Techniky tepelného spracovania pre formy na tlakové liatie – príručka

Techniky tepelného spracovania sa široko používajú pri výrobe foriem na tlakové liatie; môžu výrazne zlepšiť mikrostruktúru a výkon komponentov foriem, predĺžiť životnosť foriem, zvýšiť kvalitu obrábania a znížiť opotrebenie nástrojov.

Formy na tlakové liatie sa zvyčajne vyrábajú zo zliatinových nástrojových ocelí. Typické postupy tepelného spracovania zahŕňajú sféroidizačné žíhanie, odľahčenie/stabilizáciu napätia, kalenie (alebo kalenie a popúšťanie) a viacero operácií popúšťania. Výberom vhodnej kombinácie tepelných úprav je možné dosiahnuť požadovanú pevnosť, húževnatosť a výkon pri vysokých teplotách.

Predbežná úprava:

1. Účel: odstrániť zvyškové napätie z kovania alebo hrubého obrábania, znížiť tvrdosť pre ľahšie rezanie a pripraviť jednotnú štruktúru pre následné kalenie a popúšťanie.
2. Metódy a účinky: sféroidizačné žíhanie vytvára jednotnú mikrostruktúru s jemne rozptýlenými karbidmi, čím sa zlepšuje húževnatosť. Kalenie a popúšťanie (t. j. kalenie nasledované popúšťaním) často poskytuje vynikajúcu rovnováhu medzi pevnosťou a húževnatosťou, takže pri formách, ktoré vyžadujú vysokú húževnatosť, sa namiesto sféroidizácie bežne používa popúšťanie po kalení.
3. Odporúčanie: vykonajte predbežnú úpravu výkovkov alebo hrubo opracovaných polotovarov a zaznamenajte procesnú šaržu, aby sa uľahčila neskoršia sledovateľnosť kvality.

Stabilizačná úprava:

1. Účel: odstrániť vnútorné napätia vzniknuté počas hrubého obrábania a znížiť riziko deformácie a praskania počas kalenia. To je obzvlášť dôležité pre formy so zložitými tvarmi.
2. Typický proces: zahrejte na 650 °C až 680 °C, udržujte 2 až 4 hodiny, potom vyberte z pece a nechajte vychladnúť na vzduchu. V prípade foriem so zložitou geometriou nechajte vychladnúť v peci na teplotu pod 400 °C pred ochladením na vzduchu, aby sa ďalej znížili vnútorné napätia.
3. Osobitné prípady: povrchy upravené EDM (elektroerozívnym obrábaním) môžu vytvoriť preliatu alebo poškodenú vrstvu a sú náchylné na praskliny spôsobené rezaním drôtom; na odstránenie lokálnych napätí by sa malo vykonať žíhanie na odstránenie napätia pri nižšej teplote.

Predohrev na kalenie:

1. Dôvod: formy na tlakové liatie sú často vyrobené z vysoko legovaných ocelí so slabou tepelnou vodivosťou; rýchle priame zahrievanie môže spôsobiť veľké teplotné gradienty, čo vedie k praskaniu alebo deformácii. Preto je potrebné postupné predohrev.
2. Metódy a teploty predohrevu: predohrev pri nižšej teplote (400 °C až 650 °C) sa môže vykonávať v komorovej alebo vzduchovej peci. Predohrev pri vyššej teplote je lepšie vykonávať v solnej kúpeli, aby sa zlepšila rovnomernosť tepla.
3. Počet predohrevov a požiadavky: formy s nízkymi požiadavkami na kontrolu deformácie môžu používať menej fáz predohrevu; pre prísnu kontrolu deformácie by sa malo použiť viacero fáz predohrevu, aby sa znížilo tepelné napätie. Bežný empirický odhad času predohrevu je 1 min/mm (len pre informáciu; overte na základe materiálu a hrúbky komponentu).

Kalenie, ohrev a namáčanie:

1. Cieľ: dosiahnuť austenit s rovnomerným zložením a dostatočne rozpustiť karbidy, čím sa zlepší pevnosť pri vysokej teplote a odolnosť proti zmäkčeniu.
2. Výber teploty: teplota kalenia by sa mala voliť v rámci limitov stanovených pre daný materiál. Vyššie teploty kalenia podporujú tepelnú stabilitu, ale môžu podporovať rast zŕn a znižovať húževnatosť; formy vyžadujúce vysokú húževnatosť zvyčajne používajú relatívne nižšie teploty kalenia.
3. Doba výdrže: aby sa zabezpečila homogenizácia, ohrev pri kalení v soľnom kúpeli zvyčajne vyžaduje relatívne dlhú výdrž; bežný odhad je 0,8 min/mm až 1,0 min/mm (referenčná hodnota; musí byť overená).

Chladenie pri kalení:

1. Voľba metódy chladenia: formy jednoduchého tvaru a s nízkou citlivosťou na deformáciu môžu byť kalené v oleji. Formy so zložitými tvarmi alebo vysokými požiadavkami na odolnosť proti deformácii je lepšie ošetriť postupným (stupňovitým) kalením (urýchľovanie chladenia v etapách s postupnými prechodmi).
2. Vyrovnanie pred popúšťaním: aby sa zabránilo praskaniu a deformácii, bez ohľadu na metódu chladenia, nechladte priamo na izbovú teplotu; namiesto toho najskôr ochlaďte na 150 °C až 180 °C na vyrovnanie. Doba vyrovnania sa môže odhadovať na 0,6 min/mm (referenčná hodnota), potom ihneď pokračujte v popúšťaní.
3. Poznámky: kontrolujte profil rýchlosti chladenia, aby ste zabránili koncentrácii tepelného napätia na povrchu a v jadre. Pri použití postupného alebo lokalizovaného kalenia zabezpečte, aby bola deformácia kontrolovateľná, a zabezpečte korekčné postupy.

Popúšťanie:

1. Nutnosť: dostatočné temperovanie odstraňuje zvyškové napätia po kalení a upravuje tvrdosť a húževnatosť. Lisovacie formy na tlakové liatie zvyčajne vyžadujú dôkladné temperovanie, ktoré sa bežne vykonáva v troch temperoch.
2. Prvá teplota temperovania sa zvyčajne volí v rozsahu sekundárneho kalenia materiálu (na stabilizáciu štruktúry).
3. Druhá teplota temperovania sa volí tak, aby sa dosiahla požadovaná tvrdosť.
4. Tretia teplota temperovania je o 10 °C až 20 °C nižšia ako teplota druhého temperovania a slúži na odstránenie zvyškového napätia a zdokonalenie štruktúry.
5. Chladenie temperovania: po temperovaní sa môže použiť chladenie olejom alebo vzduchom. Doba temperovania v jednom cykle by nemala byť kratšia ako 2 hodiny (presný čas určite na základe hrúbky dielu a požiadaviek na materiál).