Фазові і структурні перетворення під час термічної обробки сталей 5ХНМ та ШХ15 (стр. 3 из 12)

Підготовлені таким чином штампи передають на термічну обробку (попередню – відпал), після чого виготовляють безпосередньо гравюру. Для обробки крупних штампів застосовують токарно-карусельний верстат. Також до універсальних верстатів, які застосовують для виконання фрезерувальних робіт, відносять вертикально-фрезерувальний верстат, на якому фрезують заготівельні ручаї. Обробку ручаїв на таких верстатах здійснюють за розміткою і за допомогою шаблонів. Першою операцією при обробці ручаїв штампу є чорнове фрезерування. Його проводять для видалення основної маси металу з порожнини ручаїв. Чистове фрезерування проводять з високою точністю фрезами з профілем, який дозволяє забезпечити необхідну конфігурацію ручаїв.

Для забезпечення якості молотових штампів під час їх виготовлення, необхідно дотримуватись певних технічних умов.

Після термічної обробки штампу, його площини грубо шліфують. Шершавість непрацюючих поверхонь встановлюється за 4-5 класами шершавості поверхні згідно до ГОСТу 2789-73. На дзеркалі штампу і поверхнях, не зайнятих ручаями, допускають окремі дефекти у вигляді забоїн, слідів окалини та ін. Дефекти слід зачистити. Чорнові та чистові ручаї шліфують і полірують до 8 класу шершавості, при цьому на поверхні не повинно бути задирів, рисок, прижогів, вибоїн, які викривляють конфігурацію ручаїв. Тобто шліфування – це одна з важливіших операцій механічної обробки штампів, що забезпечує отримання високого класу шершавості поверхні і точних розмірів. Шліфування використовують в якості попередньої і кінцевої обробки. Широко застосовують плоскошліфовальні і круглошліфувальні верстати загального призначення. Плоску шліфовку можна здійснювати переферієй і торцем круга, а круглу – його переферієй. Для кінцевої обробки верстати повинні забезпечувати швидкість обертання круга в межах 25-45 м/с, можливість автоматичної подовжньої і поперечної подачі на глибину. Вони повинні мати систему охолодження, систему, що відсасує пил і високу жорсткість шпінделя, подовжувачів. Рідина для охолодження знижує температуру нагріву деталі, що обробляється. Це знижує місцеві напруження, які можуть призвести до появи тріщин і сколів. Також після кінцевої термічної обробки проводять шліфування спеціальними кругами з синтетичних алмазів або ельбора. Чистота поверхні при обробці інструмента з ельбора може досягати 11-12 класу шершавості [4].

1.3 Режими термічної обробки сталі 5ХНМ

Виходячи зі схеми технологічного переділу рідкого металу у готовий вироб, зазначимо ті місця, де необхідно проводити термічну обробку.

Термічна обробка включає нагрівання, витримку та охолодження. Умови, за якими здійснюється цей процес, називається режимом. До параметрів режиму термічної обробки належать температура і швидкість нагріву та час витримки.

Швидкість нагрівання повинна забезпечувати необхідні перетворення у сплаві та максимальну продуктивність нагрівального обладнання. Разом з тим у деталі не повинні виникати внутрішні напруження, короблення та тріщини.

Витримка за тієї чи іншої сталої температури залежать від виду обробки та умов одержання необхідної структури.

Підготовка до термічної обробці включає:

- зовнішній огляд стану поверхні штампа (відсутність забоїн, іржі, слідів масла та ін.);

- підбір штампів з однієї марки сталі близьких типорозмірів для комплектування садіння (одночасно в піч для нагріву під гартування можна завантажувати до 10 комплектів штампів);

-упаковку з метою захисту гравюри штампу від окислення і зневуглецювання (при використанні печей без захисної атмосфери).

Під час підготовки до термічної обробки необхідно захищати гравюри від окислення зневуглення. Оскільки печі із захисною атмосферою для нагріву під гартування штампів майже не використовують, то їхні гравюри захищають від окислюючого впливу атмосфери печі за допомогою таких засобів: на гравюру насипають захисний шар, який складається з карбюризатора, зверху його обмазують вогнетривкою глиною з азбестом або накривають металевим листом. Кращій результат забезпечує засіб, при якому встановлюється гравюрою донизу на спеціальний піддон, в якому засипаний захисний склад. При застосуванні цього засобу захисту покращуються умови нагріву шпампа. Крім того, з'являється можливість використовувати стійкі до теплової дії литі піддони із жаростійкої сталі, зменшуються час і витрати на упаковку (рисунок 1.4). Кращим таким складом дя захисту є дерев’яне вугілля або відпрацьований карбюризатор разом зі свіжим (до 30%) або з перепаленою сухою чавунною стружкою (до 20%). Товщина захисного шару становить 20-30 мм; проміжки між стінками піддону і бічними гранями штампу обмазують вогнетривкою глиною або засипають сухим піском. Кришки (піддони) виготовляють з листової маловуглецевої або корозійностійкої сталі товшиною 2 - 4 мм [1].

Рисунок 1.4 - Схеми упаковки для захисту гравюри штампа під час нагріву под закалку: а - гравюрою вгору; б - гравюрою донизу; 1- кришка; 2 - захисна суміш; 3 - обмазка (вогнетривка глина з азбестом); 4 - штамп; 5 - плита; 6 - кулі; 7 - напрямна; 8 - піддон.

Відповідно до схеми технологічного переділу попередньою обробкою штампа зі сталі 5ХНМ є відпал, а кінцевою – гартування і відпуск.

Попередня термічна обробка передбачає зниження твердості поковок для поліпшення їх оброблюваності різанням, подрібнення зерна і забезпечення рівномірного розподілу структурних складових, зниження остаточних напруг і підготовку структури до подальшого гартування. Оптимальною структурою вважається зернистий перлит з равномерним розподілом фаз.

Операція відпалу полягає в нагрівання сталі на 20 - 40 ºС вище т.

, витримка при цій температурі до повного завершення фазових перетворень і повільному охолодженні для забезпечення розпаду аустеніту в області високих температур. Зменшення твердості і міцності штампової сталі під час відпалу досягається за рахунок обособлення в структурі карбідної фази. При цьому найчастіше під час відпалу штампової сталі за мету ставлять отримання структури зернистого перліту. Кінцева структура сталі після відпалу залежить від температури відпалу і швидкості охолодження. Чим менша швидкість охолодження, тим більше зростають глобули карбіду при розпаді аустеніту. Більш дрібнозернистий перліт характеризується підвищеною твердістю і міцністю [7].

Для сталі 5ХНМ назначаємо наступний режим попередньої термічної обробки: температура відпалу 760-790 ºС; витримка із розрахунку 1год + 1,5хв на 1мм товщини становить близько 6 годин; уповільнене охолодження спочатку з піччю до температури 500-400 ºС, потім у охолоджувальному пристрої (колодязі чи термостаті) до температури 250-150ºС. В результаті отримуємо структуру зернистого перлиту з твердістю 197-241 HB. Режим попередньої термічної обробки наведено на рисунку 1.5.

Для попередньої термічної обробки поковок використовують універсальні камерні або прохідні електричні і газові печі з автоматичним регулюванням теплового режиму. Якість поковок повинна задовольняти вимогам ГОСТ 5950-73. При цьому контролюється відсутність дефектів поверхності, що виявляються виешним оглядом (тріщин, волосовини, заходів, полон і ін.), внутрішні дефект (ультразвуковим і іншими методами контролю), глибина зневуглецьованого шару, макроструктура (по зламу), твердість (НВ), макроструктура, карбідна неоднорідність.

Мета остаточної термічної обробки - отримання в готовому інструменті оптимального поєднання основних властивостей: твердості, міцності, зносостійкості (що забезпечують високий опір змину і стиранню гравюри штампу), в'язкості (для запобігання передчасному аварійному руйнуванню штампу) і теплостійкості [1].

Кінцева термічна обробка штампової сталі для гарячого деформування 5ХНМ – гартування і високий відпуск.

Гартування. Технологічний процес гартування складається з нагрівання сталі до температури вище за критичну т.

на 30-50 ºС, витримці при цій температурі протягом певного часу, охолодження зі швидкістю вище критичної швидкості гартування для утворення структури мартенситу.

Залежно від призначення штампа можливий вибір різних температур нагріву під гартування, гартувального середовища і засобів охолодження, температур відпуска. Крім того, необхідно враховувати, що при підвищенні температури нагріву під гартування, зростають теплостійкість і прогартованість сталі, але через укрупнення зерна знижується їх в’язкість [7].

Для нагріву крупних штампів під гартування використовують газові або електричні печі з подом, що висувається; іноді застосовуються печі з кулями на поду, по яких можна пересувати піддони з штампами. Після завантаження штампів (найбільш великі – ближче до задньої стінки печі) щілини у заслінки і висувного пода промазують вогнетривкою глиною. Крім того, можуть бути застосовані і полум’яні печі.

Обираємо наступний режим гартування: нагрівання для зменшення короблення і запобігання тріщин здійснюємо при температурі підігрівання 700-750 ºС та остаточного нагрівання до температури 840-860 ºС. Тривалість нагріву встановлюють з необхідності прогрівання штампів і достатньою насиченості аустеніту вуглецем і легуючими елементами. Недостатня витримка не забезпечує необхідної прогартованості і теплостійкості, надмірно тривала - викликає зростання зерна і додаткове зневуглення.

В таблиці 1.3 наведено тривалість нагріву (в полум’яній печі), витримки, охолодження штампов під час гартування.

Таблиця 1.3 - Тривалість нагріву (в полум’яній печі), витримки, охолодження штампов під час гартування [2]

Операція	Тривалість операціі, год.-хв. для штампов, з найменшою стороною, мм
	350
Витримка після завантаження в піч	0 – 30
Нагрів до температури гартування	10 – 00
Витримка при температурі гартування	2 – 10
Підстуження на повітрі	0 – 15
Охолодження в маслі	0 - 50

Штампи охолоджують по засобу перивистого гартування, підстуживая на повітрі до температури 750 - 780ºС. Основним середовищем для охолодження штампу є мінеральне масло з температурою 40-70 ºС. Штамп з піддоном витягують з печі, знімають з піддона, очищують поверхню гравюри від карбюризатору, закріплюють штампи на піднімаючому пристрої і опускають у масло, спочатку похитуючи їх, а потім залишаючи висіти за допомогою спеціального пристосування в маслянном баку при включеній циркуляції масла.