Способ высокотемпературной термомеханической обработки штамповой стали Советский патент 1981 года по МПК C21D8/00 C21D9/22 

(54) СПОСОБ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ТЕРМОтСХАРШЧЕСКбЙ ОБРАБОТКИ ШТАМПОВОЙ СТАЛИ

I

Изобретение относится к термомеханической обработке металлов давлением и может применяться в инструментально-штамповом производстве при изготовлении инструмента для горячей и холодной обработки м ёталлов давлением.

Известен способ получения стальных изделий, включающий нагрев заготовки до температуры выше точка Ас,выдерж- ... ку при этой температуре, деформацию, мгновенную закалку на мартенсит и отпуск р J

Однако при таком способе обработки стали успевают частично произойти рекристаллизационные процессы, а это приводит к снижению эффекта упрочнения полученного изделия в результате высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО) и, с; едователь- JQ но, к снижению механических и эксплуатационных свойств готового изделия.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является способ высокотемпературной термомеханической обработки стали, включающий нагрев заготовки до 7501000 С, упрочнение ее поверхности путем приложения импульсной нагрузки, закалку, повторный нагрев заготовки на 10-90 С вьше точки Асзс вьщержкой при этой температуре, пластическую деформацию и мгновенную закалку с последующим отпуском на заданную твердость 2 J.

Однако при изготовлении изделий по данному способу из-за повторного нагрева под пластическую деформацию до . температуры вьше точки 10-90 С и вьщержки 15 мин при этой температуре значительно снижается эффект упрочнения, полученный заготовкой от действия импульсной упрочняющей нагруэки. Этому способствуют процессы снятия искажений кристаллической решетки и уменьщения плотности дислокаций в {«езультате их аннигиля.ции. Кроме того, в процессе повторного нагрева выше точки ACjH выдержки при этой темпе эатуре, а также во время пластической деформации в заготовке протекают рекристаллизационные явления. Указанные эффекты отдыха возврата и рекристалпизации, протекающие в тонкой микр структуре сталей, обрабатываемых по указанному способу, также приводят к снижению физико-механических и эксплу тационных свойств готовых изделий. Двойной нагрев заготовки приводит к дополнительным затратам энергии и потерям металла на угар. Целью изобретения является повышение эксплуатационных свойств изделий и снижение трудоемкости процесса. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу высокотемператур ной термомеханической обработки штампобои стали, включающему импульсное нагружение при температуре аустенизации, горячую пластическую деформацию, закалку и отпуск, импульсное нагружение производят после горячей пластической деформации. Способ осуществляется следующим образом. Заготовку, предназначенную для деформации, например, закрытой штамповкой выдавливанием,, нагревают до температуры вьппе точки 10-90 С и выдерживают при этой температуре в зависимости от размеров поперечного сечения. Затем ее помещают в матрицу штампа и производят пластическую деформацию со степеням обжатия 45-90% за проход. В результате деформации по лучают поковку с плоским торцом. Для упрочнения полученной поковки ее подвергают импульсному воздействию,например, ударными волнами. Ударные волны могут быть получены либо путем локального взрыва заряда на торце поковки, либо за счет соударения ее торцовой поверхности с днищем формово ной полости матрицы. При этом ударные волны распространяются по всему телу поковки в виде областей возмуще ния, что приводит к уплотнению метал ла, вызывает дополнительное искажени параметров кристаллической решетки, способствует повышению плотности дис локаций по границам зерен и двойников. При этом энергия, поглощаемая материалом, обеспечивает устойчивост V -фазы при охлаждений. Если упрочнение ведется путем соу дарения торцовой поверхности поковки С днищем матрицы, то для обеспечения нергии, необходимой для упрочнения оковки после деформации, общую энер ию пуансона Е рассчитывают по форулеEH-EA-S, энергия, необходимая для пластическо11 деформации заготовки;энерхия, обеспечивающая f упрочнение поковки в момент завершения пластической деформации. Величину составляющей Е опредеяют, исходя из степени упрочнения, оторую должен получить материал покови после приложения ударного импульа. Интенсивность волн напряжений, проодящих по поковке I считается по форУ (J-pev, напряжение в волне, распро-. страняющегося по поковке; плотность деформируемого материала;скорость распространения упругой деформации по материалу поковки;скорость соударения плоского торца с дном матрицы. После упрочнения производят мгновенную закалку с последующим отпуском на заданную твердость. Пример. Для изготовления толкателя к штампу кривошипного горячештамповочного пресса цилиндрическую заготовку из стали 45ХЗВЗМФС диаметром 42 мм и высотой 40 мм после нагрева до 119СгС и выдержки при этой температуре в течение 30 мин устанавливают в матрицу штампа для закрытого . выдавливания. Пуа.нсону массой 7 кг сообщается начальная скорость V-, равная 104 м/с. В результате энергия пуансона перед соударением составляет г т( ЛГ IL . . Мо,7кК104м|с)1 37856 Д, На деформацию заготовки в заданных температурно-скоростных условиях необходимо затратить энергию, равную Eд-KeVM,240o. . 26544 ДЖ, где К - коэффициент, учитывающий КПД соударения; б - удельная деформации; V - смещенный объем заготовки. 5 Запас энергии, обеспечивающий при ложение упрочняющей импульсной нагру ки, составляет Еу 37856-26544 11312 Дж. Ci opocTb пуансона, обладающего таким запасом энергии, равна у . ШГг W, -7кг . А скорость переднего торца выдав ленного стержня в момент соударения с дном матрицы равна V XV-56 м/с.2,25 126 м/с где X степень вытяжки, равная о ношению площади сечения заготовки F к площади сеч ния выдавленного стержня т.е. х.А.А 2 25 2,8 При соударении плоского торца стержня с дном матрицы по стержню распространяк тся волны напряжений, интенсивность которых рассчитьшают по формуле (2) т.е. сГ 7800 кг/м%000 м/с -126 м/с 49,2- 10®н/м что приводит к упрочнению изделия. Твердость материала в результате деформации и последнего упрочнения равна 36-38 И Re. Сразу же после деформации проводят закалку в масло с последующим о пуском при , При этом твердост возрастает на стержневой части изде лия до 54-57 HRc и на рабочем торце до 60-63 HRc при балльности зерна 11-13 на боковой поверхности и 9-10 в центральиий ;)оне. Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет повысить механическую прочность на 35-45%jnoвысить ударную вязкость в 1,5-2 раза; увеличить износостойкость в 4-5 раз; снизить карбидную неоднородность на 2-3 балла; снизить трудоемкость и, соответственно, энергозатраты и поте рю металла на угар за счет применения однократного нагрева заготовки на 50% При этом стойкость готовых изделий, например выталкивателей и пуансонов, повышается в 13-15 раз. Формула изобретения Способ высокотемпературной термомеханнческой обработки штамповой стали, включающий импульсное нагружение при температуре аустенизации, горячую пластическую деформацию, закалку и отпуск, отлнчаюцийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных свойств и снижения трудоемкости процесса, импульсное нагруженне производят после горячей пластической деформации. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Бернштейн Н А. Термомеханическая обработка металлов и сплавов.М., Мащиностроеиие, т. 2, 1968, с, 695, 21 Авторское свидетельство .СССР 559972, кл. С 21 D 9/22, 1975,