Технології термічної обробки форм для лиття під тиском: керівництво

Технології термічної обробки широко застосовуються у виробництві форм для лиття під тиском; вони можуть значно поліпшити мікроструктуру та експлуатаційні характеристики компонентів форм, продовжити термін служби форм, підвищити якість обробки та зменшити знос інструментів.

Форми для лиття під тиском зазвичай виготовляються з легованих інструментальних сталей. Типові послідовності термічної обробки включають сфероїдизуючий відпал, зняття напруги/стабілізацію, гартування (або гартування та відпуск) та багаторазові операції відпуску. Вибравши відповідну комбінацію термічних обробок, можна досягти необхідної міцності, в'язкості та високих температурних характеристик.

Попередня обробка:

1. Мета: усунути залишкові напруження від кування або чорнової обробки, зменшити твердість для полегшення різання та підготувати однорідну структуру для подальшого гартування та відпустки.
2. Методи та ефекти: сфероїдизуючий відпал створює однорідну мікроструктуру з дрібнодисперсними карбідами для підвищення в'язкості. Гартування з відпусткою (тобто гартування з подальшою відпусткою) часто забезпечує кращий баланс міцності та в'язкості, тому для штампів, що вимагають високої в'язкості, зазвичай використовують відпустку після гартування замість сфероїдизації.
3. Рекомендація: виконайте попередню обробку поковок або чорнових заготовок і зафіксуйте партію процесу для полегшення подальшого відстеження якості.

Стабілізаційна обробка:

1. Мета: усунути внутрішні напруження, що виникли під час чорнової обробки, та зменшити ризик деформації та утворення тріщин під час гартування. Це особливо важливо для штампів складної форми.
2. Типовий процес: нагрівання до 650–680 °C, витримка протягом 2–4 годин, потім виймання з печі та охолодження на повітрі. Для штампів зі складною геометрією перед охолодженням на повітрі необхідно охолодити в печі до температури нижче 400 °C, щоб ще більше зменшити внутрішні напруження.
3. Особливі випадки: на поверхнях, модифікованих методом EDM (електророзрядної обробки), може утворитися переплавлений або пошкоджений шар, що робить їх схильними до утворення тріщин від різання дротом; для усунення локальних напружень слід провести відпал для зняття напружень при нижчій температурі.

Попередній нагрів перед гартуванням:

1. Причина: форми для лиття під тиском часто виготовляються з високолегованих сталей з поганою теплопровідністю; швидке пряме нагрівання може створити великі температурні градієнти, що призведе до утворення тріщин або деформації. Тому необхідний поетапний попередній нагрів.
2. Методи та температури попереднього нагрівання: попереднє нагрівання при нижчій температурі (від 400 °C до 650 °C) можна проводити в коробчастій або повітряній печі. Попереднє нагрівання при вищій температурі краще проводити в соляній печі для поліпшення рівномірності нагрівання.
3. Кількість попередніх нагрівань і вимоги: для форм з низькими вимогами до контролю деформації можна використовувати менше етапів попереднього нагрівання; для суворого контролю деформації слід використовувати багатоступеневе попереднє нагрівання, щоб зменшити напруження від теплового градієнта. Загальна емпірична оцінка часу попереднього нагрівання становить 1 хв/мм (лише для довідки; перевіряйте на основі матеріалу та товщини деталі).

Нагрівання для гартування та витримка:

1. Мета: отримати аустеніт однорідного складу та достатньо розчинити карбіди, тим самим покращивши міцність при високих температурах та стійкість до розм'якшення.
2. Вибір температури: температура гартування повинна бути обрана в межах, визначених для матеріалу. Вищі температури гартування сприяють термічній стабільності, але можуть сприяти зростанню зерен і зниженню в'язкості; для штампів, що вимагають високої в'язкості, зазвичай використовуються відносно нижчі температури гартування.
3. Час витримки: для забезпечення гомогенізації нагрівання для гартування в сольовій ванні зазвичай вимагає відносно тривалої витримки; загальна оцінка становить від 0,8 хв/мм до 1,0 хв/мм (довідкове значення; необхідно перевірити).

Охолодження гартування:

1. Вибір методу охолодження: штампи простої форми та з низькою чутливістю до деформації можна гартувати в маслі. Штампи складної форми або з високими вимогами до стійкості до деформації краще обробляти поетапним (ступеневим) гартуванням (прискорення охолодження поетапно з поступовими переходами).
2. Вирівнювання перед відпусткою: щоб запобігти утворенню тріщин і деформації, незалежно від методу охолодження, не охолоджуйте безпосередньо до кімнатної температури; замість цього спочатку охолодіть до 150 °C до 180 °C для вирівнювання. Час вирівнювання можна оцінити в 0,6 хв/мм (довідкове значення), після чого негайно приступайте до відпустки.
3. Примітки: контролюйте профіль швидкості охолодження, щоб уникнути концентрації термічного напруження на поверхні/в ядрі. При використанні ступінчастого або локального гартування переконайтеся, що деформація є контрольованою, і забезпечте процедури корекції.

Відпуск:

1. Необхідність: достатнє відпущення усуває залишкові напруження від гартування та регулює твердість і в'язкість. Форми для лиття під тиском зазвичай вимагають ретельного відпущення, яке зазвичай виконується в три етапи.
2. Температура першого відпуску зазвичай вибирається в діапазоні вторинного зміцнення матеріалу (для стабілізації структури).
3. Температура другого відпуску вибирається для досягнення необхідної твердості.
4. Температура третьої відпалу на 10–20 °C нижча за температуру другого відпалу і використовується для усунення залишкових напружень та вдосконалення структури.
5. Охолодження після відпуску: після відпуску можна використовувати масляне або повітряне охолодження. Час витримки після одноциклового відпуску не повинен бути менше 2 годин (точний час визначається на основі товщини деталі та вимог до матеріалу).