Штампы для горячего деформирования

Штампы для горячего деформирования работают в жестких условиях нагружения и выходят из строя (разрушаются) вследствие пластической деформации (смятия), хрупкого разрушения, образования сетки разгара (трещин) и износа рабочей поверхности. Поэтому эта сталь должна иметь высокие механические свойства (прочность и вязкость) при повышенных температурах и обладать высокой износостойкостью, окалиностойкость и разгаростойкостью, т. е. способностью выдерживать многократные нагревы и охлаждения без образования разгарных трещин. Кроме того, они должны иметь высокую износостойкость и теплопроводность для лучшего отвода теплоты, передаваемой обрабатываемой заготовкой. Она также должна обладать высокой прокаливаемостью, а также не склонна к обратимой отпускной хрупкости.

Таблиця.

Таблиця.

Средненагруженный инструмент, работающий с разогревом поверхности до 6000С, а так же инструмент с большой поверхностью, работающий при температуре 400−5000С, изготовляют из сталей 4Х5В2ФС и 4Х5МФ1С. Они упрочняются за счет мартенситного превращения и дисперсного упрочнения при отпуске за счет выделения специальных карбидов. Эти стали обладают повышенной теплостойкостью, окалиностойкость, малочувствительны к резкой смене температур, устойчивы к кородирующему действию жидкого алюминия и обладает высокой прочностью при хорошей вязкости. Превращения в данных сталях, протекающие при термообработке, во многом сходны с превращения протекающими в быстрорежущих сталях Они также нагреваются до высоких температур, для полного растворения карбидов и получения высоколегированного мелко зернистого мартенсита. При отпуске твердость дополнительно возрастает вследствие дисперсного упрочнения мартенсита, при этом конечно снижая пластичность и вязкость. Для получения достаточной вязкости отпуск проводят при повышенных температурах на твердость 45−50 HRC, что способствует образованию структуры — троостит. Штамповые стали нередко подвергают азотированию, борированию и реже хромированию.

Твердыми называют сплавы, изготовленные методом порошковой металлурги и состоящие из карбидов тугоплавких металлов. (WC, TiC, TaC), соединенных кобальтовой связкой. твердые сплавы подразделяются на три группы:

вольфрамовые (ВК3, ВК6, ВК8, ВК10);

титановольфрамовые (Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12);

титанотанталовольфрамовые (ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8-Б, ТТ20К9).

В марках первые буквы обозначают группу, к которой относится сплав (ВК — вольфрамовая, Т — титановольфрамовая, ТТ — титанотанталовольфрамовая); цифры в вольфрамовой группе — количества кобальта; первые цифры в титановольфрамовой группе — количества карбида титана, а вторые цифры — количества кобальта; первые цифры в сплавах титанотанталовольфрамовой группы — количество карбидов титана и тантала, а вторые цифры — количество кобальта. Если в марке стоит буква «М» (ВК6- М), сплавы изготовлены из мелких порошков, если буква «В» (ВК4-В) — из крупнозернистого карбида вольфрама. Если в марке присутствует буквы «ОМ» — сплавы изготовлены из особо мелких порошков, а «ВК» — из особо крупного карбида вольфрама. Структура тугоплавких сплавов представляют частицы карбидов связанных кобальтом. Чем меньше в сплаве ВК кобальта и мельче карбидные частицы, тем выше износостойкость, но ниже прочность и сопротивление ударам. Чем больше кобальта в стали, тем выше износостойкость (89,5−90 HRB и sизг = 1100- 1650 МПа), допускают высокую скорость резания при обработке чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов. Данные сплавы рекомендуют для чернового точения, фрезерования, рассверливания, зенкерования при обработке чугуна, жаропрочных сплавов, цветных металлов. Наивысшей для титановольфрамовых сплавов износостойкостью и допустимой скоростью резания при пониженной эксплуатационной прочности (sизг= 950 МПа) обладает сплав Т30К4, и наоборот у сплавов Т16К6, Т5К10 эксплуатационная прочность выше, а износостойкость и допустимая скорость резания ниже. Титановольфрамовые сплавы применяются для чистового чернового точения, фрезерования и строгания стали. Твердость сплава 92−87 HRB. Сталь ТТ10К8-Б, при умеренной износостойкости, обладает высоким сопротивлением удару и хорошей эксплуатационной прочностью (sизг = 1300 МПа) .

Титанотанталовольфрамовые сплавы применяются для черновой и чистовой обработке, трудно обрабатываемых, материалов, в том числе и жаропрочных сплавов и сталей. Выпускаются также пластины, которые модно припаивать к державке инструмента, покрывая их тонким слоем карбидов и нитридов, повышающие срок службы в 3 — 4 раза. Наибольший эффект покрытие дает при точении стали и чугуна твердостью 230−1240 НВ. При тяжелых условиях обработки эффективность пластин с износостойким покрытием снижается. Для чистовой обработки трудно обрабатываемых материалов и закаленной стали (? 55HRC) применяют режущий инструмент, оснащенный пластинами из синтетических поликристаллических сверхтвердых материалов на основе нитрида бора — композитов. В исходный нитрид бора вводят различные легирующие добавки и наполнители и получают прочно связанные мельчайшие кристаллы (поликристаллы). К группе сверхтвердых материалов относят композит 01 (эльбор-Р), композит 02 (беолобор) композит 10 (гексанит-Р), а также поликристаллический нитрид бора. Нитрид бора обладает очень высокой твердостью, теплостойкостью. Скорость резания при обработке закаленной стали 70 -150 м/мин. Применение нитрида бора позволяет повысить производительность труда при точении и фрезеровании с получением высокого качества поверхности.

Сплавы с эффектом памяти формы При напряжении выше предела упругости после снятия нагрузки металл не воспроизводит первоначальные размеры и форму. Сравнительно недавно были открыты сплавы, обладающие эффектом «памяти формы». Эти сплав после пластической деформации восстанавливают свою первоначальную геометрическую форму или в результате нагрева (эффект «памяти формы») или непосредственно после снятия нагрузок (сверхупругость). Так если проволоку закрутить в спираль при высокой температуре и выпрямит при низкой температуре, то при в повторном нагреве проволока вновь самопроизвольно закручивается в спираль.

Термоупругое мартенситное превращение (эффект Кудюмова) сопровождается изменением объема, которое носит обратный характер, обеспечивая память. В сплавах с эффектом «памяти формы» при охлаждении происходит рост термоупругих кристаллов мартенсита, а при нагреве их уменьшение или исчезновение. Эффект «памяти формы» наиболее хорошо проявляется когда мартенситное превращение происходит при низких температурах и в узком интервале температур, иногда порядка нескольких градусов. В настоящее время известно большое число двойных и более сложных сплавов обладающие в разной степени эффектом «памяти формы»: Ni-Al, Ni-Co, Ni-Ti, Ti-Nb, Fe-Ni, Cu-Al, Cu-Al-Ni и другие. Наиболее широко применяют сплав на основе мононикелида титана, NiTi, получившее название нитинол Эффект «памяти формы» в соединении NiTi может повторяться в течении многих тысяч циклов. Нитинол обладает высокой прочностью, пластичностью, коррозионной и кавитационной стойкостью и демпфирующей способностью. Он широко используется в космической промышленности (антенны спутников земли), в приборостроении (автоматических прерывателях тока, запоминающих устройствах). Для изготовления деталей машин и вычислительной техники, в температурно-чувствительных датчиках.

Тугоплавкие металлы и сплавы Наибольшее значение в технике имеют следующие тугоплавкие металлы: Nb, Mo, Cr, Ta и W соответственно с температурой 2468, 2625, 1875, 2996 и 34 100С. Тугоплавкие металлы и их сплавы используют главным образом как жаропрочные. Молибден, вольфрам и хром обладают высокой жаропрочностью, однако они склонны к хрупкому разрушению в результате высокой температуры порога хладноломкости, которую особенно сильно повышают примеси внедрения С, N, H и O.

Таблиця.

После деформации ниже температуры рекристаллизации (1100−13 000С) порог хладноломкости молибдена и вольфрама понижается. Ниобий и тантал хорошо свариваются. Они обладают высокой коррозионной стойкостью. Тугоплавкие металлы используются в радиои электронной промышленности, в химическом машиностроении, стекольной промышленности. Жаропрочность чистых металлов невелика. Более высокой жаропрочностью обладают сплавы на основе тугоплавких металлов, хотя ее повышение сопровождается понижением пластичности. Все тугоплавкие металлы обладают низкой жаростойкостью, поэтому при температуре свыше 400−6000С их нужно защищать от окисления. Тугоплавкие металлы широко используют в качестве жаропрочных для работы в неокислительной среде — в вакууме, водороде инертных газах, а также среде отходящих пороховых газов. Весьма перспективны для многих отраслей техники сплавы на основе ниобия. Они обдают хорошей технологичностью, свариваемостью и достаточно высокой жаропрочностью. Температура хладноломкости ниобия ниже — -1960С. Благодаря высокой коррозионной стойкости и малому сечения захвата тепловых нейтронов сплавы ниобия нашли применение в конструкциях ядерных реакторов. Для повышения жаропрочности ниобий легируют молибденом, вольфрамом, упрочняющим твердый раствор, и цирконием, который не только упрочняет твердый раствор, но и образует карбидные и нитридные фазы.