Ізотермічне штампування

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра фізичного матеріалознавства

Реферат

на тему: “Ізотермічне штампування ”

Виконала студ. гр. ІФ-211 Концур О.О.

Прийняв Грабовський В. Я.

2015

ВСТУП

При гарячій обробці тиском високолегованих жароміцних сталей і стопів важливо правильно обрати оптимальну температуру нагрівання, оскільки при високих температурах поблизу верхнього інтервалу кування відбувається інтенсивне зростання зерен внаслідок активного розвитку збиральної рекристалізації.

Жароміцні високолеговані сталі і стопи на нікельовій основі є складнолегованими, що знижує їх технологічну пластичність при об'ємному гарячому штампуванні. Отримання з цих матеріалів поковок з необхідними механічними і іншими властивостями можливо лише за наявності в поковках рівномірної структури з оптимальною величиною зерна.

При штампуванні високолегованих жароміцних сталей і стопів в зонах утрудненої деформації в результаті неодноразових критичних деформацій і нагрівів створюються умови для зростання зерен великих розмірів, що неприпустимо, оскільки формування в поковках такої структури супроводжується різким зниженням властивостей міцності і пластичності.

Таким чином, якість процесу гарячої деформації жароміцних сталей та стопів залежить від правильного вибору і дотримань таких параметрів термомеханічного режиму формозміни, як температура, швидкість і величина деформації. В звичайних умовах деформації дуже складно підтримувати

оптимальний режим гарячої обробки тиском з-за неминучого охолодження нагрітої заготовки при перенесенні її від печі до деформуючого обладнання, укладання в інструмент і подальшої деформації. При охолодженні заготовки підвищуються опір деформації штампованого металу, зростають зусилля і робота деформації. Так, при деформації титанового стопу ВТ5 зниження температури штампування з 900 до 800°С потребує підвищення необхідного зусилля штампування з 200 до 400 Н/мм2. Одночасно виникає неоднорідність температурного поля і характеристик міцності в об'ємі заготовки, що призводить до нерівномірної течії і пониження пластичності металу. Інтенсивність охолодження заготовки тим більше, чим більше відношення її поверхні до об'єму. Великі труднощі виникають при штампуванні деталей з тонким і широким полотном, з вузькими і високими ребрами.

З метою компенсації охолодження заготовки її нагрівають до більш високої температури, ніж потрібно для деформації. При цьому підвищується інтенсивність взаємодії металу з навколишнім середовищем: окалиноутворення, збіднення поверхневого шару легувальними елементами, насичення шкідливими домішками.

Для підтримання температури заготовки можуть використовуватись такі заходи, як підігрів штампу, застосування скляних і металевих покриттів заготовок, використання спеціальних касет для перенесення нагрітої заготовки від печі до пресу, вбудовування нагрівачів в деформуючий агрегат.

1. СУТНІСТЬ ТА ПЕРЕВАГИ ІЗОТЕРМІЧНОГО ШТАМПУВАННЯ

ізотермічний штампування деформація

Найбільш ефективним засобом зменшення відведення теплоти від нагрітої заготовки при гарячій обробці жароміцних стопів тиском є нагрівання штампового інструменту. Підвищення температури нагріву штампів сприяє зниженню зусилля деформації, збільшує однорідність деформації і покращує затікання металу у вузькі порожнини штампу.

Якнайкращі умови досягаються при нагріванні інструменту до температури деформації. В цьому випадку охолодження нагрітої заготовки в процесі деформації виключається, і умови деформації можна вважати близькими до ізотермічних.

Для ізотермічного штампування, найчастіше, використовуються гідравлічні преси із змінною в процесі деформації швидкістю плунжера. В ізотермічних умовах швидкість деформації може бути скільки завгодно малою, і нижня границя швидкості обмежена тільки продуктивністю процесу. Зниження швидкості деформації у поєднанні з відсутністю охолодження заготовки дозволяє проводити штампування при значно меншому опорі металу деформації, ніж при звичайному штампуванні.

Важлива перевага ізотермічної деформації полягає у підвищенні пластичності матеріалу, що пов'язано з більш повним знеміцненням, а також «заліковуванням» мікротріщин внаслідок дифузії в металі при знижених швидкостях деформації.

Зниження зусилля деформації при ізотермічному штампуванні є також наслідком більш рівномірної деформації і збільшення ефективності мастила. При цьому вплив кожного з вказаних чинників залежить від конфігурації деталі, її матеріалу, умов деформації і таке інше. В окремих випадках зусилля ізотермічного штампування може бути у декілька разів менше зусилля, необхідного для звичайної деформації.

Зниження контактного тертя у поєднанні з однорідністю температурного поля заготовки сприяє також різкому підвищенню рівномірності деформації. Різниця в характері деформації особливо помітна при штампуванні деталей з великим відношенням площі поверхні до об'єму.

Після ізотермічного штампування досягається краща точність заготовок в результаті зменьшения пружних деформацій системи пресс-штамп, зменшення коливань температури деформації і більшої стабільності геометричних розмірів штампованих заготовок, зниження або відсутності залишкових напружень поковки, зменшення товщини дефектного шару і покращення якості поверхні штампованої заготовки.

Вказані особливості ізотермічної штамповки обумовлюють наступні технологічні і техніко-економічні переваги:

- можливість штампування деталей складної форми з тонкими полотнами і ребрами, виступами і порожнинами, різкими перепадами перетинів, вертикальними стінками і іншими елементами, отримання яких при звичайному штампуванні неможливе або утруднене;

- усунення обмежень за допустим ступенім деформації за один перехід;

- зниження напуску, допусків, можливість підвищення геометричної точності штампованих заготовок до такого ступеня, який забезпечується обробкою різанням; зниження у зв'язку з цим маси штампованої заготовки;

- зниження об'ємів наступної обробки різанням;

- зниження витрати металу і підвищення коефіцієнта його використання;

- зниження зносу штампів і підвищення їх стійкості.

2. ОБЛАДНАННЯ ТА ІНСТРУМЕНТ ДЛЯ ІЗОТЕРМІЧНОГО ШТАМПУВАННЯ

Специфіка гарячої деформації в ізотермічних умовах висуває особливі вимоги до конструкції і матеріалів штампового оснащення і деформуючого обладнання. Для практичного здійснення ізотермічного штампування необхідно забезпечити:

- нагрівання інструменту до високої температури, підтримку постійної температури в процесі штампування;

- працездатність штампового оснащення в умовах тривалого нагрівання до температури деформації;

- надійну теплоізоляцію робочих частин преса і навколишнього простору від нагрітого до високої температури інструменту.

Принципова схема штампового блоку для ізотермічного штампування показана на рис. 1.

Рисунок 1. - Принципова схема штампового блоку для ізотермічного штампування

Ніжній 1 і верхній 3 штампи кріпляться відповідно до штампотримачів 13 і 4, які зв'язані через теплоізоляцію 11 і 5 з опорними плитами 9 і 6. Штамповий блок забезпечений теплоізоляційним захистом, виконаним у вигляді двох кожухів: нижнього нерухомого 10 і верхнього рухомого 7. Кожух 7 при відході повзуна вгору не виходить з кожуха 10, так що теплоізоляція робочої зони не порушується. Штампи нагріваються, наприклад, за допомогою індукторів 12, а завантаження і вивантаження заготовок 2 проводиться через спеціальне вікно 8, виконане в кожусі 10.

Для ізотермичного штампування, як базове обладнання, використовується гідравлічний прес.

Матеріал інструментів для ізотермічного штампування (штампів) повинен володіти при температурі деформації певним запасом міцності в порівнянні з міцністю стопу, який деформується, стабільно працювати при тривалому перебуванні в умовах високої температури та протистояти окисленню.

Основним показником працездатності штампового інструменту для ізотермічного штампування є відношення границі текучості матеріалу штампу до границі плинності стопу при температурі деформації. Якщо це відношення більше трьох, то висока стійкість штампу гарантується навіть при штампуванні заготовок складної форми. Останнє пояснюється тим, що питомі зусилля, які виникають при ізотермічній деформації складних деталей, не більше ніж в 3 рази вище за границю плинності стопу, який деформується. Оскільки границя плинності стопу, що деформується, є функція швидкості деформації, то для кожного матеріалу шляхом зниження швидкості деформації можна підібрати такий режим обробки, при якому умова запасу міцності виконується. Зрозуміло, що відношення границі плинності штампового матеріалу до границі плинності оброблюваного стопу залежить від марки останнього і температури деформації.

В багатьох випадках умови роботи штампового матеріалу при ізотермічному штампуванні більш легкі в порівнянні з деформацією в звичайних умовах. Наприклад, при звичайному штампуванні деталей з тонким і широким полотном, з вузькими і високими ребрами охолодження металу призводить до збільшення питомого зусилля деформації, що досягає в окремих ділянках штампу 1200-1500 МПа; при цьому відношення границі текучості штампового матеріалу до питомого зусилля штампування буде менше двох.

В ізотермічних умовах змінюється характер зносу штампу. Практично відсутнє характерне для звичайного штампування розмивання гравюри. При штампуванні в звичайних умовах температура поверхні інструменту підвищується не тільки з-за контакту з нагрітою заготовкою, але також і в результаті тепловиділення на межі між металом і інструментом, особливо при високих швидкостях деформації і великому коефіцієнті контактного тертя. При цьому практично вся виділена на межі теплота йде на нагрівання штампу, холоднішого в порівнянні із заготовкою. В результаті температура в приконтактной зоні штампу може перевищувати температуру відпуску штампової сталі, що призводить до інтенсивного зносу штампу. В ізотермічних умовах тепловиділення в контактнійі зоні різко знижується з-за зменшення швидкості деформації та коефіцієнта контактного тертя при застосуванні скляного мастила і меншого опору деформації штампованого стопу. Крім того, теплота, що виділяється на межі, рівномірно розподіляється між заготовкою і штампом, що мають однакову початкову температуру.

Відсутність помітних теплових коливань при ізотермічному штампуванні запобігає появі тріщин розпалу. Необхідність реставрації штампів виникає, як правило, із-за просіданням гравюри. Встановлено, що після 400--500 циклів штампування просідання не перевищує 0,1--0,15 мм. В процесі штампування структура ливарного штампу після відновлення ущільнюється, що збільшує стійкість інструменту .

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Гессингер Г.Х. Порошковая металлургия жаропрочных сплавов. - Челябинск: Металлургия, 1988. - 318с.

2. Кипарисов С.С., Падалко О.В. Оборудование предприятий порошковой металлургии. - М.: Металлургия, 1988. - 447с.

3. Карпинос Д.М., Тучинский Л.И., Вишняков Л.Р. Новые композиционные материалы. - Киев: Вища школа, 1977. - 314с.

4. Купалова И.Н. Рекристаллизация и дисперсионное упрочнение металлов и сплавов. - К.: Наукова думка, 1969. - 123с.

Размещено на Allbest.ru