Дефекты термической обработки

ЛИТЫЕ ШТАМПЫ.

Изготовление штампов отливкой с последующей термической обработкой на требуемую твердость позволяет отказаться от ковки и сокращает обработку резанием.

Прочностные свойства и теплостойкость литой стали близки к аналогичным свойствам кованой. Основное отличие заклю­чается в вязкости и износостойкости. Вязкость литых сталей типа 4Х5МФ на 25 - 35% ниже, чем кованых. Однако износостой­кость у литых штампов несколько выше, из - за своеобразной неоднородности структуры, при которой в по­верхностных слоях зерна больше концентрация углерода и ле­гирующих элементов.

Отсюда следует, что применение литых штампов оправды­вается при условии выбора определенной области их использо­вания, состава стали, а также параметров литья и режимов термической обработки. Литые штампы должны быть простой формы и небольшого сечения для работы при отсутствии повышенных ударных нагрузок и интенсивного охлаждения, когда требования к разгаростойкости не являются преобладающими.

Рационально выбирать более вязкие стали с меньшим содер­жанием углерода (ЗХЗМЗФ, 2Х6В8М2К8) и использовать глав­ным образом виде вставок.

Вязкость литой стали несколько возрастает, кроме того, в слу­чаях более интенсивного охлаждения в процессе кристаллизации, достигаемого литьем в оболочковые, а не в зем­ляные формы, подобно тому, как у быстрорежущих сталей. Стойкость подобных штампов не ниже, чем кованых.

В штамповых сталях могут возникать следующие дефекты,обусловленные особенностями их состава, обработки и эксплуатации:

1) Порча теплостойкости. В сталях, содержащих более 3% W, длительный отжиг при 800 - 900°С вызывает превращения в карбидной фазе, подобные протекающим в быстрорежущих ста­лях. Но этот дефект в штамповых сталях с меньшим коли­чеством карбида М₆С выражается сильнее. После длительного отжига в структуре стали может отсутство­вать карбид М₂₃С₆. Сталь ЗХ2В8Ф после закалки с 1100°С и отпуска при 600°С получает твер­дость HRC 48 - 51, если ее предвари­тельно отжигали при 860°С c вы­держкой 8 ч., и лишь HRC 41 - 46, если отжиг продолжался 50 ч. Поэтому отжиг штамповых ста­лей с вольфрамом целесообразно заменять высоким отпуском.

В присутствии 1 - 3% Мо этот дефект развивается меньше.

2) Ухудшение пластичности при 600 - 650°С. Относительное сужение сталей с 5 - 10% W сильно падает при 600 - 650°С, причем значитель­нее у стали, отпущенной на большую твердость (HRC 50), чем на меньшую (HRC 45). Относительное удлинение снижается меньше. [4]

Рисунок 12 Относительное сужение стали 3Х2В8Ф в зависимости от температуры испытания и условий выплавки: а- явление температуры испытания (1 - обычная печь; 2- вакуум; закалка с 1150°С, масло: отпуски при 600°С 8 ч.); б- влияние разрежения при выплавке.

а) б)

Разру­шение в этом случае происходит по границам зерен. При более высоком нагреве пластичность вновь восстанавливается.

Ударная вязкость в этом темпе­ратурном интервале не снижается, а наоборот возрастает. Это указы­вает, что ухудшение пластичности - следствие совместного воздействия температуры и пластической дефор­мации, протекающей при эксплуа­тации.

Ухудшение пластичности наблю­дается у сталей, выплавленных в открытой печи, и не обнаруживается у многих плавок, полученных в вакууме. (рисунок 13) [4]

Рисунок 13 Микроструктура стали ЗХ2В8Ф в месте разруше­ния образца при 650°С; трещины по границам зерен.

Это связано с тем, что снижение пластичности может вызываться примесями и, в частности, азотом, выделяющимся в виде нитри­дов при 600 - 650°С из легированной α - фазы.

Ухудшение пластичности меньше в сталях с 5% Сr и неболь­шим содержанием вольфрама (2%) или молибдена, в том числе выплавляемых в открытой печи. Вместе с тем при увеличении содержания хрома, а также молибдена в сталях с 6 - 8% W уменьшается чувствительность к этому дефекту, а при увеличе­нии содержания ванадия > 0,8 - 0,9% она возрастает. Следова­тельно, снижение пластичности может вызываться и другими процессами.

Рентгеновским анализом в изломе стали ЗХ2В8Ф, полученном растяжением при 650°С, обна­ружено выделение интерметаллида Fe₂W. Его образование отвечает принципу хи­мического соответствия между исходным твердым раствором и фазой, выделяющейся в состоянии, отличном от равновесного; в легированной металлической основе (α - фазе), отпущенной на твердость HRC 50, содержится мало углерода, но еще сохра­няется повышенная концентрация воль­фрама.

3) Крупнозернистость. Она возникает в инструментах крупных сечений (диаме­тром >100—150 мм).

4)Нафталинистый излом. Он может возникать в штамповых сталях повышенной теплостой­кости, главным образом вольфрамовых, в упрочняющих фазах которых присутствует карбид М₆С; в этом случае сильно сни­жается вязкость. Нафталинистый излом не возникает, если:

а) ковка выполняется со значительной деформацией б) за­каливается отожженная сталь с твердостью не выше HB 260 - 280 или сталь, подвергнутая предварительной закалке из межкристаллической области с твердостью до HRC 35—38.

В сталях высокой теплостойкости (2Х6В8М2К8 и др.) нафта­линистый излом не наблюдается.

Выводы

Внедрение в производство процессов обработки материалов давлением, максимально приближающих формы заготовок к форме готовых изделий (штамповка), имеет большое производственное значение, т.к. позволяют значительно сократить потери обрабатываемого материала и затраты на последующую механическую обработку, а также совместить процесс формообразования с операциями упрочнения металлов и сплавов.

Инструментальные штамповые стали предназначены для изготовления режущего, измерительного инструмента и штампов холодного и горячего деформирования. В процессе эксплуатации все виды инструмента, особенно металлорежущий и штампы, подвергаются истиранию, испытывают высокие давления, а также повышенные напряжения, чаще всего изгиба или кручения. Для обеспечения износостойкости инструментальным сталям должна быть присуща высокая твердость, а для сохранения формы инструмента, предупреждения его поломок и выкрошивания рабочих кромок – высокая прочность при удовлетворительной вязкости. К важному свойству инструментальных сталей, подвергающихся при резании или деформировании существенному нагреву, относятся теплостойкость (красностойкость), т.е. устойчивость против отпуска.

Увеличение стойкости штампового инструмента достигается с помощью обеспечения оптимального комплекса структурных факторов, повышающих физико-механические свойства и служебные характеристики.

Список литературы

1.Ю.М.Лахтин,В.П.Леонтьева.Материаловедение-Москва «машиностроение», 1980-487с.

2. Ю.А.Геллер. Инструментальные стали- Москва «металлургия», 1975-583 с.

3. А.П.Гуляев. Металловедение- Москва «металлургия», 1986-541 с.

4.А.М.Адаскин,В.М.Зуев. Материаловедение- Москва издательский центр «Академия», 2009-283 с.

Дата добавления: 2015-06-27