RU77281U1

RU77281U1 - STAMP FOR HOT FORMING OF WHEEL Billets

Info

Publication number: RU77281U1
Application number: RU2008112724/22U
Authority: RU
Inventors: Людмила Вячеславна Брусенцева; Вадим Юрьевич Теплов; Александр Федорович Зудов; Владимир Александрович Коротков; Вячеслав Николаевич Максимов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Нижнетагильский металлургический комбинат" (ОАО "НТМК")
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2008-10-20

Abstract

Полезная модель относится к области черной металлургии, а именно к литейному производству и термической обработке деформирующего и формообразующего штампового инструмента и может быть использована на предприятиях, применяющих штампы для горячего деформирования, например колесной заготовки.The utility model relates to the field of ferrous metallurgy, namely to foundry and heat treatment of deforming and forming die tools and can be used in enterprises using dies for hot deformation, for example, wheel billets.

Технической результатом полезной модели является повышение эксплуатационной стойкости штампов.The technical result of the utility model is to increase the operational durability of the dies.

Технический результат достигается тем, что штамп, согласно полезной модели, проходит термическую обработку с нагревом до температуры 840...860°С и последующим замедленным охлаждением на открытом воздухе с достижением твердости HRC 27...34.The technical result is achieved by the fact that the stamp, according to a utility model, undergoes heat treatment with heating to a temperature of 840 ... 860 ° C and subsequent delayed cooling in the open air to achieve a hardness of HRC 27 ... 34.

Description

Предполагаемая полезная модель относится к области черной металлургии, а именно к литейному производству и термической обработке деформирующего и формообразующего штампового инструмента и может быть использована на предприятиях, применяющих штампы для горячего деформирования, например колесной заготовки.The proposed utility model relates to the field of ferrous metallurgy, namely to foundry and heat treatment of deforming and forming die tools and can be used in enterprises using dies for hot deformation, such as wheel billets.

Известен способ термической обработки штампов и пресс-форм, при котором изделие нагревают до температуры закалки (1070°С), затем интенсивно охлаждают поверхность струей газа в течение 0,4-2 мин., что обеспечивает закалку поверхностного слоя на глубину 2-5 мм. Охлаждение прекращают, температура поверхности повышается до 580-620°С, после паузы в 1 мин. осуществлялось повторное охлаждение поверхности до 50-100°С, затем образец вновь нагревался до 1070°С, цикл поверхностной термообработки повторялся. Окончательная обработка состояла из закалки с температурой 1070°С в масло и отпуска при 590°С в течение 2-х час. Длительность обработки уменьшается в 1,6-2,5 раза, энергетические затраты снижаются в 1,8-2,6 раза при сохранении уровня износостойкости [1].There is a method of heat treatment of dies and molds, in which the product is heated to a hardening temperature (1070 ° C), then the surface is intensively cooled with a gas stream for 0.4-2 minutes, which ensures hardening of the surface layer to a depth of 2-5 mm . Cooling is stopped, the surface temperature rises to 580-620 ° C, after a pause of 1 min. the surface was re-cooled to 50-100 ° С, then the sample was again heated to 1070 ° С, the surface heat treatment cycle was repeated. The final treatment consisted of quenching with a temperature of 1070 ° C in oil and tempering at 590 ° C for 2 hours. The processing time decreases by 1.6-2.5 times, energy costs are reduced by 1.8-2.6 times while maintaining the level of wear resistance [1].

Известен способ термической обработки молотовых штампов, когда подогрев, нагрев и выдержка при отпуске осуществляется для штампа высотой 250 мм следующим образом: закаленные штампы помещают в печь для отпуска, нагретую до 300°С, нагревают 2 час. при подогреве, затем еще 4 час. до температуры выдержки и выдерживают 2 час. [2].A known method of heat treatment of hammer dies, when heating, heating and holding during tempering is carried out for a stamp with a height of 250 mm as follows: hardened dies are placed in a furnace for tempering, heated to 300 ° C, heated for 2 hours. when heated, then another 4 hours. to holding temperature and incubated for 2 hours. [2].

Известен способ термоциклической обработки стали, включающий многократный нагрев выше A_cl, на 30-50°С, подстуживание на воздухе до температуры ниже A_cl на 30-50°С, снова нагрев выше A_cl на 30-70°С, охлаждение в воде, после которого осуществляют отпуск при 450-500°С для снятия внутренних напряжений [3].A known method of thermocyclic processing of steel, including multiple heating above A _cl , at 30-50 ° C, stirring in air to a temperature below A _cl at 30-50 ° C, again heating above A _cl at 30-70 ° C, cooling in water , after which vacation is carried out at 450-500 ° C to relieve internal stresses [3].

Недостатками данных способов является то, что повышение пластичности стали не сопровождается необходимым уровнем ее прочностных свойств, а также достаточная трудоемкость и длительность способов, так как для его осуществления необходимо проведение многократного нагрева и охлаждения, что неизбежно приводит к The disadvantages of these methods is that the increase in ductility of steel is not accompanied by the necessary level of its strength properties, as well as the sufficient complexity and duration of the methods, since its implementation requires repeated heating and cooling, which inevitably leads to

окислению поверхности изделия и образованию окалины вследствие проведения всего процесса термообработки на воздухе.oxidation of the surface of the product and the formation of scale due to the entire process of heat treatment in air.

Известен также способ термической обработки молотовых штампов, когда процесс отпуска осуществляется в одной и той же печи, где эти штампы нагревались и под закалку, а длительность нагрева при отпуске сокращается за счет аккумулированного кладкой (остаточного от нагрева под закалку) тепла, передаваемого нагреваемым закаленным штампам более интенсивно и равномерно, что для штампа высотой 250 мм производится следующим образом: подогрев до температуры 400°С в течение 0,75 час. (не менее), нагрев до температуры 420°С и выдержка не менее 1,5 час., а всего 3 час [4].There is also known a method of heat treatment of hammer dies, when the tempering process is carried out in the same furnace, where these dies were heated and quenched, and the duration of heating during tempering is reduced due to the accumulated masonry (residual from quenching heating) heat transferred to the heated quenched dies more intensively and evenly, which is done for a stamp with a height of 250 mm as follows: heating to a temperature of 400 ° C for 0.75 hours. (not less), heating to a temperature of 420 ° C and holding for at least 1.5 hours, and only 3 hours [4].

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является штамповый инструмент с режущими кромками из штамповой стали, прошедшими объемную закалку и отпуск в интервале от 200-550°С, режущие кромки выполнены с дополнительной закалкой плазменной дугой при токе в интервале от 60 до 90 А с последующим отпуском при температуре 200-300°С.The closest technical solution to the proposed one is a stamping tool with cutting edges made of stamped steel that have undergone volume hardening and tempering in the range from 200-550 ° C, cutting edges are made with additional hardening by a plasma arc at a current in the range from 60 to 90 A with subsequent tempering at a temperature of 200-300 ° C.

Известные способы термической обработки имеют ряд недостатков, в частности аустенизация штампового инструмента не связана с условиями насыщенности, моделирующими реально длительные выдержки под закалку реальных сечений. Высокая твердость (45 HRC и более) не всегда способствует достижению удовлетворительной пластичности и ударной вязкости.Known methods of heat treatment have a number of disadvantages, in particular, austenization of a punch tool is not associated with saturation conditions simulating really long shutter speeds for hardening real sections. High hardness (45 HRC or more) does not always contribute to satisfactory ductility and toughness.

Техническим результатом полезной модели является повышение эксплуатационной стойкости штампов.The technical result of the utility model is to increase the operational durability of the dies.

Получение штампов с предлагаемыми параметрами твердости позволяет сохранить вязкость при снижении твердости за счет процесса взаимного растворения - выделения между ферритокарбидной смесью и аустенитом, способствующего получению благоприятного структурного Obtaining dies with the proposed parameters of hardness allows you to maintain viscosity while reducing hardness due to the process of mutual dissolution - the allocation between the ferritocarbide mixture and austenite, which contributes to a favorable structural

состояния в конечной структуре стали.states in the final structure of steel.

Для изготовления штамповой оснастки широко применяют стали Х12М, Х12Ф1, 5ХНМ и др. Присутствие в структуре этих сталей большого количества карбидов обеспечивает с одной стороны, высокую износостойкость штампов, а с другой - приводит к заниженной ударной вязкости.For the manufacture of die tooling, Kh12M, Kh12F1, 5KhNM and other steels are widely used. The presence of a large number of carbides in the structure of these steels provides, on the one hand, high wear resistance of the dies, and on the other, leads to an underestimated impact strength.

Большое количество в стали легирующих компонентов создает устойчивые к растворению карбиды. Увеличение температуры закалки выше A_c+170°С для большего растворения карбидов и получения нужной твердости мартенсита приводит к увеличению размеров зерен в стали, следствием чего становится снижение пластичности и ударной вязкости.A large amount of alloying components in steel creates carbides that are resistant to dissolution. An increase in the quenching temperature above A _c + 170 ° С for greater dissolution of carbides and obtaining the desired hardness of martensite leads to an increase in grain sizes in steel, which results in a decrease in ductility and toughness.

Понижение степени легирования аустенита всегда приводит к снижению его устойчивости - к более быстрому и полному распаду.A decrease in the degree of doping of austenite always leads to a decrease in its stability - to faster and more complete decay.

Частичное снижение твердости при сохранении высокого уровня ударной вязкости позволяет повысить эксплуатационную стойкость штампов горячего деформирования.A partial decrease in hardness while maintaining a high level of toughness can increase the operational resistance of hot deformation dies.

Штамп требует нестандартного подхода к выбору режимов как предварительной, так и окончательной термической обработки. Конкретные режимы термообработки зависят от многих факторов: химического состава стали, формы и массы отливок, а также от требований, предъявляемых к свойствам штампового инструмента в зависимости от условий эксплуатации конкретного штампа.The stamp requires a non-standard approach to the choice of modes of both preliminary and final heat treatment. The specific heat treatment conditions depend on many factors: the chemical composition of the steel, the shape and weight of the castings, as well as the requirements for the properties of a stamping tool depending on the operating conditions of a particular stamp.

Термообработанные по принятым на производстве режимам, кованные штампы [5] имеют достаточно высокую (44-46 HRC) твердость, что затрудняет их дальнейшую обработку резанием из-за крупнозернистой структуры.. Для получения более дисперсной структуры, снижения твердости и, следовательно, улучшения обрабатываемости штампы подвергали перекристаллизации с нагревом до температуры выше A_cl на 10-40°С (в среднем до 850°С), охлаждению до 600°С в открытой печи примерно в течении 1 час. и с последующей выдержкой на открытом воздухе до комнатной температуры.Heat-treated according to the accepted production conditions, forged dies [5] have a sufficiently high hardness (44-46 HRC), which complicates their further processing by cutting due to the coarse-grained structure .. To obtain a more dispersed structure, reduce hardness and, therefore, improve workability the dies were subjected to recrystallization with heating to a temperature above A _{cl of} 10-40 ° C (average to 850 ° C), cooling to 600 ° C in an open furnace for about 1 hour. and followed by exposure in the open to room temperature.

Такая изотермическая выдержка при температуре, которая несколько ниже первой критической способствует коагуляции карбидных фаз, выделившихся по границам зерен при охлаждении. В результате такой предварительной термообработки твердость штамповой стали снижается до 27-34 HRC и измельчается зерно до 8...9 балла.Such isothermal exposure at a temperature that is slightly lower than the first critical one contributes to the coagulation of carbide phases precipitated along the grain boundaries upon cooling. As a result of such preliminary heat treatment, the hardness of stamped steel decreases to 27-34 HRC and the grain is crushed to 8 ... 9 points.

Установлено, что более высокий по сравнению с литой сталью аналогичного состава нагрев под закалку способствует более полному переходу в твердый раствор первичных карбидов и последующему получению обогащенного легирующими элементами мартенсита, что положительно сказывается на механических и технологических свойствах. Повышается ударная вязкость, снижается доля хрупкого разрушения в изломах образцов, а также повышается отпускоустойчивость.It has been established that higher quenching heating compared to cast steel of a similar composition facilitates a more complete transition to the primary carbide solid solution and subsequent production of martensite enriched with alloying elements, which positively affects the mechanical and technological properties. The toughness increases, the proportion of brittle fracture in the fractures of the samples decreases, and the tempering resistance also increases.

В последнее время для улучшения структуры сталей и других сплавов, повышения их механических свойств, разрабатываются различные виды обработки металлов, основанные на использовании циклических тепловых воздействий, получивших название термоциклической.Recently, to improve the structure of steels and other alloys, to increase their mechanical properties, various types of metal processing are being developed based on the use of cyclic thermal effects, called thermocyclic.

Необходимые параметры твердости в штампах для формовки железнодорожных колес достигают следующим образом.The required hardness parameters in the dies for molding railway wheels are as follows.

ПримерExample

Изготовленные из стали 5ХНМ штампы помещали в закалочную печь и подвергали нагреву в течении 2,5 час. до температуры 850°С со скоростью 5-15 град./ мин. После чего выдерживали при этой температуре в течении 3-х часов в закрытой печи, далее штамп подстуживали до температуры 600°С в открытой печи в течении 1 час., а затем охлаждали на открытом воздухе до достижения комнатной температуры.The dies made from 5XHM steel were placed in a quenching furnace and heated for 2.5 hours. to a temperature of 850 ° C at a speed of 5-15 degrees / min. Then they were kept at this temperature for 3 hours in a closed furnace, then the stamp was cooled to a temperature of 600 ° C in an open furnace for 1 hour, and then cooled in the open air until it reached room temperature.

Для получения сравнительных данных параллельно проводили термическую обработку по стандартной технологии: закалка при 1030°С плюс отпуск при 200°С [5].To obtain comparative data, heat treatment was simultaneously performed according to standard technology: quenching at 1030 ° С plus tempering at 200 ° С [5].

Пример использования штампа-прототипаAn example of using a prototype stamp

Изготовленные из стали Х12М штампы подвергали четырехкратному нагреву до температуры 880°С со скоростью 250-350°С/ мин. в расплаве хлористых солей и охлаждению до температуры 590°С путем переноса во второй расплав хлористых солей. После четвертого нагрева до температуры 880°С штампы охлаждали в масле (проводили закалку) и проводили отпуск при 200°С.The dies made of X12M steel were four times heated to a temperature of 880 ° C at a rate of 250-350 ° C / min. in a melt of chloride salts and cooling to a temperature of 590 ° C by transferring chloride salts to the second melt. After the fourth heating to a temperature of 880 ° C, the dies were cooled in oil (quenched) and tempering was carried out at 200 ° C.

Результаты исследований приведены в таблице №1.The research results are shown in table No. 1.

Как видно из таблицы, использование штампов с термозакаленной поверхностью по предлагаемому техническому решению позволяет повысить ударную вязкость с 35 до 67 Дж/см² для стали Х12М и с 39 до 75 Дж/см² для стали 5ХНМ при твердости равной соответственно 32 As can be seen from the table, the use of dies with a heat-sealed surface according to the proposed technical solution allows to increase the impact strength from 35 to 67 J / cm ² for steel X12M and from 39 to 75 J / cm ² for steel 5XHM with a hardness equal to 32

и 34 HRC, а также повысить твердость и прочностные свойства стали при сохранении ударной вязкости и снизить длительность процесса по сравнению с термоциклической обработкой по режиму известного способа-прототипа.and 34 HRC, as well as to increase the hardness and strength properties of steel while maintaining toughness and reduce the duration of the process compared to thermocyclic processing according to the mode of the known prototype method.

Улучшение комплекса механических свойств позволяет повысить эксплуатационную стойкость штампового инструмента, особенно испытывающего большие динамические нагрузки.Improving the complex of mechanical properties allows to increase the operational stability of the punch tool, especially experiencing high dynamic loads.

Стойкость штампов из стали 5ХНМ увеличилась на 20% (с 373 до 451 прессований).The resistance of 5XHM steel dies increased by 20% (from 373 to 451 pressings).

Таким образом, предлагаемое техническое решение полностью выполняет достижение технического результата.Thus, the proposed technical solution fully fulfills the achievement of the technical result.

Источники информацииInformation sources

1. А.с. №1301857, кл. C21D 9/22, опубл. 07.04.1987, БИ №13.1. A.S. No. 1301857, class C21D 9/22, publ. 04/07/1987, BI No. 13.

2. Патент ПНР №91543, 1979.2. Patent Poland No. 91543, 1979.

3. А.с. №1379322, кл. C21D 1/78, опубл. 07.03.1088 г.3. A.S. No. 1379322, cl. C21D 1/78, publ. 03/07/108888

4. А.с. №1765210, кл. C21D 1/78, 1988.4. A.S. No. 1765210, class C21D 1/78, 1988.

5. Башнин Ю.А., Ушаков Б.К. и др. Технология термической обработки стали., М.: Металлургия, 1986, с. 364-3725. Bashnin Yu.A., Ushakov B.K. et al. Technology of heat treatment of steel., M .: Metallurgy, 1986, p. 364-372

6. Полезная модель №51915, кл. B21D 22/02, опубл. 10.03.2006, БИ№76. Utility model No. 51915, class. B21D 22/02, publ. 03/10/2006, BI№7

Штамп для горячей формовки колесной заготовкиHot stamping wheel blank

Механические свойства штампов после термообработки по предлагаемому способу и способу-прототипуThe mechanical properties of the dies after heat treatment according to the proposed method and the prototype method

Таблица №1 Table number 1 Вид термообработки Type of heat treatment Марка стали steel grade Твердость, HRCHardness HRC Ударная вязкость, КС, Дж/см² Impact strength, COP, J / cm ² Стойкость штампов, (кол-во прессований)Resistance of stamps, (number of pressings) Закалка и отпуск (традиционный способ) Quenching and vacation (traditional way) Х12МX12M 4646 3535 365365 5ХНМ5XHM 4444 3939 373373 Термическая обработка (предлагаемый вариант) Heat treatment (proposed option) Х12МX12M 3232 6767 430430 5ХНМ5XHM 3434 7575 451451 Термоциклическая
обработка (прототип) Thermocyclic
processing (prototype) Х12М
5ХНМX12M
5XHM 43
4543
45 57
6557
65 390
373390
373

Claims

A stamp for hot forming of a wheel billet, comprising a die-cast steel base, characterized in that it underwent heat treatment with heating to a temperature of 840 ... 860 ° C and subsequent delayed cooling in the open air to achieve a hardness of HRC 27 ... 34.