Круг 5Х3В3МФС

Круг стальной 5Х3В3МФС (ДИ-23) — теплостойкая инструментальная штамповая сталь для экстремальных условий горячего деформирования

О марке стали 5Х3В3МФС (ДИ-23)

Сталь 5Х3В3МФС — это высоколегированная инструментальная штамповая сталь, разработанная для тяжело нагруженного прессового инструмента, работающего в условиях циклических термических и механических нагрузок при температурах до 650 °C. Заводской шифр марки — ДИ-23. По комплексу свойств сталь занимает промежуточное положение между сверхтеплостойкой, но более хрупкой 3Х2В8Ф и более вязкой, но менее теплостойкой 4Х5МФС — это «золотая середина» для инструмента, испытывающего одновременно давление, нагрев и термический удар. 

Расшифровка маркировки: 5 — содержание углерода около 0,5% (0,45–0,52%), Х3 — хром около 3% (2,5–3,2%), В3 — вольфрам около 3% (3,0–3,6%), М — молибден (0,8–1,1%), Ф — ванадий (1,5–1,8%), С — кремний (0,5–0,8%). Уникальная особенность марки — наличие ниобия (0,05–0,15%), который встречается далеко не во всех инструментальных сталях и способствует дополнительному измельчению зерна и повышению чистоты структуры.

Каждый легирующий элемент выполняет строго определённую роль:

• Вольфрам (3,0–3,6%) — формирует термически стабильные карбиды, которые не растворяются при рабочих температурах штампа и сохраняют упрочнение до 650 °C. Это ключевой элемент красностойкости.
• Ванадий (1,5–1,8%) — образует самые твёрдые и тугоплавкие карбиды, измельчает зерно аустенита при нагреве под закалку, повышает износостойкость рабочих поверхностей.
• Хром (2,5–3,2%) — обеспечивает прокаливаемость, стойкость к окислению при нагреве, формирует износостойкие карбиды.
• Молибден (0,8–1,1%) — повышает прокаливаемость, снижает склонность к отпускной хрупкости, улучшает однородность свойств по сечению.
• Ниобий (0,05–0,15%) — модифицирует структуру, измельчает зерно, повышает чистоту металла. 

Химический состав (ГОСТ 5950-2000)

Температура критических точек

Термообработка и механические свойства

Сталь 5Х3В3МФС раскрывает свои свойства только после правильно подобранной термообработки. Поставка осуществляется в отожжённом состоянии (твёрдость не более 241 HB). ГОСТ 5950-2000 предусматривает два режима термообработки в зависимости от назначения инструмента. 

Базовый режим (ГОСТ 5950-2000):

• Отжиг: 840–880 °C, охлаждение с печью (40–50 °C/ч до 600 °C, далее на воздухе). Твёрдость — не более 241 HB.
• Закалка: 1130 °C, охлаждение в масле. Твёрдость — HRC $\ge 49$.
• Закалка: 1120–1140 °C, охлаждение в масле. Твёрдость — HRC $\ge 53$.

Режим I — для тяжело нагруженного прессового инструмента, вставок штампов напряжённых конструкций, инструмента высадки на ГКМ:

Механические свойства (образцы 15 мм): σ0,2σ0,2​ = 1372–1470 МПа, σвσв​ = 1519–1568 МПа, $\delta$ = 8–10%, $\psi$ = 28–32%, KCU = 25–29 Дж/см². Твёрдость при 20 °C — HRC 55–61, при 650 °C — HRC 50–53. 

Режим II — для прессового инструмента сложной конфигурации (зубчатые вставки для штамповки):

Твёрдость после 1-го отпуска — HRC 52–56, после 2-го — HRC 41–45. 

Сводная таблица механических свойств:

Ключевая особенность термообработки: сталь работает в состоянии вторичной твёрдости, достигаемой многократным высоким отпуском при 600–660 °C. Низкий отпуск (150–200 °C) для этой стали не применяется — он не раскрывает её потенциал. Многократный отпуск обеспечивает наиболее полное превращение остаточного аустенита и стабильность структуры. После шлифования термообработанного инструмента обязателен отпуск при 150–200 °C (1,5–2,5 ч) для снятия напряжений. 

Важные нюансы закалки:

• Нагрев под закалку — с предварительным подогревом при 700–750 °C до выравнивания температуры.
• Время выдержки: 50–70 с/мм в печи (с защитной упаковкой), 30–50 с/мм в соляной ванне.
• Во избежание коробления рекомендуется подстуживание до 900 °C на воздухе перед охлаждением в масле.
• Сталь склонна к обезуглероживанию — требуется защитная атмосфера или специальная упаковка. 

Физические свойства

Технологические свойства

• Прокаливаемость — высокая. Благодаря комплексному легированию вольфрамом, молибденом и хромом сталь равномерно закаливается по сечению заготовок средних и крупных размеров. 
• Свариваемость — не применяется для сварных конструкций. Допустима только сварка для исправления дефектов и наплавки с предварительным подогревом до 300–400 °C и последующим медленным охлаждением. 
• Обрабатываемость резанием — удовлетворительная в отожжённом состоянии (HB $\le 241$). Коэффициент обрабатываемости: KvKv​ = 1,2 для твёрдосплавного инструмента, KvKv​ = 0,7 для быстрорежущей стали. 
• Шлифуемость — удовлетворительная. После шлифования обязателен отпуск для снятия напряжений. 
• Ковка — слиток: начало 1180 °C, конец 850 °C. Охлаждение поковок из слитков — замедленное в колодце. 
• Флокеночувствительность — чувствительна. Обязательно медленное охлаждение после ковки и термообработки. 
• Склонность к отпускной хрупкости — не склонна. 
• Обезуглероживание — сталь подвержена выгоранию углерода с поверхности при нагреве. Требуется защитная атмосфера или специальная упаковка. 
• Азотируемость — сталь хорошо поддаётся азотированию, что дополнительно повышает износостойкость рабочих поверхностей. 

Где применяется круг 5Х3В3МФС

Горячекатаный и кованый круг из стали 5Х3В3МФС служит заготовкой для производства тяжело нагруженного инструмента горячего деформирования: 

Тяжело нагруженный прессовый инструмент (режим I):

• прошивные и формующие пуансоны;
• матрицы для горячего выдавливания;
• инструмент для высадки на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ);
• вставки штампов напряжённых конструкций;
• инструмент для горячего объёмного деформирования легированных конструкционных сталей и жаропрочных сплавов.

Прессовый инструмент сложной конфигурации (режим II):

• зубчатые вставки для штамповки;
• инструменты сложной формы для горячего деформирования;
• оснастка для работы с жаропрочными металлами и сплавами.

Литейная оснастка:

• пресс-формы для литья под давлением алюминиевых, магниевых и медных сплавов, особенно для ответственных и крупногабаритных отливок. 

Прочий инструмент:

• ножи для горячей резки металла;
• валы и ролики прокатных станов, работающие в условиях нагрева;
• детали прессового оборудования, работающие при температурах до 650 °C.

Основные отрасли-потребители: машиностроение, металлургия, авиационная и оборонная промышленность, производство крепежа, инструментальное производство. 

Сравнение со смежными марками

Сталь 5Х3В3МФС — выбор для самых тяжёлых условий, где инструмент одновременно испытывает высокое давление, нагрев до 600–650 °C и циклические термические удары. По сравнению с 3Х2В8Ф она содержит меньше вольфрама, но больше ванадия и молибдена, что обеспечивает лучшую ударную вязкость и обрабатываемость при сопоставимой теплостойкости. 

Аналоги и заменители

Российские заменители: 4Х4ВМФС (ДИ-22), 4Х5В2ФС (ЭИ958), 3Х2В8Ф — частично взаимозаменяемы в зависимости от условий эксплуатации. 

Зарубежные аналоги:

Нормативная база и сортамент