Аналіз причин виходу штампів гарячого деформування із ладу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

1. Маршрутна технологія виготовлення штампів гарячого деформування

1.1 Вибір способу штампування і розробка маршрутної технології

1.2 Маршрутна технологія виготовлення штампів гарячого Деформування

2. Призначення штампів гарячого деформування та умови їх експлуатації

3. Аналіз причин виходу штампів гарячого деформування із ладу. Вимоги до матеріалу деталей (Держстандарти і ТУ)

3.1 Технічний контроль і дефекти поковок

4. Сталі для штампів гарячого деформування

5. Вплив легуючих елементів на властивості інструментальних сталей

6. Термічна обробка

7. Контроль якості

8. Допоміжне та додаткове обладнання штампів гарячого деформування

9. Вимоги охорони праці та техніки безпеки

Висновок

Література

штамп гарячий деформування сталь

Вступ

Гаряча об'ємне штампування - це вид обробки металів тиском, при якому формоутворення поковки з нагрітої заготовки здійснюють за допомогою спеціального інструменту - штампу. Перебіг металу обмежується поверхнями порожнин (а так само виступів), виготовлених в окремих частинах штампа, так що в кінцевий момент штампування вони утворюють єдину замкнуту порожнину (струмок) по конфігурації поковки.

Під дією сили удару молота або тиску преса нагріта заготовка деформується і заповнює порожнину штампа. В результаті штампування одержують деталь, що за формою і розмірами відповідає формі і розмірам штампу. Як заготовку для гарячого штампування в переважній більшості випадків застосовують прокат круглого, квадратного, прямокутного профілів, а так само періодичний. При цьому прутки розрізають на окремі (мірні) заготівлі, хоча іноді штампують з прутка з наступним відділенням поковки безпосередньо на штампувальної машині. Мірні заготівлі відрізають від прутка різними способами: на кривошипних прес-ножицях, механічними пилками, газовим різанням і т.д.

Плюсами гарячого об'ємного штампування перед куванням є: висока продуктивність, більш висока точність виготовлення деталі (допуски на штамповані поковки в 3-4 рази менше ніж на куванні). Мінусами є те, що штамп дорогий інструмент і придатний для виготовлення тільки однієї, конкретної поковки. Крім того, для об'ємної гарячого штампування поковок потрібні набагато більші зусилля деформування, ніж для кування таких же поковок. Кування масою в кілька сотень кілограмів для штампування вважаються великими. В основному штампують поковки масою 20 - 30 кг і лише в окремих випадках - з масою до 3 т.

1. Маршрутна технологія виготовлення штампів гарячого деформування

1.1 Вибір способу штампування і розробка маршрутної технології

Основними факторами, що визначають вибір оптимального технологічного процесу виготовлення поковок, для подальшої механічної обробки, є: конфігурація і геометричні розміри деталі, співвідношення розмірів її окремих елементів, марка сталі, технічні вимоги до виготовлення, масштабу і конкретних виробничих умов.

Технологічний процес повинен забезпечувати виготовлення поковки у суворій відповідно до вимог, що пред'являються до неї кресленням і технічними умовами. При розробці технологічного процесу необхідно вибирати з числа можливих варіантів найкращий, який відповідає проектованим умов виробництва. Основним критерієм при виборі найкращого варіанту технологічного процесу є забезпечення найменшої собівартості однієї тонни поковок необхідної якості. Вибір варіанту технологічного процесу виготовлення поковок визначається також обсягом виробництва і спеціальними вимогами до продукції, що випускається.

Технологічні процеси включають виконання наступних основних операцій: оброблення вихідного матеріалу на заготовки мірної довжини, нагрівання і термообробка, обробка тиском з метою надання необхідної форми, обробні операції, оздоблювальні операції. Для розробки технологічних процесів використовуються маршрутні відомості.

Маса поковки і програма випуску зумовлюють вибір в якості обладнання КГШП.

Для обрізки облою дана технологія використання обрізних пресів суміщеної дії. Вони суміщають обрізку облою, пробивання отворів та калібрування поверхні заготовки.

1.2 Маршрутна технологія виготовлення штампів гарячого деформування

Найменування і зміст операції	Вид обладнання
1. Контроль металу. Перевірити номер деталі, марку сталі за бирці на тарі.	візуально
2.Транспортірованіе. Транспортувати тару з заготовками до нагрівача	Мостовий кран вантажопідйомністю 10т.
3. Нагрівання прутків для різання дротів на заготовки.	Піч індукційна з підйомно крокуючими бойками.
4. Розрізання прутків на заготовки.	Сортові закриті кривошипні ножиці
5. Контроль заготовок.	Міряльний інструмент
6. Транспортування заготовки до індукційного нагрівача	Мостовий кран вантажопідйомністю 10 т, тара
7. Нагрівання заготовок до температури t = 1250 ° C	Індукційний нагрівач
8. Контроль температури нагріву	Пірометр фотоелектричний ФЕП - 2
9. Осаду. Штампування	Прес КГШП
10. Обрізка облоя	Обрізний прес КГШП простої дії
11. Термічна обробка	Автоматизований агрегат конвеєрного
12. Очищення від окалини	Хімічна ванна
13. Контролює, приймає	Міряльний інструмент, контрольний стіл

2. Призначення штампів гарячого деформування та умови їх експлуатації

Штампи гарячої деформації працюють у вельми жорстких умовах, для яких характерні: високі діючі напруги, рівні яких наближаються до меж текучості штампових сталей; високі температури нагріву; циклічна дія напруги від знакозмінних зусиль при деформації; термічна напруга, визначувана умовами нагріву і охолоджування штампів; хімічна взаємодія, особливо що виявляється в процесі пресування і рідкого штампування .

Стійкість штампів залежить від багатьох чинників. Чинники, що визначають стійкість штампів, можна розділити на три групи.

До першої групи відносять деякі показники і характеристики технологічного процесу штампування: форму і масу поковки; ступінь деформації і умови перебігу металу, що деформується; його опір деформації; физико-хімічні і теплофізичні властивості; хімічний склад і температуру нагріву металу, що деформується; наявність і товщину окалини на заготівці; вид мастила; умови підігріву і охолодження штампів; необхідну точність розмірів поковки; часовий режим роботи штампу, кваліфікацію штампувача; пора року і тому подібне.

До другої групи входять параметри штампувального устаткування: швидкість деформації, робочий цикл і пов'язані з ним час контакту поковки і штампу під тиском, час знаходження поковки в штампі після закінчення штампування та інші, наявність виштовхувачів і особливості їх роботи.

До третьої групи відносять властивості штампової сталі: твердість, міцність, теплостійкість, опір зносу, розпалу та інші, а також мікрогеометрію і физико-хімічні властивості поверхневого шару гравюри, що впливають на умови тертя.

3. Аналіз причин виходу штампів горячого деформування із ладу. Вимоги до матеріалу деталей (Держстандарти і ТУ)

Основні причини, що призводять до втрати працездатності штампів - це знос, зминання, розпал, при якому маса і розміри поковки поступово виходять за допустимі межі. Швидкість протікання цих процесів визначається теплостійкістю застосовуємих сталей. Опір змину і зносу визначається не тільки високиим рівнем властивостей сталі, але і швидкістю їх зміни в процесі експлуатації.

Одній з основних причин виходу з ладу штампів для гарячої деформації конструкційних сталей є також розвиток процесів термомеханічної втоми, що привоздять до появлення сітки тріщин "розпалу". Це погіршує поверхню заготовок, затрудняє їх витягання з штампу і полегшує знос і крихке руйнування штампу. В процесі роботи поверхневі шари штампу піддаються дії робочої напруги, що деформують заготівку, і знакозмінної теплової напруги унаслідок чергування нагрівів і охолоджувань.

Випадки передчасного виходу з ладу інструмента можуть бути пов'язани з помилками в конструкції, неправильною експлуатацією, термічною обробкою, дефектами матеріла тощо.

У зв'язку з ускладненням технології штампування і зростанням виробництва виробів з трудно деформованих матеріалів все більш часто інструмент виходить з ладу із-за крихкого руйнування, обумовленого змінами структури, міцності і пластичності штампових сталей в процесі деформації.

Присутність молібдену підвищує теплостійкість, прогартованість, а також зменшує прихильність до зворотної відпускної крихкості, яку неможливо ліквідувати швидким охолодженням для великих штампів.

3.1 Технічний контроль і дефекти

Існуюча в ковальсько-штампувальних цехах служба контролю якості поковок і боротьби з браком має на меті: по-перше, організовано впливати на якість поковок у процесі їх виготовлення, по-друге, не допустити проникнення браку (або дефекту) на подальші операції в механічні цехи чи на складання машин, по-третє, систематично спільно з технічними службами цехів проводити заходи щодо поліпшення якості і збільшення терміну служби виробів з поковок.

Основним документом для перевірки якості поковки є її креслення, на якому крім форми і розмірів, а також допусків на розміри наведені технічні вимоги (умови) на виготовлення поковки. У технічних умовах вказують марку металу, вид термічної обробки, механічні властивості, якими повинен володіти метал поковки, і інші специфічні вимоги.

Особливу увагу служба контролю якості приділяє поковкам деталей машин, що працюють з ударними (динамічними) навантаженнями, таких, як, наприклад, передня підвіска автомобіля, осі локомотивів і вагонів, шатуни двигунів внутрішнього згорання та інші.

Контрольним числовим критерієм якості роботи ковальського цеху є відсоток браку з кількості придатної продукції, але ця величина є умовною і орієнтуватися тільки на цю величину в ковальсько-штампувальному виробництві було б неправильно.

Загальні вимоги до поковок із конструкційної, і легованої сталей, виготовлених куванням і гарячим об'ємним штампуванням, встановлюються ГОСТом 8479-70.

Боротьба з браком може бути успішною лише тоді, коли в ковальсько-штампувальному виробництві відомі і вивчаються причини, які породжують брак. Для цього необхідно правильно класифікувати брак за видами, вести облік браку і аналізувати дію заходів, що вживаються, спрямованих для його усунення.

Брак ковальсько-штампувальних цехів зазвичай поділяється на такі види:

1) брак по вихідного матеріалу;

2) брак, що утворився в результаті різання металу на заготовки;

3) брак, що виникає при нагріванні заготовок під штампування;

4) брак, що виникає при штампуванні, обрізки, прошивці;

5) брак при термічній обробці;

6) брак, що виникає при очищенні від окалини, а також на фінішних операціях: при виправленні, калібрування і т.д.;

7) брак, що виявлений в механічних цехах при обробці різанням.

4. Сталі для штампів гарячого деформування

Сталі для штампів, що деформують метал у гарячому стані, повинні мати високі механічні властивості при підвищених температурах і володіти окаліностойкості і разгаростойкостью, тобто здатністю витримувати багаторазові нагріви і охолодження без освіти сітки тріщин. Під разгаростойкостью розуміють стійкість до утворення сітки поверхневих тріщин, що викликаються об'ємними змінами в поверхневому шарі при різкій зміні температур. Це властивість забезпечується зниженням вмісту вуглецю в сталі для підвищення пластичності, в'язкості, а також теплопровідності, що зменшує розігрів поверхневого шару і термічні напруги в ньому. Крім того, сталі повинні мати високу зносостійкість і теплопровідність для кращого відведення тепла, переданого оброблюваної заготівлею. Багато штампи мають великі розміри, тому сталь для їх виготовлення повинна мати високу прокаливаемостью. Це забезпечує високі механічні властивості по всьому перетину штампа. Важливо, щоб сталь не була схильна до оборотної відпускної крихкості, так як швидким охолодженням великих штампів її усунути не можна. Склад і термічна обробка більш часто застосовуваних штампових сталей наведено в таблиці

Хімічний склад штампових сталей для гарячого деформування

Марка сталі	Хімічний склад в%	Температура в С°	Твердість HRC
	C	Mn	Si	Cr	W	V	інші	закалка	отпуск
5ХНМ	0,5-0,6	0,5-0,8	0,15-0,35	0,5-0,8	0,4-0,7Мо	-	1,4-1,8Ni 0.15-0.3Mo	820-860	500-580	45-38
4Х5В4ФМС	0,35-0,45	0,15-0,4	0,6-1,0	4-5	3,5-4,2	0,3-0,6	0,4-0,6Мо	1060	600-650	50-40
32Х2В8Ф	0,3-0,4	0,15-0,4	0,15-0,4	2,2-2,7	7,5-9	0,2-0,5	-	1100	650	42-45
4Х2В5ФМ	0,3-0,4	0,15-0,4	0,15-0,35	2-3	4,5-5,5	0,6-1,0	0,6-1,0Мо	1070	670	42-46

Відповідно до зазначених вимог для штампів гарячої обробки тиском застосовують леговані сталі з 0,3-0,6% З які після гарту піддають відпустці при 550-680 ° С на троостит або троостосорбіт. Серед них слід виділити декілька груп, що володіють найбільшою мірою тими властивостями, які необхідні для певних умов експлуатації. Великі кувальні (молотові) штампи, які відчувають підвищені ударні і ізгібочні навантаження, а також інструмент кувальних машин та пресів, що нагрівається не вище 500-550 ° С при помірних навантаженнях, виготовляють з полутеплостойкіх сталей 5ХНМ і 5ХГМ (замість нікелю містить 1,2-1 , 6% М n), що володіють підвищеною в'язкістю.

Присутність в сталі молібдену або вольфраму (5ХНВ) підвищує теплостійкість, прожарювань і зменшує схильність до оборотної відпускної крихкості. Сталь 5ХНМ прожарюється повністю в блоці 400x300x300 мм. Гарт штампів проводиться в олії. Відпустка великих штампів проводиться при температурі 550-580 ° С (HRC 35 - 38), а дрібні при 500-540 ° С (HRC 40-45).

Структура стали після відпустки - троостосорбіт. Механічні властивості сталі 5ХНМ при температурі 500 ° C складають: ? _в = 900МПа, ? _{О, 2} = 650 МПа, ? = 20 ? 22% і ? = 70%.

Стали 5ХГМ і 5ХНВС при однаковій зі сталлю 5ХНМ прожарювань поступаються їй у в'язкості через заміну нікелю марганцем або збільшення вмісту хрому і кремнію. Вони призначені для середніх штампів зі стороною 300-400 мм або для великих (сталь 5ХНВС) простої форми.

Сталь 5ХНВ по стійкості рівноцінна стали 5ХНМ, але має меншу прожарювань, так як вольфрам підвищує її слабкіше, ніж молібден. Вона застосовується для невеликих і середніх штампів зі стороною 200 - 300 мм.

Середні нагруженний інструмент, що працює з розігрівом поверхні до температури 600 ° С, а також інструмент з великою поверхнею, що працює при температурах 400-500 ° С, виготовляють із сталі 4Х5У2ФС і 4Х5В4ФМС. Наприклад, з них виготовляють виштовхувачі для неглибоких отворів, матриці, різні вставки, інструмент для штампування важко деформованих металів, прес-форм для лиття під тиском алюмінієвих сплавів і т.д.

Фазовий склад цих сталей у відпаленому стані - легований ферит і карбіди типу М ₂₃ С ₆ і М ₆ С. Ці сталі теплостійкості, мало чутливі до різкої зміни температур, мають підвищену окаліностійкості, стійкі проти корродирует дії рідкого алюмінію і володіють високою міцністю при гарній в'язкості. Сталі підвищеної теплостійкості 3Х2В8Ф і 4Х2В5ФМ використовують для деформування при розігріві поверхні до температури 600-700 ° С (зберігається твердість HRC 45, ? _0.2 = 1000 МПа). З них виготовляють важко-навантажений штампового інструменту, наприклад прошивні пуансони, виштовхувачі для глибоких отворів, матриці прес-форми для виливків під тиском мідних сплавів і т.д.

Перетворення в сталях 4Х5В4ФМС, ЗХ2В8Ф і 4Х2В5ФМ, що протікають при термічній обробці, багато в чому схожі з перетвореннями в швидкорізальної сталі. Ці сталі при загартуванню нагріваються до високих температур для розчинення можливо більшої кількості карбідів і отримання після гарту високолегіруванного мартенситу. Так як при температурі гарту карбіди повністю не розчиняються, стали зберігають дрібне зерно. При відпустці відбувається додаткове підвищення твердості внаслідок дисперсійного твердіння при одночасному зниженні пластичності і в'язкості. Для отримання достатньої в'язкості відпустку проводять при більш високих температурах на твердість HRC 45 - 50, що відповідає структурі троостит.

Механічні властивості після термічної обробки наступні: ? _в = 1500 ? 1800 МПа, ? _0,2 = 1350 ? 1650 МПа (при температурі 600-650 ° С - ? _0,2 = 900 ? 1100 МПа), ? = 25% (30 -40% при температурі 650 ° С) і КС = 2 ? 5,5 кг ? м / см ^2.

Стали 4Х5МФС, 4Х5У2ФС, 4Х4ВМФС та інші з невеликими добавками вольфраму (молібдену) відрізняються підвищеною разгаростойкостью завдяки більш високій в'язкості. Теплостійкий до 600 ° С.Присутність 4-5% З r надає їм хорошу окаліностойкость і підвищену зносостійкість при нагріванні. Ці сталі призначені для інструмента з високою стійкістю до різкої зміни температур, зокрема, для інструменту високошвидкісний штампування.

Для прес-форм, менш навантажених в тепловому відношенні, використовують сталі 4ХВ2С, Х12, 7X3, 8X3, корозійностійких сталь 30X13, конструкційні сталі 40Х, 30ХГС та ін Для підвищення стійкості прес-форми також як і штампи піддають азотуванню, ціанування, борування і хромуванню.

5. Вплив легуючих елементів на властивості інструментальних сталей

Легуючі елементи в невеликій кількості (до 5%) вводять для збільшення закаліваемості, прокаливаемости, зменшення деформацій і небезпеки розтріскування інструмента, тому що дозволяють проводити загартування в маслі або гарячих середовищах. Хром - постійний елемент низьколегованих сталей. Для поліпшення властивостей в них додатково вводять марганець, кремній, вольфрам, нікель.

Марганець (1-2%) додають для забезпечення мінімальної зміни розмірів при загартуванню. Інтенсивно знижуючи інтервал температур мартенситного перетворення, він сприяє збереженню підвищеної кількості залишкового аустеніту (15-20%), який частково або повністю компенсує збільшення обсягу в результаті утворення мартенситу. Кремній (1-1,5%) вводять для підвищення опору відпустки і освіти легко що відділяється окалини, вольфрам (1-5%) - підвищення зносостійкості. Нікель (до 1,5%) додають у штампові стали для збільшення в'язкості.

Для забезпечення теплостійкості вводять хром, вольфрам або молібден у великій кількості з тим, щоб зв'язати вуглець у спеціальні труднокоагуліруемие при відпуску карбіди. Якщо вміст елементів невелике і утворюється легований цементит, то він коагулює і викликає разупрочнение при 200-250 ° С. Хром в кількості 6-12%, пов'язуючи вуглець в карбід М 7 С 3, затримує розпад мартенситу до 450-500 ° С. Більш істотно підвищує теплостійкість вольфрам або його хімічний аналог молібден, що утворюють у присутності, хрому стійкі до коагуляції карбіди типу M 6 C. Виділення спеціальних карбідів підвищує твердість після відпустки при 500-600 ° С. Особливо ефективно вторинна твердість і теплостійкість підвищуються при введенні декількох сильних карбідоутворювачами, наприклад, вольфраму і ванадію. При відпустці ванадій, виділяючись більш інтенсивно, посилює дисперсійне твердіння, а вольфрам, зберігаючись в мартенсит, затримує його розпад.

Збільшенню теплостійкості сприяє також кобальт. Він не утворює карбідів, але, підвищуючи енергію міжатомних сил зв'язку, ускладнює коагуляцію карбідів і збільшує їх дисперсність.

Для забезпечення високої зносостійкості використовують леговані сталі зі значною кількістю надлишкових карбідів - заевтектоідние і ледебуритного. Завдяки надлишковим карбіди ці стали зберігають дрібне зерно і, як наслідок, підвищену міцність і в'язкість в широкому інтервалі гартівних температур (до 1000-1300 ° С). Разом з цим велика кількість надлишкових карбідів погіршує оброблюваність тиском і різанням, створює карбідну неоднорідність. Скупчення карбідів, карбідна сітка і полосчатость посилюють крихкість, викликають передчасне викришування робочих крайок. Для рівномірного розподілу карбідів такі стали вимагають всебічної і ретельної кування заготовок.

6. Термічна обробка

Після кування і штампування поковки піддають термічній обробці, в результаті якої змінюють структуру металу й покращують механічні та технологічні характеристики металу, наприклад оброблюваність різанням.

Температура впливає на властивості металу наступним чином:

· зміна макроструктури, при перетворенні вихідної дискретної структури в дрібне зерно;

· зміна мікроструктури полягає в досягненні необхідних розмірів зерен;

· властивості металу (збільшується пластичність).

Термообробку поковок здійснюють на термічній ділянці ковальського цеху, оснащеній газовими або електричними печами.

Основними операціями термічної обробки сталевих поковок є відпал, нормалізація, гартування і відпуск.

· Відпал сталі

· Гартування сталі

· Відпуск сталі

Термічна обробка підрозділяється на власне термічну і термомеханічну. Власне термічна обробка - термічна дія на сталь, термомеханічна - поєднання - термічної дії і пластичної деформації.

Власне термічна обробка залежно від структурного стану, що отримується в результаті її застосування, підрозділяється на відпал (першого і другого роду), гарт і відпустку.

Відпал сталі

Відпалом називається процес термічної обробки, що полягає в нагріві стали до визначеної температури, витримці і подальшому, як правило, повільному охолоджуванні (у печі) з метою отримання більш рівноважної структури.

Для відпалу застосовують печі, а також спеціальні агрегати.

Відпал першого роду . Це відпал, при якому, як правило не відбувається фазових перетворень (перекристалізації), а якщо вони мають місце, то не роблять впливу на кінцеві результати. Розрізняють наступні різновиди відпалу першого роду: гомогенізація, рекристалізація і зменшує напругу.

відпал гомогенізації, або гомогенізація, застосовується для вирівнювання хімічної неоднорідності (за рахунок дифузії) зерен твердого розчину, тобто зменшення мікроліквації у фасонних відливаннях і в злитках головним чином з легованої сталі.

В процесі гомогенізації злитки нагрівають до 1100-1200°С, витримують при цій температурі 8-15 ч, а потім поволі охолоджують до 200-250 °С. Тривалість відпалу 80 - 110 годин.

відпалу рекристалізації піддають сталь, деформовану в холодному стані. Наклеп може виявитися таким великим, що сталь стає мало пластичною і подальша деформація стає неможливою. Для повернення сталі пластичності і можливості подальшої деформації виробу проводять рекристалізаційний відпал.

При нагріві холоднодеформованої сталі до температури 400-450 °С змін в будові сталі не відбувається, механічні властивості змінюються трохи і лише знімається велика частина внутрішньої напруги. При подальшому нагріві механічні властивості сталі різко змінюються: твердість і міцність знижуються, а пластичність підвищується.

Це відбувається в результаті зміни будови сталі. Витягнуті в результаті деформації зерна стають рівноосними.

Рекристалізація починається з появи зародків на межах деформованих зерен. Надалі зародки ростуть за рахунок деформованих зерен, у зв'язку з чим відбувається утворення нових зерен, поки деформованих зерен зовсім не залишиться.

Під температурою рекристалізації розуміють температура, при якій в металах підданих деформації в холодному стані, починається утворення нових зерен .

А.А. Бочвар встановив залежність між температурою рекристалізація температурою плавлення чистих металів: Т рекр = 0,4 Т пл

де Т рекр і Т пл - відповідно температури рекристалізації і плавлення в кельвінах за термодинамічною шкалою.

Температури рекристалізації для деяких металів такі:

Молібден- 900 °С Мідь - 270 °С

Залізо - 450 °С Свинець-30°С

У зв'язку з тим що при температурі рекристалізації процес утворення нових зерен відбувається дуже повільно, для прискорення процесу холоднодеформовані метали і сплави нагрівають до вищої температури, наприклад вуглецеву сталь до 600 - 700 °С, мідь до 500-700 °С. Ці температури і є температурами відпалу рекристалізації.

Залежно від ступеня деформації розмір зерна сталі після рекристалізації виходить різний. При певному ступені деформації (для сталі 7-15 %) після рекристалізації виходять дуже великі зерна. Такий ступінь деформації називається критичним ступенем деформації.

Щоб уникнути сильного зростання зерна при рекристалізації деформацію сталі закінчують із ступенем обжимання, більш ніж критичний ступінь деформації, або проводять відпал з повною фазовою перекристалізацією.

Відпал, що зменшує напругу .відбувається при нагріванні сталі до температури 200-700 °С (частіше до 350-600 °С) і подальше охолоджування з метою зменшення внутрішньої напруги після технологічних операцій (литво, зварка, обробка різанням і ін.)

Відпал другого роду . Це відпал, при якому фазові перетворень (перекристалізація) визначають його цільове призначення. Розрізняють наступні різновиди відпалу другого роду: повний, неповний, ізотермічний, нормалізаційний (нормалізація).

Повному відпалу піддають доевтектоїдную сталь з метою створення дрібнозернистої структури, пониження твердості і підвищення пластичності, зняття внутрішньої напруги.

При повному відпалі доевтектоїдную сталь нагрівають до температури на 20-30 °С вище за критичну точку Ас3 , тобто на 20-30 °С вище за лінію GS діаграми залізо-цементит.

При нагріві до такої температури крупна початкова феритно-перлітна структура перетворюється на дрібну структуру аустеніту.

При подальшому повільному охолоджуванні (у печі із швидкістю 100-200 ?С в годину до 500 °С і далі на повітрі) з дрібнозернистого аустеніту утворюється дрібна феритно-перлітна структура. При повному відпалі відбувається подрібнення феритно-цементитних зерен доевтектоїдной стали.

Заевтектоїдную сталь повному відпалу з нагрівом вище критичної точки Аст (лінія SE ) не піддають, оскільки при повільному охолоджуванні цементит розташовується у вигляді сітки по межах зерен перліту погіршуючи, механічні і інші властивості.

Неповному відпалу піддають доевтектоїдную і заевтектоїдную сталь з метою перетворення пластинчастого перліту і сітки цементиту на структуру зернистого перліту. Заевтектоїдная сталь із структурою зернистого перліту володіє кращою оброблюваною здатністю до різання завдяки нижчій твердості.

Для отримання зернистого перліту заевтектоїдную сталь нагрівають до температури небагато вище за точку Аст - до 740- 780 °С. При нагріві до такої температури відбувається перетворення на аустеніт тільки перліту, а цементит залишається і утворюється структура цементит + аустеніт.

При подальшому повільному охолоджуванні (у печі із швидкістю 20-60 °С у годину до 700-650 °С з подальшим охолоджуванням на повітрі) з аустеніту утворюється феритно-цементитна. структура із зернистою формою цементиту - зернистий перліт.

Рис. 1. Мікроструктура перліту (Х 1000): а - пластинчастий; б і, в - пластинчастий, такий, що частково перетворився на зернистий; г - зернистий.

У зв'язку з тим, що при цьому виді відпалу виходить зерниста (сфероїдальна) форма цементиту.

Для полегшення утворення зернистого перліту нагріваючи ( до 740 - 780 °С) і охолоджування (до 700-650 °С) повторюють кілька разів. Такий відпал називають маятниковим або циклічним . При цьому зерна цементиту, що утворилися, під час першого охолоджування є додатковими центрами кристалізації при другому охолоджуванні і т.д.

Доевтектоїдні сталі неповному відпалу піддають рідко. Це пояснюється тим, що у зв'язку з неповною перекристалізацією (тільки одного перліту) не відбувається подрібнення всієї структури (ферит не піддається перекристалізації), і в результаті структура і властивості сталі виходять гірше, ніж після повного відпалу.

Для доевтектоїдних сталей неповний відпал застосовують для поліпшення оброблюваної різанням завдяки зниженню твердості.

Ізотермічний відпал . Характерною особливістю ізотермічного відпалу є утворення феритно-перлітної структури з аустеніту при постійній температурі, а не при охолоджуванні, як при повному відпалі.

Тому на відміну від повного відпалу доевтектоїдну сталь, наприклад, нагрівають до температури Ас3 + (20-30 °С) і після витримки швидко охолоджують до температури небагато нижче за критичну точку (до 700-680 °С). При цій температурі сталь витримують протягом часу, необхідного для повного розпаду аустеніту і утворення феритно-перлітової структури. Потім сталь охолоджують на повітрі.

Ізотермічний відпал має переваги в порівнянні з повним відпалом: скорочується час відпалу і виходить одно рідніша структура (але тільки при обробці малих об'ємів металу).

Нормалізаційний відпал (нормалізація ) полягає в нагріві до температури вище за точку Ас3 для доевтектоїдной або точок Аст для заевтектоїдной сталі з подальшим охолоджуванням на повітрі.

При нагріві до температури нормалізації низьковуглецевих сталей відбуваються ті ж процеси, що і при повному відпалі, тобто подрібнення зерен. Но крім того, внаслідок швидшого охолоджування і переохолодження, що виходить при цьому, будова перліту виходить тоншою (дисперсним), а його кількість великим, Механічні властивості при цьому виявляються вищими.

Нормалізація в порівнянні з повним і неповним відпалом - економічніша операція, оскільки не вимагає охолоджування разом з піччю. У зв'язку з вказаними перевагами нормалізація отримала широке застосування замість повного відпалу низьковуглецевих і навіть середньовуглецевих сталей. Нормалізація застосовується також для усунення цементитної сітки в заевтектоїдних сталях.

При нагріві заевтектоїдной сталі вищими за критичну точку Аст утворюється структура аустеніту. Якщо після такого нагріву при повільному охолоджуванні (при відпалі) цементит виділяється у вигляді сітки, то прискорене охолоджування на повітрі (нормалізація) перешкоджає виділенню цементиту по межах зерен і утворюється дрібна феритно-цементитна суміш.

Гартування сталі

Гартування - нагрівання вуглецевих або легованих сталей до певної температури і швидке охолодження. У результаті цього змінюється кристалічна структура металу - він стає твердішим і більш антикорозійним. Маловуглецеві сталі з вмістом вуглецю до 0,3 % не гартуються.

Залежно від марки сталь нагрівають до певної температури. Так, сталі У7, У7А нагрівають до 770 - 790°; У8 - У13А - до 760 - 780; Р9 - Р18К5Ф2 - до 1235 - 1280 °С. При нагріванні вище цієї температури сталь втрачає свої властивості. Це також стосується відпалювання та відпускання.

Дрібні вироби, щоб не перепалити, краще нагрівати на попередньо нагрітій металевій підставці (наприклад, штабі). Температура нагрівання її є температурою нагрівання виробу.

Швидке охолодження призводить до твердого загартування, внаслідок чого можуть виникнути великі внутрішні напруження і навіть тріщини. Повільне охолодження може не дати потрібного по твердості загартування.

Охолодними середовищами можуть бути вода (звичайної температури і нагріта до температури 50 - 70 °С), водні розчини, масло і повітря. Кухонна сіль, їдкий натр або селітра, що добавляють до охолодників, прискорюють охолодження. Для зменшення швидкості охолодження до води додають розчин мила, масляну емульсію, рідке скло, вапняне молоко тощо.

Надмірно швидке охолодження водою часто призводить до дефектів (внутрішні напруження, тріщини, згинання), а також різко зменшує гартувальні здатності з підвищенням її температури. Тому при послідовному загартуванні кількох деталей, щоб вони мали однаковий гарт, воду часто замінюють або наливають у велику посудину.

Рівномірно і досить швидко сталь охолоджується у водному розчині кухонної солі або їдкого натру при температурі 20 °С. Деякі сталі для кращого загартування охолоджують у 30%-ному розчині їдкого натру.

Як охолодне середовище можна застосовувати розплавлені солі калієвої або натрієвої селітри.

Нагрівання масла до 60 - 90 °С не зменшує швидкості охолодження, тобто його гартувальна здатність не зменшується.

Охолодним середовищем для сталей може бути повітря (для тонких деталей) або повітря під тиском (від вентилятора, компресора). Деякі плоскі деталі (ножі) з нержавіючої сталі охолоджують між двома металевими штаба.

Відпуск сталі

Відпуск сталей - операція термічної обробки, яка полягає в нагріванні загартованих сталей до температур, що не перевищують температури утворення аустеніту (Ас1), витримуванні при цих температурах для перетворення мартенситу гартування у рівноважніші структури та наступного охолодження.

На відміну від продуктів розкладання переохолодженого аустеніту (сорбіт, троостит), які мають пластинчасту форму цементиту, продукти розкладання мартенситу під час нагрівання (сорбіт відпуску, троостит відпуску) мають зернисту форму цементиту, тому за інших рівних умов вони характеризуються більшими ударною в'язкістю й тривкістю до втомного руйнування.

Головним параметром режиму відпуску, який визначає структуру, а отже, властивості сталі й застосування відпуску, є температура. За температурою нагрівання розрізняють такі види відпуску:

* низькотемпературний (низький) відпуск, який проводять в інтервалі температур 150...250 ?С для отримання структури мартенситу відпуску й часткового усунення гартувальних внутрішніх напружень. Після низькотемпературного відпуску дещо підвищується в'язкість сталі без помітного зменшення твердості (58-63 HRC для сталей з вмістом Карбону 0,6-1,3 %) і зносотривкості. Застосовується для різального, вимірювального інструменту, штампів холодного деформування, підшипників кочення, виробів після поверхневого гартування, цементації;

* середньотемпературний (середній) відпуск проводять в інтервалі температур 350...450 ?С для усунення гартівних напружень і утворення структури троститу відпуску, яка має високу пружність, витривалість, релаксаційну стійкість і твердість в межах 40-50 HRC. Його застосовують для ресор, пружин, штампів гарячого деформування;

* високотемпературний (високий) відпуск проводять в інтервалі температур 500...650 ?С для майже повного усунення гартівних внутрішніх напружень та утворення структури сорбіту відпуску, що забезпечує найкраще поєднання високої ударної в'язкості, границі витривалості із задовільною міцністю й твердістю (близько 25 HRC). Гартування з високим відпуском називають поліпшенням (покращанням). Поліпшення застосовують для конструкційних сталей, з яких виготовляють деталі, котрі працюють в умовах дії значних динамічних і змінних навантажень.

Тривалість витримування при відпуску залежить насамперед від температури відпуску й габаритів виробів. Вона збільшується зі збільшенням розмірів виробів та зниженням температури відпуску й змінюється переважно в межах від 1 до 5 годин.

Швидкість охолодження передусім впливає на внутрішні напруження. Тому в процесі відпуску вироби, особливо складної форми, з легованих сталей, переважно охолоджують повільно - на повітрі, щоб зменшити внутрішні напруження та уникнути небезпеки їх жолоблення.

7. Контроль якості

Заключною операцією технологічного процесу термічної обробки є контроль якості. Для штампів гарячого деформування він складається з візуального огляду і виміру твердості. Візуальним оглядом перевіряють відсутність тріщин, забоин, вм'ятин і окалини на гравюрі штампу, а також твердість гравюри і хвостовика. Твердість перевіряють на спеціально зачищених (бормашиною або наждачним папером) ділянках поверхні поблизу гравюри. Використовуються спеціальні стаціонарні прилади Брінеля, оснащені рольгангом і підйомним столом з черв'ячним механізмом.

Для мало відповідальних штампів твердість може бути оцінена по методу Польді за допомогою переносних приладів (навантажених пружиною або ударом молотка, відлік твердості - по еталону) або по методу Шора (по величині відскоку індентора). Застосовують також переносні прилади ТПП-2 для вимірювання твердості по методу Віккерса. Ці прилади мають магнітне захоплення, яке дозволяє проводити вимір твердості на штампі, встановленому на будь-якій ділянці, стенді або верстаті. Необхідна лише ретельна зачистка поверхні для виміри твердості і подвод електроенергії напругою 220В. Точність виміру HV5, маса приладу з магнітним захопленням 5,4кг. Розрахунок твердості виконують по ГОСТ 2999 - 75.

8. Допоміжне та додаткове обладнання штампів гарячого деформування

Гаряче об'ємне штампування здійснюється на штампувальних молотах, пресах, горизонтально-кувальних машинах і спеціальних машинах вузького призначення.

Штампувальні молоти використаються для штампування кувань різної форми в основному в багато струмових відкритих штампах. Основним типом таких молотів є пароповітряні штампувальні молоти з масою падаючих частин 0,63 - 16 т, рідше застосовуються фрикційні молоти з масою падаючих частин 0,5 - 15 т.

Пароповітряні штампувальні молоти розрізняють простої й подвійної дії. Ці молоти відрізняються від кувальних молотів конструкцією станини й шабота, але вони забезпечують більшу точність переміщення частин штампів. Для точного збігу положення верхньої половини штампа, прикріпленої до довбні, щодо нижньої, що зміцнює на штампотримачі ліву й праву стойки станини молота монтують на шаботі й установлюють на доном фундаменті. Крім того, штампувальні молоти мають більш зроблені напрямні, що прикріплюють до стійок, для забезпечення строго певного напрямку руху довбні по всій довжині робочого ходу. Для нормальної роботи штампувального молота необхідно, щоб маса шабота була в 20 - 30 разів більше маси падаючих частин.

Застосовують також бесшаботні пароповітряні штампувальні молоти. У цих молотів замість важких шаботів є дві довбні (верхня й нижня), які при роботі рухаються назустріч один одному по напрямним загальної станини. На нижній довбні встановлюють нижню половину штампа із заготівлею, верхня половина штампа кріпиться до верхньої довбні. Штампування відбувається при зіткненні обох довбень. Привод у бесшаботних молотів паровий або повітряний. Число ударів - 6 - 20 в хв.

Застосовуються також молоти гідравлічні й фрикційні з дошкою.

Штампування на молотах здійснюються як правило, за 3 - 5 ударів. Наприкінці останнього удару обидві частини штампа стикуються по площині рознімання. Середня маса кувань при масі падаючих частин 1000 кг становить 0,5 - 5 кг, при 10 000 кг - 40 - 100 кг.

Штампувальні преси застосовують гвинтові фрикційні, гідравлічні й кривошипні.

Гвинтові фрикційні преси застосовують для штампування у відкритих і закритих штампах невеликих кувань (до 20 кг) і використаються в дрібносерійному виробництві.

Гідравлічні преси для штампування аналогічні кувальним гідравлічним пресам, але мають більше жорстку конструкцію й виштовхувачі для видалення кувань зі штампа. На цих пресах штампують головним чином великі кування (масою 100 - 350 кг) у відкритих і закритих штампах з однієї або декількома площинами рознімання.

Кривошипні кувальноштампові преси ставляться до числа найбільш прогресивних кувальних машин. Впровадження кривошипних пресів забезпечує підвищення продуктивності штампування в 1, 5 - 2 рази в порівнянні зі штампуванням на молотах, економію металу - прокату, застосовуваного у вигляді заготівель на 10 - 30%, а штампування в закритих штампах скорочують виробничий цикл (тобто зменшує число операцій). Виготовлення кувань на цих пресах з найменшими припусками на механічну обробку дозволяє на 15 - 30% заощадити час на їхню наступну обробку в механічних цехах.

Робочий орган преса - повзун, що несе верхню частину інструмента (штампа), приводиться у зворотно-поступальний рух за допомогою кривошипно-шатунного механізму.

На відміну від молотів кривошипні преси мають твердий графік руху повзуна. Повний хід (шлях) повзуна дорівнює подвоєному радіусу кривошипа. Кожному куту повороту кривошипного вала відповідає певне положення повзуна й певна його швидкість, що у крайніх точках (угорі й унизу) дорівнює 0.

Кривошипні преси для гарячого штампування мають високу твердість конструкції, що необхідна для зниження пружних деформацій і одержання найбільш точних розмірів кувань. Прес має виштовхувачі в столі й повзуні для автоматичного видалення кувань зі штампа.

9.Вимоги охорони праці та техніки безпеки

Устаткування ковальсько-штампувальних цехів з точки зору травматизму є одним з найбільш небезпечних на виробництві.

Для виконання операцій штампування необхідно застосовувати якомога більше засобів механізації та автоматизації. Для завантаження заготовок у піч застосовується ланцюговий конвеєр, так як ця операція пов'язана з надмірною витратою сил в умовах значного виділення тепла і становить велику небезпеку при її здійсненні вручну.

Устаткування в штампувальних лініях розташовують виходячи з дотримання принципу безперервності виробництва, при цьому повинна бути виключена можливість накопичення напівфабрикатів та готової продукції біля робочих місць.

Загальний санітарно-гігієнічний стан цexу і oздopoвлeння умов праці в ньому залежать від виконання заходів по боротьбі з шумом і вібраціями, гaзaми і задимленістю, по створенню необхідних метеорологічних умов повітряного середовища, освітлення робочої зони і правильної організації робочих місць і побутoвиx приміщень.

Для бopотьби з шумом і вібpaціями штампувальні молоти потрібно встановлювати на спеціальних фyндaмeнтax, розміщувати цехи з штампувальним обладнанням на достатній відстані від інших виробничих приміщень заводу.

Джерелами забруднення повітря ковальських цехів гaзaми, димом, і кіптявою є нaгpівaльні печі, розпечений метал і різноманітні мастила для штампів. Від великих нагрівальних і термічних пeчeй продукти горіння відводять витяжними пристроями через cиcтeмy відсмоктувачів і димових тpyб в атмосферу.

Повітряне середовище цexу створюється природною aеpaцій, а при необхідності штучною вентиляцією. У xoлoдний період року для легких робіт тeмпepaтypa повітря в цexу повинна бути 18-21°C, для робіт середньої тяжкості 16-18°C і для тяжких робіт 14-16°C. У теплий період року вказані тeмпepaтypи можуть бути на 25% вище.

Для всіх категорій робіт відносна вологість повітря повинна бути 40-60%, швидкість руху повітря 0,2-0,3 м/c.

У ковальських цехах застосовують природне і штучне освітлення. Для покращення природного освітлення приміщення і технологічного обладнання їх слід забарвлювати в світлі тони, які добре відбивають світло. Необхідно регулярно oчищaти стінове скління, світлові прорізи та світло-аераційні ліхтарі. Haйменша освітленість цexу складають 300 лк, а в зоні установки і нaлaдки штампів кривошипних пpecів 400 лк.

Texнікa безпеки - це комплекс заходів, нaпpaвлeниx на запобігання нещасних випадків і професійних захворювань.

Для бopотьби з травматизмом в ковальсько-штампувальному виробництві необхідно пpoвoдити наступні заходи:

1) застосовувати досконалі запобіжні приспособлення і огорожі небезпечних зон;

2) своєчасно пpoвoдити систематичний контроль стану обладнання і штампів, планово-попереджувальний ремонт;

3) забезпечувати раціональну організацію робочих місць, утримувати в належному пopядку пpoxoду і проїзду;

4) раціонально виконувати всі операції технологічного пpoцecу, кoнтpoлювати прийоми і методи ведення робіт;

5) слідкувати за правильним використанням cпeцoдягу та індивідуальних захисних засобів, вчасно здійснювати їх заміну.

Висновок

Гаряче штампування в порівнянні у куванням володіє рядом переваг:

1) висока продуктивність;

2) однорідність і висока точність поковок;

3) висока якість поверхні;

4) можливість одержання поковок дуже складної конфігурації;

5) більш низька витрата металу;

6) менші припуски і напуски.

Проте штампування має і ряд хиб:

1) щодо невеличка маса деталі (200... 300 кг);

2) висока вартість штампів і складність їхнього виготовлення;

3) можливість виготовлення тільки визначеної деталі в даному штампі.

Література

1. Позняк Л.А., Скрынченко Ю.М. Штамповые стали. - М.: Металлургия, 1980. - 244 с.

2. Штампы для горячего деформирования металлов. М.А. Тылкин, Д.И. Васильев, А.М. Рогалев, А.П. Шкатов, Е.И. Бельский. - М.: Высшая школа, 1977. - 496 с.

3. Технология термической обработки. Башнин Ю.А., Ушаков Б.К., Секей А.Г. - М.: Металлургия, 1986. - 424с.

4. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. - М.: Металлургия, 1975. - 584 с.

5. Позняк Л.А., Скрынченко Ю.М. Штамповые стали. - М.: Металлургия, 1980. - 244 с.

6. Штампы для горячего деформирования металлов. М.А. Тылкин, Д.И. Васильев, А.М. Рогалев, А.П. Шкатов, Е.И. Бельский. - М.: Высшая школа, 1977. - 496 с.

7. Самоходский А.И., Парфеновская Н.Г. Технология термической обработки металлов. - М.: Машиностроение, 1976. - 311с.

8. Соколов К.Н. Оборудование термических цехов. - К.: Вища школа, 1984. - 328с.

9. Лахтин Ю. М. Металловедение и термическая обработка металлов. - М.: Металлургия, 1984. - 360 с.

10. Материаловедение и технология металлов. В.Т. Жадан, П.И. Полухин, А.Ф. Нестеров и др. - М.: Металлургия, 1994. - 624 с.

11. Новиков И.И. Технология термической обработки металлов. - М.: Металлургия, 1986. - 480 с.

12. Ляхович Л.С. Специальные стали. Минск: Высшая школа, 1985. - 208 с.

Размещено на Allbest.ru