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1. Arbeitsbedingungen und Leistungsanforderungen von Warmfließpresswerkzeugen sowie mittleren und kleinen maschinellen Schmiedewerkzeugen
Wenn die heiße Extrusionsdüse arbeitet, wird sie durch Druckspannung, Biegespannung und Zugspannung beim Entformen beeinflusst. Die Stoßbelastung ist geringer als beim Hammerschmiedegesenk, aber die Kontaktzeit mit dem heißen Metall ist länger als beim Hammerschmiedegesenk. Die Arbeitstemperatur ist höher als die des Hammerschmiedegesenks. Auch der Temperaturanstieg ist beim Extrudieren verschiedener Metalle unterschiedlich, am höchsten800 bis 85090. Auch die thermische Belastung durch schnelles Abkühlen und schnelles Erhitzen ist größer als beim Hammerschmiedegesenk und die Reibung ist stärker. Die Hauptfehlerursachen bei heißen Extrusionsformen sind übermäßige plastische Verformung des Formhohlraums, Ermüdungsschäden, thermischer Verschleiß und Oberflächenoxidationskorrosion, die durch wiederholtes Erhitzen und Abkühlen verursacht werden.
Die Arbeitsbedingungen mittlerer und kleiner maschineller Schmiedegesenke ähneln denen von Warmfließpressgesenken, der Unterschied besteht jedoch darin, dass die Stoßbelastung, der sie ausgesetzt sind, größer ist als die von Warmfließpressgesenken. Daher ähneln die Ausfallarten mittlerer und kleiner maschineller Schmiedegesenke auch denen von Warmfließpressgesenken. Daher müssen Warmfließpressgesenke sowie mittlere und kleine maschinelle Schmiedegesenke eine höhere thermische Ermüdungsbeständigkeit, thermische Stabilität und gute Verschleißfestigkeit als Hammerschmiedegesenke sowie eine höhere Hochtemperaturfestigkeit und ausreichende Zähigkeit aufweisen.
2. Stahl für Warmfließpressmatrizen und mittlere und kleine Maschinenschmiedematrizen
Häufig verwendete Stähle für Warmfließpressgesenke und kleine und mittlere Maschinenschmiedegesenke sind Warmarbeits-Gesenkstähle der Wolfram-Serie und Warmarbeits-Gesenkstähle der Chrom-Serie sowie neue Warmarbeits-Gesenkstähle wie die Chrom-Molybdän-Reihe, die Wolfram-Aluminium-Reihe, die Chrom-Platin-Wolfram-Reihe und Matrixstähle.
(1) Wolfram-Warmarbeitsgesenkstahl Der repräsentative Stahltyp dieser Stahlsorte ist der traditionelle 3Cr2W8V-Stahl. Aufgrund seiner geringen thermischen Ermüdungsbeständigkeit wird seine Anwendung in Warmfließpressformen allmählich abnehmen, in Druckgussformen ist es jedoch weit verbreitet und wird daher ausführlich in den Stahl für Druckgussformen eingeführt.
(2) Warmarbeits-Gesenkstahl der Chrom-Reihe Die repräsentativen Stahltypen des Warmarbeits-Gesenkstahls der Chrom-Reihe sind 4Cr5MoSiV, 4Cr5MoSiV1 und 4Cr5 W2VSi. Die ersten beiden entsprechen in den USA den H11- und H13-Stählen, während 4Cr5W2VSi aus 4Cr5MoSiV-Stahl hervorgegangen ist. w22% ersetzt Mo=1%O. Der Massenanteil von Kohlenstoff in diesen drei Stahlsorten beträgt etwa 5 %, es handelt sich um einen Stahl mit mittlerem Kohlenstoff- und mittlerem Chromgehalt.
Die gemeinsamen Merkmale dieser Stahlsorte sind::
① Da es mehr Chrom enthält, weist es eine hohe Härtbarkeit auf. Beispielsweise können 4Cr5MoSiV1-Stahlteile mit einer Dicke von 150 mm ölgekühlt und abgeschreckt werden. Darüber hinaus weist der unterkühlte Austenit dieser Stahlsorte eine hohe Stabilität zwischen 400 und 600 °C auf und kann lange Zeit ohne Veränderung warm gehalten werden, so dass er für eine abgestufte Abschreckung geeignet ist.
② Die thermische Ermüdungsbeständigkeit ist besser. Dies liegt daran, dass Chrom und Silizium die Oxidationsbeständigkeit von Stahl verbessern, sodass sich Stahl auf Chrombasis besser an Arbeitsbedingungen mit schneller Abkühlung und schneller Erwärmung anpassen kann.
③ Die Anlassstabilität ist hoch. Beispielsweise erreicht die Abschreckhärte der Stähle 4Cr5MoSiV und 4Cr5W2VSi ihren Maximalwert, wenn sie bei etwa 1070℃ bzw. 1200℃ abgeschreckt werden. Anschließend bleibt die Härte bei steigender Anlasstemperatur nahezu unverändert. Zwischen 500 und 550 °C tritt ein sekundärer Härtungspeak auf, der dann schnell abnimmt.
④Im Vergleich zu Wolfram-Warmarbeitsstahl weist er eine höhere Zähigkeit, aber eine unzureichende Hochtemperaturfestigkeit und eine etwas schlechtere Hitzebeständigkeit auf. Die Arbeitstemperatur überschreitet im Allgemeinen 6501 nicht
⑤Die Arten und Mengen der in dieser Stahlsorte enthaltenen Karbide sind ungefähr gleich. Daher ist auch die Überhitzungsempfindlichkeit in etwa gleich.
⑥ Warmarbeitsgesenkstahl auf Chrombasis weist eine höhere Thermoplastizität, einen geringeren Verformungswiderstand und eine geringere Neigung zur Schmiederissbildung auf. Der Schmiedetemperaturbereich ist jedoch etwas eng und die Schmiedetemperatur muss streng kontrolliert werden.
(3) Stahl der Chrom-Molybdän-Reihe und Stahl der Chrom-Wolfram-Molybdän-Reihe. Zu dieser Stahlsorte gehören 4Cr3Mo3SiV (H10), 3Cr3Mo3VNb (HM3), 3Cr3Mo3W2V (HMI), 5Cr4W5Mo2V (RM2), 4Cr3 Mo3 W4 VNb (GR) usw.
Im Folgenden finden Sie eine kurze Einführung in die Leistungsmerkmale und Anwendungen einiger Stahlsorten.
1) 3Cr3 Mo3 VNb (HM3)-Stahl: Dieser Stahl zeichnet sich durch einen niedrigen Kohlenstoffgehalt und einen geringen Molybdänzusatz aus und weist daher eine hohe thermische Ermüdungsbeständigkeit und Zähigkeit, eine gute Anlassstabilität und andere hervorragende Prozesseigenschaften auf. Es eignet sich für die Herstellung von stark wassergekühlten Pressformwerkzeugen, Rollschmiedewerkzeugen, kleinen Hammerschmiedewerkzeugen usw. Seine Lebensdauer ist deutlich länger als die von Formen aus 5CrNiMo-, 4Cr5W2VSi- und 3Cr2W8V-Stahl.
2) 5Cr4W5Mo2V (RM2)-Stahl: Der Massenanteil an Kohlenstoff in diesem Stahl beträgt etwa 0,5 %, der Gesamtmassenanteil an Legierungselementen beträgt 12 % und im Gebrauchszustand sind viele Karbide, hauptsächlich M6C, enthalten. Daher weist dieser Stahl eine hohe Anlassbeständigkeit und thermische Stabilität auf. Die thermische Stabilität kann 700 °C erreichen, wenn die Härte 50 HRC beträgt, und die Verschleißfestigkeit ist ebenfalls gut. Geeignet für die Herstellung kleiner Warmfließpressen, Hochgeschwindigkeitsschmiedegesenke und Walzschmiedegesenke.
3) 4Cr3Mo2W4VTiNb (GR)-Stahl: Dieser Stahl wird durch Zugabe einer kleinen Menge Ni zu Wolfram-Molybdän-Warmarbeitsstahl hergestellt, um eine hohe Anlassstabilität und hohe Warmfestigkeit zu erzielen. Seine thermische Ermüdungsbeständigkeit, thermische Stabilität, Verschleißfestigkeit und Hochtemperaturfestigkeit sind deutlich höher als bei 3Cr2W8V-Stahl. Der Stahl wird bei 1160–1200 °C in Öl abgeschreckt und zweimal bei 630–600 °C angelassen. Nach jeder einstündigen Behandlung kann seine Härte 50–55 HRC erreichen, seine Zugfestigkeit kann 188 OMPa erreichen und seine Schlagzähigkeit beträgt 17 J/cm2. Dieser Stahl verfügt über eine gute Härtbarkeit sowie Heiß- und Kaltverarbeitbarkeit und eignet sich für die Herstellung von Heißschmiedegesenken wie Heißprägen, Präzisionsschmieden und Hochgeschwindigkeitsschmieden.
4) Basisstahl Es gibt viele Stahltypen im Basisstahl, die sowohl als Kaltarbeits-Gesenkstahl als auch als Warmarbeits-Gesenkstahl verwendet werden können, wie z. B. 6W8Cr4VTi (LM1), 6Cr5Mo3W2VSiTi (LM2) und 6Cr4Mo3Ni2WV (CG-2), unter denen 5Cr4Mo3SiMnVAI (012A1)-Stahl hauptsächlich in Warmfließpressmatrizen verwendet wird, wie z. B. beim Warmfließpressen von Lagern Stempel, Übertragungsstangen-Hot-Emblem-Matrizen usw. Die Lebensdauer ist im Vergleich zu herkömmlichem Warmarbeits-Matrizenstahl 3Cr2W8V erheblich verbessert.
3. Materialauswahl für Warmfließpressmatrizen und mittlere und kleine Maschinenschmiedematrizen
Bei der Auswahl von Materialien für die Heißfließpressformverarbeitung sollte die Auswahl hauptsächlich auf der Art des zu extrudierenden Metalls und seiner Extrusionstemperatur basieren. Zweitens sollten auch Faktoren wie Extrusionsverhältnis, Extrusionsgeschwindigkeit und Schmierungsbedingungen berücksichtigt werden, um die Lebensdauer der Form zu erhöhen. OberflächeAbbildung 3 zeigt die Materialauswahl für die Heißextrusionsdüsenverarbeitung. Bei der Materialauswahl mittlerer und kleiner maschineller Schmiedegesenke werden hauptsächlich die Art des Schmiedematerials und die Produktionscharge berücksichtigt. Zweitens müssen auch die Auswirkungen der Matrizengröße, der Verformungsgeschwindigkeit und der Schmierbedingungen auf die Matrizenlebensdauer berücksichtigt werden.
4. Wärmebehandlung von heißen Extrusionswerkzeugen und mittleren und kleinen maschinellen Schmiedewerkzeugen
Der Herstellungsprozess dieser Art von Form ist im Allgemeinen:Stanzen*Schmieden, Vorwärmebehandlung*Bearbeitung und Umformung, Abschrecken, Anlassen und Endbearbeitung.
Nachfolgend werden die Prozesseigenschaften jedes thermischen Verarbeitungsprozesses analysiert.
(1) Der im Schmiedeprozess in Warmfließpressgesenken und mittelgroßen und kleinen maschinellen Schmiedegesenken verwendete Stahl ist größtenteils hochlegierter Stahl, daher muss der Gesenkrohling gut geschmiedet sein, insbesondere der Warmarbeitsgesenkstahl, der Aluminium enthält. Achten Sie auf die Kontrolle der Schmiedeerwärmungstemperatur und der Haltezeit, um ein vorzeitiges Versagen des Gesenks durch starke Entkohlung zu vermeiden.
(2)Vorbereitende Wärmebehandlung
1) Glühen. Der Glühprozess von Warmfließpresswerkzeugen für mittlere und kleine Maschinenschmiedegesenke hängt hauptsächlich von der richtigen Wahl der Glühtemperatur, der Aufrechterhaltung einer ausreichenden Haltezeit und der Abkühlung mit einer geeigneten Abkühlgeschwindigkeit ab. Um eine gute Verschleißfestigkeit zu gewährleisten, muss außerdem ein gewisser Anteil an Karbiden nach dem Abschrecken erhalten bleiben. Da die Form der Karbide einen großen Einfluss auf die Zähigkeit des Stahls hat, sollte auch auf die Form der Karbide nach dem Glühen geachtet werden. Generell ist es erwünscht, runde und feine Hartmetalle zu erhalten.
2) Anlassen bei hoher Temperatur. Um die mechanischen Eigenschaften (insbesondere Bruchzähigkeit) des geschmiedeten Rohlings zu verbessern, wird der Rohling häufig durch Abschrecken und Anlassen nach dem Schmieden vorbehandelt. Bei dieser Wärmebehandlungsmethode wird der geschmiedete Formrohling zum Abschrecken auf eine hohe Temperatur erhitzt und dann bei hoher Temperatur angelassen.
Nach dieser Behandlung können die Karbide gleichmäßig verteilt und rund und klein geformt sein, was nicht nur die Eigenschaften des Stahls verbessert, sondern auch den Vorbehandlungszyklus verkürzt. Die Abschreckwärmetemperatur für die Abschreck- und Anlassbehandlung kann je nach Stahltyp bestimmt werden, wie z3Cr3Mo3 W2V-Stahl hat eine Temperatur von 120090, was der herkömmlichen Abschrecktemperatur ähnelt. Die Hochtemperatur-Anlasstemperatur liegt im Allgemeinen zwischen 700 und 750 °C.
3) Nach dem Schmieden normalisieren. Bei Formrohlingen mit offensichtlichen intergranularen Kettenkarbiden nach dem Schmieden müssen diese durch Normalisieren vor dem Sphäroidglühen entfernt werden. Denn diese Art von Kettenkarbid lässt sich durch direktes Glühen nur schwer entfernen.
4) Abschrecken und Anlassen Bei häufig verwendeten Warmfließpress-Gesenkstählen sowie Gesenkstählen für mittlere und kleine Maschinenschmieden kommt es bei der Auswahl der Abschrecktemperatur vor allem auf die Größe der Austenitkorngröße und den Grad der Schlagzähigkeit an. Zweitens müssen auch die Leistungsanforderungen der Arbeitsbedingungen, der Strukturform und der Fehlerart der Form berücksichtigt werden.
Bei der Auswahl der Glühhaltezeit geht es vor allem darum, die Strukturumwandlung abzuschließen und die Kohlenstoff- und Legierungselemente vollständig aufzulösen, um eine hohe Anlassbeständigkeit und Warmhärte sicherzustellen. Der Abschreckhaltezeitkoeffizient wird im Allgemeinen für einen Salzbadofen verwendet.0,5-1 min/mm, je kleiner die Größe, desto größer der Koeffizient.
Warmfließpress-Gesenkstahl und Stahl für mittlere und kleine Maschinenschmiedegesenke sind hochlegierte Stähle mit guter Härtbarkeit. Zur Abschreckkühlung kann Ölkühlung oder Luftkühlung eingesetzt werden. Für Formen, die eine geringe Verformung erfordern, kann auch isothermes Abschrecken oder abgestuftes Abschrecken eingesetzt werden. Die Korrektheit des Temperierungsprozesses spielt eine wichtige Rolle für die Fehlerart der Form. Das Prinzip der Auswahl der Anlasstemperatur besteht darin, die Härte der Form so weit wie möglich zu erhöhen, ohne die Fähigkeit der Form, Sprödbruch zu widerstehen, zu beeinträchtigen. Dies erfordert die Bestimmung der Temperierungsparameter entsprechend der spezifischen Fehlerart der Form. Die abgeschreckte Form sollte so schnell wie möglich temperiert werden, insbesondere die Form mit komplexer Form. Wenn die Oberflächentemperatur der Form niedriger ist alsBei 80℃ muss eine Temperung erfolgen. Um die Entstehung von Eigenspannungen zu vermeiden, sollte das Anlassen, Erhitzen und Abkühlen langsam erfolgen. Das Anlassen wird im Allgemeinen zweimal durchgeführt, und die Anlasszeit kann mit 3 Minuten/mm berechnet werden, sollte jedoch nicht weniger als 2 Stunden betragen. Die zweite Anlasstemperatur kann 10–20 °C niedriger sein als beim ersten Mal.
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