| Главная |
| Поиск по сайту |
Адрес этой страницы' ?>
§ 3. Химико-термическая обработка деталей оснастки
Химико-термическая обработка деталей штампов и пресс-форм заключается в изменении химического состава поверхностного слоя металла готовых деталей с целью повышения его твердости или придания антикоррозионной стойкости.
Различные методы химико-термической обработки позволяют насыщать поверхностный слой металла углеродом, азотом, хромом, алюминием и другими металлами.
Процесс химико-термической обработки заключается в нагреве стали, выдержке при этой температуре в насыщающей среде и медленном охлаждении. В производстве деталей оснастки применяются следующие виды химико-термической обработки: цементация, азотирование, алитирование и диффузионное хромирование.
Цементация деталей оснастки возможна с помощью твердых, газообразных и жидких карбюризаторов, но наиболее распространенным способом является цементация твердыми карбюризаторами. Детали помещают в ящик из жаростойкой стали и засыпают толченым древесным углем в смеси с добавками, ускоряющими процесс цементации (например, 75% угля, 15% углекислого бария, 5% углекислого кальция, 1% углекислого натрия и 4% мазута).
Карбюризатор утрамбовывают. Расстояние между деталями, уложенными в ящик, должно быть 25—40 мм. Цементационный ящик плотно закрывают, обмазывают щели глиной и по высыхании ее ставят в закалочную печь, нагретую до 700° С. Затем температуру печи поднимают до 920— 940° С, при этой температуре выдерживают из расчета 1 час на каждые 0,1 мм желаемой глубины науглерожен-ного слоя. Глубина цементации, выполняемой таким способом, достигает 3 мм.
Для проверки качества цементации в ящик вместе с цементуемыми деталями закладывают образцы («свидетели»), изготовленные из той же стали, которые затем подвергают испытаниям.
Как правило, после цементации детали подвергают закалке одним из следующих способов: закалка раскаленной детали, взятой непосредственно из цементационного ящика; охлаждение деталей в ящике, повторный нагрев их в печи до 760—780° С и закалка в воде или масле; двойная закалка-нагрев охлажденных в ящике деталей до 600—650° С, охлаждение их вместе с печью, повторный нагрев до 900° С с закалкой в масле, снова нагрев до 780° С и закалка в воде.
При изготовлении штампов цементации подвергают направляющие колонки, направляющие втулки, державии для быстросменных пуансонов и другие детали, изготовленные из сталей 15, 20 и 30.
Алитирование — насыщение поверхностного слоя стали алюминием. Применяется для повышения стойкости деталей оснастки, работающих при нагреве до значительных температур. В результате алитирования сталь приобретает жаропрочность. Этот метод используется при изготовлении форм для литья под давлением.
Диффузионное хромирование представляет собой насыщение поверхностного слоя стали хромом. Применяется оно для повышения твердости, износостойкости и коррозийной стойкости особо ответственных деталей форм для литься под давлением.
Азотирование — насыщение поверхности слоя стали азотом при температуре 480—620° С в течение 10—60 ч. Азотированный слой достигает глубины 0,5— 0,8 мм и твердости до HRC68—70. При этом приобретаемая твердость сохраняется даже при нагреве до 550° С. После азотирования детали не требуют последующей термической обработки, не деформируются и получают высокую коррозионную стойкость.
Азотированию подвергают в основном рабочие детали вытяжных, гибочных и формовочных штампов, изготовленные из легированных инструментальных сталей, содержащих хром, молибден, ванадий. Эти металлы легко образуют с азотом твердые химические соединения.
Процесс азотирования происходит следующим образом. Детали загружают в плотно закрывающийся муфель, который помещают в электрическую печь. По трубке в муфель подают аммиак (NH3), предварительно пропущенный через поглотитель влаги. Температуру в печи поднимают до 500—600° С. При этих температурах аммиак диссоциирует (разлагается) на азот и водород и образовавшийся атомарный азот поглощается поверхностными слоями металла деталей.
Насыщение стали азотом при обычных условиях азотирования протекает чрезвычайно медленно (во много раз медленнее диффузии углерода при цементации стали). Для образования азотированного слоя глубиной 0,1 мм требуется ориентировочно около 10 часов. Поэтому для ускорения процесса азотирования используют двухступенчатый нагрев: детали выдерживают сначала при температуре 510—520° С, а затем нагревают до 550—600° С и выдерживают при этой температуре от 8 до 20 ч, в зависимости от глубины слоя. При двухступенчатом нагреве общая продолжительность азотирования сокращается в 1,5—2 раза.
По окончании азотирования детали медленно (со скоростью 200—300° С в час) охлаждают до температуры 200—250° С для того, чтобы в металле не осталось внутренних напряжений. Охлаждение, как и нагрев, производят в закрытой печи ,в атмосфере аммиака во избежание окисления поверхности металла.
Если необходимо азотировать только часть поверхности детали, то места, не подлежащие азотированию, покрывают гальваническим способом слоем олова. Олово должно быть нанесено тонким слоем 10—15 мкм.
Азотированию подвергают не всякую сталь. Поскольку требуется высокая и устойчивая твердость поверхностного слоя стали, то азотирование к углеродистой инструментальной стали не применяется. Это объясняется тем, что железо с азотом дает очень непрочные, легко распадающиеся при нагреве нитриды. Наиболее часто азотируют рабочие детали гибочных, вытяжных и формовочных штампов, изготовленные из легированных сталей марок Х12, Х12М, Х12Ф1, 7X3, 4ХВ2С.
Азотирование обычно выполняют на завершающей стадии обработки деталей. После него выполняются лишь чистовое шлифование и полирование рабочих поверхностей. Если к деталям оснастки применяется термообработка, то ее выполняют обязательно до азотирования, причем температура отпуска должна быть выше температуры азотирования, иначе при азотировании деталь может получить деформацию. Для деталей, подвергающихся перед азотированием высокому отпуску, температура азотирования не должна превышать 650° С.
При антикоррозионном азотировании форм для литья под давлением, осуществляемом обычно на небольшую глубину (до 0,04 мм), применяют ускоренные режимы. Они состоят в использовании более высоких температур нагрева (до 700—850° С) и значительно меньшего времени выдержки.
Если кроме антикоррозионного азотирования необходима еще и закалка, то ее выполняют непосредственно вслед за азотированием: после выдержки при температуре азотирования деталь закаливают в воде или масле и затем отпускают.