Металлические отливки из стали 90Х4М4Ф2В6Л: литой инструментальный сплав для горячего деформирования
Металлические отливки 90Х4М4Ф2В6Л — это фасонные изделия из легированной инструментальной стали мартенситного класса, получаемые литьём по выплавляемым моделям или в керамические формы. Марка 90Х4М4Ф2В6Л расшифровывается как: 0,9 % углерода, до 4 % хрома, до 4 % молибдена, до 2 % ванадия, до 6 % вольфрама, литейная. Такое сочетание карбидообразующих элементов обеспечивает высокую теплостойкость (красностойкость) и сопротивление абразивному износу при рабочих температурах до 620 C.
В отличие от деформируемого проката, литые заготовки из 90Х4М4Ф2В6Л позволяют получать геометрически сложные полости, каналы охлаждения и рёбра жёсткости без механической обработки. Структура литого металла — дендритная, с карбидной сеткой по границам зёрен; для повышения ударной вязкости применяют гомогенизирующий отжиг при 1120–1150 C и последующую закалку с отпуском.
Технические характеристики литых заготовок
| Параметр | Значение | Условия | Метод контроля | Ед. изм. |
|---|---|---|---|---|
| Твёрдость после закалки и отпуска | 52–58 | отпуск 540–580 C | ГОСТ 9013 | HRC |
| Предел прочности при изгибе | 2200 | 20 C | ГОСТ 20019 | МПа |
| Ударная вязкость KCU | 12 | 20 C | ГОСТ 9454 | Дж/см |
| Теплостойкость (красностойкость) | 620 | сохранение HRC 45 | ГОСТ 5950 | C |
| Минимальная толщина стенки отливки | 8–12 | ЛВМ | визуально-измерительный | мм |
| Шероховатость поверхности | Ra 6,3–12,5 | после литья | ГОСТ 2789 | мкм |
Области применения литых деталей
- Штампы горячей объёмной штамповки на кривошипных горячештамповочных прессах усилием 16–100 МН.
- Матрицы и пуансоны прошивных и высадочных автоматов в метизном производстве.
- Ножи горячей резки сортового проката на станах 320–600.
- Износостойкие вставки направляющих валков прокатных клетей.
- Детали арматуры высокотемпературных трубопроводов и задвижек энергетических установок.
- Кокили и пресс-формы для литья под давлением медных и алюминиевых сплавов.
Технологические особенности литья и термообработки
Заливка расплава ведётся при 1480–1520 C в предварительно прокалённые керамические оболочки. Скорость кристаллизации регулируют температурой формы, что влияет на дисперсность карбидной фазы. После отрезки литниковой системы отливки подвергают отжигу по режиму: нагрев до 860–880 C, выдержка 4–6 ч, охлаждение с печью до 500 C. Окончательная термическая обработка включает закалку от 1180–1220 C в масле или расплаве солей и двух- или трёхкратный отпуск при 540–580 C.
Для повышения стойкости инструмента применяют азотирование в газовой среде при 520–540 C, что формирует поверхностный слой твёрдостью 950–1100 HV глубиной 0,2–0,4 мм. Литой металл склонен к образованию усадочной пористости, поэтому для ответственных деталей проводят горячее изостатическое прессование при 1150 C и давлении 100–150 МПа.
Контроль качества и дефектоскопия
- Визуальный и измерительный контроль геометрии по чертежу отливки.
- Ультразвуковая дефектоскопия на наличие внутренних раковин и трещин.
- Рентгенографический контроль критических сечений.
- Спектральный анализ химического состава каждой плавки.
- Замер твёрдости по Роквеллу на образцах-свидетелях.
- Металлографический анализ карбидной неоднородности.
Вопросы и ответы
Чем литая сталь 90Х4М4Ф2В6Л отличается от деформируемого аналога?
Литая структура имеет дендритное строение и карбидную сетку, что снижает ударную вязкость по сравнению с кованым металлом, но позволяет получать сложную геометрию с внутренними полостями без механической обработки.
Какой максимальный рабочий ресурс штампов из 90Х4М4Ф2В6Л?
При штамповке углеродистых конструкционных сталей стойкость составляет 8–15 тыс. поковок до перешлифовки; для легированных сталей ресурс снижается до 3–6 тыс. поковок.
Возможна ли сварка литых деталей из этой стали?
Сварка ограниченно применима из-за склонности к образованию холодных трещин. Требуется предварительный подогрев до 400–450 C и последующая термообработка, что в ряде случаев экономически нецелесообразно.
Какой вид термообработки обеспечивает максимальную теплостойкость?
Закалка от 1180–1220 C с трёхкратным отпуском при 560–580 C формирует вторичную твёрдость за счёт выделения карбидов вольфрама и ванадия, обеспечивая работоспособность до 620 C.
