Содержание страницы
Детали из сплавов на основе тугоплавких металлов применяют для работы при значительных нагрузках и температурах > 1100 °С, при которых сплавы на основе железа, никеля и кобальта разупрочняются. Поэтому высокожаропрочные хромовые, ниобиевые, молибденовые и вольфрамовые сплавы получили широкое распространение для изготовления деталей летательных аппаратов, в радиоэлектронике и других областях промышленности.
При температурах > 1000 °С пластичность тугоплавких металлов и их сплавов изменяется незначительно в отличие от никелевых сплавов, которые «ползут» даже при небольших нагрузках. Высокое сопротивление ползучести сплавов на основе тугоплавких металлов сохраняется вплоть до 1500 °С.
Общим недостатком тугоплавких металлов и их сплавов является сильная окисляемость (или поглощение азота) при нагревании на воздухе. Для повышения работоспособности деталей, изготовленных из этих материалов, применяют специальные защитные покрытия.
1. Сплавы на основе кобальта
Сплавы на основе кобальта по жаропрочности несколько выше, чем сплавы на основе никеля. Наиболее распространенным деформируемым сплавом на основе кобальта является сплав ВК36А (ЭИ 416). Его используют для изготовления турбинных лопаток газотурбинных двигателей, работающих при температурах ~ 800 °С. После горячей деформации сплав имеет структуру твердого раствора (аустенит) и карбидов. В процессе термообработки сплав подвергается закалке на твердый раствор с последующим старением. Рекомендуемая термообработка: закалка с нагревом до температуры 1125 °С, выдержка 1 ч, охлаждение в воде, затем старение при температуре 800 °С, выдержка 20 ч с охлаждением на воздухе. Механичеcкие свойства после термической обработки: σв = 1200 МПа; σ0,2 = 800 МПа; δ ≤ 13 %; Ψ ≥ 10 %; ак = 0,5 кгс·м/см2.
2. Сплавы на основе хрома
Сплавы на основе хрома обладают высокой жаростойкостью в атмосфере воздуха и применяются для изготовления деталей, длительно работающих в газовых и жидких агрессивных средах при температурах 1100…1150 °С, кратковременно до 1500…1600 °С. Наиболее широкое распростанение получили деформируемые сплавы на основе хрома марок ВХ-1, ВХ-1Н. Химический состав сплавов приведен в табл. 13.
Механические свойства сплава ВХ-1 представлены в табл. 14.
Таблица 13. Химический состав сплавов ВХ-1, ВХ-1Н
| Марка сплава | Химический состав, % | ||||
| Cr | O | N | H | Прочие примеси | |
| ВХ-1 | 99,7 | 0,02…0,04 | 0,02…0,04 | 0,001…0,003 | 0,25 |
| ВХ-1Н | 99,2 | ≤ 0,5 | 0,001…0,03 | ≤ 0,3 | |
Таблица 14. Механические свойства сплава ВХ-1
| Марка сплава | Вид полуфабриката | Механические свойства | |||||
| σв, МПа | σ0,2,
МПа |
δ, % | Ψ, % | ак, (кгс·м)/см2 | НВ | ||
| ВХ-1 | Прутки | 290 | 200 | 4 | 6 | 0,1 | 100…120 |
3. Сплавы на основе ниобия
Сплавы на основе ниобия при температурах > 200 °С насыщаются газами и окисляются на воздухе. Для повышения работоспособности деталей применяют различные покрытия. Температура плавления сплавов – 2400 °С. Температура рекристаллизации 1225…1260 °С. Сплавы удовлетворительно обрабатываются резанием, свариваются аргонодуговой, контактной и электронно-лучевой сваркой.
Технологические свойства и область применения сплавов на основе ниобия приведены в табл. 15.
Механические свойства сплавов при комнатной температуре представлены в табл. 16.
Химический состав сплава ВН-2, %: С до 0,1; Сr до 0,1; Мо 3,8…5,2; Nb – основа.
Таблица 15. Сплавы на основе ниобия
| Марка сплава | Вид полуфабриката | Обработка давлением | Область применения |
| ВН-2; ВН-3 | Прутки | Деформируется в горячем состоянии. Температурный интервал деформирования 1200…1850 °С. Деформация проводится на воздухе в нейтральной среде или вакууме.
Нагрев под деформацию осуществляется в вакуумно-защитной среде или в защитных оболочках |
Детали, длительно работающие до 1140 °С в вакууме или нейтральной среде, в окислительной среде при наличии ионных покрытий |
Таблица 16. Механические свойства сплавов на основе ниобия
| Марка сплава | Вид полуфабриката | Механические свойства | |||||
| σв, МПа | σ0,2,
МПа |
δ, % | Ψ, % | ак, (кгс·м)/см2 | НВ | ||
| ВН-2 | Прутки | 750 | 700 | 18…28 | 40…47 | 27 | 180…200 |
| ВН-3 | 750…800 | 16…20 | 30 | ||||
4. Сплавы на основе молибдена
Деформируемые сплавы на молибденовой основе марок ВМ-1 и ВМ-2 в окислительных средах и при температурах > 600 °С нежаростойки. Для повышения работоспособности деталей применяют различные специальные покрытия. Сплавы свариваются электронно-лучевой и аргонодуговой сваркой. Удовлетворительно обрабатываются резанием, кроме операции шлифования.
Химический состав основных деформируемых сплавов на основе молибдена приведен в табл. 17.
Основные деформируемые сплавы на основе молибдена, условия деформирования и область их применения представлены в табл. 18.
Механические свойства молибденовых сплавов при комнатной температуре см. в табл. 19.
Таблица 17. Химический состав деформируемых молибденовых сплавов
| Марка сплава | ТУ на поставку | Химический состав, % | |||||
| W | C | Cr | Ni | ||||
| ВМ-1 | ТУ ВМ7-153–54 | ≤ 0,6 | ≤ 0,1 | ≤ 0,003 | ≤ 0,4 | ||
| ВМ-2 | ≤ 0,2 | ≤ 0,02 | – | ≤ 0,2 | |||
| Марка сплава | ТУ на поставку | Химический состав, % | |||||
| O | Zr | Mo | |||||
| ВМ-1 | ТУ ВМ7-153–54 | 0,002…0,003 | 0,008…0,250 | Основа | |||
| ВМ-2 | ≤ 0,0035 | 0,25…0,40 | |||||
Таблица 18. Основные деформируемые сплавы на основе молибдена, технологические особенности и область применения
| Марка сплава | Вид полуфабриката | Обработка давлением | Область применения |
| ВМ-1, ВМ-2 | Прутки | Деформируется в горячем состоянии. Температурный интервал штамповки 1450…1200 °С, нагрев под штамповку в атмосфере водорода | Детали, длительно работающие при температурах 1100…1900 °С и кратковременно в продуктах горения топлива с температурой до 3200 °С |
Таблица 19. Механические свойства молибденовых сплавов
| Марка сплава | Вид полуфабриката | Механические свойства | |||||
| σв, МПа | σ0,2,
МПа |
δ, % | Ψ, % | ак, (кгс·м)/см2 | НВ | ||
| ВМ-1 | Прутки | 800 | 680 | 10…15 | – | 260…290 | |
| ВМ-2 | 750…850 | – | 10…25 | 30…50 | 0,2 | 250…285 | |
5. Штамповые стали
Штамповые стали в зависимости от назначения подразделяют на стали, применяемые для изготовления деформирующего инструмента для холодной и горячей обработки материалов давлением.
В табл. 1.20 приведены основные стали, используемые для изготовления штампового инструмента для холодной обработки материалов давлением.
Таблица 20. Основные штамповые стали, применяемые для изготовления штампов холодной обработки металлов давлением
| Марка стали | ГОСТ, ТУ
____________ |
Вид полуфабриката | Область применения |
| Х6ВФ | ГОСТ 5950–2000 | Прутки | Пуансоны и матрицы штампов |
| Х12 | Элементы штампов высокой устойчивости против истирания, не подвергающиеся значительным ударным нагрузкам, волоки, фильеры, пуансоны, матрицы вырубных, просечных штампов и т.п. | ||
| Х12Ф1 | Пуансоны и матрицы вырубных и просечных штампов, волоки, фильеры и т.п. | ||
| Х12МФ | Пуансоны и матрицы вырубных и просечных штампов, волоки, фильеры, рабочие элементы штампов холодной деформации листовых материалов | ||
| Х12ВМФ | Элементы штампов высокой устойчивости против истирания, не подвергающиеся значительным ударным нагрузкам, волоки, фильеры, гибочные формовочные пуансоны и матрицы вырубных и просечных штампов | ||
| 7ХГ2ВМФ | Рабочие элементы штампов объемного деформирования и вырубной инструмент сложной формы | ||
| 6Х6В3МФС (ЭП 569) | Прутки, полосы | Рабочие элементы штампов: ножи, пуансоны, матрицы и т.п. | |
| 8Х4В2МФС2 (ЭП 761) | Матрицы и пуансоны штампов объемного деформирования | ||
| 11Х4В2МФ3С2 | Пуансоны и матрицы холодновысадочных автоматов пуансоны и матрицы штампов для холодного выдавливания |
К штамповым сталям, из которых изготовляют инструмент для горячей обработки давлением, предъявляют следующие основные требования: разгаростойкость, высокие твердость и прочность при повышенных температурах, высокая ударная вязкость.
В табл. 21 приведены основные штамповые стали, применяемые для изготовления рабочих элементов штампов для горячей обработки давлением различных материалов.
Таблица 21. Основные штамповые стали, применяемые для изготовления штампов горячей обработки материалов давлением
| Марка стали | ГОСТ, ТУ
___________________ |
Вид полуфабриката | Область применения |
| 7Х3 | ГОСТ 5950–2000 | Прутки | Пуансоны и матрицы для горячей высадки крепежа из углеродистых и низколегированных сталей на горизонтально-ковочных машинах, матрицы и пуансоны для горячего прессования выдавливанием указанных материалов на кривошипных прессах |
| 5ХНМ | Молотовые штампы паровоздушных и пневматических молотов, прессовые штампы и штампы скоростной штамповки материалов в горячем состоянии, блоки матриц для вставок горизонтально-ковочных машин | ||
| 5ХНМ2 | ТУ 108.11.917–87 | Особо ответственные ковочные штампы для горячей штамповки. Детали прессового инструмента (контейнеры) с повышенными требованиями к прочности, работающие при температурах до 450 °С | |
| 4ХМФС (40ХСМФ) | ГОСТ 5950–2000 | Молотовые штампы паровоздушных и пневматических молотов для дефомирования легированных, конструкционных и коррозионностойких сталей, прессовый инструмент для обработки алюминиевых сплавов | |
| 4Х5В2ФС (ЭИ 958) | Прутки, полосы | Молотовые и прессовые вставки (толщиной или диаметром до 250 мм), для горячего деформирования конструкционных сталей, инструмент для высадки заготовок из легированных конструкционных и жаропрочных материалов на горизонтально-ковочных машинах | |
| 4Х4ВМФС (ДИ 22) | ГОСТ 5950–2000 | Прутки, полосы | Инструмент высокоскоростной штамповки, высадки на горизонтально-ковочных машинах, вставки штампов для горячего деформирования легированных конструкционных сталей и жаропрочных сплавов |
| 27Х2Н2МВФ | ТУ 108-11-835–85 | Поковки | Особо ответственные детали прессового инструмента с повышенной прочностью (втулки контейнеров, пресс-штемпеля, иглы), работающие при температурах до 500 °С |
| 4Х5МФС | ГОСТ 5950–2000 | Прутки, полосы | Для мелких молотовых штампов, крупных (толщиной или диаметром до 200 мм) молотовых
и прессовых вставок для горячего деформирования конструкционных сталей и цветных сплавов в условиях крупносерийного и массового производств |
| 3Х2В8Ф | Нормативная документация заводовизготовителей | Сортовой прокат | Тяжелонагруженный прессовый инструмент (мелкие вставки штампового ручья, матрицы, пуансоны для выдавливания) для горячего деформирования конструкционных сталей и жаропрочных сплавов |
| 3Х2МНФ | ГОСТ 5950–2000 | Прутки, полосы | Прессовый инструмент, матрицы, контейнеры, работающие при температурах до 500 °С |
| 3Х2Н2МВФ | ОСТ 24.959.01–69 | Поковки | Особо ответственные детали прессового инструмента с высокими механическими свойствами (втулки контейнеров, пресс-штемпеля, иглы и другие детали), работающие при температурах до 500 °С |
| 27Х2Н2М1Ф | ТУ 24-1-12-180–75 | Ответственные детали прессового инструмента с повышенной прочностью (втулки контейнеров, кольца, пресс-щтемпеля, иглы), работающие при температурах до 500 °С | |
| 5Х3В3МФС (ДИ 23) | ГОСТ 5950–2000 | Прутки, полосы | Тяжелонагруженный прессовый инструмент (типа прошивных и формующих пуансонов), инструмент для высадки, вставки штампов напряженной конструкции, прессовый инструмент сложной формы |
| 5Х2МНФ (ДИ 32) | Крупногабаритные цельные штампы (со стороной квадрат или диаметром до 600 мм) для штамповки поковок из конструкционных сталей и жаропрочных сплавов на молотах и кривошипных прессах, инструмент для высадки на горизонтально-ковочных штампах | ||
| 3Х3М3Ф | Инструмент горячего деформирования на кривошипных прессах и горизонтально-ковочных машинах (как правило, для малогабаритного инструмента) | ||
| 4Х3ВМФ | Малогабаритные молотовые штампы, молотовые и прессовые вставки (толщиной или диаметром до 400 мм), инструмент для горизонтально-ковочных машин | ||
| 4Х5МФ1С (ЭП 572) | Молотовые и прессовые вставки (толщиной или диаметром до 250 мм) для горячего деформирования конструкционных сталей, инструмент для горизонтальноковочных машин |