В роботі розглядаються п роблеми низької стійкості п ресс-форм для пол вчення деталей з алюмінієвих сплавів методом лиття під тиском. Виконано аналіз мик роструктури робочих пове рхностей і про разования разгарних тріщин. Основну увагу приділено оп ределению п Річіна п реждевременного виходу з ст рою фо рмообразующіх деталей п ресс-форм при виготовленні до рпусов п редпускових автомобільних нагрівачів.

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Котельников Дмитро Васильович, Якубович Юхим Абрамович


ANALYSIS OF THE REASONS FOR PREMATURE EXIT FROM THE SYSTEM OF FORMING DETAILS OF PRESS-FORM FOR DIE-CASTING OF ALUMINUM ALLOYS

The paper discusses the problems of low resistance of molds for producing parts from aluminum alloys by injection molding. The analysis of the microstructure of the working surfaces and the formation of hot cracks is performed. The main attention is paid to determining the causes of premature failure of the mold-forming parts of molds in the manufacture of pre-heater automobile heater bodies


Область наук:
  • технології матеріалів
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал: Сучасні матеріали, техніка та технології

    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ ПРИЧИН ПЕРЕДЧАСНОГО ВИХОДУ З ЛАДУ формотворчим ДЕТАЛЕЙ ПРЕС-ФОРМ ЛИТВА ПІД ТИСКОМ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ ПРИЧИН ПЕРЕДЧАСНОГО ВИХОДУ З ЛАДУ формотворчим ДЕТАЛЕЙ ПРЕС-ФОРМ ЛИТВА ПІД ТИСКОМ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ»

    ?УДК 621.74.043.2

    АНАЛІЗ ПРИЧИН ПЕРЕДЧАСНОГО ВИХОДУ З ЛАДУ

    Формотворчим ДЕТАЛЕЙ ПРЕС-ФОРМ ЛИТВА ПІД ТИСКОМ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ Котельников Дмитро Васильович, магістрант (e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.) Якубович Юхим Абрамович, к.т.н., доцент, професор (e-mail: eyakubovich @ mail .org.ua) Самарський державний технічний університет, Самара, Росія

    У роботі розглядаються проблеми низької стійкості прес-форм для полуученія деталей з алюмінієвих сплавів методом лиття під тиском. Виконано аналіз мікроструктури робочих поверхонь і освіти разгарних тріщин. Основна увага приділена визначенню причин передчасного виходу з ладу формотворчих деталей прес-форм при виготовленні корпусів передпускових автомобільних нагрівачів.

    Ключові слова: лиття під тиском, прес-форма, стійкість прес-форм, алюмінієві сплави, формотворчих деталі, термообробка, азотування.

    Проблема забезпечення експлуатаційної стійкості прес-форм для отримання деталей з алюмінієвих сплавів методом лиття під тиском (ЛПД) носить комплексний багатоплановий характер [1-4]. Для її вирішення розробляються заходи щодо вдосконалення конструкції прес-форм, оптимізації режимів термічної і хіміко-термічної обробки, нанесення зміцнюючих зносостійких покриттів на формотворчих поверхні, розробці і застосуванню нових марок інструментальних сталей [5-8].

    Успішна реалізація зазначених шляхів передбачає в якості необхідної етапу вивчення і аналіз причин зниження експлуатаційної стійкості прес-форм стосовно конкретних варіантів виробів, що виготовляються, маркам алюмінієвих сплавів, конструктивним особливостям прес-форм і технологічним режимам роботи обладнання. До основних факторів виходу з ладу прес-форм відносяться температурно-силове і фізико-хімічний вплив матеріалу формотворчих елементів з рідким розплавом. Крім впливу зовнішніх механічних навантажень на робочу поверхню прес-форм істотний вплив має температура заливається розплаву, нерівномірність заповнення порожнини форми і гідравлічний удар. Комплексний вплив цих факторів призводить до формування сложнонапряженного стану в поверхневому шарі елементів прес-форми, що викликає необоротне формозміна і знос, зародження і розвиток тріщин термічної втоми [6]. Для підвищення стійкості

    прес-форм використовують різні технологічні заходи: застосовують теплостійкі сталі і сплави, об'ємну зміцнюючу і хіміко-термічну обробку (азотування, ціанування, фосфатування, сульфатами, алитирование, хромування), а також нанесення покриттів [7]. Проте, істотного систематичного приросту стійкості прес-форм відомі методи не приносять. Зазначене вказує на необхідність поглибленого аналізу причин, природи і характеру експлуатаційних дефектів інструменту, що призводять до зниження стійкості і вибракування формотворчих елементів.

    При цьому ГОСТ 19946-74 [9] визначає, що встановлений ресурс до першого профілактичного ремонту прес-форми в залежності від застосовуваних для її виготовлення матеріалів і вимог до виготовляється деталей для сплавів на основі алюмінію складає 6000 отпрессовок.

    Таблиця 1 - Причини виходу з ладу деталей прес-форми

    Найменування дефекту деталей прес-форми Шлюб,%

    вкладишів стрижнів Причина шлюбу

    Сітка розпалу 25,0 1,5 Термічна

    Тріщини 18,0 3,5 втому

    Смятие 13,0 5,0 Формозміна

    Приварювання 10,0 32,0

    Зміна розмірів при усуненні приварювання 7,0 30,0 Знос

    Зміна розмірів при природному зносі 13,0 13,0

    Задираки 6,0 2,5

    Механічні пошкодження 8,0 12,5 механічні пошкодження

    Досвід експлуатації прес-форм для виготовлення корпусів передпускових автомобільних підігрівачів в умовах виробництва і досліджень, що проводяться в ТОВ «адверсія», Самара, показали, що прес-форми ЛПД алюмінієвих сплавів із застосовуваних штампова сталей виходять з ладу значно раніше, ніж досягається встановлене нормативне значення кількості отпрессовок через неприпустимого зниження основних експлуатаційних характеристик: освіти сітки розпалу, зниження теплостійкості і інтенсивного фізико-хімічної взаємодії з рідким розплавом. Нижче наведені результати оцінки причин низької зносостійкості прес-форм

    зі сталі 4Х5МФС при виробництві корпусу передпускового автомобільного підігрівача зі сплаву АК9.

    Використовували машину для лиття під тиском з горизонтальною холодною камерою пресування із зусиллям замикання 250 тн.

    Середньостатистична напрацювання прес-форм складає 1500 циклів теплозмін. Причини виходу з ладу деталей, що стикаються з рідким металом, наведені в таблиці 1.

    Прес-форми в більшості випадків були відбраковані внаслідок утворення сітки розпалу, термічних тріщин, зминання крайок і приварювання.

    Промислова технологія передбачає використання для виготовлення названих деталей стали марки 4Х5МФС з упрочняющей термообробкою. Як упрочняющей термообробки обробки формотворчих деталей прес-форм лиття під тиском зі сталі 4Х5МФС застосовують загартування і високий відпустку. Згідно [10] температура нагрівання під загартування для штампового стали 4Х5МФС становить 1010- 1030 ° С.

    Деталь "стрижень" додатково піддається азотуванню [11,12] на глибину 0,2-0,3 мм для отримання твердості зміцненого шару 700-850 НУ.

    При макроанализе на конусної частини деталі "стрижень" виявлені сколювання азотированного шару і сліди того, що зім'яло крайок, що свідчить про низьку формостійкості матеріалу. На формотворною поверхні вкладиша виявлені поверхневі тріщини і наявність алюмінієвого сплаву в місцях входу струменя рідкого металу.

    аря (211)

    і - Ре (200)

    Рем Рм // \ Й ^

    АЛЕ 130 110 110 100 90 у 70 № 50

    Малюнок 1. Штрих-діаграма деталі "стрижень"

    При дослідженні стрижня рентгеноструктурньїм і мелаллографіческім методами аналізу виявлено, що нітрідний шар включає легированную Б-фазу [13] складу (Бе, Ме) 2-3 (КС) і у'-фазу складу (Бе, Ме) 4К (рисунок 1), а зона внутрішнього азотування складається з легованого азотистого фериту і карбонитридов (рисунок 2).

    Загальна товщина азотированного шару, виміряна по глибині зони внутрішнього азотування, склала близько 0,3 мм, а ефективна, визначена за мінімальної твердості 500 НУ - близько 0,2 мм, що відповідає технологічним вимогам.

    На малюнку 2 також видно, що поверхневий шар має пори розміром до 20 мкм.

    збільшення х200 Малюнок 2. Азотований шар деталі "стрижень"

    При оцінці поверхневої крихкості азотированного шару виявлені сліди деформації навколо відбитків алмазної піраміди (малюнок 3), що відповідає II балу шкали крихкості і характеристики як "злегка крихкий" [12]. Разом із зазначеними вище фактами сколювання це свідчить про недостатню пластичності азотированного шару досліджуваної деталі.

    , - * -

    збільшення х500

    Малюнок 3. Відбитки від алмазної піраміди на поверхні азотіруемого

    шару

    Основний метал деталей прес-форми має структуру сорбіту відпустки (рисунок 4). Структура має явно виражену полосчатость,

    викликану ліквацією легуючих елементів в сталі, що призводить до зниження термостійкості матеріалу прес-форми.

    | -Р '^ гйРКййУ ^ "', - - '" |' ' .

    1 | | '.-Л} «

    * -. . | V

    г; -'^ Ьв - ** * | • |

    | - г. - «Ай ** 6

    | ... .. •. • • •• / "^ 'л.' • -

    збільшення х100 Малюнок 4. Структура основного металу деталей прес-форми

    Так само на поверхні деталі "вкладиш" спостерігаються тріщини глибиною до 5 мм (рисунок 5). Форма тріщин має циклічний характер поширення, що зумовлено температурними умовами експлуатації прес-форми.

    збільшення х50 Малюнок 5. Тріщина на поверхні деталі "вкладиш"

    Таким чином, можна припустити, що тріщина виникла за рахунок термічної втоми матеріалу прес-форми, а поширення її йшло переважно по скупченнях пір і вздовж кордонів розділу ліквационних зон.

    На поверхні кутовий частини вкладиша, що омивається рідким металом, спостерігається зминання крайок (розчинення металу прес форми), а також налипання алюмінієвого сплаву (малюнку 6). Причому налипання виявлено як на кутовий кромці, так і на плоскій.

    збільшення х100

    Малюнок 6. Зминання крайок кутовий частини поверхні прес-форми

    Між налиплим алюмінієм і матеріалом інструменту виявлений дифузний шар (малюнок 7), що й обумовлює високу ступінь зчеплення сплаву з поверхнею вкладиша.

    збільшення х500

    Малюнок 7. Перехідний шар між налиплим алюмінієм і металом

    прес форми

    Отримані дані дозволяють припускати, що в розглянутій технологічної ситуації головними причинами передчасного виходу з ладу деталей прес-форм є:

    • недостатня формостойкость, обумовлена ​​підвищеною твердістю і низькою пластичність поверхневого шару за рахунок утворення тендітних интерметаллидов алюмінію;

    • недостатня термостійкість (термічні тріщини), обумовлена ​​тим, що реальні напруги при роботі деталі вище межі текучості матеріалу деталі при температурі експлуатації.

    Облік виявлених закономірностей і причин зниження ресурсу прес-форм забезпечить прийняття обґрунтованих технологічних рішень і сприятиме досягненню підвищених показників техніко-економічної ефективності виробничого процесу.

    Дослідження виконано за підтримки грантів РФФД (проекти № 17- 08-00593, 19-08-00232).

    Список літератури

    1. Позняк Л.А. Штампові стали / Л.А. Позняк, Ю.М. Скринченко, С.І. Тиша. -М .: Металургія, 1980. - 244 с.

    2. Геллер Ю. А. Вибір стали для прес-форм при литті під тиском алюмінієвих сплавів / Ю. А. Геллер, Е. С. Голубєва, Л. П. Павлова та ін. // Ливарне виробництво. 1969 №2. - 295 с.

    3. Горюнов І.І. Прес-форми для лиття під тиском. Довідковий посібник / І.І. Горюнов. - М .: Машинобудування, 1973. - 256 с.

    4. Леванцевіч М.А. Аналіз причин виходу з ладу формотворчих деталей прес-форм машин лиття під тиском / М.А.Леванцевіч, М.М. Максименко ,

    B.Н.Калач // Актуальні питання машинознавства. 2014 року, № 4. С. 284-287.

    5. Коваленко В.А. Високостійкі покриття для прес-форм лиття під тиском кольорових сплавів / В.А. Коваленко, Д.В.Коваленко // Ливарне виробництво. 2001, №5.

    C. 31-32.

    6. Давиденко М.М. Необоротне формозміна при циклічному тепловій дії / М.М. Давиденко, В. А. Лихачов. - М .: Машгиз, 1962. - 224 с.

    7. Денисов П.Ю. Взаємодія сплавів алюмінію з матеріалами прес-форм і підвищення їх стійкості функціональними покриттям: дис. ... канд. техн. наук: захищена 23.12.2005: затв. 11.06.2006 / Денисов Павло Юрійович. - Тюмень, 2005. - 110 с.

    8. Жуков А. А. Розробка і дослідження високохромистих сталей для прес-форм лиття під тиском / А.А.Жуков, О.В.Немтирев, Л.А.Хасанова // Заготівельні виробництва в машинобудуванні. 2017, т.15, №12. С. 566-572.

    9. ГОСТ 19946-74. Прес-форми для лиття під тиском деталей з кольорових сплавів. Технічні умови; введ. 1975-07-01. - М .: Изд-во стандартів, 2002. - 115с.

    10. Лахтин Ю.М. Термічна обробка в машинобудуванні. Довідник / Ю.М.Лахтін, А.Г.Рахштадт. - М .: Машинобудування, 1980. - 783 с.

    11. Лахтин Ю.М. Азотування сталі / Ю.М.Лахтін, Я.Д.Коган. - М .: Машинобудування, 1976. - 256 с.

    12. Минкевич А.Н. Хіміко-термічна обробка металловв і сплавів / А.Н.Міткевіч. - М .: Машгиз, 1965. - 432с.

    13. Лейкін А.Є. Матеріаловеденіе.Учебнік для машиностр. спец. вузів / А.Є. Лейкін, Б.І.Родін. - М .: Вища школа, 1971. - 146 с.

    Kotelnikov Dmitry Vasilevich, undergraduate (e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.) Samara State Technical University, Samara, Russia Yakubovich Efim Abramovich, Cand.Techn.Sci., Associate professor (e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.) Samara State Technical University, Samara, Russia

    ANALYSIS OF THE REASONS FOR PREMATURE EXIT FROM THE SYSTEM OF FORMING DETAILS OF PRESS-FORM FOR DIE-CASTING OF ALUMINUM ALLOYS

    Abstract. The paper discusses the problems of low resistance of molds for producing parts from aluminum alloys by injection molding. The analysis of the microstructure of the working surfaces and the formation of hot cracks is performed. The main attention is paid to determining the causes of premature failure of the mold-forming parts of molds in the manufacture of pre-heater automobile heater bodies

    Keywords: die-casting, press-form, press-form resistance, aluminum alloys, forming parts, heat treatment, nitriding


    Ключові слова: ЛИТТЯ ПІД ТИСКОМ / ПРЕС ФОРМА / СТІЙКІСТЬ ПРЕС-ФОРМ / АЛЮМІНІЄВІ СПЛАВИ / формотворчим ДЕТАЛІ / ТЕРМООБРОБКА / азотування / DIE-CASTING / PRESS-FORM / PRESS-FORM RESISTANCE / ALUMINUM ALLOYS / FORMING PARTS / HEAT TREATMENT / NITRIDING

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити