Сталь для штампов и пресс-форм

Когда говорят про сталь для штампов и пресс-форм, многие сразу лезут в каталоги и сравнивают цифры по твёрдости, ударной вязкости. Это, конечно, важно, но часто упускают из виду, что одна и та же марка, скажем, Х12МФ, ведёт себя по-разному после термообработки на разном оборудовании. Я это на своей шкуре прочувствовал, когда партия пуансонов из вроде бы добротной стали начала давать микротрещины после 30 тысяч циклов. Всё упиралось не в химию, а в режим отпуска.

Где кроется дьявол: между закалкой и отпуском

Вот смотрите, берём ту же инструментальную сталь для холодной штамповки. По паспорту всё идеально: и карбиды равномерно распределены, и прокатка качественная. Но если при закалке перегреть хотя бы на 15-20 градусов, структура аустенита становится грубее, а это потом аукнется снижением стойкости. У нас был случай с формой для вырубки электронных компонентов — вроде мелочь, а допуски в микрон. После стандартного цикла на старой печи кромка начинала заминаться. Стали разбираться — оказалось, неравномерность прогрева по массе, хотя печь проходила поверку.

Тут как раз вспоминаешь про компании, которые специализируются на технологиях термообработки. Смотрю, например, на сайт ООО Гуандун Стронг Метал Технолоджи — они как раз заявляют, что их оборудование для термической обработки используется в аэрокосмической отрасли и электронике. Это ключевой момент: для пресс-форм под микроштамповку важен не просто нагрев, а точность поддержания температуры и скорость охлаждения в конкретной среде. Вакуумные печи, например, дают совсем другую поверхность без обезуглероживания.

И вот ещё что: часто забывают про подготовку перед закалкой. Отжиг, нормализация — кажется, рутина. Но если остаточные напряжения не снять, после финишной обработки геометрия может ?повести?. Сам видел, как дорогостоящий блок пресс-формы для автомобильного молдинга пошёл трещиной от сверления каналов охлаждения. Металлографика показала — виноват некачественный предварительный отжиг.

Выбор марки: не гнаться за ?самой лучшей?

Есть мода на быстрорежущие стали типа Р6М5 для штампов. Да, износостойкость высокая, но если речь идёт о пресс-формах для литья под давлением алюминия, где важна теплопроводность и стойкость к термическому удару, иногда рациональнее взять более легированную сталь типа 4Х5МФС. Она хоть и мягче, но лучше держит циклы нагрева-охлаждения. Мы однажды перестраховались, поставили на форму для литья пластмассы импортный аналог H13, а она начала покрываться сеткой микротрещин раньше расчётного срока. Причина — в нашем конкретном технологическом процессе был более резкий перепад температур, чем предполагал производитель стали.

Коррозионностойкие марки, скажем, 95Х18, хороши для пресс-форм работы с агрессивными средами или пищевыми полимерами. Но тут есть нюанс с полировкой — если в структуре есть неметаллические включения, идеального зеркала не добиться. Приходится тщательнее подходить к разливке и ЭШП переплаву. Это та деталь, которую в спецификациях часто не пишут, но которая решает на практике.

А вот для штампов холодного выдавливания важен не только сердечник из вязкой стали, но и рабочие вставки. Комбинируешь: сердечник — 5ХНМ, а вставки — Х12М с высокой твёрдостью. Но здесь критична посадка — если тепловое расширение рассчитано неверно, вставка может или выпасть, или её разорвёт. Опытным путём подбирали натяг, иногда проще сделать пробный пуск на уменьшенных нагрузках.

Обработка и финиш: от чего зависит ресурс

После термообработки идёт механическая обработка. Казалось бы, дело техники. Но если резец снимет припуск с пережжённым поверхностным слоем, это точка для будущего излома. Особенно для стали для пресс-форм сложного профиля. Мы перешли на твердосплавный инструмент с точно дозированной подачей, и количество брака при фрезеровке каналов упало. Шлифовка — отдельная тема. Перегрев при шлифовке — это почти гарантированные прижоги, которые потом могут привести к короблению в работе.

Азотирование, цементация, CVD/PVD покрытия — это уже следующий уровень. Но и тут бездумное применение вредит. Нанесли сверхтвёрдое титановое покрытие на штамп для резки меди, а оно стало отслаиваться, потому что основа не имела достаточной поддержки. Пришлось вернуться на шаг назад и дорабатывать режим азотирования для создания плавного градиента твёрдости. Оборудование, которое позволяет точно контролировать такие процессы, как раз и является критическим звеном. В том же анонсе ООО Гуандун Стронг Метал Технолоджи упоминается применение в автомобилестроении и металлоизделиях — как раз те области, где такие комплексные решения с предварительной и окончательной термообработкой востребованы.

Нельзя забывать и про старение. Отпущенная деталь, даже пролежавшая на складе полгода, может незначительно изменить геометрию. Поэтому для высокоточных штампов мы всегда делаем финишную доводку после ?вылёживания?, а не сразу после отпуска. Это мелочь, но она спасает от сюрпризов при запуске в серию.

Практические ловушки и как их обходить

Одна из самых частых проблем — несоответствие твёрдости по сечению. Заказали заготовку, проверили твёрдость на поверхности — всё в норме. А в сердцевине, где нагрузка максимальна, она может быть на 5-10 HRC ниже. Это особенно критично для массивных штампов. Теперь всегда при заказе крупных болванок просим предоставить данные не только с поверхности, но и с глубины, хотя бы на образцах-свидетелях.

Ещё момент — сварные ремонты. Часто пытаются заварить скол на кромке штампа обычной электродой. Это почти всегда временная мера. Для ремонта стали для штампов нужны специальные наплавочные материалы с подобным коэффициентом расширения и последующей локальной термообработкой. Иначе вокруг шва образуется зона с другой структурой — готовый очаг разрушения.

Работа с поставщиками — это отдельная наука. Мало получить сертификат. Хорошо, когда производитель или дистрибьютор, как та же Strong Metal Technology, может предоставить не только хим. анализ, но и рекомендации по режимам термообработки именно для своей стали, а в идеале — и провести пробную обработку. Потому что даже у одной марки от разных заводов-изготовителей могут быть свои ?привычки? из-за нюансов разливки и обжатия.

Вместо заключения: мысль вслух

Так что, возвращаясь к началу. Сталь для штампов и пресс-форм — это не статичный товар на складе. Это, скорее, потенциал, который раскрывается только в правильных руках и с правильным технологическим окружением. Можно купить самую дорогую импортную марку и испортить её в кустарной печи. А можно, зная нюансы, выжать максимум из отечественного аналога, подобрав точный режим термического цикла.

Сейчас смотрю на новые комплексы, которые объединяют вакуумную закалку, высокотемпературный отпуск и обработку холодом в одном цикле с программным управлением. Это, конечно, другой уровень стабильности. Наверное, в этом и есть прогресс — когда оборудование, как упомянутое для аэрокосмической отрасли или судостроения, позволяет минимизировать человеческий фактор в таких критичных процессах.

Но фундамент всё равно остаётся пониманием того, что происходит внутри металла при нагреве, выдержке и охлаждении. Без этого любая, даже самая продвинутая техника — просто ящик с нагревателями. Опыт же, в том числе и горький, как те самые треснувшие пуансоны, и учит связывать воедино марку стали, геометрию инструмента, условия его работы и возможности термиста. Это и есть ремесло.