авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

«Федеральное агентство по образованию Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный ...»

-- [ Страница 4 ] --

Закалка шестерен со сквозным прогревом зуба применяется для скоро стных плавно работающих (без ударов), умеренно нагруженных мелкомо дульных (4 мм) шестерен. Основным требованием, предъявляемым к таким шестерням, является высокая износостойкость зубьев. Шестерни изготавли ваются из среднеуглеродистых низколегированных марок сталей: 45, 40Х, 40ХН и др.

Оптимальная частота тока для равномерного нагрева зубьев и впадин шестерен определяется по формуле:

f 600/m2 [кГц], где m – модуль зуба, мм.

Время нагрева обычно составляет 10-40 с в зависимости от модуля и габари тов шестерен, температура нагрева должна быть не выше 900 °С. Такие па раметры закалки позволяют прогреть насквозь зубчатый венец шестерни и зону под ним. Охлаждение при закалке ведется спрейером или погружением в масло.

Твердость после закалки составляет HRC 50-58. После закалки прово дится отпуск или самоотпуск, при этом твердость изделия находится в пре делах HRC 45-50.

Объемно-поверхностная закалка шестерен проводится для изделий с модулем 4-8 мм. Такие шестерни применяются в задних мостах грузовых ав томобилей и не уступают по прочности цементованным и нитроцнментован ным. Шестерни изготавливаются из стали пониженной прокаливаемости марки 58 (55 ПП). Поковки шестерен проходят ПТО, состоящую из ускорен ного охлаждения с температуры конца ковки для получения мелкого зерна и последующей нормализации.

Индукционный нагрев осуществляется токами с частотой 2,5-10,0 кГц, время нагрева 20-100 с. Конкретное время нагрева определяется модулем и размерами шестерни. Режим нагрева подбирают так, чтобы размер аустенит ного зерна равнялся 10-12 баллам. Время охлаждения при закалке определя ется из расчета того, чтобы обеспечить температуру самоотпуска 200-210 °С, что аналогично отпуску в печи при 150-160 °С.

В результате такой обработки при правильно выбранных режимах на грева и охлаждения по контуру зубьев и впадин создается закаленный на мартенсит слой с твердостью HRC 59-61, твердость впадины составляет HRC 30-40 и имеет структуру троостита или сорбита закалки.

Поверхностная закалка «по впадине» применяется для крупномодуль ных шестерен с модулем 8 мм. Такие шестерни изготавливаются из средне углеродистых низколегированных марок стали: 40Х, 40ХН. Нагрев под за калку ведется токами с частотой 2,5-10,0 кГц и ограничивается одной впади ной. Так как нагрев ведется впадина за впадиной, то удельная мощность вы сокочастотной установки не велика и составляет 1,5-2,0 кВт/см2. Конфигура ция закаленного поверхностного слоя (рис. 32) связана с особенностями ра боты крупномодульных шестерен. На вершине зуба упрочненный слой от сутствует, так как эта зона зуба при работе не подвергается нагрузкам.

Закалка «по впадине» может вы полняться непрерывнопоследовательным или одновременным способом. Схема за Рис. 32. Конфигурация закаленного калки первым способом приведена на слоя (выделен зачернением) на рис. 33.

зубьях при закалке «по впадине»

Для того, чтобы обеспечить необходимую глубину прогрева впадины расстояние между индуктором и нагреваемой поверхностью должно состав лять 0,2-1,5 мм. Увеличение зазора приводит к пониженной глубине и твер дости слоя, уменьшение – может вызвать перегрев или пробой индуктора из за случайного замыкания. Охлаждение при закалке ведется спреером водо воздушной смесью. После закалки проводится отпуск или самоотпуск, пара метры которых определяются твердостью поверхностного слоя.

Рис. 33. Схема индуктора для закалки зуба шес терни «по впадине» непрерывно последовательным способом Контрольные вопросы 1. Назовите основной критерий выбора технологии термической обра ботки материала и для изготовления шестерен.

2. Что такое модуль зуба?

3. Перечислите марки сталей для изготовления зубчатых колес.

4. Перечислите схемы термической обработки зубчатых колес.

5. Каким нагрузкам подвергаются шестерни при эксплуатации?

6. Какие виды ХТО применяют для упрочнения шестерни 7. Перечислите варианты технологии поверхностной закалки при ин дукционном нагреве.

8. От чего зависит выбор поверхностной закалки при индукционном нагреве?

Лекция 20. Технология термической обработки деталей подшип ников План лекции 1. Условия работы подшипников и материалы для их изготовления 2. Маршрутная технология получения деталей подшипников 3. Технология ОТО деталей подшипников В машиностроении используется около 11 000 типоразмеров подшип ников качения с наружным диаметром 2-3 000 мм и массой от долей грамма до 6 т. Подшипники работают в интервале температур от 150 до +700 °С со скоростью до 300 000 об/мин. Выпуск деталей подшипников ведется на спе циализированных заводах машиностроения – государственные подшипнико вые заводы (ГПЗ). Данные изделия выпускаются на заводах с массовым и крупносерийным характером производства.

Условия работы подшипников и материалы для их изготовления.

Детали подшипников испытывают многократно повторяющиеся контактные, ударные нагрузки, износ, воздействие коррозионной среды и высоких темпе ратур. Основные виды дефектов, возникающих при работе – это контактно усталостное выкрашивание, смятие, износ, заклинивание, трещины, корро зия. Поэтому материалы для изготовления подшипников должны иметь: вы сокое сопротивление пластической деформации, стойкость против усталост ного разрушения, износостойкость, достаточную вязкость, стабильность раз меров.

В зависимости от условий работы деталей подшипников в отечествен ной промышленности предусмотрено три варианта термической обработки:

1. Детали подшипников работают без высоких ударных нагрузок. Они изготавливаются из заэвтектоидных легированных сталей типа ШХ15. Тер мическое упрочнение обеспечивает высокую твердость по всему сечению де талей;

2. Детали подшипников, испытывающие при эксплуатации значитель ные ударные нагрузки и высокие контактные напряжения (подшипники про катных станов, буровых установок). Данные изделия изготавливаются из низкоуглеродистых легированных сталей (18ХГТ, 20Х2Н4А) с повышением твердости, износостойкости поверхности путем цементации и последующей термической обработки;

3. Детали крупногабаритных подшипников, работающие в условиях ударного нагружения (подшипники букс железнодорожных вагонов). Со гласно разработок ВНИИЖТ данные изделия изготавливаются из стали ШХ4, эта сталь относится к заэвтектоидным хромистым сталям с регламентирован ной прокаливаемостью. Упрочняющая термическая обработка стали ШХ состоит из объемно-поверхностной закалки с отпуском.

Химический состав сталей применяемых для изготовления деталей подшипников приведен в табл. 15. Эти стали относятся к заэвтектоидным, так как содержат углерода более 0,8%. Основным легирующим элементом в подшипниковых сталях является хром, который образует карбиды, обеспечи вающие повышенную износостойкость и твердость.

Таблица Химический состав подшипниковых сталей Марка ГОСТ Содержание элементов, % P1 S1 Ni1 Cu С Si Mn Cr ШХ15 801-78 0,96-1,05 0,17-0,37 0,20-0,40 1,30-1,65 0,027 0,020 0,30 0, ШХ!15СГ 801-78 0,95-1,05 0,40-0,65 0,90-1,20 1,30-1,65 0,027 0,020 0,30 0, ШХ20СГ 801-78 0,90-1,00 0,55-0,85 1,40-1,70 1,40-1,70 0,027 0,020 0,30 0, 18ХГТ 4543-71 0,17-0,23 0,17-0,37 0,8-1,1 1,0-1,3 0,035 0,30 0,30 20Х2Н4А2 4543-71 0,15-0,22 0,17-0,37 0,3-0,6 1,25-1,75 0,025 0,020 - 0, ШХ4 801-78 0,95-1,05 0,15-0,30 0,15-0,30 0,35-0,50 0,027 0,020 0,30 0, – не более;

2 –содержит 3,50-3,75% Ni.

К подшипниковым сталям предъявляются более жесткие по сравнению с обычными конструкционными сталями требования в отношении чистоты по неметаллическим включениям, поверхностным дефектам, плотности, мак роструктуре, карбидной неоднородности. Это связано с тем, что под действи ем высоких сосредоточенных в малом объеме знакопеременных нагрузок большинство дефектов макроструктуры и крупные неметаллические включе ния являются концентраторами напряжений и очагами зарождения усталост ных трещин при эксплуатации подшипников. Загрязненность металла неме таллическими включениями, глубина обезуглероживания, макродефекты, карбидная ликвация и структурная полосчатость нормированы ГОСТ 801-78.

Из неметаллических включений наиболее опасны твердые и хрупкие глобу лярные включения.

Маршрутная технология получения деталей подшипников будет рассмотрена на примере изготовления колец подшипников:

1. Приготовление расплава, литье слитков на машинах непрерывного литья заготовок;

2. Горячая деформация свободной ковкой, штамповкой на горизон тально-ковочных машинах, раскаткой;

3. ПТО с целью улучшения обрабатываемости резанием и подготовки структуры к ОТО;

4. Предварительная механическая обработка;

5. ОТО предварительно обработанных заготовок;

6. Окончательная механическая обработка (шлифование и доводка);

7. Отжиг для снятия напряжения;

8. Сборка и контроль качества.

Технология ПТО подшипниковых сталей заключается в сфероидизи рующем отжиге с образованием структуры зернистого перлита. Сталь с такой структурой обеспечивает хорошую обрабатываемость резанием и высокое качество поверхности заготовок. Мелкозернистый перлит является опти мальной структурой для последующей закалки, так как за счет медленного растворения глобулярных карбидов повышается технологичность стали при закалке (низкая склонность к росту зерна). Кроме того, зернистая форма кар бидов и их равномерное распределение обеспечивают после закалки сохра нение этих качеств, это связано с тем, что нагрев под закалку заэвтектоидных сталей ведется с частичным сохранением карбидных частиц.

Структура зернистого перлита стали после отжига позволяет получить для ШХ15 и ШХ4 твердость НВ 179-207, для ШХ15СГ и ШХ20СГ – НВ 179 217. При правильных температурно-временных параметрах отжига в струк туре стали отсутствует карбидная сетка, а размеры карбидных частиц при мерно одинаковы. Если в результате горячей деформации подшипниковых сталей образовалась карбидная сетка, то рекомендуется для исправления это го дефекта провести отжиг нормализацию при температуре 900-920 °С с вы держкой 30-40 мин, охлаждение со скоростью не менее 40-50 °С/ч. Такая скорость достигается охлаждением мелких поковок на воздухе, более круп ных – обдувом воздуха или водовоздушной смесью.

Параметры сфероидизирующего отжига: нагрев выше точки Ас1, но ниже Асм, выдержка при заданной температуре в течение 45-60 мин, скорость охлаждения должна быть такой, чтобы превращение аустенита в зернистый перлит завершилось при температуре 600 °С. Рекомендуется охлаждать со скоростью 15-20 °С/ч для садок массой более 3 т;

25-30 °С/ч для садок менее 0,5 т. Более быстрое охлаждение приводит к получению неоднородного крупнозернистого перлита с повышенной твердостью.

Для получения зернистого перлита в качестве ПТО можно применить изотермический отжиг. Его преимуществом перед сфероидизирующим отжи гом является то, что температуру изотермической выдержки контролировать проще, чем скорость охлаждения. При этом следует отметить, что сокраще ние времени отжига не достигается, так как для получения твердости менее НВ 217 необходимо изотермическую выдержку выполнять при температурах 720-730 °С. В указанном интервале температур для превращения аустенита требуются длительные выдержки 4-5 ч, что не позволяет сократить время изотермического отжига.

Заготовки для подшипников, изготовленные из низкоуглеродистых ле гированных цементуемых сталей, подвергают нормализации при температуре 900-920 °С и высокому отпуску при 640-660 °С. Твердость не превышает НВ 241, микроструктура – сорбитообразный перлит.

Контроль качества ПТО проводится проверкой твердости и микро структуры заготовок. Целесообразно контролировать поковки из наиболее горячих и холодных мест садки. Перспективно использовать неразрушающие методы контроля качества отжига. К таким методам относится измерение ко эрцитивной силы заготовок размером: диаметр 150-280 мм, высота 50-90 мм.

Дефектные структуры, полученные при недогреве, исправляются повторным отжигом. Структура перегретой стали устраняется отжигом нормализация с отпуском или без него.

Технология ОТО деталей подшипников включает закалку с низким от пуском, данная термическая обработка формирует требуемые свойства дета лей. Детали перед ОТО должны быть чистые, сухие, без следов масла, эмуль сии, поверхностных дефектов (риски, забоины, вмятины, ржавчина). В связи с массовым характером производства и большой номенклатурой деталей на ГПЗ используется высокопроизводительное оборудование для термической обработки (агрегаты для закалки и отпуска). Конструкция агрегатов опреде ляется видом деталей (кольца, ролики, шарики). Как при закалке, так и три отпуске рекомендуется применять защитные или нейтральные (вакуум) сре ды.

Режим закалки деталей, прокаливающихся насквозь, определяется мар кой стали и ее исходной структурой. При этом оговаривается скорость нагре ва, температура нагрева под закалку, время выдержки, среда охлаждения.

Сталь ШХ15 допускает сколь угодно быстрый нагрев без опасности возник новения трещин. Температура нагрева и время выдержки должны обеспе чить:

1. Завершение образования аустенита и растворение карбидов в нем до содержания углерода 0,55-0,65%;

2. Размер зерна аустенита в пределах 9-10 балла;

3. Однородный аустенит, что позволяет получить в структуре закален ной стали отсутствие продуктов немартенситного превращения.

Длительность нагрева под закалку может быть определена по форму лам: для колец – аS, [мин], для шариков (роликов) – = аD, [мин], где а – эмпирический коэффициент, S – толщина стенки кольца, мм, D – диаметр шариков (роликов).

При нагреве в печах с пульсирующим подом или конвейерных а=15, в роль ганговых – а=10.

Закалочная среда выбирается в зависимости от марки стали, массы и формы деталей. Для стали ШХ15 необходимо интенсивное охлаждение в широком интервале температур 700-350 °С. Для закалки колец используются различные марки минеральных масел. Присутствие воды в закалочном масле не допускается, поэтому перед использованием все закалочные масла выдер живают при температуре 140-150 °С в течение 20-24 ч. Контроль качества масла проверяется не реже двух раз в неделю.

Шарики диаметром более 14 мм с целью получения максимальной твердости закаливают в воде. Для предупреждения образования на поверхно сти троосто-мартенситной структуры в воду добавляют 3-5% Na2CO3. Во всех случаях необходимо, чтобы закалочная жидкость интенсивно омывала поверхности деталей. Разработаны установки для закалки колец с их враще нием или покачиванием.

При закалке колец появляется такой дефект, как овальность, что явля ется результатом неравномерности нагрева или охлаждения при закалке, а также механических воздействий. Для снижения деформации применяют за калку в горячих средах (ступенчатая и изотермическая). Твердость колец по сле закалки должна быть не менее HRC 63. Поэтому для колец с толщиной стенки до 6 мм температура закалочной среды 250-260 °С, выдержка 10 с;

для колец с толщиной стенки 6-12 мм – 150-250 °С, выдержка от 15 с до мин. В качестве закалочных сред применяют масла с высокой температурой вспышки.

Наилучший результат по уменьшению деформации колец обеспечива ется ступенчатой закалкой с охлаждением в штампах или фиксирующих при способлениях. При нажиме пресса, выправляют искривления формы, при этом детали находятся в пластичном состоянии, выдержка в штампе в тече ние 1,0-1,5 мин. Бездеформационную закалку колец крупногабаритных под шипников проводят за счет использования тепловой усадки в процессе охла ждения от температуры закалки до температуры точки Мн. Для этого нагре тые кольца свободно устанавливаются на приспособления, фиксирующие требуемый внутренний диаметр, и помещают в закалочное масло. Для уменьшения деформации колец диаметром 150-1 500 мм применяют также охлаждение в масле до 150-200 °С на вращающихся валках со скоростью 1,5 3,0 м/с, далее на спокойном воздухе.

При закалке в горячих средах необходимо дополнительное охлаждение с целью снижения количества остаточного аустенита. Охлаждение до 75 °С ведется на спокойном воздухе или воздушной струей, затем двухстадийное охлаждение в моечных машинах водой или водно-содовым раствором. Тем пература на первой стадии охлаждения – 40-50 °С, на второй – 15-20 °С.

Заключительной операцией в ОТО является низкий отпуск, который формирует свойства готовых деталей подшипников. При этом достигается повышение вязкости, размерная и структурная стабильность деталей. Необ ходимо помнить, что отпуск требуется проводить сразу после закалки или не позднее, чем через 3 ч. На практике отпуск осуществляют при 160-175 °С с выдержкой не менее 2 ч. Общая длительность отпуска зависит от массы, раз меров деталей, типа нагревательных устройств, массы садки и может изме няться в пределах 2,5-9,0 ч.

Разновидностью ОТО является объемно-поверхностная закалка деталей железнодорожных подшипников из стали ШХ4. В этом случае используется индукционный нагрев, который не требует защитных атмосфер при нагреве, а в качестве среды закалки применяется вода или водные растворы. Приме няются для закалки токи частотой 2,4 кГц при суммарной мощности генера торов 200 кВт. Температура нагрева под закалку составляет 840-860 °С, вре мя выдержки – 10-15 с. Устойчивость процесса индукционного нагрева обес печивается за счет автоматических регуляторов по току в первичной обмотке закалочного трансформатора.

В результате, благодаря регламентированной прокаливаемости стали ШХ4, поверхностные слои закаливаются на твердость HRC 64-67, одновре менно сердцевина упрочняется на твердость HRC 35-40. За счет создания в поверхности колец остаточных напряжений сжатия их износостойкость по вышается более чем в два раза, устраняются хрупкие разрушения колец при работе. Объемно-поверхностная закалка применяется для колец с толщиной стенки не менее 12 мм и роликов диаметром не менее 20 мм, работающих при высоких динамических и контактных нагрузках. После закалки прово дится низкий отпуск, параметры которого аналогичны стали ШХ15.

Детали подшипников, изготовляемые из цементуемых сталей (20Х2Н4А, 18ХГТ), при ОТО проходят ХТО, закалку одинарную или двой ную и низко-температурный отпуск. Параметры термической обработки оп ределяются маркой стали и аналогичны режимам, применяемым для ОТО шестерен, изготовленных из указанных сталей. Структура поверхности дета лей высокоуглеродистый скрыто- или бесструктурный мартенсит с твердо стью HRC 58-62, в сердцевине малоуглеродистый мартенсит – HRC 30-45.

Контроль качества термической обработки деталей подшипников включает:

1. Определение твердости на приборах Роквелл, Супер-Роквелл, Вик керс. Искажение показаний приборов за счет сферической или цилиндриче ской поверхности деталей учитывается специальными поправками. После ОТО твердость колец и роликов из стали ШХ15 должна быть в интервале HRC 61-65, шариков – HRC 60-66;

2. Оценку качества излома деталей с определением наличия пережога.

После оптимальной закалки излом матово-серый, шелковистый;

3. Проверку микроструктуры при увеличениях 500-600 крат. Структу ра должна представлять скрыто кристаллический мартенсит и равномерно распределенные избыточные карбиды. Перегрев обнаруживается по появле нию игольчатого мартенсита. Недогрев при закалке связан с образованием троосто-мартенситной структуры;

4. Контроль на наличие трещин, который выполняется на магнитных или ультразвуковых дефектоскопах. Трещины в деталях подшипников не до пускаются.

Контрольные вопросы 1. Назовите основные виды дефектов, возникающих в подшипниках.

2. Какие требования, предъявляют к материалам для подшипников?

3. Какие виды термической обработки применимы для подшипников?

4. Какие виды подшипниковых сталей вы знаете?

5. Назовите основные легирующие элементы в подшипниковых сталях.

Каково их влияние на свойства?

6. Какие примеси присутствуют в подшипниковых сталях? В чем нега тивное влияние этих примесей?

7. В чем заключается ПТО для подшипниковых сталей?

8. Структура подшипниковых сталей после ПТО?

какие виды ОТО существуют для подшипников? Какова структура по сле такой обработки? Свойства стали после ОТО?

9. Каковы методы оценки качества подшипников?

10. Поступило рацпредложение о сокращении производственного цик ла изготовления колец подшипников: совместить предварительную и оконча тельную механообработку, а затем выполнить окончательную термообра ботку. Обосновать Ваше решение как эксперта.

Лекция 21. Технология термической обработки рессор и пружин.

Закалка и отпуск пружин. Изотермическая закалка. Поверхностное уп рочнение рессор План лекции 1. Условия работы пружин и рессор. Требования к рессорно-пружинным материалам 2. Термическая обработка пружин из сталей общего назначения, упроч няемых закалкой с отпуском 3. Технология термической обработки рессор Условия работы пружин и рессор. Требования к рессорно пружинным материалам. Пружины и рессоры являются упругими элемен тами машин и механизмов. Поэтому в процессе эксплуатации они испыты вают многократные знакопеременные нагрузки, после снятия которых долж ны полностью восстановить свои первоначальные размеры. Следовательно, материал, применяемый для изготовления пружин и рессор, должен обла дать, кроме необходимой прочности в 1 000 МПа в условиях нагружения достаточно хорошей пластичностью 5% и 20 % и иметь высокий пре дел упругости у 800 МПа. Кроме того, пружины должны обладать высокой релаксационной стойкостью, а при работе в агрессивных средах (пар, мор ская вода, различные растворы) быть коррозионностокими.

Разнообразие видов пружин, применяемых в технике очень велико. По характеру работы пружины делят на работающие при сжатии, растяжении, кручении, изгибе. По форме пружины подразделяются на винтовые, спираль ные, тарельчатые, плоские (рис. 34). Пружины при работе могут испытывать следующие виды нагрузок: статические, динамические, циклически изме няющиеся.

Рис. 34. Различные виды пружин: а – пружина сжатия цилиндрическая;

б - пружина сжатия коническая из проволоки круглого сечения;

в – пружина сжатия телескопическая из заготовки прямоугольного сечения;

г – пружина цилиндрическая растяжения;

д – пру жина кручения;

е – пружина спиральная плоская;

ж – пакет тарельчатых пружин;

з – пру жина изгиба пластинчатая;

и – листовая рессора При правильном выборе типа и размера пружин и рессор на их долго вечность и надежность влияют следующие факторы:

1. Химический состав и структура стали после термической обработ ки, а также его изменение в процессе работы;

2. Металлургическое качество стали (количество неметаллических включений, неоднородность состава и структуры);

3. Качество поверхности проката (лист, полоса, лента, проволока). На личие дефектов поверхности в готовых пружинах и рессорах;

4. Наличие и глубина обезуглероженного слоя;

5. Величина и распределение внутренних остаточных напряжений.

Для изготовления пружин применяют углеродистые и легированные стали. Рессоры производят только из легированных сталей. Это специальная группа конструкционных сталей с характерным комплексом свойств, важ нейшим из которых является сопротивление малым пластическим деформа циям. Стали должны иметь малый размер зерна, однородную структуру и субструктуру, повышенную чистоту по вредным примесям и неметалличе ским включениям.

Не менее важны для материалов и технологические свойства – малая склонность к росту зерна и обезуглероживанию при термической обработке, глубокая (сквозная) прокаливаемость, низкая критическая скорость закалки, малая чувствительность к отпускной хрупкости. Технологичность рессорно пружинных сталей определяет также пластичность при горячей и холодной пластической деформации (прокатка, гибка, волочение, ковка, штамповка).

По назначению рессорно-пружинные стали делятся на: стали общего назначения, изделия из которых работают в обычных атмосферных условиях воздушной среды;

специальные стали, когда упругие элементы из них рабо тают в агрессивных средах, при повышенных температурах. Пружины и рес соры упрочняют следующими способами:

Холодная пластическая деформация сталей общего назначения с по следующим низкотемпературным нагревом (отпуск);

Закалка на мартенсит со среднетемпературным отпуском;

Термомеханическая обработка.

Термическая обработка пружин из сталей общего назначения. Основ ное преимущество таких пружин простота и экономичность технологическо го процесса их изготовления. При этом обеспечивается длительная и надеж ная их эксплуатационная стойкость. Отсутствие закалки позволяет получить высокую точность конфигурации и размеров пружин при практически пол ном отсутствии обезуглероживания и окисления поверхности при термиче ской обработке.

Для изготовления мелких и средних витых пружин широко применяют патентированную проволоку или ленту (диаметр, толщина до 8 мм) из сред неуглеродистых сталей с содержанием марганца 0,3-0,5 % и сталей 65Г и 70Г с содержанием марганца 0,7-1,0 %, а также углеродистых инструмен тальных. Проволока или лента поставляется по трем группам прочности: 1П, 2П, 3П, с ростом номера группы уровень прочности повышается. Заготовки под пружины в патентированном состоянии имеют структуру тонкопластин чатого перлита, что позволяет проводить навивку в холодном состоянии без расслоения и растрескивания.

После навивки в холодном состоянии пружины проходят низкий от пуск при температуре 175-250°С с выдержкой от 20мин до 1 ч для снятия на пряжений, повышения предела упругости и выносливости, релаксационной стойкости и обеспечения стабильности размеров пружин. Конкретное время выдержки зависит от диаметра (толщины) проволоки или ленты. Для отпус ка используют печи ванны с горячим маслом или расплавом солей. Для сни жения коробления плоских пружин при отпуске необходимо применение специальных штампов.

Термическая обработка пружин из сталей общего назначения, упроч няемых закалкой с отпуском. Для изготовления пружин, упрочняемых закал кой с отпуском, используют углеродистые (65, 75) и легированные (60С2А, 50ХФА, 60С2Н2А) стали, для рессор – только легированные. Пружины из углеродистых сталей, имеющих низкую прокаливаемость, изготавливают из проволоки диаметром до 6 мм. Преимуществами легированных сталей по сравнению с углеродистыми сталями являются повышенная прокаливаемость и более высокие прочностные и пластические характеристики. Однако стали, легированные кремнием, склонны к образованию поверхностных дефектов при горячей обработке, обезуглероживанию и графитизации. В результате обезуглероживания наружной поверхности резко снижается сопротивление длительным нагрузкам и усталостная прочность. Поэтому нагрев пружин и рессор необходимо проводить в защитных средах или соляных ваннах.

Термическая обработка пружин зависит от способа их изготовления.

Технологический процесс изготовления пружин горячей навивкой в общем случае включает следующие операции:

Отрезку заготовок, оттяжку или вальцовку концов заготовок в горячем состоянии (950-1 150 °С);

Навивку или штамповку в горячем состоянии (800-1 000 °С);

Обрубку концов, заточку и шлифование торцов пружин (при необхо димости), термическую обработку;

Очистку от окалины гидропескострйным способом или наклепом дро бью.

Контроль качества.

Пружины большого диаметра производят из горячекатаных прутков.

Их закаливают в масло после навивки с температуры 840-860 °С и подверга ют среднетемпературному отпуску 300-470 °С с выдержкой 0,3-1,5 ч. Режи мы отпуска определяются диаметром (толщиной) заготовки и требуемыми свойства изделий. При указанных температурах отпуска получается наиболее высокий предел упругости сталей. Во избежание поводки и изменения раз мера витков ответственные пружины охлаждают при закалке на оправках (рис. 35). Коробление пружины можно устранить при отпуске. Для этого за каленную пружину надевают на оправку и зажимают клином (рис. 36). В та ком состоянии проводят отпуск, при отпуске в зажатом состоянии коробле ние пружин устраняется.

а б в Рис. 35. Приспособление для закалки на оп- Рис. 36. Вид пружины: а – после закалки;

б равке пружин сжатия – на оправке перед отпуском;

в – после от пуска Изотермическая закалка пружин и рессор позволяет получить в струк туре сталей нижний бейнит при температуре изотермической выдержки 280 350 °С. Такая структура обеспечивает в изделиях более высокие значения предела упругости, вязкости, усталостной прочности по сравнению с объем ной закалкой и отпуском. Кроме того, уменьшается уровень напряжений и склонность стали к хрупкому разрушению при работе. Для повышения пре дела упругости и релаксационной стойкости после изотермической закалки проводится отпуск при 300-350 °С.

Технология термической обработки рессор включает закалку с от пуском. Для изготовления рессор применяют стали 60С2(А), 50ХГ(А), 60ХГС, 50ХФА и др. Рессорные листы нарезают в холодном состоянии, за тем в них пробивают отверстия, оттягивают концы и в горячем состоянии за гибают ушки (см. рис. 34). Термическую обработку, например, из стали 50ХГФА, выполняют по следующему режиму. Листы загружают в печь для нагрева под закалку (температура первой зоны 600-700 °С, второй – 800 850°С и третьей – 850-880 °С). Выдержку дают из расчета 1,2-1,5 мин на мм сечения. После нагрева листы поступают в гибочно-закалочную машину, где производится гибка и закала с охлаждением в циркулирующем масле с температурой 40-60 °С (рис. 37).

Рис. 37. Схема линии для термической обработки рессорных листов: 1 – конвейер ная печь для нагрева под закалку;

2 – конвейер закалочной печи;

3 – гибозакалочный ба рабан;

4 – конвейер закалочного бака;

5 – отпускная печь;

6 – конвейер отпускной печи;

– бак с водой;

8 – бак с маслом После закалки рессорные листы подвергаются отпуску при 550-600 °С с выдержкой 40-45 мин. Листы в отпускной печи укладывают на ребро. По сле отпуска охлаждение выполняется в баке с водой для устранения отпуск ной хрупкости второго рода. Термически обработанные рессорные листы подвергают дробеструйной обработке, что значительно повышает их предел выносливости. Остаточные напряжения сжатия наружных слоев, вызванные обдувкой дробью, уменьшают напряжения растяжения в наружных волокнах изогнутого листа, увеличивая его долговечность.

Контроль качества изделий сводится к наружному 100% осмотру по верхности на отсутствие рисок, волосовин, трещин. Для контроля ответст венных пружин применяется магнитная дефектоскопия. Для пружин, прохо дящих закалку, проверяется твердость. Готовые пружины подвергают сле дующим видам контроля:

Определению высоты после минимальной и максимальной рабочей на грузки. Часто используют сжатие (3-10 раз) до соприкосновения витков.

Длительному нагружению (заневоливанию), выполненному путем сжа тия при напряжении на 10% выше рабочих, с выдержкой под нагрузкой в те чение 10-30 ч. Для менее ответственных пружин используется кратковремен ное заневоливание на 2-3 мин. Крупные винтовые пружины рекомендуется заневоливать при напряжениях 0,5 0,2.

Испытанию на выносливость (число циклов до разрушения), на удар свободно падающим грузом на копре, на кручение с определением крутяще го момента и угла закручивания.

Контрольные вопросы 1. Укажите отличия в технологии окончательной термообработки пру жин горячей и холодной навивки.

2. Перечислите виды окончательной термообработки пружин и их применяемость.

3. Укажите возможные причины низких силовых параметров, выяв ленных при испытании цилиндрических пружин.

4. Какие существуют требования к рессорно-пружинным материалам?

5. Как классифицируют пружины по форме? по назначению?

6. Какие факторы влияют на долговечность эксплуатации пружин?

7. Какие существуют способы упрочнения рессорно-пружинных ста лей?

8. Как обрабатываются пружины из сталей типа 65Г, 70Г?

9. Вид термической обработки пружин из сталей типа 65, 75, 60С2А?

Каковы преимущества такой обработки? Недостатки?

10. Какая структура обеспечивает наилучшие свойства пружинных ста лей?

11. Какие операции включает в себя термическая обработка рессор?

Указать режимы этих операций 12. В чем заключается контроль качества рессор и пружин? Доступ ность методов контроля.

Лекция 22. Термическая обработка режущего инструмента План лекции 1. Технология термической обработки режущего инструмента.

2. Характеристика инструментальных сталей для режущего инструмен та.

3. Технология ПТО заготовок инструмента.

4. Контроль качества инструмента.

Инструменты используются для обеспечения изделиям требуемой формы и для измерения их размеров. Получение заданной формы может быть осуществлено:

Снятием стружки для этого применяется режущий инструмент – резцы, фрезы, сверла, метчики и др.;

Пластической деформацией, когда используется штамповый, ковоч ный, прессовый, волочильный инструмент, прокатные валки.

Для измерения размеров применяется калиброво-измерительный инструмент (пробки, кольца, скобы, шаблоны и др.).

Выбор материала для инструмента определяется его поведением при эксплуатации, чаще всего числом обработанных деталей. В качестве крите риев при выборе стали для инструмента служат:

Высокая твердость и сохранение ее при повышенных температурах (тепло- и красностойкость);

Сопротивление истиранию, высокая стабильность размеров;

Малая чувствительность к перегреву и способность сталей к закалке, определяемая по виду излома закаленных образцов.

Химический состав инструментальных сталей характеризуется повы шенным содержанием углерода (выше 0,5%) и наличием карбидообразую щих элементов: хрома, вольфрама, молибдена, ванадия. Хром, вольфрам, мо либден, растворяясь в цементите, затрудняют диссоциацию карбидов, а, сле довательно, замедляют процессы их выделения из мартенсита и коагуляции.

Этим они способствуют сохранению твердости до более высоких температур отпуска и эксплуатации. При высоком содержании карбидообразующих эле ментов при отпуске образуются высокодисперсные карбиды, вызывая при повышенных температурах отпуска возрастание твердости (явление вторич ной твердости).

Вторичная твердость объясняется выделением специальных карбидов в дисперсной форме и распадом остаточного аустенита при охлаждении по сле отпуска. Максимальный эффект вторичной твердости в хромистых ста лях достигается при температурах отпуска около 500 °С, а в вольфрамовых при 560-580°С. Преимущество легирования сталей вольфрамом по сравне нию с хромом заключается не только в повышенной тепло- и красностойко сти, но и в более высокой способности вольфрам содержащего карбида про тивостоять истиранию.

В присутствии хрома и вольфрама весьма эффективно легирование мо либденом и ванадием: Молибден повышает устойчивость карбидов против отпуска, а ванадий образует дисперсные карбиды VC. Из некарбидообра зующих элементов благоприятно влияет кремний, затрудняющий диффузию углерода в феррите, и повышающий предел упругости стали. Особую роль в инструментальных сталях играет кобальт, способствующий диспергирова нию карбидных частиц. Легирование никелем или его заменителем марган цем ведется в том случае, когда требуется инструмент с повышенной вязко стью. Это чаще всего инструмент, подвергающийся при работе ударам (мо лотовые штампы, вставки).

Технология термической обработки режущего инструмента опре деляется материалом для его изготовления и условиями работы. К режущим элементам относят резцы, сверла, фрезы, протяжки, метчики и др. (рис. 38).

При резании часть работы переходит в тепло, которое разогревает ре жущую кромку инструмента. Поэтому для такого инструмента важна не только высокая твердость, но и сохранение ее при повышенных (рабочих) температурах. Повышение температуры режущей кромки инструмента зави сит от твердости обрабатываемого материала и параметров режима резания (толщины снимаемой стружки и скорости резания). Эти условия определяют выбор стали для режущего инструмента.

Необходимая минимальная твердость инструмента при резании по ме таллу должна быть не менее HRC 60-62. При нормальной подаче и невысо ких скоростях резания (10-20 м/мин) нагрев режущей кромки составляет не более 200-300 °С, что позволяет применять для инструмента углеродистые и низколегированные стали с неглубокой прокаливаемостью.

Рис. 38. Виды режущего инструмента: а,б – резцы плоский и круглый соответст венно;

в,г – фрезы отрезная и концевая соответственно;

д – сверло спиральное;

е – мет чик;

ж – протяжка При высокой твердости обрабатываемого резанием материала или по вышенных скоростях резания (30-50 м/мин) режущая кромка нагревается до 500-600°С, что требует применения высоколегированных сталей типа быст рорежущих, содержащих в структуре до 30% специальных карбидов. При на греве режущей кромки инструмента выше 600 °С высокую твердость сохра няют инструменты, изготовленные из твердых сплавов, в которых содержа ние карбидов составляет 80-90 %. В целом инструментальные стали для изго товления режущего инструмента можно условно разделить на три основные группы:

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-74);

Легированные инструментальные стали для режущего и измерительно го инструмента (ГОСТ 5950-73) не глубокой и глубокой прокаливаемости;

Быстрорежущие стали (ГОСТ 19265-73). Принято подразделять эти стали на нормальной и повышенной производительности.

Характеристика инструментальных сталей для режущего инстру мента. Углеродистые инструментальные стали (У7-У13) качественные и высококачественные применяются для изготовления режущего инструмента в основном для ручной работы, когда инструмент испытывает небольшие на грузки и работает практически без разогрева. Стали имеют низкую прокали ваемость и теплостойкость, малую устойчивость переохлажденного аустени та, чувствительны к перегреву. К достоинствам этих сталей относится:

Возможность сохранения вязкой сердцевины, что позволяет выдер живать инструменту повышенные динамические нагрузки;

После закалки иметь в структуре малое количество остаточного ау стенита (5-8%), который при работе распадается, что обеспечивает высокое сопротивление пластической деформации режущей кромки;

Низкая твердость в отожженном состоянии (НВ 150-170), что облег чает изготовление инструмента пластической деформацией (накатка, плю щение, насечка) и обеспечивает хорошую обрабатываемость резанием;

Сохранять чистую поверхность при закалке в воде.

Легированные инструментальные стали неглубокой прокаливаемо сти содержат незначительное количество хрома (0,4-0,7 %) и ванадия (0,15 0,30%). В эту группу входят следующие марки сталей: 7ХФ, 9ХФ, 11ХФ, 13Х. Малая концентрация легирующих элементов позволяет сохранить, в ос новном, преимущества углеродистых сталей, уменьшив их недостатки, в ча стности, чувствительность к перегреву.

Данные стали применяют для деревообрабатывающего инструмента (долота, пилы – 7ХФ, 9ХФ);

инструмента, испытывающего ударные нагрузки (зубила, пуансоны – 7ХФ);

метчики и развертки небольшого сечения до мм, закаливаемые в масло – сталь 11ХФ;

шаберы, гравильный инструмент – 13Х.

Легированные инструментальные стали глубокой прокаливаемости содержат до 4-5% легирующих элементов (хром, вольфрам, кремний, марга нец). Более высокая устойчивость легированного аустенита позволяет полу чить высокую твердость стали после термической обработки (HRC 62-68) в сечениях до 25-90 мм. В эту группу входят стали ХВГ, ХВСГ, 9ХС.

Сталь ХВГ используется для режущего инструмента, склонного при термической обработке к короблению (длинные метчики, развертки, протяж ки и т.п.). Из-за повышенного содержания углерода (0,90-1,05%) и карбидо образующих элементов (хром, вольфрам 2,1-3,8%) сталь имеет повышенную карбидную неоднородность. А высокое содержание марганца (0,80-1,10%) приводит к сохранению после закалки до 20% остаточного аустенита, что снижает деформацию при закалке.

Сталь ХВСГ содержит пониженное суммарное количество хрома и вольфрама (1,3-2,1%) и имеет меньшую карбидную неоднородность, что по зволяет применять ее в инструментах большего поперечного сечения, чем сталь ХВГ. Это круглые плашки, развертки, зенкеры. Дополнительное леги рование кремнием в количестве 0,65-1,0% повышает устойчивость стали про тив отпуска и прокаливаемость.

Меньшее содержание углерода в стали 9ХС (0,85-0,95%)позволяет практически устранить в структуре карбидную неоднородность. Это связано и с пониженным содержанием карбидообразующих элементов не более 1,25% хрома. К достоинствам стали следует отнести невысокую чувстви тельность к перегреву и низкое содержание остаточного аустенита после за калки (6-8%). Однако легирование кремнием, повышает твердость стали по сле отжига, что ухудшает ее обрабатываемость. Кроме того, кремний увели чивает склонность стали к обезуглероживанию, и повышает ее хрупкость.

Данная сталь применяется для производства инструмента, рабочая часть ко торого расположена ближе к середине прутка (круглые плашки, сверла, раз вертки, метчики).

Быстрорежущие стали значительно превосходят углеродистые и ле гированные инструментальные стали по теплостойкости, что дает возмож ность применять их для резания с повышенными и высокими скоростями или для труднообрабатываемых материалов. Повышенная теплостойкость сталей связана с легированием большим количеством вольфрама и молибдена при условии [W + (1,4-1,5)Мо] = 12-13 % и закалкой с высоких температур (1200-1 300 °С).

Вольфрамо- и вольфрамомолибденовые стали относятся к сталям нормальной производительности. В эту группу входят стали: Р6М5, Р6АМ5, Р8М3, Р12, Р18. Стали, легированные вольфрамом и молибденом менее де фицитны, чем вольфрамовые, так как содержат до 5% Мо и не менее 6% W.

Замена вольфрама молибденом из расчета Мо : W = 1 : (1,4-1,5) незначитель но уменьшает теплостойкость сталей, но они менее дефицитны. Однако мо либден увеличивает склонность сталей к обезуглероживанию, разнозерни стости и перегреву. Поэтому температура нагрева вольфрамомолибденовых сталей под закалку должна быть ниже, чем сталей только с вольфрамом. Эта группа сталей применяется для резания со скоростями 30-50 м/мин. Более высокие скорости резания обеспечиваются при использовании инструмента, изготовленного из сталей Р12 и Р18. Сталь Р8М3 в отличие от стали Р6М имеет большую устойчивость против перегрева, меньшую обезуглероживае мость при нагреве под закалку и лучшую стабильность свойств после терми ческой обработки.

Быстрорежущие стали повышенной производительности, содержащие значительное количество ванадия (Р14Ф4), кобальта (Р9К5, Р9К10) или мо либдена и кобальта (Р9М4К8, Р6М5Ф3, Р8М3К6С, Р9М5К5 и др.), предна значены для инструмента, работающего с высокими скоростями резания или для обработки материалов с твердостью HRC 40-45, а также аустенитных сталей и жаропрочных сплавов. Наиболее применимы на практике из пере численных марок стали Р9М4К8 и Р6М5Ф3. Рост теплостойкости сталей со провождается падением их вязкости и прочности, а в ряде случаев и горячей пластичности и шлифуемости. Эти недостатки устраняются при изготовле нии инструмента спеканием порошков указанных сталей.

Легирование кобальтом значительно повышает теплостойкость и вто ричную твердость HRC 67-70, но при этом понижается прочность и вязкость инструмента, который должен эксплуатироваться без ударных нагрузок.. Ва надий при высоком содержании углерода (0,8-1,5%) усиливает дисперсион ное твердение, повышает износостойкость, теплостойкость до 670 °С и вто ричную твердость HRC 65-67, но ухудшает шлифуемость особенно при со держании более 3%.

Крупногабаритные концевые инструменты диаметром 8-60 мм (свер ла, метчики, развертки, фрезы, зенкеры и др.) изготавливаются сборными.

Так для корпусов сборного инструмента и хвостовых частей применяются конструкционные углеродистые (45, 50) и легированные стали (40Х, 45Х, 50ХФА, и др.). Сборный инструмент изготавливается в основном сваркой (рис. 39).

Маршрутная технология полу чения режущего инструмента в общем случае включает следующие операции:

Приготовление расплава и литье слитков;

Горячую деформацию слитков (прокатка или ковка);

Резку в меру и изготовление заго товок (предварительное формообразова Рис. 39. Место сварки режущего инст ние) с применением сварки, горячей и румента: 1 – правильно;

2 – непра холодной пластической деформации;

вильно Предварительную смягчающую термическую обработку (ПТО) для улучшения обрабатываемости стали и подготовки структуры для ОТО;

Механическую обработку (окончательное формообразование) на ме таллорежущих станках или методом холодной деформации (насечка и др.);

Окончательная термическая обработка (ОТО), обеспечивающая тре буемые свойства;

Шлифовку, заточку инструмента, дополнительную термическую обра ботку для улучшения поверхностного слоя;

Контроль качества.

Режущие инструменты из углеродистых и легированных сталей в ос новном изготавливают на металлорежущих станках из отожженного проката.

Также получают и тонкий инструмент (диаметром 6-8 мм) из быстрорежу щих сталей. Основную часть быстрорежущего инструмента в целях эконо мии высоколегированной стали получают из заготовок близких по форме к окончательной конфигурации инструмента. Для этого применяется ковка, прокатка периодических профилей, продольно-винтовая прокатка спираль ных сверл, горячая штамповка метчиков и дисковых фрез, прессование сверл и другие малоотходные процессы горячей деформации.

При изготовлении сборного инструмента сваркой или пайкой (нагрев до 1 050-1 180 °С) сталь приобретает измененную структуру и повышенную твердость, хрупкость, что затрудняет обработку резанием. Кроме того, пере грев создает опасность образования нафталинистого излома при последую щей закалке, применяемой в ОТО.

Применение холодной пластической деформации в изготовлении ин струмента создает наклеп и остаточные напряжения, которые усиливают де формацию при закалке. Это особенно нежелательно для длинномерного сложного по фасону инструмента (протяжки, сверла и др.). Указанные по следствия горячей и холодной обработки устраняются ПТО.

Технология ПТО заготовок инструмента включает в основном их отжиг. Он предназначен для повышения обрабатываемости стали резанием, предупреждения нафталинистого излома и подготовки структуры к ОТО.

Отжиг должен обеспечить получение структуры зернистого или сорбитооб разного перлита с равномерным распределением карбидов легирующих эле ментов. При этом твердость углеродистых сталей должна быть не более НВ 207-217 для легированных – НВ 241-255, для быстрорежущих – НВ 255-285.

Схемы отжига инструментальных сталей приведены на рис. 40,41 и в табл.

16,17 (номера этапов в таблицах и по оси ординат на рисунке одинаковы).

Рис. 40. Схема режимов отжига инструмен- Рис. 41. Схема режимов изотермического тальных сталей: а – с непрерывным охлаж- отжига с использованием остаточного тепла дением;

б – с изотермическим охлаждением после горячей деформации: а – отжиг с по вторной перекристаллизацией;

б – отжиг без повторного нагрева Температура нагрева и время выдержки определяются по справочни кам, исходя из критических точек сталей и габаритов заготовок. При этом желательно в структуре получение аустенита с сохранением некоторой части нерастворенных избыточных карбидов. Для уменьшения термических на пряжений с целью обеспечения равномерного нагрева скорость нагрева крупногабаритных заготовок и больших садок должна быть 100 °С/ч для уг леродистых и легированных сталей, 50 °С/ч для быстрорежущих сталей.

Время выдержки обычно составляет 2-3ч.

Таблица Режимы отжига с непрерывным охлаждением Номер Наименование Марка инструменталь- Температура, Время выдержки, этапа операции ной стали °С скорость охлажд.

1 Нагрев и вы- Углеродистые (У7-У13) 760-780 1-2 ч держка (аусте- Легированные (ХВГ) 770-790 1-3 ч низация) Легированные с Si 790-810 1-2 ч (9ХC, ХВСГ) Быстрорежущие 850-870 2 -3 ч 2 Медленное ох- Углеродистые 500 50 °С/ч лаждение Легированные 500 50 °С/ч (распад аусте- Быстрорежущие 500 30 °С/ч нита) 3 Окончательное Все стали 18-20 На воздухе охлаждение Таблица Режимы изотермического отжига инструментальных сталей № Наименование этапа Тип стали t, °С Выдержка, этапа V охлаждения 1 Нагрев (аустенизация) Углеродистые 760-780 1-2 ч Легированные 770-790 1-2 ч Легированные Si 790-810 1-2 ч Быстрорежущие 850-870 2-3 ч 2 Подстуживание до изотер- Все стали - С печью мической выдержки 3 Изотермическая выдержка Углеродистые 680-700 1-2 ч Легированные 700-720 3-4 ч Быстрорежущие 730-750 4-6 ч 4 Замедленное охлаждение Углеродистые 500 50 °С/ч Легированные 500 50 °С/ч Быстрорежущие 500 30 °С/ч 5 Окончательное охлажде- Все стали 18-20 На ние воздухе Режим охлаждения назначают таким образом, чтобы обеспечить за вершение распада переохлажденного аустенита в интервале температур 550 600 °С с получением феррито-карбидной смеси требуемой дисперсности.

При использовании в качестве ПТО изотермического отжига скорость охла ждения до температуры изотермической выдержки не оговаривается, обычно садка охлаждается в выключенной печи при закрытых дверцах.

С целью экономии тепловой энергии целесообразно выполнять отжи ги с использованием тепла предыдущих операций горячей обработки (пайка, сварка, горячая деформация). Если требуется исправить перегретую структу ру, то обязательно проведение ускоренного подстуживания заготовок до температур 600-700 °С. Это обеспечивает распад аустенита с получением бо лее дисперсных структур, чем при медленном охлаждении (рисунок 40, а).


После чего выполняется отжиг с фазовой перекристаллизацией.

Если нагрев при горячей деформации или сварке не привел к росту зерна аустенита, то повторная перекристаллизация не проводится. В этом случае достаточно контролируемого охлаждения или изотермической вы держки, как при обычном отжиге (рис. 41). Циклический отжиг с числом циклов 3-8 проводится при требованиях высокой чистоты поверхности заго товок при обработки резанием, когда необходимо иметь сфероидизированый мелко- или среднезернистый перлит. Нагрев заготовок под аустенизацию вы полняют до 750 °С для углеродистых и легированных сталей и до 850°С для быстрорежущих. Нижняя температура цикла должна находиться в интервале 680-710 °С. Время выдержки при каждом цикле нагрева и охлаждения со ставляет 0,5-1,0 ч для углеродистых и 0,2-0,5 ч для быстрорежущих сталей.

В качестве ПТО можно проводить высокий отпуск, его выполняют для инструмента из быстрорежущих сталей, чтобы обеспечить правку инст румента (заготовки), полученного горячей деформацией. Параметры отпуска 760-780 °С в течение 15-30 мин с охлаждением на воздухе. Для отпуска при меняют скоростной нагрев в соляных ваннах или индукционных печах. По сле отпуска твердость примерно равна НВ 300, что затрудняет механическую обработку.

Рекристаллизационный отжиг при ПТО применяют для устранения наклепа, снижения твердости и снятия внутренних напряжений после обра боток. Основная цель его уменьшение коробления и деформации при после дующей закалке. Параметры отжига медленный нагрев до 600-700 °С, вы держке 1-2 ч с охлаждением в печи.

Нормализацию и улучшение применяют в том случае, когда требует ся устранить в структуре цементитную сетку или участки с палстинчатым перлитом. Параметры нормализации температура 880-900 °С для углероди стых и 860-880 °С для легированных сталей. При высокой твердости загото вок после нормализации проводится высокий отпуск при 600-650 °С. Улуч шение позволяет более полно устранить цементитную сетку и понизить де формируемость инструмента при ОТО. Параметры операций улучшения оп ределяются маркой стали. Нормализацию и улучшение как операции ПТО проводят после черновой механической обработки для заготовок из углеро дистых и легированных сталей, используемых для производства инструмента сложной формы, а также резьбового (метчики, плашки).

Карбидный отпуск применяют как вид ПТО для быстрорежущих ста лей с целью улучшения их обрабатываемости пластической деформацией и устранения растрескивания при холодной вырубке тонких заготовок (диско вые фрезы). При отпуске сталь нагревается до 720-760 °С с выдержкой 1,0 1,5 ч при этом часть мелких карбидов растворяется. Последующее быстрое охлаждение (масло, вода) фиксирует это состояние, что повышает пластич ность стали и несколько снижает предел текучести.

При отжиге инструментальных сталей, относящихся к высокоуглеро дистым, и поэтому склонных к обезуглероживанию, рекомендуется приме нять защитные атмосферы или вести нагрев в контейнерах с засыпкой смеся ми. Защитной средой может быть отработанный карбюризатор или смесь древесного угля 85-90% и кальцинированной соды 10-15%. Для отжига быст рорежущих сталей применяется менее углеродсодержащая среда, которой является чугунная стружка в составе: 50% свежая и 50% отработанная. Без применения защитной среды отжигаются заготовки, которые имеют значи тельные припуски на последующую механическую обработку.

Время нагрева при посадке в предварительно нагретые печи может ориентировочно определено из расчета: для углеродистых сталей 1 мин /мм толщины нагреваемого слоя заготовок, для легированных 1,5 мин /мм, для быстрорежущих 2 мин /мм. Общая длительность процесса отжига заготовок из углеродистых и легированных сталей достигает 14-18 ч, из быстрорежу щих 18-24 ч. При применении циклического отжига это время сокращается до 2-6 ч.

Правильный выбор технологии ОТО инструмента обеспечивает по лучение требуемого уровня его свойств: высокой твердости, износостойко сти, теплостойкости, прочности. Теплостойкость углеродистых и легирован ных сталей должна быть не ниже 200-250 °С, а быстрорежущих – 600-650 °С.

Прочность инструмента зависит от характера распределения карбидов, коли чества остаточного аустенита и величины напряжений, возникающих в про цессе закалки. Инструмент из любой группы сталей в качестве ОТО прохо дит закалку и отпуск. Наилучшие свойства обеспечиваются структурой мел коигольчатого или бесструктурного мартенсита с равномерно распределен ными избыточными карбидами и по возможности малым количеством оста точного аустенита. Основные факторы, влияющие на результаты закалки:

способ, температура и скорость нагрева, продолжительность выдержки при нагреве и условия охлаждения.

Закалка инструмента. Температура нагрева под закалку определяет ся маркой стали и должна обеспечивать аустенизацию с достаточным насы щением твердого раствора углеродом и легирующими элементами при со хранении мелкого зерна аустенита (10-11 балл). Влияние температуры нагре ва под закалку на твердость и количество остаточного аустенита инструмен тальных сталей представлено на рис. 42. Недогрев при закалке углеродистых и легированных сталей приводит к пониженной твердости, снижая износо стойкость и режущие свойства инструмента. Недогрев быстрорежущих ста лей резко снижает ее теплостойкость, что проявляется и в снижении твердо сти стали при отпуске.

Перегрев при закалке выявляется по величине аустенитного зерна.

Рост зерна выше 10 балла ведет к понижению вязкости и прочности стали и поэтому недопустим. Для инструмента, работающего без динамических наг рузок допускается размер аустенитного зерна до 9 балла.

Углеродистые и легированные стали подвергают неполной закалке с нагревом до температур на 50-80 °С выше критической точки Ас1 (табл. 18).

Нерастворившиеся при нагреве карбиды цементита и карбидов легирующих элементов препятствуют росту зерна аустенита и повышают износостойкость стали.

Нагрев под закалку быстрорежу щих сталей ведется до более высоких тем ператур (табл. 18), когда растворяются вторичные карбиды и аустенит насыщает ся легирующими элементами. Однако часть карбидов с высоким содержанием вольфрамам сохраняется, что обеспечивает мелкое зерно аустенита. Следует отметить, что на практике температуру нагрева под закалку быстрорежущих сталей следует Рис. 42. Твердость и количество ос таточного аустенита в структуре выбирать поплавочно по результатам тех углеродистых и легированных ста- нологических проб и назначения инстру лей в зависимости от температуры мента. Это связано с тем, что размер зерна нагрева под закалку зависит от целого ряда факторов, к кото рым относятся исходная структура, содержание молибдена и неизбежных примесей в данной плавке.

Таблица Температура нагрева под закалку инструментальных сталей Марка стали t, °С HRC после Марка стали t, °С HRCпосле закалки закалки Углеродистые Быстрорежущие У8А, У9А 760-770 63-65 Р18 1270-1290 62- 780-7902 60-62 Р12 1240-1260 62- 770- У10А, У13А 63-65 Р6АМ5 (Р6М5) 1200-1300 62- 790-810 61-63 Р14Ф4 1240-1260 63- Р9К5, Р9К10 1210-1235 63- Легированные Р9М4К8 1215-1235 63- 11ХФ, 13Х 800-820 63- Р8М3К6С 1200-1220 63- ХВГ 830-850 63 - Р9М5К5 1200-1230 63- ХВГС 850-870 63- 6Х6В3МФС 1050-1075 60- 9ХС 860-880 63- 1 При охлаждении в воде и водных растворах. При охлаждении в масле и го рячих средах.

При выборе технологии нагрева под закалку необходимо помнить, что инструментальные стали склонны к обезуглероживанию и окислению.

Поэтому нагрев желательно выполнять быстро и с применением защитных атмосфер. Наиболее распространен нагрев в хорошо раскисленных соляных ваннах. Высокая скорость нагрева в соляных ваннах может вызвать значи тельные внутренние напряжения, деформацию и образование трещин. По этому рекомендуется применять ступенчатый нагрев под закалку для крупно габаритного инструмента сложной формы особенно из легированных и быст рорежущих сталей, имеющих пониженную теплопроводность по сравнению с углеродистыми сталями. Время выдержки при нагреве должно обеспечивать сквозной нагрев инструмента до заданной температуры и полное завершение фазовых превращений.

Температуру и количество подогревов определяют, исходя из состава стали, размеров и конфигурации инструмента, а также с учетом технологи ческих соображений. Рекомендуется назначать повышенные температуры подогрева (при одном подогреве) на 100-150 °С ниже температуры нагрева под закалку. Это позволяет уменьшить выдержку при окончательном нагре ве, что в свою очередь понижает размер зерна аустенита и обезуглерожива ние. Режим нагрева с одним подогревом в основном используется для угле родистых и легированных сталей.

Для инструмента из быстрорежущих сталей нагрев ведется с двумя или тремя подогревами. Первый подогрев совмещается с сушкой и выполня ется для инструмента, обрабатываемого в соляных ваннах. Это связано с тем, что загрузка влажных деталей ведет к выбросу (взрыв) расплава из печи ванны. Этот подогрев выполняется при температурах 200-500 °С и ведется в электрических или газовых печах. Температура второго подогрева выбирает ся равной 600-650 °С, его назначение понижение термических напряжений при нагреве инструмента с расчетной толщиной более 20 мм. Третий подог рев выполняется при температурах 800-850 °С, он обязателен для инструмен та всех размеров, так как обеспечивает понижение и термических, и фазовых напряжений в изделиях. Затем проводится окончательный нагрев до высоких температур.

Время нагрева под закалку определяется размерами инструмента, на гревающей средой и температурой нагрева, устанавливается, исходя из спра вочных данных, или расчетным методом. Выдержки при окончательном на греве и подогревах могут быть определены, исходя из табл. 19. Для инстру ментов из углеродистых сталей нормы выдержки на 15-20% меньше приве денных в таблице.


Таблица Нормы выдержки на 1 мм диаметра (толщины) при нагреве инструмента размером 3 – 75 мм из быстрорежущих сталей Оборудование для нагрева Выдержка (с/мм) при нагреве до температур, °С 750-900 950-1 100 1 250-1 Соляная ванна 25-30 12-15 8- Пламенная печь - - 10- Электрическая печь 70-90 - Примечание. Для печей указано время выдержки при посадке в разогретую печь.

Для высокотемпературных ванн приведены нормы выдержки для условий предваритель ного подогрева.

Охлаждение при закалке должно быть достаточно быстрым, чтобы предотвратить распад аустенита диффузионным путем и получить мартен ситную структуру при минимальной деформации инструментов и отсутствии трещин. Выбор охлаждающей среды и способы охлаждения определяются в основном маркой стали. Рассмотрим эти способы.

Инструмент из углеродистых сталей с толщиной до 8 мм охлаждают в расплаве солей при 160-180 °С, при толщине более 8 мм охлаждают до 150 200 °С в 5 %-ном водном растворе поваренной соли, а затем переносят в мас ло и выдерживают до полного охлаждения. При этом выдержку в горячей среде принимают равной выдержке при нагреве под закалку. Для крупного сложного по форме инструмента используют прерывистую закалку в двух средах: в воде до температуры Мн с переносом в масло или горячий расплав с температурой 160-200 °С, затем на воздухе.

Для инструмента из легированных сталей охлаждение проводится при толщине до 20 мм в расплаве солей с температурой 160-240 °С в течение времени, равного выдержке при окончательном нагреве, далее на воздухе.

При диаметре (толщина) инструмента свыше 20 мм охлаждение выполняется в масле.

Быстрорежущие стали закаливают ступенчато в горячих средах, реже в масле. Длинный стержневой инструмент охлаждают в масле до 200-250 °С и передают на правку с последующим охлаждением на воздухе. Остальной инструмент рекомендуется охлаждать ступенчато до 400-550 °С в соляной ванне, далее на воздухе. Инструмент с толщиной более 20 мм подстуживают на воздухе до 300-400 °С. затем передают на отпуск. При всех способах сту пенчатой закалки время выдержки в горячих средах принимают равным вре мени окончательного нагрева инструмента под закалку.

Оптимальная структура быстрорежущих сталей после закалки мар тенсит (60-65%), карбиды (5-20%) и остаточный аустенит (13-30%). Значи тельное количество остаточного аустенита связано с тем, что при комнатной температуре мартенситное превращение не заканчивается. Снизить количе ство остаточного аустенита до 5-8% можно обработкой холодом с охлажде нием до-70 °С, но это сопровождается повышением уровня остаточных на пряжений и опасностью возникновения трещин. Поэтому обработку холодом применяют ограниченно только для инструмента высокой точности (измери тельный).

Отпуск инструмента проводится после удаления с поверхности ос татков солей или масла. Рекомендуется очистку проводить в два этапа: пер вый - промывка в горячем (70-80 °С) водном растворе 10-15% каустической соды с добавлением жидкого стекла (0,15 % NaSiO3);

второй - пассивирова ние* в водном растворе NaNO2 (2 - 3 %) и Na2CO3 (0,3 % ) обработка ведется в течение 3-5 мин при 70-80 °С.

Отпуск – это конечная операция, которая уменьшает хрупкость, по вышает вязкость, уменьшает уровень остаточных напряжений Параметры отпуска определяются химическим составом стали, требуемой твердостью, которая зависит от назначения инструмента.

Инструменты из углеродистых и легированных сталей подвергают отпуску при температурах 140-200 °С (чаще при 150-180 °С) с последующим охлаждением на воздухе. Выдержка при отпуске инструментов определяется его температурой:

Температура отпуска, °С Время выдержки, ч до 140 8 - 140-150 2- 160-170 1,5 - 2, 180-200 1- 220 и выше 0,7-1.

Для сохранения высокой твердости (HRC 60) используют отпуск при 140-180 °С, отпуск при 180-200 °С снижает твердость до HRC 58, поэто му его применяют редко. Быстрорежущий инструмент подвергают чаще все го трехкратному отпуску при 560-580 °С с выдержкой по 1 ч с обязательным охлаждением после каждого отпуска на воздухе до 20 °С, иначе в структуре остается неотпущенный мартенсит. Назначение трехкратного отпуска сни зить количество остаточного аустенита до 2-3 %, который резко ухудшает режущие свойства инструментов, а также уменьшить внутренние напряжения и повысить вязкость и прочность. В результате отпуска твердость стали практически не изменяется или незначительно возрастает за счет распада ос таточного аустенита и дисперсионного твердения мартенсита (рис. 43).

*Пассивирование – химическая обработка в растворе, при которой на поверхности инструмента образуется искусственная пленка, предохраняю щая от атмосферной коррозии.

Структура отпущенной быстроре жущей стали представляет собой мартен сит отпуска и карбиды без видимых участ ков остаточного аустенита, границы зерен практически не наблюдаются.

Отпуск следует проводить по воз можности сразу после закалки. Это связа но как с опасностью возникновения тре щин, так и со стабилизацией остаточного Рис. 43. Влияние числа отпусков при аустенита при выдержке более 3-5 ч при 560°С, 1 ч на твердость, количество комнатной температуре, в результате чего остаточного аустенита и прочность превращение остаточного аустенита при стали Р отпуске замедляется. Общая длительность трех отпусков может достигать 15-24 ч, что не позволяет применять их в единых поточных линиях термической обработки инструмента. Поэтому на практике в массовом и крупносерийном производстве, где используются ав томатизированные агрегаты, рекомендован к применению кратковременный отпуск при более высоких температурах 580-600 °С с выдержкой 10-20 мин.

Стойкость инструмента из быстрорежущих сталей можно повысить обработкой паром. В результате такой обработки на поверхности образуется пористый оксид, удерживающий смазку при эксплуатации. Инструмент по мещают в герметичный муфель шахтной печи нагревают до 550-600 °С, вы держивают 30-60 мин в атмосфере перегретого пара и охлаждают до 300- °С, после чего прекращают подачу пара и охлаждают инструмент на воздухе с последующей немедленной промывкой в горячем масле.

Отпуск для снятия шлифовочных напряжений обязателен для всех сталей, если инструменты после шлифования не цианируют или не оксиди руют. Такой отпуск снимает напряжения, способствует превращению аусте нита, образовавшегося при шлифовании, и в зависимости от условий шлифо вания повышает стойкость инструмента (рис. 44). Температуры отпуска 350 400 °С, выдержка 30-60 мин и 150-160 °С, 2-3 ч для деталей высокой точно сти (измерительный инструмент).

Контроль качества инструмента проводится при выполнении закал ки, когда проверяются все технологические параметры процесса. Качество закалки инструмента выборочно контролируется микроструктура (размер зерна аустенита), твердость, состояние поверхности (отсутствие разъедания и оплавления, трещин).

Макроструктуру оценивают по излому. Излом должен быть ровный, матово-серый, мелкозернистый. При сутствие блесток свидетельствует о на личии крупного зерна и нафталинистом изломе. Причинами образования круп ного зерна служат низкая степень горя Рис. 44. Влияние отпуска, выполненно- чей деформации или высокая темпера го после шлифования на стойкость тура ее окончания (1 050-1 100 °С).

Объем контроля качества за фрез из стали Р калки зависит от устойчивости технологического процесса и характера про изводства. В единичном и мелко серийном производстве необходимо кон тролировать детали каждой партии (садки). В массовом производстве объем контроля составляет 2-3 изделия в смену.

Приемочный контроль качества инструмента должен предусматри вать проверку всех параметров, оговоренных чертежом и техническими ус ловиями на термическую обработку, включая визуальную проверку наруж ных дефектов и качества очистки поверхности, определения деформации (биение или кривизна). Кроме того, контролируется твердость, а также от сутствие трещин. Выборочно на 2-3 деталях от партии (садки) проверяется микроструктура после отпуска.

Технология термической обработки сварного инструмента. Свар ной инструмент используется для лучшего его закрепления в станках и во избежание поломок при установке и монтаже. Крепежная (хвостовая) часть инструмента должна иметь твердость HRC 35-50 в зависимости от назначе ния и материала инструмента. Инструменты из углеродистых и легирован ных сталей, а также короткий инструмент из быстрорежущих изготавливают обычно цельным. При этом хвостовики дополнительно отпускают путем ме стного нагрева до повышенных температур ~ 600 °С в течение 5-10 мин.

У крупногабаритного инструмента рабочую и крепежную части под вергают раздельной термической обработке (закалка и отпуск). Обработку хвостовой части можно проводить до или после термической обработки ре жущей части. Сборный инструмент, состоящий из рабочей и крепежной час ти, соединяют сваркой. При нагреве до высоких (1 050-1100 °С) в зоне свар ного шва образуется мартенситная структура, что вызывает опасность воз никновения трещин при охлаждении. Поэтому сварные заготовки сразу после сварки помещают в печь, нагретую до 730-760 °С и отжигают по режиму: на грев до 820-850 °С, охлаждение до 730-760 °С со скоростью 30-40 °С/ч, вы держка 3-4 ч и последующее охлаждение на воздухе.

При выполнении ОТО как рабочей части инструмента, так и крепеж ной во избежание образования трещин в зоне сварки инструмент нагревается в соляных ваннах так, чтобы сварной шов выступал над уровнем соли на 10 12 мм. Параметры обработки крепежной части выбираются в зависимости от марки стали, однако время нагрева под закалку в соляных ваннах не должно превышать 4-5 мин. Для углеродистых сталей (45, 50) охлаждение при закал ке проводится в воде, а для легированных (45Х, 50 Х, 50ХФА) – в масле или расплаве солей при температуре 160-180 °С. Температура отпуска 400- °С, что ниже температуры отпуска рабочей части. Часть сварного шва из бы строрежущих сталей нагревают до более низкой температуры, чем рабочую и получают твердость в пределах HRC 50-56, что создает плавный переход в изменении твердости. Сварные инструменты не следует обрабатывать холо дом, так как при этом усиливается опасность образования трещин.

Контрольные вопросы 1. Каковы основные требования к материалам для режущего инстру мента?

2. Какие основные легирующие элементы присутствуют в сталях для режущего инструмента? Как они влияют на свойства сталей данного класса?

3. Какие марки сталей для режущего инструмента вы знаете?

4. Каковы характеристики прокаливаемости и теплостойкости у сталей типа У7, У8, У13?

5. Какие стали глубокой прокаливаемости вам известны? приведите примеры.

6. Влияние легирующих элементов в сталях глубокой прокаливаемости.

Влияют ли примеси на прокаливаемость?

7. Как влияют W,V на свойства быстрорежущих сталей? На температу ру закалки?

8. Какие виды термической обработки применимы в отношении сталей для быстрорежущего инструмента?

9. С какой целью применяют рекристаллизационный отжиг при ПТО быстрорежущих сталей?

10. К чему приводит недогрев, перегрев при закалке быстрорежущих сталей?

Лекция 23. Термическая обработка инструмента для горячего де формирования План лекции 1. Технология термической обработки штампов горячего деформирова ния 2. Классификация и назначение штамповых сталей 3. Режимы ПТО штамповых сталей 4. Контроль качества Инструмент, используемый для деформации металла, может работать при комнатной температуре (холодная деформация) и при нагреве (горячая).

К инструменту, деформирующему металл в холодном состоянии, относятся различные штампы, пуансоны, обрезные матрицы, ножи резки, фильеры, ро лики накатки резьбы и др. Для горячей деформации применяются штампы прессовые, молотовые, прессовые вставки, инструмент для высадки и выдав ливания, пресс-формы для совмещенного литья и прессования. Исходя из названного инструмента, применяемого для деформации, основным видом являются различного рода штампы. Поэтому в курсе будет рассматриваться только технология их термической обработки.

Условия работы штампового инструмента, как для холодного, так и для горячего деформирования характеризуются величиной удельных давле ний, характером нагружения и температурой разогрева рабочей части штам па.

Технология термической обработки штампов горячего деформи рования. Штампы для горячей деформации должны обладать теплостойко стью, износостойкостью, сопротивлением смятию, разгаростойкости и хруп кому разрушению. Штамповый инструмент работает в условиях одновре менного циклического воздействия высоких температур до 500-700 °С и удельных давлений до 300-900 МПа при динамическом характере нагруже ния. Это достаточно жесткие условия работы, поэтому для изготовления штампов горячего деформирования применяются только легированные ста ли. Они должны обладать высокой теплостойкостью, вязкостью, сопротивле нием хрупкому разрушению и термической усталости, окалиностойкостью.

Кроме того, эти стали должны быть технологичны иметь минимальную де формацию при термической обработке, устойчивы к обезуглероживанию, удовлетворительно обрабатываться резанием и шлифованием и иметь твер дость HRC 45-50.

Химический состав штамповых сталей и назначение основных марок представлены в ГОСТ 5950-73. Наиболее часто применяемые в производстве марки сталей для штампов горячего деформирования приведены в табл. 20, где они условно поделены на три группы. Для изготовления прошивных, об резных и высадочных штампов неглубокой прошивки используют, стали 7Х и 8Х3.

Таблица Классификация и назначение штамповых сталей Группа Марка Предельная Назначение сталей стали температура, °С Умеренной те- 5ХНМ, 500 – 550 Молотовые штампы и вставки для плостойкости и 5ХНВ 500 – 550 них повышенной 4ХМФС 550 Штампы повышенной теплостойко вязкости сти со стороной до 350 мм 5Х2МНФ 550 Крупные молотовые и прессовые штампы с повышенной стойкостью Повышенной 4Х5МФС 620 – 650 Прессовые матрицы, вставки, инст вязкости и теп- 4Х5МФ1С румент для высадки и выдавлива лостойкости 3Х3М3Ф ния. Пресс-формы литья под давле нием Zn, Mg, Al-cплавов Высокой теп- 3Х2В8Ф 660 – 680 Матрицы прессования, вставки тя лостойкости 5Х3В3МФС 660 – 680 желонагруженных штампов, пресс 2Х6В8М2К8 720 – 750 формы литья Cu-cплавов Основную массу деталей штампов изготавливают из кованых загото вок. Ковку проводят для получения требуемого размера заготовок и повыше ния качества металла за счет исправления металлургических дефектов слит ков (ликвационной неоднородности, карбидной полосчатости, анизотропии свойств). Технологический процесс изготовления штампов включает также ПТО, механическую обработку, ОТО, шлифование, контроль.

ПТО предназначена для снижения твердости поковок перед обработ кой резанием, измельчения зерна, снижения остаточных напряжений и под готовку структуры к ОТО. В качестве ПТО крупных заготовок применяют полный или изотермический отжиг (табл. 21) с получением структур зерни стого перлита и равномерным распределением карбидов. При полном отжи ге скорость охлаждения с печью должны быть 30°С/ч. Поковки малых раз меров, используемые для штампов простой формы и имеющие после ковки мартенситную или бейнитную структуру проходят высокий отпуск при тем пературах, близких к критической точки Ас1. Загрузку поковок проводят в нагретую печь с температурой не выше 600°С.

ОТО должна обеспечить получение на штампах требуемых свойств, что достигается проведением закалки и отпуска. Разнообразные условия ра боты штампов определяют не только изготовление их из различных марок сталей, но и выбор параметров закалки и отпуска (табл. 22). При этом необ ходимо помнить, что при повышении температуры нагрева под закалку воз растает теплостойкость и прокаливаемость штамповых сталей, но из-за роста зерна аустенита снижается вязкость.

Таблица Режимы ПТО штамповых сталей Марка стали Изотермический отжиг Полный отжиг Высокий отпуск tн, °C tв, °C HB t, °C HB t, °C HB 5ХНМ 760-790 650-660 197-220 760-790 197-241 680-700 207- 5ХНВ 760-790 650-660 209-229 760-790 207-241 700-720 207- 4ХМФС 810-830 670-700 197-241 810-820 197-255 700-750 4Х5МФС 840-860 670-690 187-241 840-860 229-241 760-780 241- 4Х5МФ1С 3Х2В8Ф 860-880 660-700 229-269 860-880 229-269 750-780 5Х3В3МФС 840-880 690-700 229-255 840-880 229-255 750-780 2Х6В8М2К8 880-900 640-705 241-269 880-900 241-269 780-820 Примечание. tн – температура нагрева;

tв – температура изотермической выдержки.

При выборе режимов ОТО также необходимо учитывать деформацию штампов в процессе термической обработки. Так для штампов сложной фор мы деформация может быть уменьшена за счет увеличения количества оста точного аустенита в структуре после закалки или применением ступенчатой или изотермической закалки.

Таблица Температурные режимы ОТО штамповых сталей Марка Закалка Отпуск гравюры Отпуск стали хвостовика Температура, °С HRC t, °С HRC t, °С HRC подогрева окончательн нагрева 5ХНМ 700-750 840 860 56-60 560-580 36-39 580-610 33- 500-550 38-42 620-640 30- 400-480 42-46 650-680 25- 5ХНВ 700-750 840-860 56-59 520-550 38-42 - 400-500 42-45 - 4ХМФС 700-750 910-930 53-55 580-600 44-46 - 4Х5МФС 700-750 1 000-1 020 50-52 530-560 47-49 - 3Х2В8Ф 700-750 1 070-1 100 48-52 600-620 42- - 5Х3В3МФС 850-870 1 120-1 150 53-56 660-680 4842-46 - 2Х6В8М2К8 840-860 1 180-1 220 52-54 660-680 54-56 - 700-720 50-51 - Повышение температуры отпуска снижает твердость, прочность, из носостойкость закаленной стали, но повышает ее вязкость. В связи с этим для штампов, работающих без значительных ударных нагрузок, температура от пуска выбирается пониженной, но не ниже температуры разогрева штампа при работе. Кроме основного отпуска для получения заданных характери стик рабочих частей (гравюра) штампа хвостовики крупных штампов допол нительно отпускаются при повышенных температурах на твердость HRC 30 35 для увеличения вязкости и устранения опасности образования трещин и хрупких сколов при установке и креплении штампа на кузнечно-прессовом оборудовании.

Подготовка штампов к ОТО включает следующие этапы:

Внешний осмотр состояния поверхности на отсутствие забоин, вмя тин ржавчины, следов масла;

Подбор штампов из одной марки и близких типоразмеров для ком плектования садки. Одновременно в большие печи возможны загрузка до комплектов крупных штампов;

Упаковка с целью защиты гравюры штампа от окисления и обезугле роживания (рис. 45). Для этого применяют древесный уголь, смесь отрабо танного карбюризатора со свежим (до 30%) или пережженной сухой чугун ной стружкой (до 20%).

Нагрев под закалку крупных штам пов с размерами более 400 мм для умень шения коробления и деформации и пре дотвращения образования трещин ведут с одно- или двухступенчатым подогревом (табл. 22). Штампы меньших размеров можно загружать в разогретую до темпе ратуры закалки печь.

Рис. 45. Схема упаковки для защи- Время нагрева рассчитывается или ты гравюры штампа от окисления выбирается, исходя из справочных дан при нагреве под закалку: а – гравю рой вверх;

б - гравюрой вниз;

1 – ных. Продолжительность выдержки долж крышка;

2 – защитная смесь;

3 – ог- на выбираться таким образом, чтобы обес неупорная обмазка;

4 – штамп;

5 – печить требуемую прокаливаемость и теп плита;

6 – шары;

7 – направляющие;

лостойкость штампа. При посадке в печь с 8 – поддон температурой 500-600 °С длительность на грева может быть определена из расчета 1 ч на 25 мм наименьшего сечения штампа, выдержка выбирается равной 20% от времени нагрева.

Охлаждение при закалке штампов в основном ведется до 150-200 °С в масле с температурой 40-70 °С. Штампы с поддонами выгружают из печи, снимают поддон, очищают от защитной смеси и с помощью крана погружа ют в масло (рис. 46).

При этом гравюра штампа омыва ется потоком циркулирующего масла.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.