Фазові і структурні перетворення під час термічної обробки сталей 5ХНМ та ШХ15 (стр. 2 из 12)

До третьої групи відносять властивості штампової сталі: твердість, міцність, теплостійкість, опір зносу, розпалу та інші, а також мікрогеометрію і физико-хімічні властивості поверхневого шару гравюри, що впливають на умови тертя [4].

Основні причини, що призводять до втрати працездатності штампів – це знос, зминання, розпал, при якому маса і разміри поковки поступово виходять за допустимі межі. Швидкість протікання цих процесів визначається теплостійкістю застосовуємих сталей. Опір змину і зносу визначається не тільки вихохним рівнем властивостей сталі, але і швидкістю їх зміни в процесі експлуатації.

Одній з основних причин вихода з ладу штампів для гарячої деформації конструкційних сталей є також розвиток процесів термомеханічної втоми, що привоздять до появлення сітки тріщин «розпалу». Це погіршує поверхню заготовок, затрудняє їх витягання з штампу і полегшує знос і крихке руйнування штампу. В процесі роботи поверхневі шари штампу піддаються дії робочої напруги, що деформують заготівку, і знакозмінної теплової напруги унаслідок чергування нагрівів і охолоджувань.

Випадки передчасного виходу з ладу інструмента можуть бути пов’язани з помилками в конструкції, неправильною експлуатацією, термічню обробкою, дефектами матеріала тощо.

У зв'язку з ускладненням технології штампування і зростанням виробництва виробів з труднодеформируемих матеріалів все більш часто інструмент виходить з ладу із-за крихкого руйнування, обумовленого змінами структури, міцності і пластичності штампових сталей в процесі деформації [1].

Присутність молібдена підвищує теплостійкість, прогартованість, а також зменшує прихильність до зворотної відпускної крихкості, яку неможливо ліквідувати швидким охолодженням для великих штампів.

Виробництво штампів є складним технологічним процесом: як правило, потрібна підвищена точність виготовлення окремих деталей. Тому устаткування для виготовлення штампів повинне бути різноманітним і точним, а кваліфікація робочих – високою.

Виготовлення штампу починається з розробки технологічної документації: креслень штампу і його окремих деталей, маршрутно-технологічних карт на виготовлення деталей штампу, специфікації заготівок.

Технологічний процес для виготовлення штампу повинен забезпечити необхідну послідовність операцій, з тим щоб отримати необхідну точність штампу, чистоту його робочих і настановних поверхонь за умови оптимального завантаження наявного обладнання і робочої сили, мінімальній витраті матеріалів, інструменту і електроенергії [4].

Зазвичай механічну обробку штампів майже повністю проводять до термічної обробки. Після термічної обробки виконують лише доведення струмків штампу [5].

На рисунку 1.2 наведено технологічну схему металургійного переділу рідкого металу безпосередньо у даний виріб.

Рисунок 1.1 – Схема технологічного переділу сталі 5ХНМ

Виплавку сталі 5ХНМ здійснюють в електродуговій печі ДСП – 100. Ці печі порівняно з іншими плавильними агрегатами мають переваги: можливість швидкого нагрівання і підтримка необхідної температури в печах до 200ºС; можливість створення окислювальної, відновлювальної або нейтральної атмосфери, а також вакууму. Це дає змогу виплавляти в електропечах сталі та інші сплави з мінімальною кількістю шкідливих домішок, із оптимальним вмістом компонентів, які відзначаються високими якостями та спеціальними властивостями.

Дугова сталеплавильна піч являє собою стальний циліндр зі скошеним або сферичним днищем, футерований зсередини вогнетривкою цеглою. Зверху піч має склепіння з отворами для графітизованих електродів. У стінці корпуса є завантажувальне вікно. За допомогою механізму піч може нахилятися для завантаження або зливання сталі та шлаку. Маса плавки печі становить 100 тон.

Джерелом тепла в таких печах є електрична дуга, яка виникає між електродами діаметом 370 мм і шихтою. На електроди подається струм напругою 200-600 В і силою 1-10 кА [6].

Сталь 5ХНМ виплавляється методом окислення домішок.

Останньою операцією в сталеплавильному процесі є розливання сталі. Виплавлену в електропечі сталь виливають у розливний ковш і мостовим краном переносять до місця розливання в зливки. Ємкість ковша визначається ємкістю печі і становить 100 тон.

Сталь 5ХНМ розливають сифонним засобом (знизу).

Зливки після їхнього витягання із виливниць уповільнено охолоджують у колодязях, що не опалюються, до температури 150-250 ºС.

Зливки штампованої сталі 5ХНМ для гарячого деформування далі йдуть на вироблення з них індивідуальних поковок куванням на гідравлічних пресах.

Основну масу формоутворювальних деталей штампів для гарячої деформації виготовляють із заготовок, що заздалегідь проковують. Кування проводять для отримання необхідних розмірів заготівки і підвищення якості металу за рахунок виправлення ряду металургійних дефектів: ликваційної неоднорідності, карбідній смужчатості, анізотропії структури і властивостей і ін.

Кування дрібних і середніх заготівок часто виконують безпосередньо на машинобудівних заводах; крупні заготівки, як правило, поставляють машинобудівним заводам у вигляді термічно оброблених викованих кубиків, прямокутних або смугових заготівок.

Кування – це процес деформування нагрітої заготівки між верхнім і ніжнім бойками молота за допомогою універсального інструмента. Ковані заготівки для наступної обробки називають поковками.

Вихідні заготівки під кування відрізають на ножовочних, відрізних та абразивно-відрізних верстатах. Якість металу обрізаних чи відрубаних заготівок контролюється зовнішнім оглядом, а розміри – за допомогою універсальних вимірюваль6них засобів. Заготівки з тріщинами, розслоїнням та іншими порушеннями до кування не допускаються.

Температурний режим кування визначає отримання поковок з якісною макро- і мікроструктурою, з поверхнею без дефектів, з мінімальним угаром і зневугленням. Крім того, температурний режим кування повинен забезпечити мінімальні енергетичні витрати на кування і максимальну продуктивність устаткування. Раціональні температурні інтервали кування і штампування металевих матеріалів зазвичай вибирають по комплексу властивостей, який об'єднує характеристики пластичності і опір деформації металів. При цьому намагаються обрати область температур, в якій пластичність найбільш висока, а опір деформації найбільш низький. Верхню межу температурного інтервалу обирають з розрахунку запобігання зниженню пластичності під час нагріву в зоні перегріву і перепалу. Вона на 50 - 80ºС нижче за температуру, при якій починається знижуватися пластичність в результаті перегріву. Нижню межу температурного інтервалу кування призначають з урахуванням збереження достатньої пластичності і забезпечення дрібнозернистої будови сталі в результаті останніх операцій деформації і подальшої рекристалізації.

Нагрівання заготівок під кування здійснюють в електричних печах, які підігрівають попередньо до температури 700 ºС, витримують протягом однієї години. Потім нагрівають до температури 900-950 ºС із максимальною швидкістю до температури кування 1150-1180 ºС. Завершують процес кування при температурі 850-880 ºС. Після цього необхідне повільне охолодження, підстуження на повітрі до температури 700-650 ºС, потім повільне охолодження до температур 200-100 ºС.

Охолодження поковок штампових сталей після завершального процесу кування є дуже важливою операцією, від якої залежить якість готової продукції. Під час охолодження можуть виникати напруження, що з’явилися в поковці в результаті неоднорідної пластичної деформації. При прискореному охолодженні трапляються випадки перевищення сумарними напруженнями межі міцності сталі, в результаті чого на поковках з’являються тріщини. Охолодження кубиків зі штампов

ої сталі для гарячого деформування 5ХНМ, що передбачає спеціальну протифлокенну обробку, поєднують, як правило, з відпалом.

Найбільш розповсюдженою схемою кування зливків є каліброване кування зі зміною операцій витяжки й осадки, що забезпечує більш рівномірну структуру. Осадка зливків (збільшення поперечного перерізу вихідної заготівки за рахунок зменшення її висоти) як проміжна операція використовується для виготовлення поковок призначеної форми великого розміру. Ці поковки називають кубиками, які виготовляють зі штампованих сталей для гарячого деформування, коли однобічною протяжкою неможливо досягнути мінімально допустимого ступеня укування (рисунок 1.3). Ступінь осадки звичайно приймають 50%. Для виготовлення кубиків використовують восьмигранні зливки масою 4,8 тони. При цьому мінімальна ступінь укування повинна бути не менш трьох (за ГОСТом 7831 -71) [4].

Виробництво штампів є складним технологічним процесом, який включає попередню термічну обробку, механічну обробку, остаточну термічну обробку, зачистку гравюри і шліфування по опорних і настановних поверхнях. Штампи для гарячої деформації виготовляють на спеціалізованих штампових ділянках інструментальних цехів або разом з іншими видами технологічного оснащення – на механічних і слюсарних ділянках. Підготовку заготівок для штампів здійснюють на заготовчих ділянках, а термічну обработру – на термічних ділянках.

Спочатку штампи обробляють однаково незалежно від маси і конфігурації поковки. Для транспортування в заготівці свердлять отвори за допомогою радіально-свердляного верстата. Після чого стругають площини і хвостовики. Потім клеймують марку сталі, умовний номер штампа і поковок.