Techniky tepelného zpracování pro formy pro tlakové lití – průvodce

Techniky tepelného zpracování se široce používají při výrobě forem pro tlakové lití; mohou výrazně zlepšit mikrostrukturu a výkonnost součástí forem, prodloužit životnost forem, zlepšit kvalitu obrábění a snížit opotřebení nástrojů.

Tlakové formy se obvykle vyrábějí z legovaných nástrojových ocelí. Typické postupy tepelného zpracování zahrnují sférické žíhání, odstraňování/stabilizaci napětí, kalení (nebo kalení a popouštění) a více operací popouštění. Výběrem vhodné kombinace tepelných úprav lze dosáhnout požadované pevnosti, houževnatosti a vysoké teplotní odolnosti.

Předúprava:

1. Účel: odstranit zbytkové napětí z kování nebo hrubého obrábění, snížit tvrdost pro snazší řezání a připravit jednotnou strukturu pro následné kalení a popouštění.
2. Metody a účinky: sféroidizační žíhání vytváří rovnoměrnou mikrostrukturu s jemně rozptýlenými karbidy, což zlepšuje houževnatost. Kalení a popouštění (tj. kalení následované popouštěním) často poskytuje vynikající rovnováhu mezi pevností a houževnatostí, takže u lisovacích nástrojů, které vyžadují vysokou houževnatost, se místo sféroidizace běžně používá popouštění po kalení.
3. Doporučení: proveďte předběžnou úpravu výkovků nebo hrubě obrobených polotovarů a zaznamenejte procesní šarži, aby se usnadnila pozdější sledovatelnost kvality.

Stabilizační úprava:

1. Účel: odstranit vnitřní pnutí vzniklé při hrubém obrábění a snížit riziko deformace a praskání během kalení. To je zvláště důležité u lisovacích nástrojů se složitými tvary.
2. Typický proces: zahřátí na 650 °C až 680 °C, udržování teploty po dobu 2 až 4 hodin, poté vyjmutí z pece a ochlazení na vzduchu. U lisovacích nástrojů se složitou geometrií je třeba před ochlazením na vzduchu ochladit v peci na teplotu pod 400 °C, aby se dále snížilo vnitřní pnutí.
3. Zvláštní případy: na površích upravených elektrickým obráběním (EDM) se může vytvořit přetavená nebo poškozená vrstva a jsou náchylné k prasklinám způsobeným řezáním drátem; k odstranění lokálních pnutí by mělo být provedeno žíhání pro odstranění pnutí při nižší teplotě.

Předehřívání při kalení:

1. Důvod: formy pro tlakové lití jsou často vyrobeny z vysoce legovaných ocelí se špatnou tepelnou vodivostí; rychlé přímé zahřívání může vytvořit velké teplotní gradienty, které způsobují praskání nebo deformaci. Proto je nutné provést postupné předehřátí.
2. Metody a teploty předehřívání: předehřívání při nižší teplotě (400 °C až 650 °C) lze provádět v boxové nebo vzduchové peci. Předehřívání při vyšší teplotě je lepší provádět v solné lázni, aby se zlepšila rovnoměrnost tepla.
3. Počet předehřátí a požadavky: formy s nízkými požadavky na kontrolu deformace mohou používat méně fází předehřátí; pro přísnou kontrolu deformace by se mělo používat vícefázové předehřátí, aby se snížilo namáhání teplotním gradientem. Běžný empirický odhad doby předehřátí je 1 min/mm (pouze pro informaci; ověřte na základě materiálu a tloušťky součásti).

Kalení, ohřev a temperování:

1. Cíl: získat austenit rovnoměrného složení a dostatečně rozpustit karbidy, čímž se zlepší pevnost při vysokých teplotách a odolnost proti změkčení.
2. Výběr teploty: teplota kalení by měla být zvolena v mezích stanovených pro daný materiál. Vyšší teploty kalení podporují tepelnou stabilitu, ale mohou podporovat růst zrn a snižovat houževnatost; formy vyžadující vysokou houževnatost obecně používají relativně nižší teploty kalení.
3. Doba výdrže: aby byla zajištěna homogenizace, vyžaduje kalení v solné lázni obvykle relativně dlouhou výdrž; běžný odhad je 0,8 min/mm až 1,0 min/mm (referenční hodnota; musí být ověřena).

Chlazení při kalení:

1. Volba metody chlazení: lisovací formy jednoduchého tvaru a s nízkou citlivostí na deformaci mohou být kaleny v oleji. Lisovací formy složitých tvarů nebo s vysokými požadavky na odolnost proti deformaci je lepší kalit postupným (stupňovým) kalením (urychlení chlazení v jednotlivých stupních s postupnými přechody).
2. Vyrovnání před popouštěním: aby se zabránilo praskání a deformaci, bez ohledu na způsob chlazení, nechladte přímo na pokojovou teplotu; místo toho nejprve ochlaďte na 150 °C až 180 °C pro vyrovnání. Doba vyrovnání může být odhadnuta na 0,6 min/mm (referenční hodnota), poté okamžitě přistupte k popouštění.
3. Poznámky: Kontrolujte profil rychlosti ochlazování, aby nedošlo ke koncentraci tepelného napětí na povrchu a jádru. Při použití stupňovitého nebo lokalizovaného kalení zajistěte, aby byla deformace kontrolovatelná, a proveďte nápravné postupy.

Popouštění:

1. Nutnost: dostatečné popouštění odstraňuje zbytkové napětí po kalení a upravuje tvrdost a houževnatost. Lisovací formy obecně vyžadují důkladné popouštění, které se obvykle provádí ve třech krocích.
2. Teplota prvního popouštění se obvykle volí v rozsahu sekundárního kalení materiálu (pro stabilizaci struktury).
3. Druhá teplota popouštění se volí tak, aby bylo dosaženo požadované tvrdosti.
4. Třetí teplota popouštění je o 10 °C až 20 °C nižší než teplota druhého popouštění a slouží k odstranění zbytkových pnutí a zjemnění struktury.
5. Chlazení při popouštění: po popouštění lze použít chlazení olejem nebo vzduchem. Doba udržování teploty při popouštění v jednom cyklu by neměla být kratší než 2 hodiny (přesnou dobu určete na základě tloušťky dílu a požadavků na materiál).