для создания сложных контуров, пазов, канавок и плоскостей. Для обработки стали 4Х5В2ФС применяют концевые, торцевые и фасонные фрезы из быстрорежущей стали или твердого сплава. Рекомендуется использовать СОЖ для охлаждения и смазки зоны резания.
• Шлифование: Шлифование является важной операцией для достижения высокой точности размеров и шероховатости поверхности. Используются абразивные круги из электрокорунда или карбида кремния. Важно выбирать правильный зернистость и твердость круга, а также использовать охлаждающие жидкости для предотвращения перегрева поверхности.
• Электроэрозионная обработка (ЭЭО): ЭЭО является незаменимым методом для создания сложных полостей и контуров в закаленной стали 4Х5В2ФС. Процесс основан на выжигании металла электрическими разрядами между электродом-инструментом и заготовкой. ЭЭО позволяет получить высокую точность и шероховатость поверхности, а также обрабатывать труднодоступные места.
• Термическая обработка: Термическая обработка является ключевым этапом в производстве изделий из стали 4Х5В2ФС. Закалка придает стали высокую твердость и износостойкость, а отпуск снижает внутренние напряжения и повышает ударную вязкость. Важно соблюдать режимы нагрева, выдержки и охлаждения, чтобы получить оптимальные свойства материала.
• Контроль качества: Контроль качества включает в себя визуальный осмотр, измерение размеров, проверку твердости и выявление дефектов. Для измерения твердости используются твердомеры по Роквеллу или Виккерсу. Для выявления внутренних дефектов применяются ультразвуковой контроль и магнитопорошковый контроль.
• Финишная обработка: Финишная обработка включает в себя шлифование, полировку и нанесение покрытий. Шлифование и полировка позволяют достичь высокой шероховатости поверхности. Нанесение покрытий повышает коррозионную стойкость, износостойкость и придает изделию эстетичный вид.
•  

Важные замечания:

• При работе со сталью 4Х5В2ФС необходимо соблюдать технику безопасности и использовать средства индивидуальной защиты (очки, перчатки, спецодежду).
• При выборе режимов обработки необходимо учитывать свойства стали и требования к готовому изделию.
• Рекомендуется использовать качественный инструмент и оборудование для обеспечения высокой точности и производительности.
• Важно контролировать качество на всех этапах производства, чтобы избежать брака и обеспечить соответствие готового изделия требованиям.

 

Правильный выбор режимов обработки и соблюдение технологических требований позволяют получить изделия из стали 4Х5В2ФС с оптимальными свойствами и высокой надежностью.