Литые штампы для горячего объемного деформирования - Куниловский В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Необходимо отметить, что изменение предела прочности с повышением температуры испытания не отражает служебных свойств штампового материала и в данном случае
1.2*
to
0,8
0,0
0,2
N7
\ n W
\ \
> °\
м5
600 700 800
900 t
исп»
1000 °0
Рис. 3.18. Влияние температуры испытаний на изменение предела прочности стали марок 4Х5МФ1С (/), 2Х6В8М2К7Ф (2), 5Х10Г13Н8Ф2 (3), Х15Н35ВЗТЗЮ (4) и никелевого жаропрочного сплава марки Х15Н70В5М5ТЗЮ2 (5), термически обработанных на твердость 43—45 НИСЭ (/, 2, 3), 35 НИОэ (4) и 32 НИСЭ (5)
54
Рис. 3.19. Разупрочнение образцов стали марки 4Х5МФ1С за 500 циклов термического силового воздействия в режиме 200 з=±: 750 °С, о\ = 450 МПа:
,сж ^тах
1 — термическая обработка на твердость 40 ГЩСЭ; 2 — газовое азотирование на глубину приблизительно 0,25 мм; 3 — исходное состояние после азотирования
*5
с;
СП
¦а
о съ
5С
5:
г--1 3 *
т
0 0,10,2 0,5 1,0 1,5 2,0
Расстояние от поверхности,мм
использовано для сравнения потенциальных возможностей сталей и сплавов различной степени легированности, имеющих различную кристаллическую решетку и фазы-упрочнители. Исходя из этого, следует отметить, что аустенит-ные стали могут явиться перспективным материалом для штампов, работающих в области температур свыше 700—750 °С. Кроме того, повышение прочности при соответствующих температурах испытания, вызванное соответствующим легированием, неизбежно приводит к ухудшению технологических свойств этих материалов (обрабатываемости резанием, давлением). Эти негативные последствия могут быть практически не существенны при изготовлении штампов (вставок) методами точного литья, и, следовательно, повышение уровня легирования для увеличения теплостойкости и износостойкости может быть в наибольшей степени реализовано именно в этом случае.
При этом легирование является наиболее оптимальным способом одновременного повышения и теплостойкости, и износоустойчивости. Попытка, не изменяя легирования, за счет химико-термической обработки повысить только износостойкость может принести хорошие результаты в тех случаях, когда по условиям работы штампов пластическая деформация (смятие) не является основной причиной их снятия с производства. В противном случае недостаточная теплостойкость основы может не обеспечить ожидаемого от поверхностно-упрочненного слоя повышения работоспособности инструмента.
В качестве примера на рис. 3.19 приведены результаты по разупрочнению при термоциклическом силовом воздействии стали марки 4Х5МФ1С после обычной термической обработки на твердость 40 Н1?Сэ и после азотирования на глубину 0,25 мм, выполненные по методике, описанной в работах [21, 29].
Из этих данных следует, что несмотря на большую теплостойкость азотированного слоя, разупрочнение основного металла {(как и при испытаниях образцов после обычной термической обработки) будет способствовать смятию гравюры штампа.
Следовательно, легирование с целью повышения теплостойкости и износостойкости является одним из наиболее целесообразных способов повышения ресурса работы штампов (наплавка на рабочую поверхность штампа в принципе может быть рассмотрена как создание на поверхности инструмента слоя более легированного металла). Правда, не исключен способ повышения за счет рационального легирования только теплостойкости, а за счет последующей поверхностно-упрочняющей обработки — износостойкости.
55
Таблица 3.5. Химический состав исследуемых материалов
Марка стали Массовое содержание основных легирующих элементов, %
(сплава) С Б! Мп Сг Мо V Со N N1 А1
4Х5МФ1С 0,41 1,1 0,5 5,2 1,3 1,1
4ХЗВ2М2Ф2С (ДИ-71) 0,39 0,65 0,8 2,7 1,7 1,7 1,5 — — — —
6Х6МЗФ2С 0,59 1,05 0,5 5,8 2,9 2,1 — — — —
ЗХЮМЗВЗКЗФАСГ 0,3 1,05 1,0 9,8 2,8 2,5 0,8 2,7 0,07 — —
2Х6В8М2К8Ф 0,23 0,4 0,5 5,8 2,1 8,1 0,25 7,8 — — —
5Х6ПЗМЗВ2АФ 0,53 0,4 13,5 5,9 2,5 1,7 0,7 0,07 — —
0Х10М10ВФЮ4 0,06 — — 10,2 9,3 1,2 0,15 - — Основа 3,9
ЭИ-437БУВД 0,10 0,5 0,2 19,6 2,8 Ті — - — » 0,8
Ниже приведены результаты испытаний на смятие и износ материалов различной легированности (табл. 3.5), выполненные по единой методике и позволяющие уже более обоснованно подойти к вопросу выбора наиболее перспективных из них. Из этой таблицы следует, что выбранные на основании имеющихся в технической литературе сведений и рекомендаций материалы представлены мартенситными сталями с карбидным, карбидно-интерметаллидным типом упрочнения (4Х5МФ1С, 4ХЗВ2М2Ф2С, 6Х6МЗФ2С, ЗХЮМЗВЗКЗФАСГ, 2Х6В8М2К8Ф), аустенитной сталью марки 5Х6Г13МЗВ2АФ1 и жаропрочными сплавами на основе никеля.
Не исследовались аустенитные стали, упрочняемые в результате дисперсионного твердения выделениями карбидов и интерметаллидов. Основанием для этого послужило следующее: 1) необходимость введения в состав стали значительных количеств никеля неизбежно приводит к удорожанию материала; 2) известные аустенитные стали с никелем содержат, как правило, углерода не более 0,1 %, что предопределяет их незначительное упрочнение за счет выделившихся при старении карбидов. Выделение интерметал-лидных фаз в этом случае не обеспечивает высокой твердости стали при температурах, близких к комнатной. Это обстоятельство, по мнению авторов работы [11], «может приводить к преждевремейному смятию рабочей поверхности уже на начальных стадиях эксплуатации, если штампы работают при повышенных давлениях». При выборе же дорогостоящих сплавов на основе никеля для исследований преследовалась цель сравнительной оценки потенциальных возможностей мартенситных и аустенитных сталей по отношению к значительно более теплоустойчивым материалам.
