Drei neue und verbesserte Wärmebehandlungsverfahren für Druckgussformen, sehr praktisch!

MetallDruckguss hatDie Merkmale sind hohe Produktionseffizienz, Einsparung von Rohstoffen, Reduzierung der Produktionskosten, gute Produktleistung und hohe Präzision und werden häufig in der Produktion eingesetzt.

Die Arbeitsfläche von Druckgussformen steht in direktem Kontakt mit flüssigem Metall und erträgt die Erosion und Erwärmung des unter hohem Druck und mit hoher Geschwindigkeit fließenden flüssigen Metalls. Nach der Entformung wird das Werkstück schnell abgekühlt. Daher sind thermische Ermüdungsrisse, thermischer Verschleiß und Schmelzkorrosion häufige Fehlerformen von Druckgussformen. Daher müssen Druckgussformen Kälte- und Heißermüdungsbeständigkeit, Festigkeit und Zähigkeit bei hohen Temperaturen sowie Beständigkeit gegen Erosion flüssiger Metalle aufweisen. Hohe Hitzebeständigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit, gute Oxidationsbeständigkeit, hohe Härtbarkeit und Verschleißfestigkeit.

Einführung in den Wärmebehandlungsprozess von Druckgussformen

Die Wärmebehandlung ist ein wichtiger Schritt zur Verbesserung der Lebensdauer von Druckgussformen. Die Untersuchung zeigt, dass Formbruchausfälle, die durch unsachgemäßen Wärmebehandlungsprozess oder -betrieb verursacht werden, etwa 60 % der Gesamtzahl der Ausfälle ausmachen. Daher ist es bei der Herstellung von Druckgussformen notwendig, den korrekten Wärmebehandlungsprozess durchzuführen.

1、 Herstellungsprozessroute für Druckgussformen

1. Allgemeine Druckgussform

Schmieden, Sphäroidisieren, Glühen, mechanische Grobbearbeitung, Stabilisierungsbehandlung, Präzisionsbearbeitung, Formen, Abschrecken und Anlassen, Montage.

2. Druckgussformen mit komplexen Formen und hohen Präzisionsanforderungen

Schmieden, sphäroidisierendes Glühen (oder Abschrecken und Anlassen) – Grobbearbeitung – Abschrecken und Anlassen – elektrische Bearbeitung oder Präzisionsbearbeitung – Formen – Passerschleifen – Nitrieren (oder Nitrocarburieren) – Schleifen und Polieren.

2,Konventionelles Wärmebehandlungsverfahren für Druckgussformen

Der Wärmebehandlungsprozess wird häufig bei der Herstellung von Druckgussformen eingesetzt, wodurch die Leistung von Formteilen verbessert und die Lebensdauer von Formen verlängert werden kann. Darüber hinaus kann eine Wärmebehandlung auch die Verarbeitungsleistung von Druckgussformen verbessern, die Verarbeitungsqualität verbessern und den Werkzeugverschleiß verringern. Daher spielt es eine sehr wichtige Rolle im Formenbau.

Druckgussformen bestehen hauptsächlich aus Stahl, und die herkömmliche Wärmebehandlung in ihrem Herstellungsprozess umfasst Sphäroidglühen, Stabilisierungsbehandlung, Abschrecken und Anlassen. Durch diese Wärmebehandlungsprozesse wird die Mikrostruktur des Stahls verändert, um die erforderliche Mikrostruktur und Eigenschaften für die Druckgussform zu erhalten.

1. Vorverarbeitung

Der geschmiedete Druckgussformrohling muss einem sphäroidisierenden Glühen oder einer Abschreck- und Anlasswärmebehandlung unterzogen werden. Einerseits kann es Spannungen beseitigen und die Härte reduzieren, die Schneidbearbeitung erleichtern und gleichzeitig die Struktur für die abschließende Wärmebehandlung vorbereiten. Nach dem Glühen können eine gleichmäßige Mikrostruktur und dispergierte Karbide erhalten werden, um die Festigkeit und Zähigkeit des Formstahls zu verbessern. Aufgrund der überlegenen Wirkung der Abschreck- und Anlassbehandlung gegenüber dem Kugelglühen verwenden Formen mit hohen Anforderungen an Festigkeit und Zähigkeit häufig Abschrecken und Anlassen anstelle des Kugelglühens.

2. Stabilisierungsbehandlung

Im Allgemeinen weisen Druckgussformen komplexe Hohlräume auf, die bei der Grobbearbeitung erhebliche Eigenspannungen und beim Abschrecken eine Verformung erzeugen. Um Spannungen zu beseitigen, sollte im Allgemeinen nach der Grobbearbeitung ein Spannungsarmglühen oder eine Stabilisierungsbehandlung durchgeführt werden.

Der Prozess ist wie folgt: Heiztemperatur 650℃-680℃, Isolierung für 2–4 Stunden und anschließende Luftkühlung nach dem Entladen aus dem Ofen. Druckgussformen mit komplexen Formen erfordern eine Ofenkühlung auf unter 400 °C℃und Luftkühlung nach der Entladung. Nach dem Abschrecken und Anlassen der Form erzeugt die elektrische Entladungsbearbeitung eine metamorphe Schicht auf der bearbeiteten Oberfläche, die leicht zu Rissen beim Drahtschneiden führen kann. Daher sollte auch ein Spannungsarmglühen bei niedrigerer Temperatur durchgeführt werden.

3. Abschrecken und Vorwärmen

Der für Druckgussformen verwendete Stahl ist meist hochlegierter Stahl. Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit muss das Abschrecken und Erhitzen langsam erfolgen und häufig werden Vorwärmmaßnahmen ergriffen. Bei Formen mit geringen Anforderungen an die Verformungsbeständigkeit kann die Vorwärmfrequenz reduziert werden, ohne dass es zu Rissen kommt. Formen mit hohen Anforderungen an die Verformungsbeständigkeit müssen jedoch mehrmals vorgewärmt werden. Vorwärmen bei niedrigeren Temperaturen (400℃-650℃) wird im Allgemeinen in einem Luftofen durchgeführt; Für das Vorwärmen bei höheren Temperaturen sollte ein Salzbadofen verwendet werden und die Vorwärmzeit weiterhin mit 1 Minute/mm berechnet werden.

4. Abschreckendes Erhitzen

Bei typischem Druckguss-Matrizenstahl ist eine hohe Abschreck- und Erwärmungstemperatur vorteilhaft für die Verbesserung der thermischen Stabilität und des Erweichungswiderstands und verringert die Neigung zur thermischen Ermüdung. Sie kann jedoch zu Kornwachstum und der Bildung von Karbiden an den Korngrenzen führen, was zu einer Verschlechterung der Zähigkeit und Plastizität und damit zu starker Rissbildung führt. Wenn Druckgussformen eine hohe Zähigkeit erfordern, wird daher häufig eine Abschreckung bei niedriger Temperatur eingesetzt, während bei hohen Temperaturfestigkeiten eine Abschreckung bei höherer Temperatur eingesetzt wird.

Um eine gute Hochtemperaturleistung zu erreichen, sicherzustellen, dass Karbide vollständig aufgelöst werden können und Austenit mit gleichmäßiger Zusammensetzung erhalten wird, ist die Abschreck- und Isolierzeit von Druckgussformen relativ lang. Im Allgemeinen wird der Isolationskoeffizient beim Erhitzen in einem Salzbadofen mit 0,8–1,0 min/mm angenommen.

5. Abschreckkühlung

Für Druckgussformen mit einfachen Formen und geringen Anforderungen an die Verformungsverhinderung wird Ölkühlung eingesetzt; Die Druckgussformen mit komplexen Formen und hohen Anforderungen an die Vermeidung von Verformungen verwenden eine abgestufte Abschreckung. Um Verformungen und Risse zu vermeiden, darf es unabhängig von der verwendeten Kühlmethode nicht auf Raumtemperatur abkühlen. Im Allgemeinen sollte es auf 150 gekühlt werden℃-180℃, und nach einer gewissen Einweichzeit sofort temperiert. Die Einweichzeit kann mit 0,6 min/mm berechnet werden.

6. Temperieren

Die Druckgussform muss vollständig temperiert werden, in der Regel dreimal. Die erste Anlasstemperatur wird innerhalb des Temperaturbereichs der zweiten Härtung gewählt; Die Wahl der zweiten Anlasstemperatur soll sicherstellen, dass die Form die erforderliche Härte erreicht; Die dritte Anlassung sollte niedriger sein als die zweite Anlassung bei l0℃-20℃. Nach dem Anlassen muss Ölkühlung oder Luftkühlung verwendet werden und die Anlasszeit darf nicht weniger als 2 Stunden betragen.

3,Oberflächenverstärkungsbehandlungsverfahren für Druckgussformen

Mit herkömmlichem Gesamtabschrecken ist es schwierig, die hohen Anforderungen an die Oberflächenverschleißfestigkeit sowie die Festigkeit und Zähigkeit der Matrix von Druckgussformen zu erfüllen.

Eine Oberflächenverstärkungsbehandlung kann nicht nur die Verschleißfestigkeit und andere Eigenschaften der Oberfläche von Druckgussformen verbessern, sondern auch eine ausreichende Festigkeit und Zähigkeit der Matrix aufrechterhalten und gleichzeitig das Anhaften und Ätzen von geschmolzenem Metall verhindern. Dies ist sehr effektiv bei der Verbesserung der Gesamtleistung von Druckgussformen, der Einsparung von Legierungselementen, der erheblichen Kostensenkung, der vollständigen Nutzung des Materialpotenzials und der besseren Nutzung neuer Materialien.

Die produktionstechnische Praxis hat gezeigt, dass die Oberflächenverfestigung eine wichtige Maßnahme ist, um die Qualität von Druckgussformen zu verbessern und deren Lebensdauer zu verlängern. Zu den bei Druckgussformen üblicherweise verwendeten Behandlungsverfahren zur Oberflächenverstärkung gehören Aufkohlen, Nitrieren, Nitrocarburieren, Borieren, Chromieren und Aluminieren.

1. Aufkohlung

Die Aufkohlung ist derzeit die am weitesten verbreitete chemische Wärmebehandlungsmethode in der mechanischen Industrie. Das Verfahrensmerkmal besteht darin, dass der niedriglegierte Gesenkstahl mit mittlerem bis niedrigem und hohem Kohlenstoffgehalt und der hochlegierte Gesenkstahl mit mittlerem bis hohem Kohlenstoffgehalt auf 900 °C erhitzt werden℃-930℃in einem aufkohlenden aktiven Medium (Aufkohlungsmittel), wodurch Kohlenstoffatome in die Oberflächenschicht der Matrize eindringen können, gefolgt von Abschrecken und Anlassen bei niedriger Temperatur, was zu unterschiedlichen Zusammensetzungen, Strukturen und Eigenschaften auf der Oberfläche und dem Kern der Matrize führt.

Die Aufkohlung kann weiter in Feststoffaufkohlung, Flüssigaufkohlung und Gasaufkohlung unterteilt werden. In jüngster Zeit hat es sich zur Aufkohlung in kontrollierbarer Atmosphäre, zur Vakuumaufkohlung und zur Benzolionenaufkohlung entwickelt.

2. Nitrieren

Der Vorgang des Eindringens von Stickstoff in die Stahloberfläche wird als Nitrierung von Stahl bezeichnet. Durch Nitrieren können Formteile eine höhere Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Rothärte und Korrosionsbeständigkeit erreichen als durch Aufkohlen. Aufgrund der niedrigeren Nitriertemperatur (500-570℃) ist die Verformung der Formteile nach dem Nitrieren relativ gering.

Zu den Nitriermethoden gehören Festnitrieren, Flüssignitrieren und Gasnitrieren. Derzeit werden häufig neue Technologien wie Ionennitrieren, Vakuumnitrieren, elektrolytisches Nitrieren und Hochfrequenznitrieren eingesetzt, die die Nitrierzeit verkürzen und qualitativ hochwertige Nitrierschichten erhalten können.

3. Nitrocarburieren

Die Stickstoff-Kohlenstoff-Co-Infiltration ist ein Niedertemperatur-Stickstoff-Kohlenstoff-Co-Infiltrationsprozess (530℃-580℃), bei dem Stickstoff und Kohlenstoff gleichzeitig in ein Medium infiltriert werden, das Aktivkohle und Stickstoffatome enthält, wobei Stickstoff die Hauptmethode ist. Die Sprödigkeit der Nitrocarburierungsschicht ist gering und die Co-Carburierungszeit ist viel kürzer als die Nitrierzeit. Nach der Nitrocarburierung kann das thermische Ermüdungsverhalten von Druckgussformen deutlich verbessert werden.

Schlechte Arbeitsbedingungen erfordern, dass Druckgussformen gute mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen, Ermüdungsbeständigkeit bei Kälte und Hitze, Erosionsbeständigkeit bei flüssigem Metall, Oxidationsbeständigkeit, hohe Härtbarkeit und Verschleißfestigkeit aufweisen. Die Wärmebehandlung ist der wichtigste Herstellungsprozess, der diese Eigenschaften bestimmt.

Die Wärmebehandlung von Druckgussformen besteht darin, die Mikrostruktur des Stahls zu verändern, um eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit auf der Oberfläche der Form zu erreichen, während der Kern immer noch über ausreichende Festigkeit und Zähigkeit verfügt und gleichzeitig das Anhaften und Ätzen von geschmolzenem Metall wirksam verhindert wird. Durch die Wahl geeigneter Wärmebehandlungsverfahren kann der Abfall reduziert und die Lebensdauer der Form deutlich verbessert werden.