Термическая обработка штамповых сталей для горячего деформирования из стали марки 4Х5МФС
Наиболее распространенный технологический процесс окончательной термической обработки инструмента для горячего деформирования состоит из закалки и отпуска. Большое разнообразие условий работы такого инструмента предопределяет не только применение различных сталей, но и необходимость получать в каждом конкретном случае оптимальное для данных условий сочетание свойств за счет правильного выбора режимов термической обработки. При этом в зависимости от назначения инструмента возможен выбор разных температур нагрева под закалку, закалочных сред и способов охлаждения, температур отпуска. Режимы закалки и отпуска не универсальны, а их следует назначать дифференцированно в соответствии с условиями работы инструмента.
Обобщенная технологическая схема обработки инструмента для горячего деформирования из полутеплостойкой стали повышенной вязкости:
1) горячая пластическая деформация (ковка);
2) отжиг;
3) механическая обработка;
4) закалка и отпуск;
5) механическая обработка.
Для деформирования алюминиевых сплавов применяются стали с5% Cr: 4Х5В2ФС и типа 4Х5МС (или 4Х5МФС). При изготовлении матриц крупных размеров применяют стали с 3% Cr (типа 4Х3МС), так как они лучше сохраняют пластичность в больших сечениях.
Пониженная деформируемость штамповых сталей по сравнению с конструкционными обусловлена их меньшей пластичностью вследствие более высокой легированности твердого раствора, больших количеств карбидных фаз и степени ликвации при кристаллизации.
Температуры нагрева под ковку (прокатку) выбирают из условий достижения наиболее высокой пластичности в достаточно широком интервале температур, что определяется химическим составом стали и массой слитка. Температуры окончания пластической деформации устанавливают с учетом того, чтобы избежать образования трещин и рванин и подготовки необходимой структуры (размера зерна аустенита, распределения и дисперсности избыточных фаз и др.), обеспечивающей высокие механические свойства после окончательной термической обработки. Для полутеплостойких сталей повышенной вязкости температуры начала ковки 1150–1180оС, окончания 850–880оС. Для теплостойких штамповых сталей начало ковки при 1160–1180оС; конец ковки при 850–925оС.
Отжиг выполняют лишь при необходимости измельчения структуры слитков или крупных заготовок, мало обжатых при пластической деформации. В остальных случаях можно ограничиться высоким отпуском, после которого сталь приобретает примерно такую же структуру, как и после отжига.
Назначение отжига (отпуска) – перекристаллизация стали для измельчения зерна и получения низкой твердости, а также структуры зернистого перлита, как наиболее удовлетворяющей последующей закалке. Наиболее целесообразно применять изотермический отжиг, включающий нагрев до температур, близких или немного выше Ас1, выдержку после прогрева металла (определяется массой садки) не менее 2–3 часов, медленное охлаждение с печью до температур несколько ниже Аr1, выдержку продолжительностью 3–4 часа, медленное охлаждение до 600–650оС, затем на воздухе. Преимуществом изотермического отжига является получение более однородной структуры после последующей закалки, особенно для сталей с небольшим содержанием карбидной фазы.
Для полутеплостойких сталей повышенной вязкости температуры отжига и высокого отпуска составляют соответственно 760–800оС и 650–690оС. Данные стали чаще подвергают отпуску, чем отжигу, так как переохлажденный аустенит этих сталей имеет особо высокую устойчивость, а температура его минимальной устойчивости весьма низкая. Эти факторы значительно увеличивают продолжительность отжига, снижают скорость коагуляции карбидов и поэтому затрудняют получение низкой твердости.
Структура их после отжига – пластинчатый перлит с участками феррита, который имеет твёрдость 197–241НВ.
Для полутеплостойких сталей повышенной вязкости температура нагрева под закалку составляет 830–870оС в зависимости от марки стали с предварительным подогревом при 600–620оС.
Высокий отпуск проводится для получения сорбитной структуры (температура отпуска 500–600оС, скорость нагрева 40–50 град/час). Охлаждение после отпуска на воздухе. Инструмент обрабатывается, как правило, на твердость 35–40 HRC или 40–46 HRC.
Для марки стали 4Х5МФС закалка осуществляется при температуре 1010-1040 оС, а отпуск при 580-590 оС.
При температуре закалки 1 100°C обеспечивается достаточно мелкое зерно, соответствующее 8 баллу, что допустимо. Однако более предпочтительной для закалки является температура 1 070оС, так как в этом случае исключается возможность перегрева стали (балл аустенитного зерна 9).
При закалке важной задачей является защита от обезуглероживания; поскольку температуры закалки – высокие. Обязательно применение мер защиты; наиболее целесообразен нагрев в контролируемых атмосферах или в вакууме.
После закалки данные стали рекомендуется подстуживать на воздухе до 950–900оС, а затем охлаждать в масле.
Операцию отпуска выполняют немедленно после закалки с целью предупреждения трещин. Как правило, отпуск производят на твердость 45 HRC в штамповых сталях, предназначенных для высадки и выдавливания; 48–53 HRC для ножей и пил горячей резки.
Поскольку при нагреве для отпуска в структуре сохраняется много аустенита, целесообразно проведение двукратного отпуска. Температура второго отпуска может быть на 10–20оС ниже, а его продолжительность на 20–25% меньше, чем первого отпуска. Охлаждение после отпуска проводится на воздухе.
Выводы
При выполнении курсовой работы был изучен фазовый состав, структура, свойства и назначения марок стали 35ХГ2 и 4Х5МФС. Основные виды термообработок таких как закалка и отпуск. Проведён анализ изотермического и термокинетического распада переохлаждённого аустенита на основании которых решают вопросы прокаливаемости, режимов термической обработки и механических свойств детали. Изучены режимы термообработки поршневого пальца изготовленного из стали 35ХГ2 и штамповых сталей для горячего деформирования из стали марки 4Х5МФС.
Список літератури
1. Гуляев, А.П. Металловедение: учебник для вузов / А.П. Гуляев. – М.: Металлургия, 1986.
2. Металловедение и термическая обработка стали: справочник. Т. 1. Методы испытаний и исследования / под ред. М.Л. Бернштейна, А.Г. Рахштадта. – М.: Металлургия, 1983.
3. Седов Ю.Е., АдаскинА.М. Справочник молодого термиста. – М.: Высшая школа, 1986.
4. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1990.
5. Марочник сталей и сплавов. 2-е изд., доп. и испр. / А.С. Зубченко, М.М. Колосков, Ю.В. Каширский и др. Под общей ред. А.С. Зубченко – М.: Машиностроение, 2003.
6. Самохоцкий А.И. Технология термической обработки металлов, М., Машгиз, 1962.
7. Куцова В.З., Ковзель М.А., Носко О.А Легированные стали и сплавы с особенными свойствами. – Днепропетровск: НМетАУ, 2008.
8. Попов А.А., Попова А.Е Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлаждённого аустенита. – М: Машиностроение, 1961.