В качестве инструментальных материалов для горячего деформирова- ния применяют легированные инструментальные стали (штамповые ста- ли), которые условно можно разделить на три основные группы:

1) стали умеренной теплостойкости и повышенной ударной вязкости

(стали типа 5ХНМ, 5Х2МНФ и др.);

2) стали повышенной теплостойкости и ударной вязкости (4Х5МФС и др.);

3) стали высокой теплостойкости (5Х3В3МФС, 3Х2В8Ф, 5Х4В18Ф1 и др.).

Общим характерным признаком штамповых сталей для горячего дефор- мирования является более низкое по сравнению со сталями для холодного деформирования содержание углерода (0,3–0,6%). Это необходимо для обес- печения повышенной ударной вязкости.

Стали умеренной теплостойкости (типа 5ХНМ, 5Х2МНФ и др.) исполь- зуются для изготовления молотовых штампов, работающих в условиях отно- сительно невысоких (до 400–450 °С) температур поверхностей гравюры в процессе штамповки, крупных прессовых штампов, контейнеров и блоков

матриц для ГКМ. Содержание небольшого количества карбидообразующих элементов (до 2% хрома; 0,7–1,0% молибдена или вольфрама; 0,3–0,5% вана- дия) позволяет сохранять повышенную ударную вязкость в крупных сечениях (до 700–800 мм) и задерживать распад мартенсита при нагреве. Однако этого количества карбидообразующих элементов недостаточно для вторичного твердения. Легирование никелем или марганцем в пределах 1,5–2,5% увели- чивает прокаливаемость.

Эти стали после закалки от температур 820–870 °С и отпуска при 420–600 °С приобретают твердость 42–44 HRC и сохраняют предел текуче- сти 1000 МПа до 350–400 °С. Механические свойства штамповых сталей умеренной теплостойкости при комнатной температуре: σ_В= 1200–1300 МПа,

d = 10–13%, ψ = 40–45%, KCТ= 400–500 кДж/м². При температуре 600 °С:

σ_В = 350 МПа, ψ = 65 %, KCТ = 800 кДж/м².

Стали повышенной теплостойкости (4Х5МФС и др.) применяют для изготовления крупных молотовых и прессовых штампов, прессовых вста- вок, инструмента для высадки и выдавливания, разогревающихся в про- цессе работы до температуры 620–650 °С. Характерной особенностью ста- лей второй группы является комплексное легирование (до 2,5–5,5% Cr; 2–3% W и Mo; 1% V), позволяющее повысить температуры закалки до 1000–1100 °С при охлаждении в масле и обеспечивающее склонность к дис- персионному твердению при отпуске в интервале температур 540–560 °С. При этом достигается твердость около 45–50 HRC. Благодаря меньшему содержанию углерода (0,3–0,4%) эти стали, обладая повышенной тепло- стойкостью, сохраняют достаточно высокую ударную вязкость.

Стали высокой теплостойкости (до 660–680 °С) отличаются повышен- ным содержанием вольфрама и молибдена (от 3 до 18%). Штамповые ста- ли с содержанием вольфрама и молибдена до 12–8% являются практиче- ски полными аналогами быстрорежущих сталей типа Р6М5, Р9, Р12 и Р18 с содержанием углерода 0,5–0,6%. Эти стали очень дорогие, их применяют для некоторых наиболее ответственных операций, при деформировании трудно деформируемых и жаропрочных сплавов, а также для изготовления некоторых видов прессовых и холодновысадочных инструментов.

Стали для холодного деформирования также можно разделить на три группы:

1) износостойкие стали типа Х12 (Х12М, Х12Ф1) и типа Х6ВФ;

2) вторичнотвердеющие стали с высоким сопротивлением смятию

(например, 8Х4В2С2МФ);

3) высокопрочные стали с повышенной ударной вязкостью (типа 7ХГ2ВМ или типа 6Х6В3МФС).

Стали первой группы, содержащие 1,3–2,2% С и 11–13% Cr, могут быть дополнительно легированы в небольших количествах молибденом,

ванадием и вольфрамом. Повышению износостойкости способствует леги- рование ванадием (до 4–5%). Основное назначение этих сталей – инстру- менты для вырубки и пробивки высокопрочных материалов, накатки, объ- емного прессования, вставки вытяжных и формовочных штампов и др. при удельных давлениях до 1700 МПа. Пониженные теплостойкость и предел текучести при сжатии ограничивают применение этих сталей для тяжелых условий работы. Стали типа Х6ВФ с небольшим содержанием вольфрама, молибдена и ванадия и с меньшим содержанием углерода (0,8–1,1%) харак- теризуются меньшим количеством и более благоприятным распределением избыточных карбидов, что способствует повышению прочности и ударной вязкости при некотором снижении теплостойкости и износостойкости.

Стали второй группы (типа 8Х4В2С2МФ) содержат хром, вольфрам, молибден и ванадий при содержании углерода 0,8–1,2%. Они склонны к вторичному твердению при отпуске от температуры 520–560 °С, что обес- печивает повышенную теплостойкость и износостойкость. После оконча- тельной термической обработки эти стали обладают также высокой проч- ностью и ударной вязкостью. Эти стали соответствуют требованиям к ма- териалу для тяжелонагруженных инструментов (операций объемного прессования, резки, высадки и калибровки).

Высокопрочные стали с повышенной ударной вязкостью, выделенные в третью группу, могут быть разделены на две подгруппы. К первой отно- сятся стали типа 7ХГ2ВМ, содержащие около 2% марганца и небольшие количества хрома, молибдена, вольфрама, ванадия. Высокомарганцови- стые стали способны закаливаться на воздухе, обладают высокой прокали- ваемостью, приобретают высокую прочность и ударную вязкость. После отпуска от 170–200°С приобретают твердость 57–59 HRC. Инструменты из этих сталей применяют для прецизионной вырубки, пробивки, вытяжки и формовки изделий из низкоуглеродистых сталей и цветных сплавов.

Стали второй подгруппы (типа 6Х6В3МФС), благодаря вторичному твердению, имеют не только повышенное сопротивление смятию, но и по- вышенную теплостойкость. Это расширяет область их рационального применения для изготовления инструментов ударного выдавливания, вы- садки и т. п.

Наряду с рассмотренными сталями в качестве материала для тяжело- нагруженных штампов холодного и горячего деформирования используют быстрорежущие стали (Р6М5К5, Р6М5, Р12, Р12Ф4К5, Р18, Р18К5Ф2), ко- торые более подробно будут рассмотрены ниже. Применение быстроре- жущих сталей позволяет повысить стойкость штампов при высоких до 2200–2400 МПа удельных давлениях. Недостатком применения быстроре- жущих сталей в качестве штамповых является их высокая стоимость, а также повышенная склонность к охрупчиванию из-за наличия большого количества крупных избыточных карбидов.