124781 (Штамповая сталь Х12Ф1), страница 2

Выбор вспомогательных операций:

а) Предварительная промывка инструмента от солей и масла производится в моечной машине. В этой машине инструмент подвергается химическому и механическому воздействию горячего щелочного раствора. Состав приготовляется из жидкого стекла и каустической соды, общая щелочность раствора должна составлять 0,38 – 0,41%

б) Кипячение в подкисленной воде (в кипящем 2%-ом растворе соляной кислоты) осуществляется перед травлением для сокращения расхода кислоты и времени травления.

Кипячение производится в течение 5-10 мин. и имеет цель растворить соли, оставшиеся на поверхности инструмента после нагрева в солях, а также разрыхлить окалину.

в) Травление предназначено для окончательного снятия окалины, разрушения удаления оставшихся от предварительного кипячения хлористых солей. Травление производится в растворе технической соляной кислоты, воды 0,5 % присадки «Глютам». Продолжительность травления 3-5 мин при 18-20^о С (в зависимости от слоя или толщины окалины).

г) Повторная промывка применяется для полного удаления кислоты и грязи, образовавшихся на изделии (заготовки) при травлении, и осуществляется в проточной воде. Промывка сопровождается многократным встряхиванием.

д) Кипячение в 2%-ом содовом растворе производится для полной нейтрализации кислоты в течение 10 мин.

е) Пассивирование осуществляется для того, чтобы предохранить изделия от коррозии. Оно производится в горячем водяном растворе содержащем 25% NaNO₂. Выдержка инструмента в ванне указанного состава 3-5 мин.

После такой многооперационной обработки изделие получится чистым и защищенным от коррозии. Данные операции после отжига в полном объеме могут не использоваться.

2.4 Контроль качества после предварительной термической обработки сталей

Результат предварительной т.о. оценивают по твердости и микроструктуре. Микроструктуру при отжиге заготовок заэвтектоидных сталей контролируют систематически на зернистый перлит.

Параметры, контролируемые у штамповых сталей после отжига:

• твердость в состоянии поставки по ГОСТ 5950-73, HB ≤ 255

• карбидная неоднородность ≤ 4 балла

• обезуглероженный слой, глубина ≤ 0,5 мм

2.5 Дефекты и способы их устранения

Окисление и обезуглероживание – дефекты, являющиеся результатом химической реакции происходящей при нагреве стали между поверхностным слоем металла и кислорода окружающим среду. Эти процессы оказывают отрицательное влияние на конструктивную прочность изделий, приводящее к потери прочности металла на удар, обуславливает необходимость увеличения припусков для последующей механической обработки.

Окисление определяют непосредственным осмотром заготовки, а обезуглероживание испытанием на твердость или металлографическим испытанием.

При глубине проникновения больше чем припуск на шлифование, брак неисправимый. Для предупреждения следует вести нагрев в защитной атмосфере, а при отсутствии такой в ящиках с чугунной стружкой, древесным углем с 5% кальциированной соды, пережженным асбестом, белым песком и т.п. В соленые ванны для предохранения от обезуглероживания добавляют молотый ферросилиций в количестве 0,5 – 1 % от веса соли или буру, борную кислоту, желтую кровяную соль.

Контроль твердости обычно производят с помощью ЦБМ (пресса Бреннеля) – для отожженных сталей.

Карбидная неоднородность возникает из-за недостаточной степени укова. Для её устранения изменяют характер деформирования за счёт применения: усадки, прессования, с последующей прокаткой, ковки с многократной вытяжкой, экструзии и т.д.

Нафталинистый излом характеризуется своеобразным видом излома, что является следствием разрушения по определенным кристаллографическим плоскостям, сопровождается значительным снижением прочностных свойств и особенно ударной вязкости.

Вызывается окончанием горячей механической обработки при излишне высокой температуре (1050 – 1150^оС), если степень деформации при последнем отжигании была не большой и если последующий отжиг выполнен недостаточно полно и не обеспечил необходимого значения твердости (HB 255) выполнением повторной закалки без промежуточного отжига.

Устранение нафталинистого излома и восстановление механических свойств сложно осуществить. Это достигается многократным и длительным отжигом или отпуском.

3. Проектирование технологического процесса упрочняющей термической обработки

3.1 Определение структуры упрочняющей термической обработкой

Основной механизм упрочнения это мартенситное превращение. Т.о. заключается в высокой температурной закалке (1000 – 1050^оС масло). Исходная структура П+ К _I + К_II. Особенностью закалки является высокий нагрев. Чтобы растворить вторичные карбиды хрома и получить высоколегированный аустенит. Также высокий нагрев обеспечивает получение высоколегированного мартенсита устойчивого от распада. После закалки в масле в структуре содержится наряду с мартенситом, карбидами, повышенное количество остаточного аустенита (<20%).

После закалки проводим низкий отпуск. Два варианта отпуска:

1) температура 170 -200^оС – на максимальную твердость (HRC 60 – 62);

2) температура 300 – 350^оС – на максимальную ударную вязкость (KCU 0,2 – 0,3).

В окончательной структуре стали всё равно сохраняется до 10% остаточного аустенита.

3.2 Проектирование операций закалки и отпуска

3.2.1 Закалка

От выбора температуры закалки зависит фазовый состав, размер зерна, количество остаточного аустенита, а, следовательно, свойства сталей. Оптимальная температура нагрева сталей под закалку выше линии А_с1 в заэвтектоидных сталях перлитного класса. Чем выше температура нагрева, тем выше легированность твердого раствора за счёт растворения большего количества карбидной фазы, что положительно скажется на теплостойкости стали. Но с другой стороны, интенсивность растворения карбидов при нагреве выше определённых температур вызывает интенсивный рост зерна аустенита, а, значит, снижает прочность, и особенно, ударную вязкость.

Качество термической обработки контролируют по структуре и свойствам. Лучший комплекс свойств штамповых сталей достигается при величине зерна балла 9 – 11. Увеличение размера зерна от балла 11 к баллу 9 приводит к снижению прочности и ударной вязкости примерно в 1,5 раза.

Как правило, температура закалки, необходимая для получения большей теплостойкости, лежит выше 40 – 60^оС по сравнению с температурой, позволяющей получить высокую прочность, вязкость и минимальную деформацию инструмента.

Таким образом, высокотемпературный нагрев под закалку возможен из-за наличия нерастворимых первичных карбидов, которые располагаясь по границам зерна, сдерживают его рост.

После закалки в структуре штамповых сталей обязательно присутствует остаточный аустенит. Его количество зависит от получаемой степени легированности при нагреве под закалку. С увеличением легированности твердого раствора доля остаточного аустенита возрастает. Количество остаточного аустенита после закалки у полутеплостойких высокохромистых сталей – до 20%. Присутствие остаточного аустенита снижает твердость на 0,5 – 2,0 единицы HRC, предел текучести – примерно на 50 МПа на каждый процент аустенита.

Охлаждение после аустенизации проводят в масле. Для предупреждения образования закалочных трещин и снижения коробления рекомендуется применять ступенчатую закалку.

Режим закалки для штамповой стали Х12Ф1 будет заключаться в высокотемпературной ступенчатой закалке:

• 1-ый подогрев в ванне-печи до 300 – 350^оС

• 2-ой подогрев в ванне-печи до 650 – 700^оС

• Окончательный нагрев в ванне-печи до 1000 – 1020^оС

Первый и второй подогрев проводится медленнее для превращения перлита в аустенит и выдерживается до выравнивания нужных температур по сечению детали.

Ступенчатый нагрев под закалку будем производить в соляной ванне. Широкое применение этого метода обусловлено следующими преимуществами: высокой интенсивностью и равномерностью нагрева; возможностью осуществления местного нагрева, предотвращением окисления и обезуглероживания, жидкая среда защищает нагреваемый инструмент от непосредственного воздействия воздуха, препятствует окислению его поверхности в процессе нагрева, в момент переноса закаленного инструмента в охлаждающую среду на его поверхности сохраняется тонкая пленка застывшей соли, которая защищает инструмент от интенсивного окисления в процессе охлаждения.

Ступенчатость нагрева нужна для того, чтобы обеспечить равномерный прогрев по сечению, уменьшить внутренние напряжения и деформацию, и снизить опасность образования трещин.

При нагреве инструмента под закалку будем использовать наиболее распространенную соль БМ3Ю состав по массе 96,9% BaCl₂+3MgF₂+0,1B; t_плав=940^оС, t_прим=1050-1300^оС. Ректификаторы вводятся (через каждые 4 часа) отдельно:

1. Бура 0,5%

2. Ферромлиций 0,3%

3. Фтористый магний 0,5%

Закалку будем проводить в печи-ванне электродной, рабочей температуре 1230 – 1260^оС, с max рабочей температурой 1300^оС.

После закалки твердость стали Х12Ф1 HRC 63 – 65. Микроструктура М + К_I(5-10%) + A_ост(до 20%)

3.2.2 Отпуск

После закалки обязательно делается отпуск для получения более стабильного состояния сплава. Он снимает напряжение, остаточный аустенит и обеспечивает окончательные свойства сталям.

В процессе отпуска происходит выделение из твердых растворов дисперсионных карбидов и превращение А_ост объединяется в мартенсит. А_ост объединяется при нагревах с легирующими элементами и при охлаждении с температур отпуска превращается в мартенсит. В результате отпуска твердость повышается до HRC 57-59 (одновременно повышается и предел прочности). Структура сталей после отпуска состоит из М_отп+К_I (10 -15%)+А_ост(до 10%)

Отпуск для стали Х12Ф1 следующий: однократный 1,5 часовой с температурой 350 – 400^оС. Отпуск будем проводить в стандартной электродной соляной ванне с формой рабочего пространства в виде шестигранной призмы типа С – 75(рис.3, лист 2), с max рабочей температурой 1300^оС.

В качестве среды для отпуска будем использовать расплав соли: 30% BaCl₂ + 20% NaCl + 50% CaCl₂, с t_плав = 450^оC, t_раб = 500 – 675^оС

После проведения закалки и отпуска сталь Х12Ф1 должна обладать следующими свойствами: твердость не ниже 57 – 59 HRC, теплостойкость T=420^оС, удовлетворительная прочность и вязкость, высокое сопротивление малым пластическим деформациям. Структура стали: М+К_I(10-15%)+А_ост(до 10%)

3.3 Выбор вспомогательных операций и оборудования

Оснастка для т.о. имеет решающее значение при осуществлении технологических процессов в термических цехах. Отсутствие или неправильное использование оснастки может вызвать значительный брак инструмента. В связи с повышенными требованиями к инструменту, проходящему т.о., решаются вопросы не только получения надлежащих физико-механических свойств, но также сохранения размеров с точностью до десятых, а иногда и сотых долей миллиметра.

Т.о. штампа или ролика не требует особо сложных приспособлений и устройств. В данном процессе т.о. будем использовать: корзинки для закалки мелкого инструмента в соляных ваннах, клещи с прямыми плоскими губками, ковш для слива солей из соляных ванн.

К вспомогательным операциям, сопровождающим т.о. инструмента, относят его очистку после т.о., правку и антикоррозийную обработку. После т.о. инструмент подвергается, очистке с целью удаления масла, солей и окалены.

Простым оборудованием для очистки инструмента могут служить обычные выборочные бочки, подогреваемые газовыми горелками, нефтяными форсунками или паровыми змеевиками.

Дальнейшая очистка инструмента после промывки производится на гидро-пескоструйных аппаратах. В гидро-пескоструйных установках обработка производится смесью воды и песка.

Штамп или ролик проходит химическую отчистку, состоящую из следующих операций:

1) Предварительная промывка в выварочном баке в горячем (90^оС) щелочном растворе (0,38 – 0,41 NaOH);

2) Кипячение в подкисленной воде (в кипящем 2%-ом растворе соляной кислоты);

3) Травление;

4) Повторная промывка в проточной воде;

5) Кипячение в содовом растворе;

6) Пассивирование.

После этой многоуровневой очистки инструмент получается чистым и защищенным от последствий коррозии. Благодаря полному удалению хлористых солей и покрытию его поверхности нитридной пленкой.

3.4 Контроль качества стали после упрочняющей термической обработки

Для штамповых сталей в закаленном состоянии параметрами контроля являются:

• твердость ГОСТ 5950 – 73 HRC 63 – 65

• величина аустенитного зерна ГОСТ 5639 – 82 8-9 балл, А_ост до 20%

После закалки и отпуска контроль проводится на следующие параметры:

• твердость HRC 57 – 59

• теплостойкость 420^оС

• карбидная неоднородность (1 балл)

Контролируемые параметры зависят так же от назначения, марки и массы инструмента.

Допускаемое количество А_ост < 10% после отпуска.

3.5 Дефекты и способы их устранения

1. Недостаточная твердость после отпуска может быть вызвана следующими причинами:

• Пониженной температурой закалки (выявляется микроанализом), вследствие чего образуется недостаточно легированный мартенсит.

• Низким нагревом при отпуске (эта причина может быть выявлена магнитным анализом). Дефект, возникающий в результате этих причин, устраняется, соответственно, отжигом и последующими правильной закалкой и отпуском или правильным отпуском.

• Обезуглероживанием.

• Порчей теплостойкости.

2. Порча теплостойкости возникает в результате очень длительного или многократного нагрева выше А_с1 вследствие обогащения карбидов М₆С вольфрамом, что уменьшает их растворимость при закалке, вследствие чего получается недостаточно легированный мартенсит. Выявляется по снижению вторичной твердости или теплостойкости. Данный дефект предотвращается соблюдением определенной области нагрева температур и длительности т.о.

3. Повышается хрупкость. Определяется по излому – крупнозернистый. Образуется из-за значительного превышения температуры нагрева при закалке или излишне длительной выдержке. Этот брак исправляется также, как и при недостаточной твердости.

4. Нафталинистый излом (см п. 2.5)

5. Окисление и обезуглероживание (п. 2.5)

Список литературы

1. Короткова Л.П. Инструментальные материалы: учебное пособие / ГУ КузГТУ. – Кемерово, 2006г. – 179с.

2. Геллер Ю.А. Инструментальные стали – М.: Металлургия, 1983г.–526с.

3. Поздняк Л.А. Штамповые стали – М.: Металлургия, 1980г. – 244с.

4. Поздняк Л.А. Инструментальные стали: справочник – М.: Металлургия, 1977г. – 167с.

5. Деордиева Н.Т. Штамповые стали – М.: Машиностроение, 1966г.-149с.

6. ГОСТ 5950 – 73. Прутки и полосы из инструментальной легированной стали. Технические условия. – М.: Издательство стандартов, 1973г.-65с.