Сталь 4Х5МФС инструментальная штамповая

Расшифровка

• Согласно ГОСТ 5950-2000 цифра перед буквенным обозначение указывает массовую долю углерода в десятых долях процента, т.е. массовая доля углерода в стали примерно равна 0,4%.
• Буква Х в обозначении стали указывает, что сталь легирована хромом. Цифра 5 за буквой означает, что массовая доля этого легирующего элемента примерно равна 5%.
• Буква М в обозначении стали указывает, что сталь легирована молибденом. Отсутствие за буквой цифр означает, что массовая доля этого легирующего элемента примерно равна 1%.
• Буква Ф в обозначении стали указывает, что сталь легирована ванадием. Отсутствие за буквой цифр означает, что массовая доля этого легирующего элемента примерно равна 1%.
• Буква C в обозначении стали указывает, что сталь легирована кремнием. Отсутствие за буквой цифр означает, что массовая доля этого легирующего элемента примерно равна 1%.

Стали заменитель

Стали 4Х5МФ1С, 4Х4ВМФС.

Импортные аналоги [1]

Марка стали	Стандарт
19552 (Чехия/Словакия)	(CSN 419552)
2343 (Великобритания)	GB-03
BH 11 (Великобритания)	B.S. 4659
39VSiMoCr52 (Румыния)	STAS 3611
4Cr5MoSiV (Китай)	GB 1299-85
6437 (США)	AMS
H11 (США)	AISI, SAE J 4386
F.520.G (Испания)
X37CrMoV51 (Испания)	UNE 36072 (75)
GX38CrMoV5-1 (Германия)	DIN 17350
X38CrMoV5-1 (Германия)	DIN 17350
без марки (Финляндия)	SFS900, SFS913
ORVAR 1 (Швеция)	S-7
SKD 6 (Япония)	JIS G 1404
VAL 104 (Италия)	I-09
VPS 1 (Бразилия)	Villares
WCL (Польша)	PN/H 85021
X37CrMoV5-1 (Евронормы)	EN 96-79
X38CrMoV5 (Франция)	AFRON NF NF A35-590 (92)

Вид поставки

• Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5950-73, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88.
• Калиброванный пруток ГОСТ 5950-73, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78.
• Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 5950-73, ГОСТ 14955-77.
• Полоса ГОСТ 4405-75.
• Поковки и кованые заготовки ГОСТ 5950-73, ГОСТ 1133-71.

Характеристики [2, 3]

Сталь марки 4Х5МФС относится к легированным теплостойким инструментальным штамповым сталям деформирующим металл в горяем состоянии. Теплостойкость стали 4Х5МФС (для твердости 45 HRC) составляет 590-610 °C.

Сталь 4Х5МФС является одной из основных для разнообразных штампов деформирования стали и цветных металлов и для форм литья под давлением алюминиевых и магниевых сплавов диаметром (стороной) до 70-80 мм.

Разгаростойкость этой стали значительно лучше, чем у широко применявшейся ранее вольфрамовой стали 3Х2В8Ф. Кроме того, из за влияния повышенного содержания хрома, взаимодействие с заливаемым металлом и растворимость в нем у стали 4Х5МФС меньше, чем у более легированной стали ЗХ2В8Ф. Соответственно и стойкость форм из стали 4Х5МФС в 1,5-2 раза выше.

Сталь марки 4Х5МФС по свойствам и назначению близка к стали марки 4Х5В2ФС; однако благодаря повышенным сопротивлению хрупкому разрушению, разгаростойкости и прокаливаемости её целесообразно применять для изготовления более крупного и сложного прессового инструмента, работающего в условиях интенсивного охлаждения (пуансоны, матрицы, вставки, прессформы).

Крупные формы для литья под давлением алюминиевых и цинковых сплавов из стали 4Х5МФС закаливают от температуры на 20-30 °C ниже принятой. Рекомендуется ступенчатая закалка, охлаждение в соляной ванне в области температур максимальной устойчивости аустенита, далее на спокойном воздухе.

Применение

• мелкие молотовые штампы,
• крупные (толщиной или диаметром более 200 мм) молотовые и прессовые вставки при горячем деформировании конструкционных сталей и цветных сплавов в условиях крупносерийного и массового производства,
• пресс-формы литья под давлением алюминиевых, а также цинковых и магниевых сплавов.

Температура критических точек, °С [4]

Ас1	Ас3 (Аcm)	Ar3 (Arm)	Ar1	Мн	Мк
840	870	810	735	300	110

Химический состав (ГОСТ 5950-2000)

Марка стали	Массовая дата элемента. %
	углерода	кремния	марганца	хрома	вольфрама	ванадия	молибдена	никеля
Группа II
4Х5МФС	0,32-0,40	0,90-1,20	0,20-0,50	4,50-5,50	—	0,30-0,50	1,20-1,50	—

ПРИМЕЧАНИЕ:
Группа II — означает, что металлопродукция предназначена для изготовления инструмента, используемого в дальнейшем у потребителя для обработки металлов давлением при температурах выше 300 °С;

Температуры отжига и высокого отпуска стали 4Х5МФС [4]

Отжиг		Изотермический отжиг			Высокий отпуск
температура нагрева, °C	твердость HB	температура, °C		твердость HB, не более	температура нагрева, °C	твердость HB, не более
		нагрева	изотермической выдержки
830-850	207-255	830-850	660-680	241	730-760	269

Режимы окончательной термической обработки (зкалка, отпуск) штампового инструмента из стали 4Х5МФС для горячего деформирования [4]

3акалка				Отпуск
температура подогрева, °C	температура окончательного нагрева, °C	способ охлаждения**	твердость HRC	температура нагрева, °C	твердость
					диаметр отпечатка, мм	HB	HRC
840-860	1000-1020	I, II	50-55	520-550 550-570 570-590 590-620	2,6-2,70 2,7-2,85 2,85-3,00 2,95-3,15	514-545 461-514 415-461 375-429	52-55 48-52 44-48 40-45

**Способы охлаждения:

• I — подстуживание на воздухе до 900-950 °C, затем охлаждение в масле до 200-230 °C, далее на воздухе;
• II — подстуживание на воздухе до 900-950 °C, затем охлаждение в смеси расплавленных солей при температуре 450-500 °C с выдержкой до полного выравнивания температуры по сечению, после чего охлаждение в масле до 200-230 °C и далее на воздухе;

Температуры отжига с непрерывным охлаждением, изотермического отжига, высокого отпуска и твердость (HB) штамповой стали 4Х5МФС после этих видов термической обработки [3]

Изотермический отжиг			Отжиг с непрерывным охлаждением		Высокий отпуск
Температура, °C		Твердость HB	Температура нагрева, °C	Твердость HB	Температура нагрева, °C	Твердость HB
нагрева	изотермической выдержки
840-860	670-690	197-241	840-860	229-241	760-780	241-255

Режимы закалки и отпуска деталей штампового инструмента горячего деформирования, величина зерна и твердость после окончательной термической обработки [3]

Закалка		Балл зерна	Твердость HRC	Отпуск
Температура, °C				Температура нагрева, °C	Твердость HRC
подогрева	окончательного нагрева
700-750	1000-1020	10	50-52	530-560	47-49

Режимы азотирования штампового инструмента из стали 4Х5МФС [4]

Марка стали	Температура, °C	Продолжительность, ч	Среда	Диффузионный слой
				глубина, мм	микротвердость, кгс/мм2
4Х5МФС	530-550	12-20	Аммиак (α = 30-60%)	0,15-0,20	960-550

Режимы цианирования штампового инструмента из стали 4Х5МФС [4]

Температура, °C	Продолжительность, ч	Диффузионный слой
		глубина	микротвердость, кгс/мм2
В расплаве 50% KCN+50% NaCN
560	2	0,06	710-600
В смеси саратовского газа и аммиака
580	8	0,23-0,27	900-660

Твердость стали после термообработки (ГОСТ 5950-73) [5]

Состояние поставки	Твердость НВ, HRCэ
Пруток и полоса отожженные или высокоотпущенные	До НВ 241
Образцы. Закалка с 1000-1020 °С в масле; отпуск при 550 °С	Св. 48
Подогрев 700-750 °С. Закалка с 1000-1020 °С в масле; отпуск при 530-560 °С, отпуск при 500-520 °С (окончательная термообработка)	49-51

Твердость в состоянии поставки металлопродукции из стали 4Х5МФС, предназначенной для холодной механической обработки (ГОСТ 5950-2000)

Марка стали	Твердость НВ, не более	Диаметр отпечатка, мм, не менее
4Х5МФС	241	3,9

Твердость образцов металлопродукции из стали 4Х5МФС после закалки и закалки с отпуском (ГОСТ 5950-2000)

Марка стали	Температура, °С, и среда закалки образцов	Температура отпуска, °С	Твердость HRCэ (HRC), не менее
4Х5МФС	1010-1030, масло	550	48 (47)

Твердость после закалки (ГОСТ 5950-2000)

Марка стали	Температура, °С, и среда закалки образцов	Твердость HRCэ (HRC), не менее
4Х5МФС	1000-1020, масло	51 (50)

Механические свойства в зависимости от температуры испытания [5]

tисп., °С	σ0,2, МПа	σв, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/см2	Твердость HRCэ
20	1570	1710	12	54	51	50
300	1320	1540	12	48	61	50
400	1270	1470	12	49	62	52
500	1130	1370	10	52	55	47
550	1160	1290	12	50	50	44

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 1000 °С в масле; отпуск при 560 °С 2 ч

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска [5]

tотп., °С	σ0,2, МПа	σв, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/см2	Твердость HRCэ
500	1420	1720	12	45	49	50
550	—	1670	10	50	56	48
600	1350	1490	13	53	59	45
650	960	1080	15	60	79	34

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 1000 °С в масле; выдержка при отпуске 2 ч.

Ударная вязкость KCU

Термообработка	KCU, Дж/см2 , при температуре, °С
	+20	-40	-70
Закалка; отпуск при 600 °С	29	20	10

Технологические свойства [5]

Температура ковки, °С: начала 1180, конца 850. Охлаждение замедленное в колодцах.

Теплостойкость [6]

Температура, °С	Время, ч	Твердость HRCэ
590	2	47

Плотность ρ_п кг/см³ при температуре испытаний, °С

Сталь	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
4Х5МФС	7750	7724	7697	7670	7641	7600	7573	7546	7520	7495

Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К)

Марка Стали	λ Вт/(м*К), при температуре испытаний, °С
	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
4Х5МФС	29	30	30	31	33	31	30	28	28	27

Удельное электросопротивление ρ нОм*м

марка стали	ρ нОм*м, при температуре испытаний, °С
	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
4Х5МФС	480	—	—	—	—	—	—	—	—	—

Библиографический список

1. Шишков М.М. Марочник сталей и сплавов — 2000 г.
2. Геллер Ю.А. Инструментальные стали — 1983 г., Гуляев А.П. Металловедение. 1986г.
3. Лахтин Ю.М., Рахштадта А.Г. Термическая обработка в машиностроении. Справочник-1980 г.
4. Тылкин М.А. Справочник термиста ремонтной службы — 1981 г.
5. Позняк Л.А. Инструментальные стали: Справочник. — М.: Металлургия, 1977. — 210 с.
6. Экономнолегированные штамповые стали для формообразующих деталей пресс-форм литья под давлением цветных сплавов / ЗПКТИ. — Запорожье: ОНТЭИ, 1978. — 66 с.
7. Позняк Л.А. Инструментальные стали: Справочник. — М.: Металлургия, 1977. — 210 с.