Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Из какого материала делают штампы и пресс-формы — вопрос, ответ на который определяет ресурс оснастки, её стойкость к износу и стоимость изготовления детали. Основная группа материалов — инструментальные легированные стали по ГОСТ 5950-2000, разделённые на стали для холодного и горячего деформирования. К ним добавляются нержавеющие мартенситные стали для пресс-форм пластмасс, азотируемые конструкционные стали и в особых случаях — твёрдые сплавы.
В статье разобрано, из чего делают штампы и пресс-формы, как классифицируются штамповые стали по условиям работы, какие требования предъявляет термообработка и какие виды поверхностного упрочнения применимы. Все марки и обозначения даны по действующим межгосударственным стандартам.
Штамп или пресс-форма работают в условиях знакопеременных контактных давлений, абразивного и адгезионного износа рабочих поверхностей, циклических температурных нагрузок, ударных воздействий и химического взаимодействия с обрабатываемым материалом. От сочетания этих факторов зависит выбор инструментальной стали.
Универсальной стали для штампов не существует: каждое сочетание «вид операции — материал заготовки — серийность» закрывается своей группой марок.
Основной действующий стандарт на инструментальные легированные стали — ГОСТ 5950-2000 «Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Общие технические условия». Он делит инструментальные легированные стали по назначению на две группы.
В обозначении марок цифра перед буквенной частью указывает среднюю массовую долю углерода в десятых долях процента; буквы — легирующие элементы (Х — хром, В — вольфрам, Ф — ванадий, М — молибден, С — кремний, Н — никель, Г — марганец); цифра после буквы — массовую долю соответствующего элемента (отсутствие цифры означает, что доля близка к 1 %).
Помимо ГОСТ 5950-2000, при изготовлении оснастки применяются также: ГОСТ 1435-99 (инструментальная нелегированная — У8А, У10А и др.), ГОСТ 19265-73 (быстрорежущая — Р6М5, Р18 — для пуансонов малых диаметров и резьбонакатного инструмента), ГОСТ 4543-2016 (конструкционная легированная — 40Х, 38Х2МЮА), ГОСТ 1050-2013 (нелегированная конструкционная — 20, 45), ГОСТ 5632-2014 (нержавеющая — 40Х13, 30Х13) и ГОСТ 3882-74 (твёрдые сплавы для рабочих вставок). На международном уровне марки инструментальных сталей нормируются стандартом ISO 4957:2018.
Холоднодеформирующие штампы (вырубные, пробивные, гибочные, вытяжные, штампы холодного выдавливания и высадки) работают в условиях высоких контактных давлений и интенсивного абразивного износа. Главные требования к стали — высокая твёрдость, износостойкость и прокаливаемость при минимальной деформации в термообработке.
9ХС, ХВГ, ХВСГ — стали повышенной прокаливаемости и пониженного коробления при закалке. Подходят для тонкостенных пуансонов и матриц с минимальными изменениями размеров при термообработке, штампов небольших размеров и оснастки опытного производства. Содержание углерода у этих сталей умеренное, поэтому твёрдость и износостойкость ниже, чем у высокохромистых.
Х12, Х12Ф1, Х12МФ, Х12ВМФ — основные стали для крупносерийных штампов холодной штамповки. Содержат около 12 % хрома и до 1–2 % карбидообразующих элементов (V, Mo, W), образующих в структуре дисперсные карбиды M7C3 и MC. Это определяет высокую твёрдость после закалки и низкого отпуска, выдающуюся износостойкость и низкую деформацию при термообработке. Сталь Х12МФ — лидер группы по сочетанию износостойкости и теплостойкости (содержит молибден и ванадий).
Высокохромистые стали типа Х12МФ имеют выраженную карбидную неоднородность, которая нормируется ГОСТ 5950-2000 по специальным шкалам. Карбидные строчки, ориентированные поперёк направления рабочей нагрузки, резко снижают стойкость к выкрашиванию; для ответственного инструмента указывают ориентацию карбидной полосчатости в чертеже заготовки.
Горячедеформирующие штампы работают в условиях термоциклирования: рабочая поверхность периодически нагревается от заготовки и охлаждается смазкой или охладителем. Это приводит к специфическому виду повреждения — термической усталости (разгару): сетке поверхностных трещин, которые служат концентраторами и резко снижают ресурс. Поэтому от сталей этой группы требуется не максимальная твёрдость, а сочетание теплостойкости, разгаростойкости, вязкости и прочности при повышенной температуре.
5ХНМ, 5ХГМ, 5Х2МНФ — основные стали для крупных молотовых штампов горячей штамповки поковок. Никель и молибден обеспечивают высокую вязкость и прокаливаемость в крупном сечении; молотовый штамп массой несколько тонн прокаливается насквозь до твёрдости порядка 38–45 HRC после закалки и высокого отпуска. Главный износный фактор — циклический нагрев от поковки и удар, поэтому ставка делается на вязкость, а не на твёрдость.
4Х5МФС, 4Х5МФ1С, 4Х4ВМФС, 3Х3М3Ф — стали с повышенной теплостойкостью и разгаростойкостью. Содержат 4–5 % Cr, 1–3 % Mo, W, V и кремний; формируют после закалки и высокого отпуска однородную дисперсионно упрочнённую структуру, устойчивую к термоциклированию. Эти стали — стандарт для пресс-форм литья алюминия и магния под давлением, прессовых вставок и крупных штампов горячей штамповки.
3Х2В8Ф — высоковольфрамовая сталь с повышенной теплостойкостью; уступает 4Х5МФС по разгаростойкости и применяется ограниченно — при стационарном тяжёлом нагружении без термоударов.
Пресс-формы для литья термопластов и реактопластов под давлением работают при умеренных температурах (60–250 °C), но с повышенными требованиями к полируемости (для прозрачных и оптических изделий), коррозионной стойкости (при переработке ПВХ, фторопластов, выделяющих агрессивные газы) и стабильности размеров.
Для пресс-форм под армированные стекловолокном и минерально-наполненные пластмассы поверхностное упрочнение рабочих поверхностей — обязательная мера, а не вариант повышения ресурса.
Пресс-форма для литья под давлением металлов работает в наиболее жёстких условиях из всей оснастки: расплав металла подаётся в полость со скоростями десятки м/с, контактирует с поверхностью при высокой температуре, после чего форма охлаждается. Это приводит к комбинированному разгару, эрозии расплавом и термической усталости.
Расплавленный алюминий растворяет железо, поэтому даже разгаростойкая сталь без поверхностной защиты постепенно эродирует. Стандартное решение — азотирование рабочих поверхностей пресс-формы перед запуском в эксплуатацию.
Свойства штамповой стали реализуются только после правильно проведённой термообработки. ГОСТ 5950-2000 нормирует исходное состояние поставки металлопродукции (отжиг или высокий отпуск с регламентированной твёрдостью по Бринеллю), но окончательные свойства формирует термообработка готового инструмента у изготовителя оснастки.
Для высокохромистых сталей Х12, Х12МФ, Х12Ф1 применяется закалка с относительно высоких температур (около 1000–1050 °C, в зависимости от марки и сечения) с охлаждением в масле или на воздухе. Низкий отпуск (около 180–220 °C) обеспечивает высокую твёрдость и износостойкость. Высокий отпуск (около 400–420 °C) применяется при повышенных ударных нагрузках; твёрдость снижается, но возрастает вязкость. Для прецизионного инструмента после закалки применяют обработку холодом (–70…–80 °C) для перевода остаточного аустенита в мартенсит и стабилизации размеров.
Для сталей типа 4Х5МФС закалка проводится с температуры около 1000–1050 °C в масле; после неё — двух- или трёхкратный отпуск при температуре около 520–600 °C, формирующий дисперсное упрочнение карбидами и сохраняющий устойчивость к разупрочнению при рабочей температуре. Молотовые стали 5ХНМ закаливают с более низких температур (около 840–860 °C) и отпускают при 450–550 °C на твёрдость 38–45 HRC.
Превышение температуры отпуска относительно рабочей температуры штампа — обязательное правило горячего инструмента. Иначе при первом же цикле работы происходит саморазупрочнение кромки.
Объёмная твёрдость сама по себе не закрывает весь спектр требований к рабочей поверхности. Для повышения износостойкости, разгаростойкости и снижения адгезионного схватывания применяются методы поверхностного упрочнения, формирующие тонкий слой с твёрдостью и свойствами, недостижимыми для основного металла.
Насыщение поверхности азотом с образованием нитридов хрома, молибдена, ванадия и (для специальных сталей с алюминием) алюминия. Газовое и ионное (плазменное) азотирование формирует диффузионный слой глубиной обычно 0,15–0,30 мм с твёрдостью порядка 700–1000 HV и выше. Преимущества — практически отсутствует размерное изменение после ТО, что позволяет проводить процесс уже на готовом инструменте. Применяется для пресс-форм пластмасс и для горячедеформирующих сталей.
Тонкоплёночные износостойкие покрытия на основе нитридов и карбонитридов переходных металлов. Основные типы — TiN, TiCN, CrN, AlCrN, TiAlN. Толщина покрытия — единицы микрометров, твёрдость — порядка 2000–3500 HV и выше. PVD-процесс идёт при температуре около 450–500 °C и не отпускает основу; CVD требует более высокой температуры и применим к инструменту, который потом доводится до окончательного состояния.
Электролитическое нанесение слоя твёрдого хрома толщиной обычно от единиц до десятков микрометров с твёрдостью около 800–1000 HV. Применялось для пресс-форм пластмасс; в современных условиях постепенно замещается PVD-покрытиями, но остаётся в работе на действующих производствах.
Локальное оплавление поверхности с самозакалкой за счёт высокой скорости охлаждения; либо наплавка износостойкого слоя (стеллиты, твёрдые сплавы) на рабочие зоны крупного инструмента. Применяется для ремонта изношенного инструмента и для тяжелонагружённых участков штампов горячего деформирования.
Понимание механизма выхода штампа из строя позволяет осознанно выбрать материал и его поверхностную обработку.
Из инструментальных легированных сталей по ГОСТ 5950-2000: Группа I — для холодной штамповки (Х12МФ, Х6ВФ, 9ХС, ХВГ), Группа II — для горячей штамповки и пресс-форм литья под давлением (5ХНМ, 4Х5МФС, 3Х3М3Ф). Для пресс-форм пластмасс применяются также азотируемые конструкционные (38Х2МЮА по ГОСТ 4543-2016) и нержавеющие мартенситные стали (40Х13, 30Х13 по ГОСТ 5632-2014).
Базовый выбор — Х12МФ или Х12Ф1: высокая износостойкость за счёт карбидов M7C3, низкое коробление при закалке, типовая твёрдость 58–62 HRC после низкого отпуска. Для штампов малой и средней нагрузки на ударных операциях подходит 6Х6В3МФС с большей вязкостью. Для прецизионных мелких пуансонов и матриц — ХВГ с минимальной деформацией в термообработке.
Молотовый штамп работает при ударной нагрузке и циклическом нагреве от поковки. Главные требования — вязкость и прокаливаемость в крупном сечении, а не максимальная твёрдость. 5ХНМ за счёт никеля и молибдена прокаливается насквозь в сечениях в сотни мм и держит твёрдость 38–45 HRC при сохранении высокой вязкости. Х12МФ при ударе и нагреве выкрашивается и теряет твёрдость.
Сталь 40Х13 по ГОСТ 5632-2014 — мартенситная нержавеющая с содержанием хрома 12–14 %. Она стойка к продуктам разложения ПВХ, фторопластов и других агрессивных полимеров, хорошо полируется до зеркального состояния (важно для прозрачных и оптических изделий) и после закалки и отпуска даёт твёрдость около 48–52 HRC, достаточную для большинства термопластов.
Разгар — это сетка термоусталостных трещин на рабочей поверхности горячедеформирующего инструмента, возникающая из-за циклического нагрева и охлаждения. Противодействуют ему выбором стали с повышенной разгаростойкостью (4Х5МФС вместо 3Х2В8Ф), отпуском выше рабочей температуры, оптимизацией режима охлаждения и поверхностным азотированием.
Азотирование формирует на поверхности диффузионный слой глубиной обычно 0,15–0,30 мм с твёрдостью порядка 700–1000 HV и выше за счёт нитридов хрома, молибдена, ванадия, алюминия. Это повышает износостойкость, снижает адгезионное схватывание с заготовкой и улучшает разгаростойкость. Процесс идёт при относительно низкой температуре и практически не меняет размеров инструмента, что позволяет проводить его после финишной механической обработки.
Обе относятся к высокохромистым ледебуритным сталям Группы I по ГОСТ 5950-2000. Х12МФ дополнительно легирована молибденом (около 0,5 %), что повышает прокаливаемость и устойчивость к разупрочнению при отпуске. Х12Ф1 не содержит молибдена и при сопоставимых режимах ТО даёт чуть меньшую прокаливаемость. По износостойкости и твёрдости после термообработки марки близки.
Можно — для тяжело нагружённых пуансонов малых диаметров, резьбонакатных роликов и плашек, а также для штампов холодного выдавливания при экстремальных контактных давлениях. Применяются Р6М5, Р6М5К5 по ГОСТ 19265-73. Быстрорежущая сталь даёт твёрдость 63–65 HRC и стойкость к разупрочнению при нагреве кромки трением, но дороже инструментальных легированных и хуже работает на изгиб.
Твёрдый сплав (марки группы ВК по ГОСТ 3882-74) применяют как материал сменных вставок и волок для особо длинных серий, тяжёлого волочения, накатки и калибровки, когда износ инструментальной стали неприемлемо высок. Твёрдость 87–92 HRA в несколько раз превышает максимум для стали, но вязкость на изгиб минимальна, и сплав требует жёсткой системы и отсутствия ударов.
По международному стандарту ISO 4957:2018 для основных марок штамповых сталей широко признаны следующие соответствия: Х12МФ — близкий аналог X160CrMoV12-1 (DIN 1.2379, AISI D2); 4Х5МФС — X37CrMoV5-1 (DIN 1.2343, AISI H11); 4Х5МФ1С — X40CrMoV5-1 (DIN 1.2344, AISI H13). Соответствия носят приближённый характер: точный химический состав каждой плавки подтверждается сертификатом.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.