Литые штампы для горячего объемного деформирования - Куниловский В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Из вышеизложенного следует, что при нормальной эксплуатации штампов материалы, предназначенные для их изготовления, должны обладать соответствующим уровнем механических, теплофизических и специальных свойств.
К специальным свойствам в данном случае должны быть отнесены основные свойства штамповых материалов, определяющие эксплуатационную долговечность инструмента, а именно: износостойкость, сопротивление смятию, механическая усталость и разгаростойкость.
1.3. Методы определения основных свойств штамповых сталей
Износостойкость. Эта характеристика в основном определяется по приведенным ниже показателям.
1. По потере массы образцов, испытываемых на лабораторных установках при относительно небольших удельных нагрузках (меньше 30 МПа) при комнатной или повышенной температурах рабочего пространства, в котором находятся образцы и контртело (жаропрочные и другие специальные стали, быстрорежущая сталь, твердые и другие сплавы) [2, 31, 73]. К недостаткам испытания на износ по данной методике следует отнести невозможность: оценки влияния на этот показатель процессов повреждения образца при термической усталости, ускоряющих износ [4, 94]; проведения испытания при относительно высоких температурах из-за образования на поверхности образцов толстой пленки окислов; оценки влияния таких факторов, как температура нагрева заготовок под штамповку (и, следовательно, состав окалины), состав и тип штампуемого материала; к недостаткам испытания также можно отнести небольшие удельные нагрузки на образцы.
Ряда этих недостатков лишена предложенная в работе [49] методика, позволяющая испытывать одновременно 12 образцов при удельной нагрузке на каждый из них до 200 МПа и температурах на поверхности, циклически изменяющихся в пределах 350 < > 600 °С. Выполненные по этой методике испытания на износ трех марок сталей: 4Х5МФС, 4Х4ВМФС и 5ХЗВЗМФС (табл. 1.3) позволили авторам установить количественную зависимость между износостойкостью, с одной стороны, и пределом текучести, относительным сужением и теплостойкостью, с другой:
т = 55 728 - 344,455а'0.2 -402,787я|>'- 80,159ГП + 0,476а&12я|>' + 0,469а&,2 +
+ 0,57г|)'Гп, (1.3)
где га — износ по массе, мг; ао,2, V — предел текучести и относительное сужение исследуемых сталей при 600 °С; Тп — теплостойкость, выраженная в °С.
Из уравнения (1.3) следует, что данная методика испытания учитывает только свойства штамповых сталей (предел текучести, пластичность, теплостойкость) и не позволяет оценивать влияние на износостойкость этих сталей таких факторов, как температура, материал заготовки.
2. По изменению геометрических размеров определенных участков образцов (вставок штампов) либо по потере их массы после соответствующего
Таблица 1.3. Износ (по массе) штамповых сталей 4Х5МФС, 4Х4ВМФС и 5ХЗВЗМФС при истирании твердым сплавом
Марка стали и X л о о е* Си <и во (Я Теплостойкость, °С, до 40 НИСэ Потеря массы, Ат, мг
4Х5МФС 43 47 78 91 600 1199 824
4Х4ВМФС (ДИ-22) 44 48 88 95 600 899 786
5ХЗВЗМФС (ДИ-23) 42 46 72 83 682 818 576
Примечание. Максимальная температура нагрева 600 °С, давление 170 МПа, длительность истирания приблизительно 2000 об.
количества штамповок [39, 54, 88, 96] при испытаниях на промышленном оборудовании.
В этом случае в отличие от выше приведенной методики испытания обеспечивается максимальное приближение условий температур-но-силового нагружения образцов к эксплуатационным условиям. Но в отличие от эксплутационных условий поддерживается высокая стабильной температурно-силовых параметров нагружения, что обеспечивает высокую точность результатов.
Учитывая необходимость проведения большого количества трудоемких измерений при определении изменений геометрических размеров образцов (вставок), более предпочтительным является использование в качестве критерия износостойкости потери массы материала после заданного количества штамповок. Выполненные в работах [54, 88] испытания на износостойкость штамповых сталей различной легированное™, а также стали марки типа 5ХНМ с различными износостойкими покрытиями подтверждены испытаниями в промышленных условиях. Это позволило авторам рекомендовать принятые методики испытаний для оценки износостойкости штамповых материалов. Такие испытания предусматривают осадку (штамповку) заготовок, нагретых до соответствующих температур, и последующее определение уменьшения массы опытного инструмента (образца). Так, испытания на износ, описанные в работе [18], осуществляют на оборудовании, включающем электропечь для нагрева заготовок 25X25 (диаметр X длина) мм и гидравлический . пресс с максимальным усилием 1370 кН. Заготовки, нагретые до температуры штамповки ГШТ=±10°С, , по наклонному лотку, установленному в печи, с периодичностью во времени 25 с подаются в приемное устройство и оттуда переносятся в штамповочное приспособление, закрепленное на прессе. Штамповочное приспособление состоит из двух частей: в верхней части крепится испытываемый на износ образец с конической рабочей поверхностью (см. рис. 1.1), в нижней — матрица, в которой устанавливается нагретая заготовка. В процессе испытаний происходит внедрение конической рабочей части образца в заготовку и его изнашивание: наиболее интенсивный износ наблюдается на участке перехода торцовой поверхности образца в коническую. В зависимости от условий испытания (температуры нагрева заготовок, материала заготовок и пуансона, высоты его рабочей части, степени деформации заготовки и др.) вид износа может меняться от преимущественно абразивного до абразивно-адгезионного и окислительного. После определенного количества циклов испытаний образцы-пуансоцы взвешиваются с точностью до 1 мг и определяется потеря их массы.
