Техники за термична обработка на форми за леене под налягане

Техниките за термична обработка се прилагат широко в производството на форми за леене под налягане; те могат значително да подобрят микроструктурата и характеристиките на компонентите на матрицата, да удължат живота на формата, да подобрят качеството на обработката и да намалят износването на инструментите.

Формите за леене под налягане обикновено се произвеждат от легирани инструментални стомани. Типичните последователности на термична обработка включват сфероидизиращо отгряване, отстраняване/стабилизиране на напрежението, закаляване (или закаляване и отвръщане) и многократни операции по отвръщане. Чрез избор на подходяща комбинация от термични обработки може да се постигне необходимата якост, издръжливост и висока температурна производителност.

Предварителна обработка:

1. Цел: да се премахнат остатъчните напрежения от коването или грубата обработка, да се намали твърдостта за по-лесно рязане и да се подготви еднородна структура за последващо закаляване и отвръщане.
2. Методи и ефекти: сфероидизиращото отгряване създава еднородна микроструктура с фино разпръснати карбиди за подобряване на якостта. Закаляването и отвръщането (т.е. закаляване, последвано от отвръщане) често осигурява по-добър баланс между якост и издръжливост, така че за матрици, които изискват висока издръжливост, обикновено се използва отвръщане след закаляване вместо сфероидизиране.
3. Препоръка: извършете предварителна обработка на ковани изделия или грубо обработени заготовки и запишете партидата на процеса, за да улесните по-късно проследяването на качеството.

Стабилизираща обработка:

1. Цел: да се премахнат вътрешните напрежения, генерирани по време на грубата обработка, и да се намали рискът от деформация и напукване по време на закаляването. Това е особено важно за матрици с комплексни форми.
2. Типичен процес: нагряване до 650 °C до 680 °C, задържане за 2 до 4 часа, след което изваждане от пещта и охлаждане на въздух. За матрици с комплексна геометрия, охладете в пещта до под 400 °C преди охлаждане на въздух, за да намалите допълнително вътрешните напрежения.
3. Специални случаи: повърхностите, модифицирани чрез EDM (електроерозийна обработка), могат да развият преобразуван или повреден слой и са податливи на пукнатини от рязане с тел; трябва да се извърши отгряване за отстраняване на напреженията при по-ниска температура, за да се отстранят локалните напрежения.

Предварително загряване за охлаждане:

1. Причина: матриците за леене под налягане често са изработени от високолегирани стомани с лоша топлопроводимост; бързото директно нагряване може да създаде големи температурни градиенти, което да доведе до напукване или деформация. Затова е необходимо поетапно предварително нагряване.
2. Методи и температури на предварително нагряване: предварително нагряване при по-ниска температура (400 °C до 650 °C) може да се извърши в кутия или въздушна пещ. Предварително нагряване при по-висока температура се извършва по-добре в пещ със солна баня, за да се подобри равномерността на топлината.
3. Брой на предварителните нагрявания и изисквания: матриците с ниски изисквания за контрол на деформацията могат да използват по-малко етапи на предварително нагряване; за строг контрол на деформацията трябва да се използват многоетапни предварителни нагрявания, за да се намалят напреженията от температурния градиент. Обща емпирична оценка за времето за предварително нагряване е 1 минута/мм (само за справка; проверете въз основа на материала и дебелината на компонента).

Закаляване, нагряване и отлежаване:

1. Цел: да се получи аустенит с равномерен състав и да се разтворят карбидите в достатъчна степен, като по този начин се подобри якостта при висока температура и устойчивостта на омекване.
2. Избор на температура: температурата на закаляване трябва да се избере в рамките на ограниченията, определени за материала. По-високите температури на закаляване благоприятстват термичната стабилност, но могат да стимулират растежа на зърната и да намалят якостта; матриците, изискващи висока якост, обикновено използват относително по-ниски температури на закаляване.
3. Време на отлежаване: за да се гарантира хомогенизация, закаляването в солена баня обикновено изисква относително дълго отлежаване; обичайната оценка е 0,8 мин/мм до 1,0 мин/мм (референтна стойност; трябва да бъде потвърдена).

Охлаждане при закаляване:

1. Избор на метод на охлаждане: матрици с проста форма и ниска чувствителност към деформация могат да се охлаждат в масло. Матрици с комплексни форми или високи изисквания за устойчивост на деформация се обработват по-добре с поетапно (степенно) охлаждане (ускоряване на охлаждането на етапи с постепенни преходи).
2. Изравняване преди отвръщане: за да се предотврати напукване и деформация, независимо от метода на охлаждане, не охлаждайте директно до стайна температура; вместо това охладете първо до 150 °C до 180 °C за изравняване. Времето за изравняване може да се оцени на 0,6 мин/мм (референция), след което незабавно преминете към отвръщане.
3. Забележки: контролирайте профила на скоростта на охлаждане, за да избегнете концентрация на термично напрежение с охладена повърхност/гореща сърцевина. Когато използвате поетапно или локализирано охлаждане, уверете се, че деформацията е контролируема и предвидете коригиращи процедури.

Отвръщане:

1. Необходимост: достатъчното отвръщане премахва остатъчните напрежения от закаляването и регулира твърдостта и якостта. Матриците за леене под налягане обикновено изискват цялостно отвръщане, което обикновено се извършва в три етапа.
2. Температурата на първото отвръщане обикновено се избира в диапазона на вторично втвърдяване на материала (за стабилизиране на структурата).
3. Втората температура на отвръщане се избира, за да се постигне необходимата твърдост.
4. Температурата на третото отвръщане е с 10 °C до 20 °C по-ниска от температурата на второто отвръщане и се използва за отстраняване на остатъчните напрежения и усъвършенстване на структурата.
5. Охлаждане при отвръщане: след отвръщането може да се използва охлаждане с масло или въздух. Времето за задържане при едноциклично отвръщане не трябва да бъде по-малко от 2 часа (точното време се определя въз основа на дебелината на детайла и изискванията към материала).