Пресс-формы для литья под давлением – часть 41

Литература, выдержки, инструкции, пособия Постоянная ссылка | Все категории

В зарубежной промышленности для пресс-форм и стержней применяются стали 4Х5МФС, 4Х5МФ1С, 4Х5МВФ и др. Физико-механические свойства ука­занных сталей рассматривались в п. 29. При литье алюминиевых сплавов хромо­молибденованадиевые стали при температуре контакта имеют выше пластич­ность, прочность, теплопроводность и запас прочности и пластичности, что при­водит к повышению стойкости и термостойкости этих сталей по сравнению со сталью ЗХ2В8Ф.

При изготовлении отливок из сплавов на основе алюминия для изготовления вкладышей рекомендуются хромовольфрамовые стали ЗХ2В8Ф, ЗХ10В2Ф и 4Х5В2ФС, а также хромомолибденовые стали ЗХ5МФС, 4Х5МФС, 4Х5МФ1С, 4Х5МВФ и ЗХ5МФВ.

В качестве материалов для стержней рекомендуются стали ЗХ2В8Ф, 4Х5МФС, 4Х5МФ1С, а также сплавы на основе молибдена и вольфрама. Вопросы приме­нения различных покрытий будут рассмотрены в следующем параграфе.

Стойкость при литье сплавов на основе меди. Пресс-формы при изготовлении отливок из сплавов на основе меди работают в тяжелых условиях, так как на рабочей поверхности при применении почти всех материалов возникает пласти­ческая деформация, приводящая к быстрому смятию пресс-форм и появлению трещин или сетки разгара. При Тф = 20ч-400° С и Тп = 20ч-200° С при работе без смазки Тк = 600 ч-1000° С, AT = 400ч-900° С, & 0 = 0, 00578ч – 0, 011 мм, гпл= 0, 005ч-0, 010 мм, а атн = 100ч-274 кГ/мм2.

В послевоенные годы США провели ряд работ по изысканию сплавов для получения отливок на основе меди, имеющих низкую температуру плавления, приводящую к повышению стойкости пресс-форм. Вторым важным направлением повышения стойкости пресс-форм является применение для вкладышей сплавов на основе молибдена, вольфрама, а также применение мартенсито-стареющих сплавов. t

Стойкость вкладышей пресс-форм из разных материалов при литье латуни по данным отечественных заводов и зарубежных фирм приведена в табл. 215. Из таблицы видно, что стойкость пресс-форм изменяется в широких пределах (от 1 000 до 70 000 ц. т.), а при примёнении сплавов на основе молибдена и вольф­рама до 200 000 ц. т. Применение мартенсито-стареющих сталей позволяет по­высить стойкость до 300 000 ц. т., но эти данные может быть имеют рекламный характер, поэтому требуют проверки.

Из приведенных данных видно, что наиболее эффективным мероприятием, повышающим стойкость пресс-форм, является применение в качестве материалов для вкладышей сплавов на основе молибдена и вольфрама, приводящих к повы­шению стойкости пресс-форм в несколько раз. Одновременно с этими для повы­шения стойкости применяются и другие мероприятия, к которым следует отнести охлаждение пресс-форм проточной водой, применение различных разовых по­крытий, снижение стоимости изготовления вкладышей за счет их изготовления способом литья, холодным выдавливанием, специальными способами обработки и т. п.

В этом отношении интересна работа [34], проведенная на заводе Ленкарз при изготовлении отливок из латуни. Методика работы состояла в том, что на поршень плунжера закреплялась пластина испытуемого материала и произво­дилось ее испытание. При этом пластина из стали ЗХ2В8Ф до появления трещин выдержала 375 ц. т., хромированная пластина из этой же стали — 500 ц. т., цианированная — 800 ц. т., алитированная — 1000 ц. т. Пластина из твердого сплава В КЗ выдержала 100 ц. т., из сплава ВК15 — 200 ц. т., из сплава ВКЗОМ— 5000 ц. т. Вкладыши, изготовленные из сплава ВКЗОМ и стали ЗХ2В8Ф, имели соответственно стойкость 85 000 и 10 000 ц. т. Вкладыши из твердого сплава ВКЗОМ имеют высокую стойкость. Это объясняется тем, что сплаЕ ВКЗОМ имеет предел’прочности при сжатии более 300 кГ/мм2, малый коэффициент ли­нейного расширения порядка (Зч-5) • 10" 6 мм/мм-град, высокую теплопровод­ность около 72 ккал/м-ч-град. В связи с этим, возникающие температурные

напряжения получаются ниже предела прочности.

В отечественной и зарубеж­ной промышленности проводи­лись работы по изучению стой­кости вкладышей, полученных способами литья. В этом отно­шении наиболее интересна ра­бота [30], где проведено иссле­дование по замене кованых вкладышей литыми. Вкладыши изготовлялись по выплавляемым моделям. Химический состав материалов вкладышей приведен в табл. 216.

После ^ отливки стальные вкладыши ‘имели повышенную твердость, ^поэтому для улуч­шения обрабатываемости они подвергались изотермическому 01жигу с выдержкой при тем­пературе 840—860° С 2, 5—4 ч и при 750—760° С 4—5 ч. Твердость после t такого отжига была НВ 240—260. Закалка кованых и литых вкладышей производилась при температуре 1080° С с выдержкой 10—15 сек на 1 мм сечения. Отпуск про­изводился при 600° С. Литые вкладыши отпускали с HRC 44— 48 до HRC 36—42. Вкладыши монтировались в шестиместную пресс-форму. Отливка корпуса | унифицированного вентиля из­готовлялась из латуни следую­щего состава (в %): 59 Си, 1, 4 I РЬ, 0, 3 Fe, 0, 25 Al, остальное2п.! i. Литые и кованые вкладыши ис­пытывались на стойкость в под- t, вижной половине пресс-формы, а в неподвижной оформлялась / только хвостовая часть детали, которая получалась для всех ^ случаев в кованых вкладышах.

* Отливка производилась в хо – < • лодную пресс-форму, неподвиж­ную часть охлаждали проточ­ной водой. В процессе эксплу-

j атации рабочая поверхность v покрывалась налетом окиси цин –: ка. Для ее удаления в форму t Вводили под давлением раствор С желтой кровяной соли. £ Стойкость вкладышей из

* кованой стали ЗХ2В8Ф была, -35 000 ц. т., а стойкость литых

вкладышей из стали ЗХ2В8Ф —

* 35 000 ц. т., из стали ЗХ2МЗФ — 35 000 ц. т., из стали

4Ч

ЗХ2В2М2Н2ЮТ — 35 ООО ц. т., из стали 4Х5В2МЗФ2ЮТ — 35 ООО ц. т., из стали 12Х228С— 6355 ц. т., из стали 14Х18Ю8С — 2425 ц. т., из Бр. НА 71-22-7 — 2180 ц. т., из стали Р18 — 2500 ц. т.

Благодаря разработанному режиму термической обработки стойкость вкла­дышей из стали ЗХ2В8Ф была в три-четыре раза выше, чем на отечественных за­водах. По сравнению с испытанными сложнолегированными сталями она также имела более высокую стойкость. Технико-экономические расчеты показывают, что стоимость литых пресс-форм составляет только 58—80% от стоимости меха­нически обработанных из кованой стали вкладышей, поэтому литые вкладыши экономичнее.

Опытные работы по изготовлению вкладышей пресс-форм различными спо­собами литья проводятся в ФРГ, Японии, Англии и в других странах. Следует отметить, что стоимость изготовления вкладышей способами литья дешевле, но качество металла, т. е. механические свойства, будут ниже. Кроме того, на ра­бочей поверхности литых вкладышей возникают дефекты, и ее необходимо шли­фовать и полировать, так как получить высокую чистоту рабочей поверхности (8—10-го класса) литьем невозможно. В связи с указанным литые вкладыши будут иметь ограниченное применение.

Увеличение в стали ЗХ2В8Ф содержания хрома и вольфрама не повышает механических свойств этого материала при температуре контакта и стойкости пресс-форм при литье латуни.

В. С. Меськиным и Б. Е. Соминым совместно с ГОМЗ было проведено также исследование стойкости различных марок сталей. Отливка из латуни имела диаметр 40 мм, высоту 39 мм. Она изготовлялась на машине Полак 900 с вы­держкой 3 сек. Вкладыши были изготовлены из сталей различных классов:

1) мартенситных теплоустойчивых сталей: ЗХ2В8Ф, 5ХЗВ10Ф1, 4ХЗВ10Ф1, 6Х10В4Ф1;

2) аустенитщлх теплоустойчивых сталей: 5Х10Н20В4, 6Х10Н20В4Ф1, 5Х13Н13В10, 5Х13Н 13В10Ф1;

3) а-сплавов с особыми свойствами: 2Х2В27Ф, 2Х27Ф2;

4) у-сплавов с особыми свойствами: 5ХЗН16Г5Ф2, 5ХЗН44ГЗФ;

5) высокохромистых сталей: 1X13, 2X13, 3X13, 4X13 и 6Х34С5;

6) стандартных сталей: ЗХ2В8Ф и 4Х2В8Ф.

Все вкладыши прошли термическую обработку. Физические и механические свойства материалов были определены при температурах 20—1000° С. При испы­тании стойкости было установлено, что после 50—100 ц. т. у всех вкладышей пресс-форм на рабочей поверхности появляется сетка разгара, а после 250 ц. т. вкладыши были сняты с испытаний. Только вкладыши из сталей 3X13, 2Х27Ф2 и 4X13 продолжали работать и выдержали соответственно: 2250, 1250 и 1000 ц. т. Таким образом, повышение легированности стали не привело к повышению меха­нических свойств и стойкости.

По данным работы [69] при литье латуни JIC 59-1 сталь 4Х5В2ФС имела стойкость в три раза выше, чем сталь ЗХ2В8Ф. Пресс-форма из этой стали стоит на 510 руб. дешевле, чем из стали ЗХ2В8Ф.

Для удлинения срока работы вкладышей пресс-форм применяются также различные мероприятия, из которых следует отметить: удаление окиси цинка [16], перешлифовка рабочей поверхности с переточкой, заварка трещин и вос­становление, периодическое воронение [26] и др.

В качестве материалов для стержней при литье медных сплавов приме­няются: Н-42 (табл. 100), 38ХМЮА, РФ-1, ЗХ2В8Ф, Х12М, 4Х8В2, 4Х5МФ1С, 4Х5МВФС, сплавы молибдена и вольфрама. Как указывалось ранее, наиболее высокую стойкость имеют стержни, изготовленные из сплавов молибдена и вольф­рама, которые в недалеком будущем найдут широкое применение и не только для стержней, но и для вкладышей пресс-форм.

Таким образом, несмотря на большое количество работ по выбору более стойких материалов для пресс-форм и стержней при изготовлении отливок из сплавов на основе меди пока наиболее приемлемыми являются стали ЗХ2В$Ф и 4Х5В2ФС. Целесообразно провести опробование мартенсито-стареющих сталей для изготовления вкладышей и более широкое внедрение сплавов на основе молибдена и вольфрама.

Стойкость при литье стали. Методика испытаний стойкости вкладышей при литье стали рассмотрена в гл. IV, где приводились чертежи отливок и количество испытанных вкладышей. Одновременно на заводах было испытано примерно такое же количество пресс-форм. Результаты некоторых испытаний приводились в табл. 78—80 и на рис. 57 и 58. Вкладыши для детали «крышки» имели в некоторых случаях стойкость выше, чем вкладыши для детали «звездочка». Например, стой­кость вкладышей из сплава МХЦВ при отливке детали «колпачок» составляла 810 ц. т., звездочки — 370, 510 ц. т., а крышки — 600 и 690 ц. т. Аналогичная картина была и при изготовлении вкладышей из молибдена. Следовательно, кон­центраторы напряжения оказывают большее влияние на стойкость, чем вес отливок.

Была проверена стойкость более 200 различных материалов на основе же­леза, молибдена, ниобия, никеля, кобальта, углерода, керамических и др. К луч­шим материалам относятся сплавы на основе молибдена и меди. Изменение стой­кости некоторых сплавов в зависимости от материала вкладышей и его механи­ческих свойств приведены в табл. 217.

32. СТОЙКОСТЬ ПРЕСС-ШОРМ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИИ

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. В настоящее время применяются следую­щие защитные покрытия: 1) химико-термическая обработка, 2) электрохимические и химические покрытия, 3) металлизация, 4) электролитические покрытия, 5) смазки.

Указанные мероприятия по принципу действия подразделяются на постоян­ные (химико-термическая обработка и термодиффузионные покрытия), долго – действующие (химические и электролитические покрытия, металлизация) и разовые (жидкие смазки).

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. По­этому были проведены исследования по изучению влияния химико-термической обработки и покрытий на механические свойства и стойкость материалов пресс – форм.

Механические свойства стали ЗХ2В8Ф в зависимости от химико-термической и химической обработки. Из одной плавки стали ЗХ2В8Ф были откованы заго­товки для образцов механических испытаний и для вкладышей пресс-форм, ко­торые одновременно проходили термическую и химико-термическую обработки. Обработка производилась по следующим режимам.

Азотирование:

1) загрузка образцов и вкладышей в печь ПА-32-3 и нагрев до температуры 510 ± 10° С в течение 5—6 ч\

2) выдержка при степени диссоциации аммиака 40—50% — 5 ч;

3) нагрев до 560 ± 10° С — 6 ч;

4) выдержка при степени диссоциации аммиака 60—75% — 6 ч;

5) охлаждение с печью до температуры 510° С;

6) выдержка при степени диссоциации аммиака 40—45% — 5 ч;

7) охлаждение в закрытом муфеле до температуры 380—450° С, а затем в от­крытом муфеле.

Глубина азотированного слоя была 0, 24 мм, HRC 56—59 или HV 649—796.

Сульфоцианирование:

1) обезжиривание образцов и вкладышей пресс-форм в щелочи;

2) промывка в теплой воде, подсушка путем подогрева до 100—150° С и загрузка в ванну;

3) подогрев до температуры 560—580° С в ванне следующего состава (в %) 75 К4 [Fe(CN)6], 13 NaOH, 12 NaS04;

4) выдержка при температуре 560—580° С —3 ч;

5) промывка в горячей воде от соли и для улучшения коррозионных свойств погружение в горячее масло с 100—130° С;

6) протирка опилками и обдувка сжатым воздухом.

Зона азотистого феррита и перлита составляла 0, 4—0, 5 мм, HRC 47—48 или HV 482—498.

Низкотемпературное цианирование:

1) подготовка образцов и вкладышей и загрузка их в ванну;

2) нагрев в ванне следующего состава (в%): 85 К4 [Fe(CN)6], 15 NaOH до 560° С;

3) выдержка при указанной температуре — 6 ч;

4) охлаждение на воздухе.

Глубина цианирования была получена 0, 05—0, 08 мм, HRC 54—56 или HV 606—649.

Фосфатирование:

1) обезжиривание образцов и вкладышей, промывка в горячей и холодной воде;

2) подогрев деталей в чистой горячей воде;

3) фосфатирование при температуре 90° С — 50 мин в растворе, состоящем из препарата мажефа — 22% воды из-под крана и свободной кислоты;

4) пассивирование в растворе бихромата калия, состоящего из 100 г дву­хромового калия и 1 л воды. Рабочая температура 95° С, рН 5, 5, продолжитель­ность 25 мин;

5) промывка в холодной воде, затем горячей воде и просушка при темпера­туре 90° С;

6) пропитка деталей в минеральном масле при температуре 100° С;

Была получена твердость вкладышей и образцов HRC 38—42, толщина фос- фатированного слоя 0, 02—0, 03 мм.

Вкладыши и образцы после химико-термической и химической обработок прошли термическую обработку по режиму, принятому на предприятии ЛОМО.

Закалка:

1) упаковка образцов и вкладышей в ящики с отработанным карбюриза­тором;

2) загрузка ящиков в печь Г-30 при температуре 850—900° С и нагрев с пе­чью до температуры 1080 ± 10° С;

3) выдержка при этой температуре 2—2, 5 ч;

4) охлаждение в масле.

Отпуск:

1) упаковка вкладышей и образцов в железные ящики без засыпки;

2) загрузка в печь Н-30 при температуре 600° С, нагрев с печью до 640— 660° С и выдержка 1 ч;

3) охлаждение с печью до 400° С, последующее охлаждение на воздухе до HRC 42—46.

Механические свойства образцов приведены в табл. 218.