Anotācija:No Cr12MoV tērauda izgatavotā gultņa koniskā rullīša smagajai aukstās kalšanas presformai ir īsāks kalpošanas laiks. Šīs formas atteice galvenokārt ir saistīta ar veidnes dobuma lielo nodilumu, garenvirziena un šķērsvirziena izplešanās lūzumu, apaļā stūra iespiedumu un noguruma erozijas bedres izskatu. Pamatojoties uz plastiskās deformācijas, džigita nodiluma un noguruma lūzuma pamatiem, autore analizēja nelielas plastiskās deformācijas, saspiešanas nodiluma un spiedes izplešanās lūzuma atteices mehānismus darba laikā. Secināts, ka uzlabošanas veids, kā pagarināt kalpošanas laiku, ir izmantot jaunus presformas materiālus, piemēram, cietos sakausējumus un jaunos augstas stiprības un stingrības aukstā darba presformas atbilstoši presformas konstrukcijai un ekspluatācijas apstākļiem. Atslēgas vārdi: aukstā kalšanas prese; atteices mehānisms; uzlabošanas veids
1.Ievads
GCr15 tērauda gultņu konusveida rullīši tiek veidoti ar auksto štancēšanu, ko sauc arī par auksto štancēšanu. Pašlaik Ķīnā Cr12MoV tēraudu galvenokārt izmanto kā formēšanas veidni. Sakarā ar lielo štancēšanas spēku, kas štancēšanas procesā iedarbojas uz veidni, tās kalpošanas laiks ir salīdzinoši īss. Pirmajās dienās Cr12MoV tērauda veidnes tika rūdītas 1080 grādos un rūdītas 520 grādos ar cietību 62–64 HRC. Sakarā ar lielo izmēru un nevienmērīgo karbīdu sadalījumu šajā tēraudā, lūzuma un sabrukšanas parādība lietošanas laikā ir smagāka. Pēdējos gados daudzas rūpnīcas ir pārgājušas uz 1040 grādu rūdīšanas un vidējas temperatūras rūdīšanas apstrādes procesu ar 60-62HRC cietību un paaugstinātu triecienizturību. Lūzumu parādība ir ievērojami samazināta, un kalpošanas laiks ir palielināts apmēram divas reizes. Kā piemēru ņemot 18 mm konusveida rullīti, sākotnēji tas varēja izdurt tikai 1700-2000 gabalus, bet tagad tas var izdurt vairāk nekā 4000 gabalus, maksimāli 10 000–20 000 gabalu. Tomēr tas joprojām pieder pie īslaicīgām veidnēm, kas ne tikai palielina veidņu patēriņu, bet, vēl svarīgāk, ietekmē ražošanas efektivitāti. Tā kā konusveida rullīša materiāls ir GCr15 tērauds ar salīdzinoši augstu cietību (197-227HB), pēc štancēšanas tas tiek izjaukts no cilindriskas formas uz konisku formu, un augšējiem un apakšējiem galiem ir plakans dibens. iespiests apļveida loka formā, liekot veidnes dobuma virsmai uz brīdi izturēt lielas slodzes triecienu un lokāli berzes spēkus. Saskaņā ar caurumošanas spiedienu tas var sasniegt vairāk nekā 3000 MPa. Cr12MoV tērauda veidņu zemā kalpošanas laika problēmu ir grūti atrisināt. Tāpēc vietējā gultņu nozare aktīvi pēta jaunus veidņu materiālus.
Galvenās pelējuma atteices izpausmes ir rullīšu sagataves izmēra izmaiņas un tas, vai aukstās galviņas apstrāde var noritēt normāli. Ja ruļļa sagataves izmērs kļūst lielāks vai pat sagatave nav pietiekami piepildīta (saukta zem spiediena), vai ja rullīšu sagatave ir deformēta vai pat nevar tikt apzīmogota pelējuma plaisu vai dobuma defektu dēļ, veidne kļūst nederīga un lūžņos, un ir jānomaina jauna veidne. Parasti tiek uzskatīts, ka dobuma lieluma palielināšanos galvenokārt izraisa pelējuma nepietiekama nodilumizturība, savukārt plaisas, sabrukumus un iekšējos virsmas defektus galvenokārt izraisa nepietiekama stingrība. Tomēr problēma nav tik vienkārša, jo liela trieciena spēka ietekmē papildus spēcīgai berzei un nodilumam ir arī mikroplastiskas deformācijas, kas var izraisīt pelējuma dobuma lieluma palielināšanos. Pelējuma lūzumam ir arī noguruma lūzuma īpašības, kas ir saistītas gan ar trauslumu, gan plaisu avotu rašanās un attīstības procesu. Iekšējo defektu rašanās pelējuma dobumā ir saistīta arī ar plastisko deformāciju un noguruma lūzumu.
2. Neveiksmju formas un spēka analīze
Izpētot esošās Cr12MoV tērauda veidnes noteiktā rūpnīcā, tika konstatēts, ka pastāv piecas galvenās galīgās atteices situācijas, kā parādīts 1. attēlā: ① Veidnes dobuma izmērs kļūst lielāks, pārsniedzot pieļaujamo kļūdu diapazonu, izraisot izmēru. no koniskā rullīša sagataves pārsniegt pielaidi, un pat nepietiekams pildījums, kā rezultātā zem spiediena, kas veido aptuveni 60%; ② Garenisko plaisu veidošanās veidnē rada plaisas uz veidnes dobuma iekšējās sienas, ko sauc par izplešanās plaisām, kas veido apmēram 20%; ③ Pelējuma apļveida lūzums galvenokārt notiek uz atsevišķām veidnēm, kas veido apmēram 5%. Lielākajai daļai sadalīto veidņu šis lūzums parasti nenotiek; ④ Filejas sabrukšana vai noguruma bedres, kas veido aptuveni 10%; ⑤ Citas plaisas, piemēram, materiāla izvilkšanas vai virsmas plaisas, veido aptuveni 5%.
1. att.(a) atteices forma un matricas novietojums
(b) izplešanās lūzuma formas fotoattēls
Konisko rullīšu formēšanas aukstās griešanas procesā veidnes sprieguma situācija ir parādīta 2. attēlā. Veidnes iekšējā siena tiek pakļauta saspiešanas spēkam P, kas veido bīdes spriegumu t. Bīdes sprieguma lielums ir saistīts ar berzes spēku, un sadalījums no virsmas uz iekšpusi pakāpeniski mainās, un maksimālā vērtība ir uz iekšējās virsmas.
2. att. Aukstās kalšanas formas spēku sadalījuma shēma.
(a) apļveida bīdes spriegums (b) bīdes sprieguma sadalījums darba virsmas slānī (c) spēki uz apaļo stūri
Pirmo pelējuma bojājumu situāciju izraisa divi iemesli: nodilums un plastiskā deformācija. Štancēšanas laikā apstrādājamā detaļa tiek pakļauta momentānai ekstrūzijas deformācijai, kas vispirms rodas nedaudz izliektā korpusa virsmā. Lai gan virsma ir ļoti gluda, uz jaunās veidnes iekšējās virsmas vienmēr ir zināms raupjums, tas ir, ir mikro nelīdzenas pumpiņas. Kad spiediens sasniedz 1000-3000MPa, spriedze ir lielāka nedaudz izliektajā korpusā, izraisot lokālu plastisku deformāciju un ievērojamu bīdes spriegumu noteiktā dziļumā. Saspiešanas efekta dēļ starp apstrādājamo detaļu un veidnes virsmu ir neliela relatīvā nobīde, kas ir līdzīga frēzes nodilumam. Augstā pozitīvā spiediena dēļ apstrādātā veltņa sagatave atkārtoti spēcīgi berzē pret veidnes iekšējo virsmu, izraisot nodilumu. Saspiešanas efekta dēļ veidnes dobums tiek pakļauts arī izplešanās spēkam. Kad apstrādājamā detaļa lokāli saskaras ar veidnes virsmu, nevienmērīgais spēks var pārsniegt Cr12MoV tērauda tecēšanas robežu, izraisot mikroplastiskas deformācijas un veidnes dobuma izmēra palielināšanos. Gredzenveida padziļinājumu 1.b attēlā izraisa plastiskā deformācija uz sadalītās veidnes saskares virsmas.
Turklāt apstrādāto veltņu deformācijas rezultātā pārveidotais siltums un spēcīgas berzes radītais siltums var lokāli paaugstināt veidnes dobuma virsmas temperatūru, izraisot veidnes dobuma virsmas struktūras nestabilitāti un padarot to vairāk pakļauti plastiskai deformācijai un valkāt.
Otrais un trešais pelējuma bojājuma gadījums, ko izraisa atkārtota apkārtmēra spēka iedarbība, izraisa lokālu plaisu sākšanos, un plaisu avots bieži rodas blokveida karbīdu vai ieslēgumu virsmas slānī. Kad rodas plaisas, sprieguma koncentrācijas dēļ plaisu izplatīšanās šeit tiek paātrināta, galu galā izraisot trauslus lūzumus. 3. attēlā parādīta shematiskā diagramma garenvirziena plaisu attīstībai un lūzuma fotoattēliem. Vērojot lūzumu fotogrāfijas, plaisu avots parādās kā apļveida korozijas bedre. Plaisu avots var veidoties, atloboties lieliem karbīdiem vai ieslēgumiem, kas pēc veidošanās, visticamāk, pielīp vai iekost ar apstrādājamo priekšmetu, izraisot plaisu avota paplašināšanos. Ar mainīga trieciena spēka darbību plaisas veidojas gan vertikālā, gan horizontālā virzienā. Plaisu parādīšanās atbrīvo apkārtmēra spēku, savukārt citās pozīcijās jaunas plaisas vairs neparādās. Tāpēc veidnē rodas tikai viena plaisa. Lūzuma morfoloģijai ir kvazi šķelšanās raksturlielumi, un lūzuma virsmai ir noguruma lūzuma īpašības. Turklāt nevienmērīgā apļveida spēka dēļ uz veidni tas izraisa nevienmērīgu deformāciju un augšējās un apakšējās daļas izplešanos, izraisot šķērsvirziena plaisu rašanos un izplatīšanos. Šķērsvirziena plaisas ir saistītas arī ar nevienmērīgu pelējuma dzesēšanu termiskās apstrādes laikā.
3. att. (a) lūzuma formas fotoattēls un (b) noguruma plaisu izplatīšanās skice
Ceturtais pelējuma bojājuma gadījums ir saistīts ar momentānu spiedes sprieguma koncentrāciju noapaļotajā stūrī līdz pat 3000-4000MPa, izraisot noteiktu dziļumu (apmēram dažus) zem virsmas šajā punktā μ m robežās ievērojama bīde rodas spriegums, izraisot materiāla atkāpšanos un veidojot plastiskas deformācijas zonu. Atkārtota spriedzes ietekmē veidojas mikroplaisas, kas ir paralēlas virsmai, kas galu galā uzrāda sabrukumu un kontakta noguruma punktu.
Piektā situācija būtībā ir līdzīga ②, ③ vai ④, izņemot to, ka vieta, kur notiek noguruma lūzums un sabrukums, ir atšķirīga. Saskaņā ar bojājumu formu analīzi galvenie atteices mehānismi ir mikroplastiskā deformācija, nodilums un noguruma lūzums.
Mikroplastiskās deformācijas mehānismu izraisa arī dislokācijas slīdēšana. Vai deformācija sākas ar jaunu dislokāciju nukleāciju vai esošo dislokāciju aktivizēšanos? Ir divi skati. Pirmais liecina, ka plastiskā deformācija sākotnēji ir saistīta ar jaunu dislokāciju kodolu veidošanos, kas var veidoties uz virsmas nelieliem atsevišķu atomu pakāpieniem, graudu robežām, apakšgraudu robežām utt.; Otrais skatījums liecina, ka plastiskās deformācijas sākuma stadija ir saistīta ar augšējo dislokācijas avotu aktivizēšanos pie graudu robežām [1]. Tāpēc veidnes virsmas slānis par prioritāti nosaka dislokācijas slīdēšanu, izraisot mikroplastmasas deformāciju, kas pakāpeniski izplatās iekšpusē. Lai uzlabotu izturību pret mikroplastiskām deformācijām, faktiski ir jārada šķēršļi visu dislokāciju kustībai. Pirmkārt, ir jāpalielina režģa berzes pretestība. Cietā šķīduma efektīva sakausēšana var uzlabot dislokācijas kustības režģa pretestību. Dažādiem sakausējumiem ir atšķirīga ietekme uz matricas stiprību. Si, W, Cr, Mo, V utt. ir visi efektīvi stiprinošie elementi, īpaši Si un W, kas var ievērojami uzlabot tecēšanas spēku. Pētījumi ir parādījuši, ka elastības robežai ir elastīga sliekšņa vērtība, zem kuras nevar uzsākt dislokācijas slīdēšanu. Tāpēc, palielinot materiālu tecēšanas robežu, var efektīvi uzlabot deformācijas pretestības enerģiju, it īpaši, ja maksimālais trieciena spiediens ir nemainīgs. Graudu izmēra un martensīta transformācijas apakšstruktūras uzlabošana var gan palielināt dislokācijas blīvumu, gan palielināt piespiešanas pakāpi. No otras puses, cieto karbonizēto materiālu punktu pilnveidošanas laikā dislokācijas veido dislokācijas gredzenus ap virkni daļiņu. Kad daļiņas ir ļoti izkliedētas, izturība pret mikroplastmasas deformācijām ir maksimāla.
Mikro nodilums galvenokārt ir līdzīgs līmes nodilumam sākotnējā stadijā. Relatīvā kustība starp sagatavi un veidnes virsmu ir turp un atpakaļ. Atkārtoti pārraujot mikro izliektā korpusa auksto lodēšanas savienojumus, līmēšanas tendence pakāpeniski samazinās un beidzot pāriet uz stabilu stadiju. Stabila stāvokļa stadijā nozīme ir gan adhēzijas, gan abrazīva nodiluma mehānismiem, kā rezultātā notiek virsmas nodiluma atslāņošanās. Kopumā, jo augstāka ir rūdīta martensīta un karbīda cietība veidņu matricā, jo lielāka ir nodilumizturība. Turklāt, lai gan slīdoša nodiluma gadījumā, īpaši abrazīvu daļiņu klātbūtnē, kad karbīda daļiņu izmērs ir liels, tās var stingri iestrādāt matricā, lai tām būtu lielāka loma. Tomēr aukstās štancēšanas apstākļos maza izmēra karbīdu lobīšanās ātrums ekstrūzijas dēļ ir salīdzinoši neliels, un nodiluma apjomu lielā mērā nosaka karbīdu tilpuma daļa un cietība. Jo lielāka ir karbīdu tilpuma daļa, jo augstāka ir cietība un mazāks nodiluma apjoms.
Trauslu lūzumu un noguruma plaisu avots galvenokārt rodas makroskopisku defektu gadījumā, un plaisu avota sākumpunkts var būt rupji karbīdi vai ieslēgumi Cr12MoV tēraudā. Plaisu izplatīšanās ātrums ir saistīts ar rūdīta martensīta izturību un stingrību, kā arī ar karbīdu izmēru. Jo mazāks ir karbīdu izmērs, jo augstāka ir materiāla izturība pret lūzumiem un lēnāks plaisu izplatīšanās ātrums.
Nobeigumā jāpiemin, ka štancēšanas procesā radītais siltums paaugstina veidnes virsmas temperatūru, kas pastiprina termiskās aktivācijas procesu, atslābina dislokācijas piespraušanu un pat samazina matricas cietību, palielina nodilumu un plastisko deformāciju. Tāpēc arī jauniem materiāliem jābūt ar labu pretestību pret atsitieniem.
4. Jaunu veidņu materiālu pielietošana
Saskaņā ar atteices analīzi ir četras galvenās prasības attiecībā uz veidņu materiālu mikrostruktūru un veiktspēju: ① augsta plastiskā deformācijas izturība, ② augsta nodilumizturība, ③ augsta noguruma lūzuma izturība un ④ jauniem tērauda lietojumiem, ir jāizvēlas auksts darbs. veidņu tērauds ar rafinētiem karbīdiem, lielu tilpuma frakciju attiecību un augstu cietību.
Maza izmēra konusveida veltņiem ir saprātīgi izmantot cieta sakausējuma veidni. Cietā sakausējuma īpaši augstas cietības un augsta elastības moduļa dēļ tam ir augsta nodilumizturība un izturība pret plastiskajām deformācijām, kas var nodrošināt apstrādāto detaļu precizitāti. Kalpošanas laiks var sasniegt 10-20 reizes vairāk nekā oriģinālajai Cr12MoV tērauda veidnei. Liela izmēra koniskiem veltņiem štancēšanas darbgalds var sasniegt 160-250 tonnas, un cieto sakausējumu veidņu izmantošana var izraisīt priekšlaicīgu bojājumu trausluma lūzuma dēļ. Kalpošanas laika pieaugums nav pietiekams, lai kompensētu izmaksu pieaugumu. Tāpēc ir nepieciešams izpētīt jaunus augstas stiprības un stingrības aukstās apstrādes prestēraudus.
Mēs esam aprēķinājuši jauna veida augstas stiprības un kaļamā prestērauda DM9 sastāvu, pamatojoties uz fāzu līdzsvara termodinamiku. Pēc kausēšanas, kalšanas, velmēšanas, termiskās apstrādes, mikrostruktūras un veiktspējas pētījumiem tika konstatēts, ka atlaidinātā tērauda stāvoklī ir pieci karbīdu veidi: M3C, M6C, M23C6, M7C3 un MC. Sakarā ar termodinamiskajām un kinētiskajām atšķirībām dažādu veidu karbīdu veidošanā, augšanā un šķīšanā austenītā, karbīdus var vienmērīgi attīrīt ar vidējo izmēru 0,66 pēc atkausēšanas μm. Vidējais atlikušā karbīda izmērs pēc dzēšanas 0,5 μm. Tas ir 1/8-1/10 no atlikušā Cr12MoV tērauda karbīda izmēra. Sakarā ar Si un W pievienošanu papildus Cr, Mo un V DM9 tērauda martensīta cietā šķīduma stiprināšanas elementiem, izplūdes robeža ir palielināta salīdzinājumā ar Cr12MoV. Turklāt pēc termiskās apstrādes ir vairāk augstas cietības karbīdu M6C un MC, un arī to nodilumizturība ir augsta. Šis tērauds tiek izmantots liela izmēra koniskām rullīšu veidnēm, un tā kalpošanas laiks ir vairāk nekā 2-3 reizes lielāks nekā oriģinālajam Cr12MoV tēraudam.
Rūdīšanas un karsēšanas procesā DM9 tērauda M3C un M23C6 vieglāk šķīst austenītā, kas var efektīvi uzlabot austenīta cieto šķīdību zemākā rūdīšanas temperatūrā. Tomēr lielais neizšķīdinātā M6C un VC daudzums var efektīvi kavēt graudu augšanu. Tāpēc šo tēraudu var izmantot vidējas temperatūras rūdīšanai un zemas temperatūras rūdīšanai, un tā tehniskie rādītāji un lietošanas efekts ir labāki nekā Cr12MoV tēraudam.
2023 novembris 4ÞnedēļaWBM produkta ieteikums:
Augstas hromēta tērauda lodītes:
G5,G10,G16 Mūsu Chrome bumbiņa parasti tiek ražota saskaņā ar GBT 308.1-2013 un ISO 3290-1:2014 standartiem. Cietība tiks pielāgota jūsu prasībām.
https://www.bearingroller.com/rolling-elements/steel-ball/high-chrome-steel-balls.html
