Стойкость материалов пресс-форм в зависимости от химико-термической обработки

Разрушения пресс-форм начинаются с ее рабочей поверхности, так как она испытывает самые высокие температуры, деформации, напряжения и химические взаимодействия с жидким металлом. В связи с указанным, еще при зарождении процесса литья под давлением начали применять защитные покрытия рабочей поверхности жидкими смазками.

Для повышения стойкости пресс-форм применяются следующие защитные покрытия:

  • химико-термическая обработка;
  • электрохимические и химические покрытия;
  • металлизация;
  • электролитические покрытия.

Механизм повышения стойкости пресс-форм за счет применения защитных покрытий изучен недостаточно. Практикой производства литья под давлением установлено, что не все покрытия повышают стойкость пресс-форм.

По теоретическим соображениям все виды химико-термической обработки должны снижать термостойкость и повышать износостойкость пресс-форм.

Были приведены исследования по изучению влияния химико-термической обработки и покрытий на механические свойства и стойкость материалов пресс-форм. Механические свойства стали ЗХ2В8Ф изучались в зависимости от азотирования, сульфоцианированил, фосфатиро- вания и термической обработки.

Механические свойства образцов (Ф= 6 мм, L = 30 мм) приведены в табл.60.

Стойкость материалов пресс-форм в зависимости от химико-термической обработки

Приведенные результаты показали, что низкотемпературные цианирование, сульфоцианирование и азотирование снижают прочностные и, особенно резко, пластические свойства. Следовательно, указанные слои являются исключительно хрупкими, поэтому азотирование, сульфоцианирование и низкотемпературное цианирование, как считает И.И.Горюнов, снижает стойкость пресс-форм. Авторы издания с этим выводом не согласны.

Химико-термическая обработка деталей проводится с целью упрочнения рабочей поверхности пресс-форм, повышения твердости, усталостной прочности и т.д. В зависимости от состава внешней среды химико-термическая обработка может сопровождаться как обогащением, так и обеднением рабочей поверхности тем или иным элементом. В нашем случае происходит обогащение поверхностного слоя азотом, серой, углеродом, хромом, алюминием, бором и другими элементами, сопровождающееся образованием нитридов, карбидов, боридов и других соединений. Образующиеся химические соединения снижают пластичность стали, но повышают прочность и самое главное снижают коэффициент диффузии металлов отливок в рабочую поверхность пресс-формы и предохраняют ее от налипания, приваривания и износа.

Химико-термическая обработка сопровождается тремя элементарными процессами: диссоциацией внешнего вещества, поглощением рабочей поверхностью пресс-формы атомов (ионов) и диффузией его в глубь тела детали пресс-формы.

Сущность азотирования сводится к насыщению рабочей поверхности вкладышей пресс-форм или трущихся частей деталей азотом. При этом в поверхностном слое легированных сталей могут возникать нитриды алюминия AIN, железа Fe2N, Fe3N, Fe4N; нитриды хрома CrN, Cr2N; нитриды вольфрама WN, WN2; нитриды молибдена MoN, Mo2N, Mo3N; нитриды ванадия VN, V3N.

По назначению азотирование разделяют на износостойкое и антикоррозионное, различающиеся по глубине слоя. Существуют различные способы азотирования: одно- и двухступенчатое, ионное, в тлеющем разряде, с применением токов высокой частоты и ультразвука и т.д. Это чрезвычайно усложняет процесс и приводит к различным свойствам азотированного слоя и к различной стойкости пресс-форм.

По вопросу применения азотирования для деталей пресс-форм существуют самые противоречивые мнения, которые исходят из неправильного представления о процессе их разрушения. Азотирование снижает сопротивление материала термической усталости вследствие резкого снижения пластичности материала, поэтому трещины и сетка разгара на азотированной поверхности возникают значительно быстрее, чем на неазотированной. В то же время азотирование повышает сопротивление материала износу, уменьшая диффузию алюминия и других элементов в рабочую поверхность, уменьшает налипание, приваривание, коэффициент трения и т.д. Указанные факторы способствуют повышению стойкости пресс-форм.

Поэтому целесообразность применения азотирования устанавливается в зависимости от условий работы пресс-формы и стержней. В США и Словакии азотируют камеры прессования, повышая за счет этого их стойкость. Детали, работающие на трение, особенно в дорогостоящих пресс-формах, также целесообразно азотировать - это повышает их срок службы. Глубина азотирования составляет 0,1 мм.

На заводе автомобильных моторов ”Москвич-412” камеры прессования азотируются на глубину 0,2-0,4 мм, пресс-поршня - 0,1-0,2 мм.

Сульфоцианирование - это процесс насыщения серой, азотом и углеродом, а сульфидирование - только серой. Сульфидирование и сульфоцианирование повышают сопротивление материалов задирам, что видно из табл.61.

Сульфидирование и сульфоцианирование повышают сопротивление материала задирам. В зависимости от стали, положительное действие проявляется так же, как и при азотировании, поэтому высказанные области применения для азотирования справедливы и для сульфоцианирования. Некоторые французские и немецкие фирмы утверждают, что сульфоцианирование повышает стойкость пресс-форм в 1,5 раза и более, но наша проверка не подвердила этого [4].

Стойкость материалов пресс-форм в зависимости от химико-термической обработки

Цианирование - это насыщение поверхности азотом и углеродом. Различают низкотемпературное и высокотемпературное цианирование. Для деталей пресс-форм применяют преимущественно низкотемпературное цианирование.

Цианирование повышает стойкость в два раза (табл.62). Авторы, проделавшие большую работу по изучению и внедрению низкотемпературного цианирования, утверждают, что стойкость стержней и вкладышей пресс-форм при цианировании повышается. Однако исследование автора книги этого не подтвердили. Цианирование повышает твердость стали, снижает коэффициент трения (у стали ЗХ2ВН2ФА с 0,63 до 0,22), уменьшает налипание и приваривание алюминия и повышает износостойкость стали, но снижает термостойкость. В связи с указанным, применение цианирования производится в тех же случаях, что и азотирования.

Исследования и практика производства показывают, что все виды химико-термической обработки при надлежащем проведении процессов могут способствовать повышению износостойкости стержней и вкладышей пресс-форм, но они снижают их термостойкость, увеличивая склонность к появлению сетки разгара и трещин.

Стойкость материалов пресс-форм в зависимости от химико-термической обработки

В связи с этим, конструкторы пресс-форм при назначении материала и режима его обработки должны руководствоваться следующим. Если стержни и вкладыши пресс-формы выходят из строя по износу, то применение азотирования или других обработок будет способствовать повышению их стойкости. Если стержни и вкладыши пресс- формы выходят из строя по сетке разгара или трещинам, то применение азотирования или других химико-термических обработок приведет к еще большему снижению стойкости.

Стаканы, камеры прессования, колонки, поршня, рассекатели и другие части пресс-форм, работающие на трение необходимо только азотировать.

Фосфатирование применяется для защиты рабочей поверхности пресс-форм от окисления, для снижения коэффициента трения и уменьшения налипания. Фосфатные покрытия наносятся толщиной 5-10 мкм. Кроме того, фосфатные покрытия уменьшают остроту концентраторов напряжений, улучшают чистоту поверхности и этим повышают термостойкость и стойкость пресс-форм на 30-50%. Повышение износостойкости при фосфатировании объясняют физико-химическим свойством поверхностей трения, уменьшающих склонность материала к "схватыванию” в точках контактирования. Фосфатные покрытия, наносимые на литниковые втулки пресс-форм, в присутствии окислителей-нитратов кальция, бария или цинка, повышают их стойкость при литье, например алюминиевых сплавов, в десятки раз.

Фосфатирование рекомендуется применять при всех видах литья как для деталей пресс-форм, так и для деталей металлопровода. Следует иметь в виду, что фосфатирование смывается струей жидкого металла, поэтому его необходимо возобновлять через определенное

Стойкость материалов пресс-форм в зависимости от химико-термической обработки

число циклов теплосмен. При этом старое фосфатное покрытие должно быть полностью удалено химическим путем в растворе хромового ангидрида (200-250 г/л) при температуре 50-70 °С, а затем механической очисткой или только механической очисткой до полного его удаления. Из-за трудоемкости удаления старого слоя, технология фосфатирования не находит широкого применения в широких масштабах.

Металлизация вольфрамом или карбидом вольфрама повышает стойкость пресс-форм при литье цветных сплавов на 200-300 % (по зарубежным данным). Выполненные работы И.ИГорюновым по металлизации и алитирования (FeAl, Аl2O3) вкладышей пресс-форм из стали 3X13 и 1X13 при литье имели низкую стойкость и выходили из строя из-за трещин или выкрашивания.

Электролитическое хромирование и никелирование при изготовлении отливок из латуни во вкладышах из стали замедляет начальные стадии образования сетки разгара и поэтому рекомендуется для использования особенно на инструментальных углеродистых сталях.

Электролитическое хромирование вкладышей из стали ЗХ2В8Ф повышает стойкость в 1,4-1,7 раз.

Стойкость вкладышей, изготовленных электролитическим хромированием (ст.ЗХ2В8Ф) приведена в табл.63.

Смотрите также