Главная  >  Справочник  >  Сталь инструментальная штамповая 4Х5МФС

Сталь инструментальная штамповая марки 4Х5МФС: описание, свойства и применение

Сталь 4Х5МФС – это высоколегированная инструментальная штамповая сталь, обладающая уникальным сочетанием свойств, делающих ее незаменимой в широком спектре производственных процессов. Ее выдающаяся износостойкость, высокая прочность, термическая стабильность и способность сохранять режущие свойства при повышенных температурах обеспечивают долговечность и надежность инструментов, используемых в самых тяжелых условиях. Эта марка стали является оптимальным выбором для изготовления штампов горячего деформирования, пресс-форм и других инструментов, подвергающихся интенсивным нагрузкам и нагреву.

Ключевые свойства и преимущества стали 4Х5МФС:

• Высокая износостойкость: Обеспечивает длительный срок службы инструмента даже при интенсивной эксплуатации.
• Высокая прочность: Позволяет выдерживать значительные нагрузки без деформации и разрушения.
• Термическая стабильность: Сохраняет структуру и свойства при высоких температурах, что критически важно для инструментов горячего деформирования.
• Высокая твердость: Обеспечивает отличную режущую способность и стойкость к абразивному износу.
• Хорошая прокаливаемость: Обеспечивает равномерную твердость по сечению изделия.
• Умеренная теплостойкость: Позволяет использовать инструмент при повышенных температурах без потери эксплуатационных характеристик.
• Стойкость к отпускной хрупкости: Предотвращает охрупчивание стали при отпуске, обеспечивая стабильность свойств.
• Минимальное изменение размеров при термообработке: Обеспечивает высокую точность изготовления инструмента.
• Удовлетворительная обрабатываемость резанием: Позволяет производить механическую обработку стали с использованием стандартного оборудования.

Химический состав стали 4Х5МФС (ГОСТ 5950-2000):

Элемент	Содержание (%)
Углерод (C)	0.35 - 0.45
Хром (Cr)	4.50 - 5.50
Марганец (Mn)	0.20 - 0.50
Кремний (Si)	0.20 - 0.50
Молибден (Mo)	1.20 - 1.60
Ванадий (V)	0.90 - 1.20
Никель (Ni)	до 0.60
Медь (Cu)	до 0.30
Сера (S)	до 0.030
Фосфор (P)	до 0.030

Расшифровка обозначения стали 4Х5МФС:

• 4 – среднее содержание углерода в сотых долях процента (0.4%).
• Х – хром, содержание около 5%.
• 5 – содержание хрома (Cr) примерно 5%.
• М – молибден, содержание около 1%.
• Ф – ванадий, содержание около 1%.
• С – кремний, содержание около 1%.

Механические свойства стали 4Х5МФС (ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 1133-71 - в зависимости от вида проката и режима термообработки):

• Предел прочности (временное сопротивление) σ_в: 1100 - 1400 МПа (в зависимости от термообработки)
• Предел текучести σ_т: 900 - 1200 МПа (в зависимости от термообработки)
• Относительное удлинение при разрыве δ₅: 8 - 12% (в зависимости от термообработки)
• Относительное сужение ψ: 30 - 45% (в зависимости от термообработки)
• Ударная вязкость KCU: 15 - 30 Дж/см² (в зависимости от термообработки)
• Твердость HRC_э: 56 - 62 (после закалки и отпуска)

Физические свойства стали 4Х5МФС:

• Плотность: 7740 кг/м³
• Модуль упругости: 210 ГПа
• Коэффициент линейного расширения (α):
  • 11.5 x 10^-6 / °C (20-100 °C)
  • 12.5 x 10^-6 / °C (20-400 °C)
  • 13.5 x 10^-6 / °C (20-600 °C)
• Теплопроводность (λ):
  • 29 Вт/(м·°C) при 20 °C
  • 33 Вт/(м·°C) при 400 °C
• Удельная теплоемкость (c): 460 Дж/(кг·°C)
• Температура ковки:
  • Начала: 1100 °C
  • Конца: 850 °C
• Температура критических точек:
  • Ac1: 820 °C
  • Ac3: 880 °C
  • Ms: 250 °C

Виды металлопроката из стали 4Х5МФС:

Сталь 4Х5МФС поставляется в различных видах металлопроката, что позволяет подобрать оптимальный вариант для конкретной задачи:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката, используемый для изготовления осей, валов, пуансонов, оправок и других деталей. (ГОСТ 2590-2006)
• Квадрат: Используется для изготовления различных деталей, требующих высокой прочности и износостойкости. (ГОСТ 2591-2006)
• Полоса: Применяется для изготовления ножей, лезвий, штампов и других режущих инструментов. (ГОСТ 4405-75)
• Поковки: Используются для изготовления крупногабаритных деталей сложной формы, требующих высокой прочности и износостойкости. (ГОСТ 8479-70)
• Сортовой и фасонный прокат: Включает в себя различные профили, такие как уголки, швеллеры, двутавры и другие, которые могут быть использованы для изготовления конструкционных элементов. (ГОСТ 19265-73)
• Листовой прокат: Реже используется, но может применяться для изготовления деталей, требующих высокой износостойкости и термической стабильности.

Сферы применения стали 4Х5МФС:

Благодаря своим уникальным свойствам, сталь 4Х5МФС нашла широкое применение в различных отраслях промышленности:

• Горячее деформирование:
  • Изготовление штампов для горячей штамповки (ковки, высадки).
  • Пресс-формы для литья под давлением цветных металлов.
  • Инструмент для обработки металлов давлением при повышенных температурах.
  • Штампы для горячей обрезки и прошивки.
• Холодное деформирование:
  • Небольшие штампы для холодной штамповки (вырубки, гибки).
  • Ролики для холодной прокатки.
  • Инструмент для волочения проволоки.
• Машиностроение:
  • Изготовление валков холодной прокатки.
  • Ножи для гильотин.
  • Пуансоны и матрицы.
  • Изготовление деталей, работающих при повышенных температурах и подверженных износу.
• Авиационная промышленность:
  • Детали двигателей.
  • Компоненты турбин.
  • Инструмент для обработки жаропрочных сплавов.
• Энергетика:
  • Детали паровых турбин.
  • Компоненты газовых турбин.
  • Инструмент для обслуживания энергетического оборудования.
• Нефтегазовая промышленность:
  • Буровые инструменты.
  • Детали насосов.
  • Компоненты оборудования для переработки нефти и газа.
• Производство пластмасс:
  • Пресс-формы для литья пластмасс под давлением.
  • Экструзионные головки.
  • Инструмент для обработки пластмасс.
• Деревообработка:
  • Ножи для деревообрабатывающих станков.
  • Фрезы.
  • Пилы.

ГОСТы, регламентирующие производство и применение стали 4Х5МФС и металлопроката из нее:

• ГОСТ 5950-2000: Сталь сортовая инструментальная легированная. Общие технические условия. (Основной стандарт, определяющий химический состав и общие требования к стали 4Х5МФС)
• ГОСТ 2590-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент. (Определяет сортамент круглого проката из стали 4Х5МФС)
• ГОСТ 2591-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент. (Определяет сортамент квадратного проката из стали 4Х5МФС)
• ГОСТ 4405-75: Полосы горячекатаные и кованые из инструментальной стали. Сортамент. (Определяет сортамент полос из стали 4Х5МФС)
• ГОСТ 8479-70: Поковки из конструкционной и инструментальной стали. Общие технические условия. (Регламентирует требования к поковкам из стали 4Х5МФС)
• ГОСТ 19265-73: Прутки и полосы из быстрорежущей стали. Технические условия. (Может распространяться на сталь 4Х5МФС при изготовлении определенных видов инструмента)
• ГОСТ 1133-71: Сталь кованая круглая и квадратная. Сортамент. (Определяет сортамент кованого проката из стали 4Х5МФС)
• ГОСТ 14959-2016: Прокат сортовой, калиброванный со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной и легированной стали. Общие технические условия. (Общие требования к сортовому прокату, включая сталь 4Х5МФС)

Операции в цехах, использующие материалы из стали 4Х5МФС:

Сталь 4Х5МФС широко используется в различных операциях, выполняемых в цехах металлообрабатывающих предприятий:

• Кузнечно-прессовый цех:
  • Горячая штамповка: Изготовление поковок различных деталей с использованием штампов из стали 4Х5МФС.
  • Ковка: Формирование заготовок путем пластической деформации под воздействием ударов или давления.
• Инструментальный цех:
  • Изготовление штампов: Производство штампов для горячей и холодной штамповки, а также пресс-форм для литья под давлением.
  • Изготовление режущего инструмента: Производство ножей, лезвий, фрез, сверл и других режущих инструментов.
  • Термическая обработка инструмента: Закалка, отпуск и другие виды термообработки для придания инструменту необходимых свойств.
• Механический цех:
  • Токарная обработка: Обработка заготовок на токарных станках для придания им необходимой формы и размеров.
  • Фрезерная обработка: Обработка заготовок на фрезерных станках для получения сложных поверхностей и контуров.
  • Шлифовальная обработка: Доводка поверхности деталей до требуемой шероховатости и точности размеров.
  • Сверление: Создание отверстий в заготовках с использованием сверл из быстрорежущей стали.
  • Расточка: Увеличение диаметра отверстий с использованием расточных инструментов.
• Литейный цех:
  • Литье под давлением: Изготовление деталей из цветных металлов с использованием пресс-форм из стали 4Х5МФС.
• Термический цех:
  • Закалка: Нагрев стали до определенной температуры с последующим быстрым охлаждением для повышения твердости и прочности.
  • Отпуск: Нагрев закаленной стали до определенной температуры для снижения хрупкости и повышения пластичности.
  • Отжиг: Нагрев стали до определенной температуры с последующим медленным охлаждением для снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости.
  • Нормализация: Нагрев стали до определенной температуры с последующим охлаждением на воздухе для улучшения структуры и свойств.

Рекомендации по термообработке стали 4Х5МФС:

Правильная термообработка является ключевым фактором, определяющим эксплуатационные характеристики инструмента из стали 4Х5МФС. Рекомендуемые режимы термообработки:

• Предварительный отжиг: Для снятия внутренних напряжений после механической обработки.
• Закалка: Нагрев до 1020-1050 °C, охлаждение в масле или на воздухе.
• Отпуск: Проводится 2-3 раза при температуре 500-650 °C для достижения оптимального сочетания твердости и вязкости. Температура отпуска выбирается в зависимости от требуемой твердости и условий эксплуатации инструмента.

 

Сталь 4Х5МФС – это надежный и проверенный временем материал, широко используемый в различных отраслях промышленности. Ее уникальное сочетание свойств делает ее незаменимой для изготовления инструментов, работающих в тяжелых условиях и подвергающихся высоким нагрузкам и температурам. Правильный выбор режима термообработки и соблюдение технологических процессов обработки позволяют получить инструмент с оптимальными эксплуатационными характеристиками и длительным сроком службы. Использование качественного металлопроката из стали 4Х5МФС – залог успешного производства и высокого качества выпускаемой продукции.