Pagrindiniai terminio apdorojimo procesai maksimaliam formos tarnavimo laikui

TRUMPAI

Įrankių šiluminis apdorojimas yra kritiškai svarbus daugiapakopis metalurginis procesas, kurio tikslas pagerinti įrankių plienų mechanines savybes. Jis apima tikslią valdomo šildymo ir aušinimo ciklų seką, įskaitant pagrindinius etapus, tokius kaip atginimas, austenitizacija, gręžinėjimas ir atleidimas nuo įtempimo. Šio įrankių šiluminio apdorojimo proceso pagrindinis tikslas – pasiekti optimalų kietumą, didesnę stiprumą ir padidinti ilgaamžiškumą, užtikrinant, kad įrankis išlaikytų didžiules apkrovas gamybos operacijose, pvz., spaudime ir liejime.

Pagrindiniai šiluminio apdorojimo procesai paaiškinti

Įrankių plienų terminio apdorojimo supratimui reikia išsamiai panagrinėti specifines metalurgines transformacijas, vykstančias kiekviename etape. Kiekvienas procesas atlieka atskirą funkciją, kartu prisidedant prie formos ilgaamžiškumo ir galutinės našumo charakteristikos. Šie procesai nėra atskiri, o sudaro integruotą sistemą, kurios vieno etapo sėkmė priklauso nuo ankstesnio etapo tinkamo įgyvendinimo. Pagrindinis tikslas – kontroliuoti plieno mikrostruktūrą taip, kad būtų pasiekta kietumo, atsparumo ir stabilumo kombinacija, pritaikyta konkrečiai formos paskirčiai.

Kelionė prasideda procesais, skirtais paruošti plieną sukietinimui. Atpalaidavimas reikalauja plieno įkaitinimo iki tam tikros temperatūros, o po to labai lėtai jį aušinti, tai suminkština metalą, subtiliau perdirba grūdelių struktūrą ir pašalina vidinius įtempimus, atsiradusius ankstesniuose gamybos etapuose. Tai palengvina plieno apdorojimą ir paruošia jį vienodai reaguoti į vėlesnes kietinimo procedūras. Po to, Iš anksto šildymas yra svarbus žingsnis, siekiant sumažinti terminį šoką prieš plieną veikiant aukštoms kietinimui reikalingoms temperatūroms. Palaipsniui pakeliant įrankį iki tarpinės temperatūros (paprastai apie 1250 °F arba 675 °C), žymiai sumažėja deformacijos ar įtrūkimų rizika, ypač sudėtingos formos kalamoms formoms.

Kietinimo fazė pati savaime susideda iš dviejų svarbių žingsnių: austenitinimo ir aušinimo. Austenitinimas , arba aukštos temperatūros laikymas, yra procesas, kai plienas įkaista iki kritinės temperatūros (nuo 1450 °F iki 2375 °F, arba nuo 790 °C iki 1300 °C, priklausomai nuo lydinio), kad jo kristalinė struktūra būtų paversta austenitu. Laikas ir temperatūra turi būti tiksliai kontroliuojami, kad būtų ištirpinti karbido junginiai, bet nebūtų skatinamas pernelyg didelis grūdelių augimas. Iškart po to Minkštinimas reikia greitai aušinti plieną naudojant tokį rūgštį kaip aliejus, vanduo, oras ar inertinis dujas. Šis greitas aušinimas sučiumpa anglies atomus, pavertždama austenitą martensitu – labai kietu, tačiau trapia mikrostruktūra. Aušinimo terpės pasirinkimas yra labai svarbus ir priklauso nuo plieno kietinamumo.

Po aušinimo formos įrankis yra per trapias praktiniam naudojimui. Temperavimas yra paskutinis būtinas procesas, kurio metu sukietintas įrankis pakartotinai pašildomas iki žemesnės temperatūros (paprastai nuo 350 °F iki 1200 °F arba nuo 175 °C iki 650 °C) ir laikomas tam tikrą laiką. Šis procesas sumažina trapumą, pašalina kristizavimo įtempius ir pagerina atsparumą smūgiams, išlaikant didelę kietį. Daugelis aukštos lyginės legiruotos įrankinės plienų reikalauja kelių atkaitinimo ciklų, kad būtų užtikrinta visiška mikrostruktūrinė stabilumas. Susijęs procesas, Įtempčių mažinimas , gali būti atliekamas prieš galutinį apdirbimą arba po tokių procesų kaip EDM, siekiant pašalinti vidinius įtempimus, kurie kitaip galėtų sukelti iškraipymus eksploatuojant.

Žingsnis po žingsnio gidas į die šiluminio apdorojimo ciklą

Sėkminga formos terminis apdorojimas nėra atskirų procesų atlikimas izoliuotai, bet išsamiai suplanuotos sekos vykdymas. Kiekvienas žingsnis grindžiamas ankstesniuoju, ir bet koks nuokrypis gali pakenkti galutinei įrankio vientisumui. Tipiškas ciklas užtikrina palaipsniui ir kontroliuojamai plieno savybių transformaciją. Šiuolaikinis terminis apdorojimas dažnai atliekamas labai kontroliuojamoje aplinkoje, pavyzdžiui, vakuuminiuose krosnyse, siekiant išvengti paviršiaus užterštumo, tokio kaip oksidacija ir anglies praradimas.

Visas procesas reikalauja tikslumo ir ekspertizės, nes galutinė formos kokybė tiesiogiai veikia gamybos efektyvumą ir detalių kokybę. Pramonės šakoms, kurios priklauso nuo aukštos našumo įrankių, pvz., automobilių gamybai, šio ciklo valdymas yra būtinas. Pavyzdžiui, pirmaujantys pasirinktinių automobilių presavimo formų gamintojai, tokių kaip Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , pasitelkia gilų medžiagų mokslą ir terminį apdorojimą, kad gamintų komponentus, atitinkančius OEM ir Tier 1 tiekėjų griežtus reikalavimus. Jų sėkmė priklauso nuo tikslaus ciklo įgyvendinimo, pateikto toliau.

Visapusiškas terminio apdorojimo ciklas paprastai vyksta šiais tvarkos žingsniais:

1. Atkaitinimas (jei reikalinga): Kaip pagrindinis žingsnis, pradinis įrankių plienas atkaitinamas, kad būtų užtikrinta minkšta, įtempimais nepakrauta ir apdirbama būklė. Tai paruošia medžiagą vienodam sukietinimui ir yra būtina, jei plienas anksčiau buvo apdorotas ar suvirintas.
2. Įtempimų mažinimas (neprivaloma, bet rekomenduojama): Formoms su sudėtinga geometrija arba tiems, kurie po išsamios apdirbimo, atliekamas įtempimų mažinimo ciklas prieš sukietinant, kad vėlesniame procese būtų sumažintas iškraipymo pavojus.
3. Preliminis pašildymas: Forma lėtai ir tolygiai šildoma iki tarpinės temperatūros. Šis svarbus žingsnis užkerta kelią terminiam smūgiui, kai detalė perkeliama į aukštos temperatūros austenitizavimo krosnį, sumažinant deformacijos ar įtrūkimų riziką.
4. Austenitizavimas (aukšta temperatūra): Įrankis šildomas iki specifinės kietinimo temperatūros ir laikomas – arba „mirkomamas“ – tiek ilgai, kol visas jo skerspjūvis pasiekia vienodą temperatūrą ir virsta austenitu. Laikas ir temperatūra yra kritiniai kintamieji, kuriuos nulemia plieno rūšis.
5. Užšaldymas: Iškart po austenitizavimo forma greitai aušinama. Aušinimo būdas priklauso nuo plieno tipo; oru kietėjantys plienai gali būti aušinami ventiliatoriaus pūtimo arba aukšto slėgio inertiniu dujų srautu, o aluje kietėjantys plienai panardinami į valdomos temperatūros aliejaus vonią. Tikslas – pasiekti visiškai martensitinę struktūrą.
6. Atleidimas: Užgesintas įforminimo įrankis, dabar labai kietas, bet trapus, turi būti tuojau pat atleidžiamas, kad nebūtų įtrūkimų. Jis vėl pašildomas iki žymiai žemesnės temperatūros, kad būtų sumažinti įtempimai, sumažėtų trapumas ir pasiektas galutinis pageidaujamas kietumo ir atsparumo derinys. Aukštos kokybės legiruotiesiems plienams dažnai reikia dviejų ar net trijų atleidimo ciklų, kad būtų užtikrinta visiškai metalurginė stabilumas.

Išplėstiniai apsvarstymai dideliems ir gigantiškiems įforminimo įrankiams

Nors pagrindiniai šilumos apdorojimo principai taikomi visoms formoms, su dydžiu iššūkiai žymiai didėja. Didieji sūkuriai, ypač "Giga Dies", naudojami šiuolaikinėje automobilių gamyboje, kad būtų galima išmesti didelius konstrukcinius komponentus, kelia unikalių metalurgijos kliūčių. Dėl didelio skerspjūvio labai sunku vienodą šildymo ir aušinimo sistemą, todėl kyla pavojus, kad jis gali būti šilumos gradientas, vidinis stresas, iškraipymas ir netobulas kietėjimas. Šioms programoms standartinės procedūros dažnai nepakankamos, todėl norint užtikrinti sėkmę, reikia specializuotos įrangos ir modifikuotų procesų.

Vienas iš pagrindinių iššūkių yra pasiekti nuoseklią aušinimo greitį visą die metu. Plokštė atvėsia daug greičiau nei branduolis, todėl gali atsirasti nevienodų mikrostruktūrų ir savybių. Siekiant išspręsti šį klausimą, geriausios pramonės praktikos, pavyzdžiui, Šiaurės Amerikos liejimo įtaiso asociacijos (NADCA) nustatytos, dažnai reikalauja naudoti pažangias vakuumines krosnes, kuriose įrengtos didelio slėgio dujų gesinimo sistemos (HPGQ). Šios sistemos naudoja inertines dujas, tokias kaip azotas ar argonas, dideliu slėgiu, kad efektyviau ir vienodiau išgautų šilumą nei ramus oras, užtikrinant kontroliuojamą užtemdymą, kuris sumažina iškraipymą, tuo pačiu pasiekiant reikiamą kietumą įrankio viduje.

Be to, didelių ir gigatrankių valcavimo procesai yra sudėtingesni. Dėl didžiulio vidaus įtampos, atsirandančios iššaldant tokią didelę masę, vien tik vieno įtempimo nepakanka. Giga matmenų atveju laikoma, kad standartinė praktika yra bent du karšinimo ciklai, o tarp kiekvieno ciklo matmenis atvėsinamas iki kambario temperatūros. Šis daugiastūkio metodas užtikrina visapusiškesnį likusio austenito transformavimą į stabilią, atšaldytą martensito struktūrą, kuri yra labai svarbi norint pasiekti reikiamą kietumą ir matmenų stabilumą. Šie pažangiai protokolai yra ne tik rekomendacijos, jie yra esminiai reikalavimai gaminti įrankius, kurie gali atlaikyti didelio masto liejimo operacijų ekstremalius spaudimus ir šilumos ciklus.

Dažnai užduodami klausimai apie šilumos apdorojimą

1. Kokie yra 4 šilumos apdorojimo procesų tipai?

Nors yra daug konkrečių procedūrų, keturi pagrindiniai šilumos apdorojimo procesų tipai paprastai laikomi iššvirkštimi, kietėjimu, atšvirkštimi ir streso mažinimu. Atšaldymas minkšta metalo, kietėjimas padidina jo stiprumą, karšinimas sumažina traukumą ir pagerina tvirtumą, o streso mažinimas pašalina vidaus įtampą, kurią sukelia gamybos procesai.

2. Išmokyti Kokia yra liejimo įmušimo šilumos apdorojimų trukmė?

Skaitmeninėje liejimo srityje šiluminis apdorojimas reiškia procesus, taikomus pačioms plieno liejimo arba formos dalims, o ne liejamoms dalims (kurias taip pat galima termiškai apdoroti). Tai siekiama pagerinti matmenų fizines ir mechanines savybes, tokias kaip kietumas, stiprumas ir atsparumas šilumos nuovargiui. Tai užtikrina, kad die gali atlaikyti aukštą spaudimą ir šiluminius šokus, kai kartojant lydinį metalą, maksimaliai padidėja jo eksploatacinis gyvavimo laikas.

3. Išmokyti. Kaip atšiauriamas plienas?

Kietinimo formos plieno procesas susideda iš dviejų pagrindinių etapų. Pirmasis – tai austenitinimas, kai plienas įkaista iki aukštos kritinės temperatūros (paprastai tarp 760–1300 °C arba 1400–2375 °F), kad būtų pakeista jo kristalinė struktūra. Tai nedelsiant seka grąžinimas, staigus aušinimas naudojant vandenį, aliejų ar orą. Šis greitas aušinimas užfiksuoja kietą martensitinę mikrostruktūrą, suteikdama plienui didelį stiprumą ir atsparumą dilimui.