Технологии термообработки форм для литья под давлением Руководство

Технологии термообработки широко применяются в производстве форм для литья под давлением; они могут значительно улучшить микроструктуру и характеристики компонентов форм, продлить срок службы форм, повысить качество обработки и снизить износ инструмента.

Формы для литья под давлением обычно изготавливаются из легированных инструментальных сталей. Типичные последовательности термообработки включают сфероидизирующий отжиг, снятие напряжений/стабилизацию, закалку (или закалку и отпуск) и несколько операций отпуска. Путем выбора подходящей комбинации термообработок можно достичь требуемой прочности, вязкости и высокотемпературных характеристик.

Предварительная обработка:

1. Цель: удалить остаточные напряжения от ковки или черновой обработки, снизить твердость для облегчения резки и подготовить однородную структуру для последующей закалки и отпуска.
2. Методы и эффекты: сфероидизирующий отжиг создает однородную микроструктуру с мелкодисперсными карбидами для повышения вязкости. Закалка с отпуском (т. е. закалка с последующим отпуском) часто обеспечивает превосходный баланс прочности и вязкости, поэтому для штампов, требующих высокой вязкости, обычно используется отпуск после закалки вместо сфероидизирования.
3. Рекомендация: проводите предварительную обработку поковок или грубо обработанных заготовок и регистрируйте партию процесса для облегчения последующего отслеживания качества.

Стабилизирующая обработка:

1. Цель: устранить внутренние напряжения, возникшие во время черновой обработки, и снизить риск деформации и растрескивания во время закалки. Это особенно важно для штампов сложной формы.
2. Типичный процесс: нагрев до 650–680 °C, выдержка в течение 2–4 часов, затем извлечение из печи и охлаждение на воздухе. Для штампов сложной геометрии перед охлаждением на воздухе необходимо охладить в печи до температуры ниже 400 °C, чтобы еще больше снизить внутренние напряжения.
3. Особые случаи: на поверхностях, обработанных методом электроэрозионной обработки (ЭЭО), может образоваться переплавленный или поврежденный слой, который подвержен растрескиванию при резке проволокой; для снятия локальных напряжений следует провести отжиг для снятия напряжений при более низкой температуре.

Предварительный нагрев перед закалкой:

1. Причина: формы для литья под давлением часто изготавливаются из высоколегированных сталей с плохой теплопроводностью; быстрый прямой нагрев может создавать большие температурные градиенты, вызывая растрескивание или деформацию. Поэтому необходим поэтапный предварительный нагрев.
2. Методы и температуры предварительного нагрева: предварительный нагрев при более низкой температуре (от 400 °C до 650 °C) можно проводить в коробчатой или воздушной печи. Предварительный нагрев при более высокой температуре лучше проводить в солевой печи для обеспечения более равномерного нагрева.
3. Количество этапов предварительного нагрева и требования: для форм с низкими требованиями к контролю деформации можно использовать меньшее количество этапов предварительного нагрева; для строгого контроля деформации следует использовать многоэтапный предварительный нагрев, чтобы уменьшить напряжения, вызванные температурным градиентом. Обычная эмпирическая оценка времени предварительного нагрева составляет 1 мин/мм (только для справки; проверьте на основе материала и толщины детали).

Нагрев для закалки и выдержка:

1. Цель: получить аустенит однородного состава и достаточно растворить карбиды, тем самым улучшив высокотемпературную прочность и сопротивление размягчению.
2. Выбор температуры: температура закалки должна выбираться в пределах, указанных для материала. Более высокие температуры закалки способствуют термической стабильности, но могут стимулировать рост зерен и снижать вязкость; для штампов, требующих высокой вязкости, обычно используются относительно более низкие температуры закалки.
3. Время выдержки: для обеспечения гомогенизации нагрев для закалки в соляной ванне обычно требует относительно длительной выдержки; обычно она составляет от 0,8 мин/мм до 1,0 мин/мм (справочное значение; необходимо проверить).

Охлаждение при закалке:

1. Выбор метода охлаждения: штампы простой формы и с низкой чувствительностью к деформации могут закаливаться в масле. Штампы сложной формы или с высокими требованиями к антидеформации лучше обрабатывать ступенчатой (поэтапной) закалкой (ускорение охлаждения поэтапно с постепенными переходами).
2. Выравнивание перед отпуском: чтобы предотвратить растрескивание и деформацию, независимо от метода охлаждения, не охлаждайте непосредственно до комнатной температуры; вместо этого сначала охладите до 150 °C–180 °C для выравнивания. Время выравнивания можно оценить в 0,6 мин/мм (справочное значение), после чего немедленно приступайте к отпуску.
3. Примечания: контролируйте профиль скорости охлаждения, чтобы избежать концентрации термического напряжения на поверхности/в сердцевине. При использовании ступенчатой или локальной закалки убедитесь, что деформация контролируемая, и предусмотрите корректирующие процедуры.

Отпуск:

1. Необходимость: достаточная отпускная обработка устраняет остаточные напряжения закалки и регулирует твердость и вязкость. Литьевые формы обычно требуют тщательной отпускной обработки, которая обычно выполняется в три этапа.
2. Температура первого отпуска обычно выбирается в диапазоне вторичного упрочнения материала (для стабилизации структуры).
3. Температура второго отпуска выбирается для достижения требуемой твердости.
4. Температура третьего отпуска на 10–20 °C ниже температуры второго отпуска и используется для устранения остаточных напряжений и усовершенствования структуры.
5. Охлаждение после отпуска: после отпуска можно использовать масляное или воздушное охлаждение. Время выдержки при одноцикловом отпуске не должно быть менее 2 часов (точное время определяется исходя из толщины детали и требований к материалу).