Термическая обработка штамповых сталей для горячего деформирования - Разработка технологии термической обработки штампов горячего деформирования из теплостойкой стали 4Х5МФС
Цель окончательной термической обработки - получение в готовом инструменте оптимального сочетания основных свойств: твердости, прочности, износостойкости, вязкости и теплостойкости.
Наиболее распространенный технологический процесс окончательной термической обработки инструмента для горячего деформирования состоит из закалки и отпуска. Большое разнообразие условий работы такого инструмента предопределяет не только применение различных сталей, но и необходимость получать в каждом конкретном случае оптимальное для данных условий сочетание свойств за счет правильного выбора режимов термической обработки. При этом в зависимости от назначения инструмента возможен выбор разных температур нагрева под закалку, закалочных сред и способов охлаждения, температур отпуска. Режимы закалки и отпуска не универсальны, а их следует назначать дифференцированно в соответствии с условиями работы инструмента.
В частности, следует учитывать, что при повышении температуры нагрева под закалку возрастает теплостойкость и прокапиваемость штамповых сталей, но из-за укрупнения зерна снижается их вязкость. Поэтому, например, для прессового инструмента, работающего с большим разогревом, но без значительных динамических нагрузок, целесообразно повышать температуру нагрева под закалку для получения большей теплостойкости.
Вместе с тем при выборе режимов закалки и отпуска следует учитывать их влияние на деформацию инструмента в процессе термической обработки и возможность последующей механической обработки.
Повышение температуры отпуска' как правило, повышает вязкость стали, но снижает ее твердость, прочность и износостойкость. В связи с этим для сохранения износостойкости и твердости стали температуру отпуска выбирают пониженной, однако не ниже температуры разогрева инструмента при эксплуатации.
Технологическая схема обработки инструмента для горячего деформирования :
- 1) горячая пластическая деформация (ковка); 2) отжиг; 3) механическая обработка; 4) закалкаи отпуск; 5) механическая обработка.
Для деформирования алюминиевых сплавов применяются стали с 5% Сг: 4Х5В2ФС и типа 4Х5МС (или 4Х5МФС).
Твердость инструмента и последовательность операций механической и термической обработки определяются его размерами, формой и условиями эксплуатации.
Предварительная обработка
ГОРЯЧАЯ ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
Пониженная деформируемость штамповых сталей по сравнению с конструкционными обусловлена их меньшей пластичностью вследствие более высокой легированности твердого раствора, больших количеств карбидных фаз и степени ликвации при кристаллизации.
Температуры нагрева под ковку (прокатку) выбирают из условий достижения наиболее высокой пластичности в достаточно широком интервале температур, что определяется химическим составом стали и массой слитка. Температуры окончания пластической деформации устанавливают с учетом того, чтобы избежать образования трещин и рванин и подготовки необходимой структуры (размера зерна аустенита, распределения и дисперсности избыточных фаз и др.), обеспечивающей высокие механические свойства после окончательной термической обработки. Для полутеплостойких сталей повышенной вязкости температуры начала ковки 1150-1180°С, окончания 850-880°С. Для теплостойких штамповых сталей начало ковки при 1160--1180°С; конец ковки при 850- 925°С [1].
При выполнении ковки необходимо добиваться максимально однородной структуры. Наиболее широко применяемой схемой ковки слитков штамповых сталей (на молотах и прессах) является протяжка в осевом направлении. Такая схема деформирования дает повышенную анизотропию механических свойств, поэтому рекомендуется ряд схем ковки, обеспечивающих более равномерную структуру. К ним относятся: ковка слитков в поперечном направлении, комбинированная ковка со сменой операций вытяжки и осадки, ковка со сменой направления вытяжки, всесторонняя ковка. Всесторонняя ковка с осадкой способствует устранению дендритной ликвации.
Для повышения однородности структуры в более крупных заготовках из высокохромистых, а также высоколегированных штамповых сталей для горячего деформирования рекомендуется ковка по следующей схеме: осадка на 1/3 высоты с обратной вытяжкой до исходных размеров; затем 2--4 осадки до размеров Н < D (Н - высота, D - диаметр полуфабриката) с вытяжкой в направлении, перпендикулярном образующей цилиндра - полуфабриката; оформление окончательных размеров [4].
Штамповые стали, особенно высоколегированные, склонны к образованию термических трещин при охлаждении на воздухе. Поэтому после ковки их охлаждают замедленно:
- 1) в неотапливаемых колодцах или термостатах; 2) на воздухе до 700°С, а более мелкие до 450-500°С, чтобы задержать выделение карбидов по границам зерен, а затем в футерованной яме или в песке. Можно не допуская охлаждения ниже 700°С и 450°С, помещать поковки в печь для отжига или высокого отпуска.
ЧЕРНОВАЯ ТЕРМООБРАБОТКА
Отжиг выполняют лишь при необходимости измельчения структуры слитков или крупных заготовок, мало обжатых при пластической деформации. В остальных случаях можно ограничиться высоким отпуском, после которого сталь приобретает примерно такую же структуру, как и после отжига.
Назначение отжига (отпуска) - перекристаллизация стали для измельчения зерна и получения низкой твердости, а также структуры зернистого перлита, как наиболее удовлетворяющей последующей закалке. Наиболее целесообразно применять изотермический отжиг, включающий нагрев до температур, близких или немного выше Ас1 выдержку после прогрева металла (определяется массой садки) не менее 2-3 часов, медленное охлаждение с печью до температур несколько ниже Аr1, выдержку продолжительностью 3-4 часа, медленное охлаждение до 600-650°С, затем на воздухе. Преимуществом изотермического отжига является получение более однородной структуры после последующей закалки, особенно для сталей с небольшим содержанием карбидной фазы [4].
Для полутеплостойких сталей повышенной вязкости температуры отжига и высокого отпуска составляют соответственно 760--800°С и 650- 690°С. Данные стали чаще подвергают отпуску, чем отжигу, так как переохлажденный аустенит этих сталей имеет особо высокую устойчивость, а температура его минимальной устойчивости весьма низкая. Эти факторы значительно увеличивают продолжительность отжига, снижают скорость коагуляции карбидов и поэтому затрудняют получение низкой твердости [6].
Вольфрамовые стали для предупреждения порчи теплостойкости лучше отпускать, а не отжигать. Вольфрамомолибденовые стали в крупных поковках отжигают, мелкие поковки рационально отпускать. Температура отжига составляет примерно 800-850°С, а температура отпуска 700-780°С [1]
Режимы закалки и отпуска
Для полутеплостойких сталей повышенной вязкости температура нагрева под закалку составляет 830-870°С в зависимости от марки стали с предварительным подогревом при 600-620°С.
Высокий отпуск проводится для получения сорбитной структуры (температура отпуска 500-600°С, скорость нагрева 40-50 град/час). Охлаждение после отпуска на воздухе. Инструмент обрабатывается, как правило, на твердость 35-40 НRС или 40-46 НRС.
Температуры нагрева под закалку и отпуск стали 4Х5МФС для горячего деформирования приведены в табл. 5.
Таблица 5. - Температуры закалки и отпуска стали 4Х5МФС
Сталь |
Закалка |
Температура отпуска, °С, на твердость, HRC | ||
Температура нагрева°С |
Твердость, HRC |
50 |
45 | |
4Х5МФС |
1060-1080 |
52-54 |
580-590 |
610-620 |
При закалке важной задачей является защита от обезуглероживания; поскольку температуры закалки - высокие. Обязательно применение мер защиты; наиболее целесообразен нагрев в контролируемых атмосферах или в вакууме.
После закалки данные стали рекомендуется подстуживать на воздухе до 950-900°С, а затем охлаждать в масле.
Операцию отпуска выполняют немедленно после закалки с целью предупреждения трещин. Как правило, отпуск производят на твердость 45 НЫС в штамповых сталях, предназначенных для высадки и выдавливания; 48--53 НRС для ножей и пил горячей резки.
Поскольку при нагреве для отпуска в структуре сохраняется много аустенита, целесообразно проведение двукратного отпуска. Температура второго отпуска может быть на 10-20°С ниже, а его продолжительности на 20-25% меньше, чем первого отпуска. Охлаждение после отпуска проводится на воздухе.
Похожие статьи
-
Для обработки металлов давлением применяют инструменты - штампы, пуансоны, ролики, валики и т. д., деформирующие металл. Стали, принимаемые для...
-
Штамп является инструментом для обработки давлением, поверхность или контур одной или обеих частей которого соответствуют обработанной детали или...
-
На основе диаграммы состояний "железо - цементит" и построенного графика термической обработки опишите превращения в структуре стали при нагреве,...
-
Создание высокопроизводительных и стойких в эксплуатации Инструментов связано, в первую очередь, с проблемой получения и обработки таких материалов,...
-
Легирование является одним из основных способов воздействия на структуру и свойства инструментальных сталей и способствует повышению работоспособности...
-
Таблица 2 - Химический состав стали 4Х5МФС по ГОСТ 5950-73 Сталь Содержание основных элементов % C Mn Si Cr W Mo V Другие элементы 4Х5МФС 0,32-0,4...
-
Таблица 4 - Режимы термообработки Операция T, °С Охлаждающая среда HRC Цементация 930 Охлаждение медленное в колодцах или ящиках Закалка 820 - 840...
-
Материаловедение и технология конструкционных материалов для железнодорожной техники
Задание. Перечислите виды термообработки, объясните сущность и назначение закалки и отпуска и определите по диаграмме состояния Fc-Fe3 C температуру...
-
Основы теории термической обработки Термической обработкой называют технологические процессы, состоящие из нагрева и охлаждения металлических изделий с...
-
Сталь закалка полигонизация слиток Правильным режимом закалки стали будет заключается в нагреве стали до температуры выше критической (Ас3), в выдержке и...
-
Превращения при отпуске - Характеристика термической обработки
Отпуском называют термическую операцию, заключающуюся в нагреве закаленной стали до температуры ниже ac1, с последующей выдержкой и охлаждением с...
-
Виды отпуска - Характеристика термической обработки
Отпуск стали: отпуск является окончательной термической операцией, применяемой после закалки; это нагрев стали ниже критической точки Ас1 с последующей...
-
Термической обработкой стали называется совокупность технологических операций ее нагрева, выдержки и охлаждения в твердом состоянии с целью изменения ее...
-
РАСШИФРОВКА МАРКИ СТАЛИ - Разработка технологического процесса термической обработки детали
Сталь марки 18Х2Н4ВА : хромоникелевая конструкционная легированная сталь с содержанием углерода 0,18%, до 2% хрома, 4 % никеля и 1% ванадия....
-
Для изготовления рельсов можно применять конструкционные улучшаемые стали. Учитывая, что по техническим требованиям требуются высокие характеристики,...
-
Хром - очень распространенный легирующий элемент. Он повышает точку А3 и понижают точку А4 (замыкает область г-железа). Температура эвтектоидного...
-
Алюминиевый сплав марки Д16 больше известен как дюраль или дюралюминий. Такое название носят все сплавы, в которых к алюминию добавлены медь и магний....
-
Отпуск стали - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Отпуск закаленных углеродистых сталей Отпуском называют термическую операцию, заключающуюся в нагреве закаленной стали до температур, не превышающих...
-
Сплав Д1 - относится к числу дюралюминов. Такой вид сплавов обладает достаточно высокой прочностью, пластичностью и относится к числу нормальных...
-
Технологическим процессом называют часть производственного процесса, непосредственно связанную с изменением формы, размеров и физико-механических свойств...
-
Кулинарная обработка включает ряд процессов по холодной обработке пищевых продуктов, приготовлению полуфабрикатов, тепловой обработке пищевых продуктов и...
-
Цементация стали - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Поверхностное диффузионное насыщение малоуглеродистой стали углеродом с целью повышения твердости, износоустойчивости. Цементации подвергают...
-
Закалка, Отпуск - Химико-термическая обработка металлов
Закалкой называется процесс термической обработки металлов, состоящий в их нагреве и быстром (иногда постепенном) охлаждении. Закалка применяется для...
-
Введение - Высокопрочные стали
С каждым годом растет потребность в материалах, обладающих высокой прочностью и вместе с этим необходимыми пластичностью и вязкостью. В обычных...
-
Корозионностойкие стали - Чугун и сталь
Стали, устойчивые против электрохимической коррозии, называются коррозионно-стойкими (нержавеющими). Устойчивость стали против коррозии достигается...
-
Термомеханическая обработка металла - Технология обработки металлов давлением
Успехи машиностроения, строительства и других отраслей промышленности в значительной мере определяются достижениями в области металлургического...
-
Износостойкие стали - Чугун и сталь
Износостойкость деталей обычно в первую очередь обеспечивается повышенной твердостью поверхности. Однако высокомарганцевая аустенитная сталь 110Г13Л...
-
Термическая обработка металлов, Отжиг - Химико-термическая обработка металлов
Отжиг Отжиг металла производят для снятия внутрикристаллического напряжения, вследствие чего уменьшается твердость металла. При обработке во время ковки...
-
Конструкционные улучшаемые стали, Рессорно-пружинные стали - Чугун и сталь
Улучшаемыми называют такие стали, которые используются после закалки с высоким отпуском (улучшения). Эти стали (40Х, 40ХФА, 30ХГСА, 38ХН3МФА и др.)...
-
Отжиг маятниковый (циклический), сфероидизирующий отжиг - Термообработка деталей и инструментов
[pendulum (cyclic) аnnealing] - Отжиг с многократным нагревом до 740 OС и охлаждением до 680 OC, что обеспечивает получение структуры зернистого перлита....
-
Основан на использовании диффузионных (нормальных) фазовых превращений при охлаждении металлов и сплавов. Основные параметры отжига II рода : температура...
-
Новые технологии производства и обработки стали - Новые технологии производства чугуна и стали
Электроннолучевая плавка металлов Для получения особо чистых металлов и сплавов используют электроннолучевую плавку. Плавка основана на использовании...
-
Термомеханическая обработка - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Термомеханическая обработка стали заключается в сочетании механической обработки давлением (прокатки, штамповки) с термической обработкой (закалкой). Это...
-
Изменение структуры при отпуске. Находясь в напряженном и неустойчивом состоянии, закаленная сталь стремится к своему устойчивому стабильному состоянию,...
-
Формование, Термическая обработка - Товароведение и экспертиза качества вареных колбасных изделий
Включает наполнение колбасных оболочек или форм фаршем, вязку батонов, накладывание скрепок на их концы. Используют натуральные кишечные или...
-
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ - Газовая резка нержавеющей стали
Нержавеющими называются стали, обладающие высокими механическими свойствами, окалиностойкостью, жаропрочностью, стойкостью против атмосферной, жидкостной...
-
Шарикоподшипниковые стали - Чугун и сталь
Для обеспечения работоспособности изделий шарикоподшипниковая сталь должна обладать высокой твердостью, прочностью и контактной выносливостью. Это...
-
Низколегированные стали, предназначены для изготовления деталей, работающих в условиях высоких температур (100-600 С) и при давлении газа или пара. Эти...
-
Дефекты термической обработки - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Дефекты при отжиге и нормализации. В процессе отжига и нормализации могут возникнуть следующие дефекты: окисление, обезуглероживание, перегрев и пережог...
-
Жаропрочные стали и сплавы - Чугун и сталь
Эти стали, используются при работе под нагрузкой и обладают достаточной жаростойкостью при температурах выше 500 0С. Жаропрочные стали перлитного класса...
Термическая обработка штамповых сталей для горячего деформирования - Разработка технологии термической обработки штампов горячего деформирования из теплостойкой стали 4Х5МФС