Сталь марки 5ХНМ

Марка: 5ХНМ (заменители: 5ХНВ, 5ХГМ, 4ХМФС, 5ХНВС, 4Х5В2ФС) Класс: Сталь инструментальная штамповая Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5950-2000 , ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006. Калиброванный пруток ГОСТ 5950-2000 , ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованый пруток и серебрянка ГОСТ 5950-2000 , ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 4405-75 . Проволока ГОСТ 10543-98. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 5950-2000 , ГОСТ 1133-71, ГОСТ 7831-78. Использование в промышленности: молотовые штампы паровоздушных и пневматических молотов с массой падающих частей свыше 3 т, прессовые штампы и штампы машинной скоростной штамповки при горячем деформировании легких цветных сплавов, блоки матриц для вставок горизонтально-ковочных машин.

Химический состав в % стали 5ХНМ
C	0,5 - 0,6
Si	0,1 - 0,4
Mn	0,5 - 0,8
Ni	1,4 - 1,8
S	до 0,03
P	до 0,03
Cr	0,5 - 0,8
Mo	0,15 - 0,3
Cu	до 0,3
Fe	~95

Дополнительная информация и свойства

Термообработка: Закалка 850oC, масло, Отпуск 460 - 520oC. Температура ковки: ºС: начала 1240, конца 750. Сечения до 100 мм охлаждаются на воздухе, 101-350 мм - в яме. Твердость материала: HB 10 -1 = 241 МПа Температура критических точек: Ac1 = 730 , Ac3(Acm) = 780 , Ar3(Arcm) = 640 , Ar1 = 610 , Mn = 230 Свариваемость материала: не применяется для сварных конструкций. Флокеночувствительность: чувствительна. Склонность к отпускной хрупкости: не склонна. Обрабатываемость резанием: в отожженном состоянии при HB 286 и σв=900 МПа, К υ тв. спл=0,6 и Кυ б.ст=0,3

Твердость (ГОСТ 5950-73)
Состояние поставки, режимы термообработки	HRC∂
Прутки и полосы отожженные или высокоотпущенные Образцы Закалка 850 ºС, масло Отпуск 550 ºС Подогрев 700-750 ºС. Закалка 840-860 ºС, масло. Отпуск 400-480 ºС (режим окончательной термообработки) 500-550 ºС (режим окончательной термообработки)	До (241) Св. 36 44-48 40-43

Механические свойства стали 5ХНМ в зависимости от сечения
Сечение, мм	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ4 (%)	ψ %	KCU (Дж / см2)	Твердость
						поверхностн HRC∂	сердцевины НВ
Закалка 850 ºС, масло. Отпуск 460-520 ºС
до 100 100-200 200-300 300-500 500-700	--- 1420 1270 1130 930	--- 1570 1470 1320 1180	--- 9 11 12 15	--- 35 38 36 40	--- 34 44 49 78	57 42-47 40-44 37-42 35-39	--- 375-429 352-397 321-375 302-341

Твердость стали 5ХНМ в зависимости от температуры отпуска
Температура отпуска, °С	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU (Дж / cм2)	HB (HRC∂)
Закалка 850 ºС, масло. Выдержка при отпуске 2 ч
400 450 500 550	1370 1400 1270 1180	1570 1490 1370 1310	10 --- --- ---	40 36 36 35	33 37 46 59	(47) (45) (43) (40)
Закалка 840 - 860 ºС, масло или вода масло
450-510 500-550 560-600	--- --- ---	--- --- ---	--- --- ---	--- --- ---	--- --- ---	415-477 341-388 285-321

Твердость стали 5ХНМ в зависимости от температуры испытания
Температура испытания, °С	HRC∂
Закалка 850 ºС. Отпуск 450 ºС
400 500 550 600	43 39 37 26
Закалка 850 ºС. Отпуск 500 ºС
400 500 550 600	39 28 --- 26

Теплостойкость
Температура, ºС	Время, ч	HRC∂
590	4	37

Физические свойства стали 5ХНМ
T (Град)	E 10- 5 (МПа)	a 10 6 (1/Град)	l (Вт/(м·град))	r (кг/м3)	C (Дж/(кг·град))	R 10 9 (Ом·м)
20
100			38			300
200		12.6	40			250
300			42			200
400			42			160
500			44
600		14.2	46

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. 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 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 Н_в = 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 R_с = 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.