Курсовая работа: Фазові і структурні перетворення під час термічної обробки сталей 5ХНМ та ШХ15

Сталь 5ХНМ розливають сифонним засобом (знизу).

Зливки після їхнього витягання із виливниць уповільнено охолоджують у колодязях, що не опалюються, до температури 150-250 ºС.

Зливки штампованої сталі 5ХНМ для гарячого деформування далі йдуть на вироблення з них індивідуальних поковок куванням на гідравлічних пресах.

Основну масу формоутворювальних деталей штампів для гарячої деформації виготовляють із заготовок, що заздалегідь проковують. Кування проводять для отримання необхідних розмірів заготівки і підвищення якості металу за рахунок виправлення ряду металургійних дефектів: ликваційної неоднорідності, карбідній смужчатості, анізотропії структури і властивостей і ін.

Кування дрібних і середніх заготівок часто виконують безпосередньо на машинобудівних заводах; крупні заготівки, як правило, поставляють машинобудівним заводам у вигляді термічно оброблених викованих кубиків, прямокутних або смугових заготівок.

Кування – це процес деформування нагрітої заготівки між верхнім і ніжнім бойками молота за допомогою універсального інструмента. Ковані заготівки для наступної обробки називають поковками.

Вихідні заготівки під кування відрізають на ножовочних, відрізних та абразивно-відрізних верстатах. Якість металу обрізаних чи відрубаних заготівок контролюється зовнішнім оглядом, а розміри – за допомогою універсальних вимірюваль6них засобів. Заготівки з тріщинами, розслоїнням та іншими порушеннями до кування не допускаються.

Температурний режим кування визначає отримання поковок з якісною макро- і мікроструктурою, з поверхнею без дефектів, з мінімальним угаром і зневугленням. Крім того, температурний режим кування повинен забезпечити мінімальні енергетичні витрати на кування і максимальну продуктивність устаткування. Раціональні температурні інтервали кування і штампування металевих матеріалів зазвичай вибирають по комплексу властивостей, який об'єднує характеристики пластичності і опір деформації металів. При цьому намагаються обрати область температур, в якій пластичність найбільш висока, а опір деформації найбільш низький. Верхню межу температурного інтервалу обирають з розрахунку запобігання зниженню пластичності під час нагріву в зоні перегріву і перепалу. Вона на 50 - 80ºС нижче за температуру, при якій починається знижуватися пластичність в результаті перегріву. Нижню межу температурного інтервалу кування призначають з урахуванням збереження достатньої пластичності і забезпечення дрібнозернистої будови сталі в результаті останніх операцій деформації і подальшої рекристалізації.

Нагрівання заготівок під кування здійснюють в електричних печах, які підігрівають попередньо до температури 700 ºС, витримують протягом однієї години. Потім нагрівають до температури 900-950 ºС із максимальною швидкістю до температури кування 1150-1180 ºС. Завершують процес кування при температурі 850-880 ºС. Після цього необхідне повільне охолодження, підстуження на повітрі до температури 700-650 ºС, потім повільне охолодження до температур 200-100 ºС.

Охолодження поковок штампових сталей після завершального процесу кування є дуже важливою операцією, від якої залежить якість готової продукції. Під час охолодження можуть виникати напруження, що з’явилися в поковці в результаті неоднорідної пластичної деформації. При прискореному охолодженні трапляються випадки перевищення сумарними напруженнями межі міцності сталі, в результаті чого на поковках з’являються тріщини. Охолодження кубиків зі штампової сталі для гарячого деформування 5ХНМ, що передбачає спеціальну протифлокенну обробку, поєднують, як правило, з відпалом.

Найбільш розповсюдженою схемою кування зливків є каліброване кування зі зміною операцій витяжки й осадки, що забезпечує більш рівномірну структуру. Осадка зливків (збільшення поперечного перерізу вихідної заготівки за рахунок зменшення її висоти) як проміжна операція використовується для виготовлення поковок призначеної форми великого розміру. Ці поковки називають кубиками, які виготовляють зі штампованих сталей для гарячого деформування, коли однобічною протяжкою неможливо досягнути мінімально допустимого ступеня укування (рисунок 1.3). Ступінь осадки звичайно приймають 50%. Для виготовлення кубиків використовують восьмигранні зливки масою 4,8 тони. При цьому мінімальна ступінь укування повинна бути не менш трьох (за ГОСТом 7831 -71) [4].

Виробництво штампів є складним технологічним процесом, який включає попередню термічну обробку, механічну обробку, остаточну термічну обробку, зачистку гравюри і шліфування по опорних і настановних поверхнях. Штампи для гарячої деформації виготовляють на спеціалізованих штампових ділянках інструментальних цехів або разом з іншими видами технологічного оснащення – на механічних і слюсарних ділянках. Підготовку заготівок для штампів здійснюють на заготовчих ділянках, а термічну обработру – на термічних ділянках.

Спочатку штампи обробляють однаково незалежно від маси і конфігурації поковки. Для транспортування в заготівці свердлять отвори за допомогою радіально-свердляного верстата. Після чого стругають площини і хвостовики. Потім клеймують марку сталі, умовний номер штампа і поковок.

Підготовлені таким чином штампи передають на термічну обробку (попередню – відпал), після чого виготовляють безпосередньо гравюру. Для обробки крупних штампів застосовують токарно-карусельний верстат. Також до універсальних верстатів, які застосовують для виконання фрезерувальних робіт, відносять вертикально-фрезерувальний верстат, на якому фрезують заготівельні ручаї. Обробку ручаїв на таких верстатах здійснюють за розміткою і за допомогою шаблонів. Першою операцією при обробці ручаїв штампу є чорнове фрезерування. Його проводять для видалення основної маси металу з порожнини ручаїв. Чистове фрезерування проводять з високою точністю фрезами з профілем, який дозволяє забезпечити необхідну конфігурацію ручаїв.

Для забезпечення якості молотових штампів під час їх виготовлення, необхідно дотримуватись певних технічних умов.

Після термічної обробки штампу, його площини грубо шліфують. Шершавість непрацюючих поверхонь встановлюється за 4-5 класами шершавості поверхні згідно до ГОСТу 2789-73. На дзеркалі штампу і поверхнях, не зайнятих ручаями, допускають окремі дефекти у вигляді забоїн, слідів окалини та ін. Дефекти слід зачистити. Чорнові та чистові ручаї шліфують і полірують до 8 класу шершавості, при цьому на поверхні не повинно бути задирів, рисок, прижогів, вибоїн, які викривляють конфігурацію ручаїв. Тобто шліфування – це одна з важливіших операцій механічної обробки штампів, що забезпечує отримання високого класу шершавості поверхні і точних розмірів. Шліфування використовують в якості попередньої і кінцевої обробки. Широко застосовують плоскошліфовальні і круглошліфувальні верстати загального призначення. Плоску шліфовку можна здійснювати переферієй і торцем круга, а круглу – його переферієй. Для кінцевої обробки верстати повинні забезпечувати швидкість обертання круга в межах 25-45 м/с, можливість автоматичної подовжньої і поперечної подачі на глибину. Вони повинні мати систему охолодження, систему, що відсасує пил і високу жорсткість шпінделя, подовжувачів. Рідина для охолодження знижує температуру нагріву деталі, що обробляється. Це знижує місцеві напруження, які можуть призвести до появи тріщин і сколів. Також після кінцевої термічної обробки проводять шліфування спеціальними кругами з синтетичних алмазів або ельбора. Чистота поверхні при обробці інструмента з ельбора може досягати 11-12 класу шершавості [4].

1.3 Режими термічної обробки сталі 5ХНМ

Виходячи зі схеми технологічного переділу рідкого металу у готовий вироб, зазначимо ті місця, де необхідно проводити термічну обробку.

Термічна обробка включає нагрівання, витримку та охолодження. Умови, за якими здійснюється цей процес, називається режимом. До параметрів режиму термічної обробки належать температура і швидкість нагріву та час витримки.

Швидкість нагрівання повинна забезпечувати необхідні перетворення у сплаві та максимальну продуктивність нагрівального обладнання. Разом з тим у деталі не повинні виникати внутрішні напруження, короблення та тріщини.

Витримка за тієї чи іншої сталої температури залежать від виду обробки та умов одержання необхідної структури.

Підготовка до термічної обробці включає:

- зовнішній огляд стану поверхні штампа (відсутність забоїн, іржі, слідів масла та ін.);

- підбір штампів з однієї марки сталі близьких типорозмірів для комплектування садіння (одночасно в піч для нагріву під гартування можна завантажувати до 10 комплектів штампів);

-упаковку з метою захисту гравюри штампу від окислення і зневуглецювання (при використанні печей без захисної атмосфери).

Під час підготовки до термічної обробки необхідно захищати гравюри від окислення зневуглення. Оскільки печі із захисною атмосферою для нагріву під гартування штампів майже не використовують, то їхні гравюри захищають від окислюючого впливу атмосфери печі за допомогою таких засобів: на гравюру насипають захисний шар, який складається з карбюризатора, зверху його обмазують вогнетривкою глиною з азбестом або накривають металевим листом. Кращій результат забезпечує засіб, при якому встановлюється гравюрою донизу на спеціальний піддон, в якому засипаний захисний склад. При застосуванні цього засобу захисту покращуються умови нагріву шпампа. Крім того, з'являється можливість використовувати стійкі до теплової дії литі піддони із жаростійкої сталі, зменшуються час і витрати на упаковку (рисунок 1.4). Кращим таким складом дя захисту є дерев’яне вугілля або відпрацьований карбюризатор разом зі свіжим (до 30%) або з перепаленою сухою чавунною стружкою (до 20%). Товщина захисного шару становить 20-30 мм; проміжки між стінками піддону і бічними гранями штампу обмазують вогнетривкою глиною або засипають сухим піском. Кришки (піддони) виготовляють з листової маловуглецевої або корозійностійкої сталі товшиною 2 - 4 мм [1].

Рисунок 1.4 - Схеми упаковки для захисту гравюри штампа під час нагріву под закалку: а - гравюрою вгору; б - гравюрою донизу; 1- кришка; 2 - захисна суміш; 3 - обмазка (вогнетривка глина з азбестом); 4 - штамп; 5 - плита; 6 - кулі; 7 - напрямна; 8 - піддон.

Відповідно до схеми технологічного переділу попередньою обробкою штампа зі сталі 5ХНМ є відпал, а кінцевою – гартування і відпуск.