Материалы для пресс-форм и их физико-механические свойства

При изготовлении деталей пресс-форм для литья пластмасс под давлением в США применяются стали.

Фирма «Долер» (США) применяют эти же стали, но с повышенным содержанием углерода.

Анализ применяемых материалов показывает следующее.

Для сравнения свойств различных материалов в качестве основного критерия обычно принимают стойкость пресс-форм. Однако экспериментальное определение стойкости связано с большими затратами. Кроме того, стойкость зависит от очень многих факторов: конструкции отливок и пресс-форм, технологических условий эксплуатации и т. д., поэтому стойкость для разных отливок сравнивать нельзя, она может быть различной. В связи с этим в большинстве случаев при выборе новых материалов или режимов термической обработки руководствуются только твердостью или пределом прочности при нормальной температуре, но при этом возникает ряд затруднений.

Формостойкость и износостойкость материалов деталей пресс-форм повышаются с увеличением их твёрдости и прочности при температуре контакта. Как указывалось выше, термостойкость при увеличении твердости и прочности при одинаковой пластичности может также повышаться. Однако у большинства материалов с повышением твердости и прочности пластичность понижается. В этом случае при выбранных материалах и режимах термической обработки следует руководствоваться запасом прочности и пластичности материалов.

Таким образом, один какой-либо показатель физико-механических свойств материала не может являться критерием при выборе новых материалов или режимов термической их обработки. Необходимо применять комплексные показатели. Основным показателем следует признать термостойкость, зависит от физико-механических свойств материала, условий эксплуатации и конструкции К_т пресс-формы для литья пластика на заказ.

Следует иметь в виду, что приведенные примеры включают подсчет только смятия, а формостойкость включает рост, коробление, вымоины, износ металла и другие факторы, которые также необходимо учитывать.

Износостойкость материала включает, кроме твердости и прочности, окали-ностойкость, жаропрочность, теплопрочность и т. д.

Предварительная термическая обработка обычно применяется в тех случаях, когда крупногабаритные пресс-формы изготовлялись из крупных, плохо прокованных заготовок, а также для особо ответственных вкладышей для уменьшения деформации при последующей термической обработке. В таких случаях приме­няют закалку с отпуском по режиму: закалка от температуры 1080—1100°'С в масле; отпуск при температуре 740—760° С с выдержкой 6—8 ч и с последующим охлаждением с печью до 400° С.

Применение высокой температуры нагрева под закалку способствует переводу максимального количества карбидов в твердый раствор и получению более однородной структуры металла. На заготовках необходимо оставлять припуск 2,5—3 мм. В этом случае нагрев' под закалку можно производить без упаковки в коробки. При малых припусках нагрев заготовок следует производить в ящиках с засыпкой чугунной стружкой или в печах с безокислительным нагревом. Для остальных деталей пресс-форм для литья пластмасс после предварительной механической обработки необходимо применять высокий отпуск для снятия напряжений.

Важнейшими вопросами термической обработки являются получение требуемых механических свойств металла в готовой пресс-форме для литья пластмасс при соблюдении требуемых чертежных размеров. При нагреве и охлаждении под закалку необходимо: перевести в твердый раствор максимальное количество карбидов, получить однородное мартенситное строение металла при минимальном количестве аустенита, не допустить деформации размеров, а также не допускать науглероживания и обезуглероживания и других дефектов на рабочей поверхности пресс-форм для литья пластмасс на заказ.

В качестве печей для нагрева под закалку применяют соляные ванны, камерные, муфельные и другие печи. Соляные ванны обычно применяют для небольших деталей при небольших толщинах, у которых подвод и отвод тепла происходит равномерно. Камерные печи применяют для различных деталей с упаковкой их в ящики. Муфельные печи применяют при безокислительном нагреве.

Соляные ванны часто применяют в комбинации с предварительным подогревом до 850° С в камерных печах со скоростью нагрева до 150 град/ч. В этом случае подогреваемые детали заворачивают в три-четыре слоя бумаги, которая препятствует обезуглероживанию. Затем в соляной ванне детали нагревают до 1150° С с выдержкой для мелких деталей 0,5—1 ч, для крупных— 1—1,5 ч. После этого детали подстуживаются на подвесках до 700° С и закаливаются в масле. Охлаждение мелких деталей производится полностью в масле, а крупные детали при 150—200° С переносятся в печь для отпуска. Соляные ванны при до­статочном раскислении обеспечивают надежную защиту от науглероживания, обезуглероживания и окисления.

В США камерные и муфельные печи применяют при нагреве под закалку с защитной атмосферой. Защитная атмосфера создается при помощи специальной газоприготовительной установки. Применение защитной атмосферы позволяет более эффективно использовать печи, что особенно важно при существующей специализации производства, которая имеется в США. В ФРГ и в СССР применяются камерные и муфельные печи с упаковкой деталей в ящики. В качестве упаковки применяются различные материалы: медная вата, медная стружка, бумага, древесный уголь, чугунная стружка, кокс и др.

Режимы нагрева деталей пресс-форм для литья пластмасс на заказ под закалку зависят от имеющегося оборудования и других факторов. При применении защитных атмосфер вкладыши нагревают со скоростью, обеспечивающей равномерную температуру в толстом и тонком сечениях, и выдерживают при максимально заданной температуре достаточное время (примерно 1 ч на каждые 25 мм толщины стенки в самом ее толстом месте), но А. Лундгрен рекомендует давать выдержку в два раза большую. В ФРГ применяют камерные печи с упаковкой деталей в ящики с древесным углем, поэтому они применяют ступенчатый нагрев с выдержкой при 450—500° С и около 850° С. При каждой выдержке дается достаточное время для полного равномер­ного прогрева. Некоторые авторы рекомендуют давать только одну выдержку при 800—850° С до полного прогрева. При нагреве в ящиках с упаковкой сложных деталей, по-видимому, целесообразнее давать две выдержки. Свежую чугунную стружку следует прокаливать при 700—800° С в течение 1,5—2 ч.

Среда охлаждения определяет скорость охлаждения деталей, которая в свою очередь определяет структуру распада твердого раствора. При любых выбранных средах охлаждения деталей необходимо препятствовать образованию промежуточных хрупких структур. Среда охлаждения должна обеспечить получение тонкого мартенсита и отсутствие деформаций размеров деталей. Охлаждение на воздухе приводит к возникновению крупноигольчатого хрупкого мартенсита. При закалке в масле наблюдается получение максимального количества мартенсита. При изотермической закалке количество мартенсита несколько уменьшается, а количество троостита и аустенита увеличивается, при этом структура становится более однородной.

Однородность структуры стали в значительной степени зависит от количества растворенной карбидной фазы при закалке в твердом растворе. В отожженной стали содержится 13—13,5% карбидной фазы, с увеличением температуры за-. калки в масле ее содержание уменьшается до 10,3% при 950° С, 8,6% при 1000° С, •7,4% при 1050° С, 5,9% при 1100° С. При закалке на воздухе с 1100° С карбидной фазы в стали содержится 6,7%. Во время отпуска происходит превращение аусте­нита в мартенсит, сопровождающееся выделением карбидов. Однако после отпуска при 600° С сталь ЗХ2В8Ф содержит карбидов на 25—35% меньше, чем в отожженном состоянии..

Деформация деталей при закалке зависит не только от среды охлаждения, но главным образом от конструкции деталей. После всех вариантов закалки размеры деталей уменьшаются. Последующий отпуск приводит к увеличению размеров, однако в большинстве случаев они не достигают исходной величины. В связи с вышеуказанным, уменьшение размеров необходимо учитывать в припуске на последующую шлифовку. Изотермическая закалка по сравнению с закалкой в масле уменьшает деформацию деталей примерно в два раза, а иногда и более.

Наиболее оптимальной температурой нагрева под закалку стали ЗХ2В8Ф следует рекомендовать температуру 1100°С, а при надежном контроле можно допустить и температуру 1150°С.

Выбор температуры отпуска является весьма ответственной задачей, так как она определяет при качественной пластической деформации и закалке механи­ческие свойства и стойкость пресс-форм для литья пластмасс на заказ. При выборе температуры отпуска обычно руководствуются требованиями твердости, а в некоторых случаях одновременно с ней указывается предел прочности. В зависимости от сплавов, применяемых для изготовления отливок, рекомендуются следующие значения твердости: цинковые NRC 48—52; алюминиевые и магниевые HRC 40—48; медные HRC 37—45.

Некоторые авторы одновременно с твердостью приводят значения предела прочности, а также указывают класс стали.

Приложение №1