Главная  >  Справочник  >  Сталь инструментальная штамповая 5ХНМ

Сталь инструментальная штамповая марки 5ХНМ: описание, свойства и применение

Сталь 5ХНМ – это инструментальная штамповая сталь, широко применяемая для изготовления штампов горячего деформирования. Она отличается высокой прочностью, износостойкостью и устойчивостью к термической усталости, что делает её незаменимой в условиях высоких температур и циклических нагрузок.

 

Свойства стали 5ХНМ:

• Высокая прочность: Сталь 5ХНМ обладает высокой прочностью, позволяющей ей выдерживать значительные нагрузки при горячей деформации металла.
• Износостойкость: Легирующие элементы в составе стали обеспечивают её высокую износостойкость, что продлевает срок службы инструментов.
• Устойчивость к термической усталости: Сталь 5ХНМ сохраняет свои механические свойства при многократном нагреве и охлаждении, что особенно важно для штампов горячего деформирования.
• Прокаливаемость: Хорошая прокаливаемость позволяет получать равномерную структуру по сечению изделия после термической обработки.
• Умеренная теплостойкость: Сталь сохраняет свои свойства при температурах до 400-500 °С.
• Свариваемость: Ограниченно свариваемая, требуется предварительный подогрев и последующая термообработка.

Химический состав стали 5ХНМ (ГОСТ 5950-2000):

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.50 - 0.60
Хром (Cr)	0.70 - 1.00
Никель (Ni)	1.20 - 1.60
Марганец (Mn)	0.20 - 0.50
Кремний (Si)	0.20 - 0.50
Молибден (Mo)	0.20 - 0.30
Сера (S)	≤ 0.030
Фосфор (P)	≤ 0.030
Медь (Cu)	≤ 0.30

Расшифровка обозначения:

• 5 – содержание углерода около 0,5%;
• Х – наличие хрома;
• Н – наличие никеля;
• М – наличие молибдена.
• Цифры после букв указывают примерное содержание элемента в процентах.

Механические свойства стали 5ХНМ (ГОСТ 5950-2000, после закалки и отпуска):

Свойство	Значение
Предел прочности (σв), МПа	1270-1470
Предел текучести (σт), МПа	1080-1280
Относительное удлинение (δ5), %	10-12
Относительное сужение (ψ), %	40-50
Ударная вязкость (KCU), Дж/см²	20-40
Твердость по Роквеллу (HRC), после закалки и отпуска	48-52

Примечание: Механические свойства могут варьироваться в зависимости от режима термической обработки и размеров заготовки.

Физические свойства стали 5ХНМ:

Свойство	Значение
Плотность, кг/м³	7850
Модуль упругости, ГПа	210
Коэффициент линейного расширения, 1/°С (20-100°С)	11.7 * 10⁻⁶
Теплопроводность, Вт/(м*°С)	29
Удельная теплоемкость, Дж/(кг*°С)	460
Электрическое сопротивление, мкОм*м	0.24

Сферы применения стали 5ХНМ:

Сталь 5ХНМ используется для изготовления:

• Штампов горячего деформирования: для производства поковок, штамповок из углеродистых и легированных сталей, цветных сплавов.
• Пресс-форм: для литья под давлением цветных сплавов.
• Инструмента для высадки на горизонтально-ковочных машинах: пуансоны, матрицы.
• Инструмента для обработки металлов давлением: дорны, оправки, прошивные и калибровочные кольца.
• Деталей машин, работающих при высоких температурах и циклических нагрузках.
• Инструмента для кузнечно-прессового оборудования.
• Молотовых штампов.
• Экструзионных инструментов.

Благодаря своей прочности и устойчивости к термической усталости, сталь 5ХНМ широко применяется в машиностроении, автомобильной промышленности, авиастроении и других отраслях, где требуется производство деталей методом горячей деформации.

Виды металлопроката из стали 5ХНМ:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката, используемый для изготовления различных деталей и заготовок.
• Поковка: Используется для изготовления деталей сложной формы, требующих высокой прочности и износостойкости.
• Квадрат: Применяется в строительстве и машиностроении для изготовления элементов конструкций.
• Полоса: Используется для изготовления режущего инструмента, пружин и других деталей.
• Лист: Применяется для изготовления штампов и других изделий, требующих плоской поверхности.

ГОСТы, регламентирующие сталь 5ХНМ и металлопрокат из неё:

• ГОСТ 5950-2000: Сталь сортовая, калиброванная, шлифованная, с обработкой поверхности специальной отделкой из инструментальной легированной стали. Общие технические условия. (Основной ГОСТ, определяющий химический состав и механические свойства стали 5ХНМ).
• ГОСТ 2590-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент.
• ГОСТ 2591-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент.
• ГОСТ 103-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент.
• ГОСТ 4405-75: Полосы горячекатаные и кованые из инструментальной стали. Сортамент.
• ГОСТ 7417-75: Сталь калиброванная круглая. Сортамент.
• ГОСТ 8560-78: Сталь калиброванная шестигранная. Сортамент.
• ГОСТ 1133-71: Сталь кованая круглая и квадратная. Сортамент.

Операции в цехах, производимые с использованием материалов из стали 5ХНМ:

Сталь 5ХНМ широко используется в различных цехах металлообрабатывающих предприятий, где применяются операции, требующие высокой прочности, износостойкости и устойчивости к термической усталости инструмента. Вот некоторые примеры:

• Кузнечный цех:
  • Горячая штамповка: Изготовление поковок сложной формы с использованием штампов из стали 5ХНМ. Штампы должны выдерживать высокие температуры и ударные нагрузки.
  • Высадка: Формирование головок болтов, винтов и других крепежных элементов на горизонтально-ковочных машинах. Инструмент (пуансоны, матрицы) изготавливается из стали 5ХНМ.
  • Ковка: Формирование заготовок требуемой формы под воздействием ударов молота. Инструмент для ковки (подкладные бабки, бойки) также может быть изготовлен из стали 5ХНМ.
• Прессовый цех:
  • Горячее прессование: Изготовление деталей путем продавливания металла через отверстие в матрице. Матрицы и пуансоны изготавливаются из стали 5ХНМ.
  • Литье под давлением: Изготовление деталей из цветных сплавов путем впрыска расплавленного металла в пресс-форму под высоким давлением. Пресс-формы изготавливаются из стали 5ХНМ.
• Инструментальный цех:
  • Изготовление штампов и пресс-форм: Этот цех является основным потребителем стали 5ХНМ, так как здесь производятся инструменты для других цехов.
  • Ремонт и восстановление инструмента: Изношенные штампы и пресс-формы из стали 5ХНМ могут быть восстановлены путем наплавки, сварки или других методов.
• Термический цех:
  • Термическая обработка изделий из стали 5ХНМ: Закалка, отпуск, отжиг для достижения требуемых механических свойств. Правильный выбор режима термообработки критически важен для обеспечения долговечности инструмента.
• Механический цех:
  • Обработка резанием: Сталь 5ХНМ может быть подвергнута различным видам механической обработки: точению, фрезерованию, шлифованию. Это необходимо для придания инструменту окончательной формы и размеров.
  • Шлифовка и полировка: Финишная обработка поверхности штампов и пресс-форм для обеспечения высокой точности и качества поверхности изделий.

Влияние термической обработки на свойства стали 5ХНМ:

Термическая обработка играет ключевую роль в формировании свойств стали 5ХНМ. Правильно подобранный режим позволяет получить оптимальное сочетание прочности, твердости, износостойкости и вязкости.

• Закалка: Нагрев стали до температуры аустенизации (840-860°C) и быстрое охлаждение в масле или воде. В результате закалки получается мартенситная структура, обладающая высокой твердостью, но низкой вязкостью.
• Отпуск: Нагрев закаленной стали до температуры 500-650°C. Отпуск снижает внутренние напряжения, повышает вязкость и ударную вязкость, при этом незначительно снижается твердость. В зависимости от температуры отпуска можно получить различные сочетания свойств.
• Отжиг: Нагрев стали до температуры выше температуры рекристаллизации (750-800°C) и медленное охлаждение. Отжиг снижает твердость и улучшает обрабатываемость стали резанием.

 

Сталь 5ХНМ – это высококачественная инструментальная сталь, обладающая уникальным сочетанием свойств, что делает её незаменимой в различных отраслях промышленности. Правильный выбор режима термической обработки и технологии изготовления инструмента позволяет получить максимальную отдачу от использования этой стали.