| Главная |
| Поиск по сайту |
Адрес этой страницы' ?>
§ 2. Особенности термической обработки деталей штампов и пресс-форм
Основными видами термической обработки, применяемыми при изготовлении деталей оснастки, являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.
Отжиг состоит в нагреве стали до заданной температуры, выдержке при этой температуре до окончания перекристаллизации и медленном охлаждении. В зависимости от того, какую цель преследует отжиг и над какой маркой стали он проводится, устанавливают различные его режимы — температуру нагрева, время выдержки, скорость охлаждения.
При всех видах отжига нельзя допускать перегрев и пережог стали.
Перегрев стали — брак исправимый: образовавшуюся крупнозернистую структуру при перегреве можно исправить повторным отжигом.
Пережог стали — брак неисправимый, так как сильно окисленные границы кристаллических зерен теряют связь и деталь легко разрушается, особенно на острых ребрах детали.
Нормальная продолжительность нагрева инструментальных сталей при отжиге от 30 до 60 мин на каждые 25 мм толщины изделия. Чем больше углерода и других примесей в стали, тем медленнее нагревают ее при отжиге во избежание возникновения сильных напряжений и образования трещин в металле.
Разновидностью полного отжига является изотермический отжиг, который чаще всего применяется для легированных штамповых сталей. Процесс изотермического отжига заключается в следующем: заготовку нагревают до указанной температуры полного отжига, при этой температуре выдерживают 1/5 часть времени, затрачиваемого на нагрев, после чего сравнительно быстро охлаждают до температуры 600—700° С и при этой температуре выдерживают от 30 до 60 мин, затем охлаждают на воздухе.
Нормализация применяется по отношению к низкоуглеродистым штамповым сталям и часто заменяет отжиг. Нормализация способствует установлению мелкозернистой и однородной структуры заготовки, улучшает обрабатываемость резанием, снимает наклеп с поверхностного слоя заготовок, подвергшихся ковке.
Закалка является самым распространенным процессом термической обработки стали. Она необходима для повышения твердости и износостойкости детали оснастки. Закалка производится после завершения механической обработки деталей, перед их чистовым шлифованием и полированием. Качество закалки зависит от правильного выбора температуры нагрева, времени выдержки и скорости охлаждения.
Температура нагрева под закалку зависит от химического состава стали. Нагрев деталей должен быть достаточно медленным, чтобы не возникли в металле напряжения, вызывающие трещины. Нагрев до повышенных температур не увеличивает твердость стали. Такой нагрев вызывает рост зерна, ухудшает прочность, снижает пластичность, усиливает деформацию и создает опасность образования трещин.
Время нагрева зависит от химического состава стали, от формы и размеров детали. Если нагрев производится в электрических печах, то время нагрева рекомендуется выдерживать в пределах 15—20 мин на 1 мм сечения детали, а при нагреве в соляных ваннах скорость нагрева должна составлять 0,5 мин на 1 мм сечения.
Время выдержки должно быть достаточным, чтобы весь процесс внутренних превращений в стали завершился полностью. Продолжительность выдержки рекомендуется примерно равной 1/4 времени нагрева.
Условия охлаждения при закалке имеют большое влияние на качество закалки. Охлаждение в воде создает большую твердость, но в условиях полной прокаливаемости вызывает повышенные внутренние напряжения и деформацию, что ведет к образованию трещин.
При закалке инструментальных углеродистых сталей, для получения высокой твердости и меньшей деформации, условия охлаждения выбирают в зависимости от сечения закаливаемой детали. Детали малого сечения толщиной (диаметром) до 15 мм даже при быстром переносе в охлаждающую среду успевают частично охладиться на воздухе, что затрудняет получение однородной и высокой твердости. Детали толщиной (диаметром) более 30 мм получают чрезмерно тонкий поверхностный закаленный слой с резким переходом к мягкой сердцевине.
На практике стараются не доводить закаливаемую деталь до полного охлаждения в активной охлаждающей среде (воде, растворах солей или щелочей), а, наоборот, доведя охлаждение до 300° С, дальше применяют замедленное охлаждение .на воздухе или в сухом песке. Это способствует выравниванию структурных напряжений, а твердость, полученная при закалке, практически не снижается.
Углеродистые инструментальные стали не обладают полной прокаливаемостью (они прокаливаются на глубину лишь 10—12 мм) и это обстоятельство используется в тех случаях, когда нужно получить поверхностно твердую деталь с мягкой, удароустойчивой сердцевиной. В отдельных случаях с этой целью применяют так называемую ступенчатую закалку, осуществляемую путем быстрого охлаждения последовательно в двух различных охлаждающих средах. Первой охлаждающей средой являются растворы солей, а второй — масло, подогретое до температуры 40° С. Достоинством такого способа закалки является уменьшение термических напряжений, а следовательно, трещин и коробления, а также хорошее сочетание высокой вязкости с твердостью. Ступенчатую закалку применяют для тонких деталей штампов (сечением до 10 мм) из углеродистых инструментальных сталей и более толстых деталей (сечением До 30 мм) из легированных штамповых сталей.
Наиболее энергичной закаливающей (охлаждающей) средой является холодная вода. Повышение температуры воды или масла уменьшает скорость охлаждения и ослабляет закаливающее влияние жидкости. Поэтому очень важно поддерживать постоянную температуру охлаждающей жидкости. Для этого закалку проводят в проточной воде или ваннах, жидкость которых охлаждается при помощи змеевиков с проточной холодной водой.
Отпуск. Является завершающей операцией термической обработки деталей оснастки. Рекомендуется производить отпуск непосредственно вслед за закалкой, пока закаленный металл не разрушен напряжениями, возникшими при закалке.
Различают три вида отпуска: низкий, средний и высокий.
Низкий отпуск производится с целью снятия напряжений в закаленной детали. Он почти не оказывает влияния на твердость стали, структура ее остается неизменной. Нагрев детали производят медленно до температуры 150—250° С и так же медленно охлаждают.
Средний отпуск имеет целью снятие напряжений и получение более вязкой структуры в стали. Нагрев закаленных деталей производят в интервале 250—450° С. Сталь после такого отпуска несколько теряет свою твердость, «о получает более высокие механические свойства.
Высокий отпуск осуществляют нагревом закаленной детали до 500—650° С, при этом почти полностью снимаются внутренние напряжения и улучшается структура кристаллов в металле. Однако твердость закалки значительно снижается, особенно для углеродистых инструментальных сталей.
Двойная термическая обработка, заключающаяся в закалке стали и ее последующем высоком отпуске, носит название улучшения.
В процессе отпуска важно добиться заданной температуры и обеспечить выдержку при ней. Продолжительность процесса 30—60 мин. Скорость охлаждения после отпуска существенного значения не имеет. Лишь для некоторых марок легированных сталей, у которых наблюдается отпускная хрупкость (снижение ударной вязкости после отпуска), применяют ускоренное охлаждение в воде или в масле.
Старение представляет собой процесс снятия напряжений в металле, возникших в результате механической обработки. Оно заключается в медленном нагреве до низких температур (120—160° С) и выдержке при этих температурах. Применяется старение преимущественно после чернового шлифования при изготовлении деталей, подверженных деформации (тонкие пуансоны, пластины матриц штампов).