Parte 1 -Trabalho a friomorreraço
O aço para matrizes para trabalho a frio inclui moldes para fabricação de puncionamento e corte (moldes de estampagem e puncionamento, moldes de corte, punções, tesouras), moldes de cabeçote a frio, moldes de extrusão a frio, moldes de dobra e moldes de trefilação, etc.
1. Condições de trabalho e requisitos de desempenho para trabalho a friomorrer aço
Durante a operação de trabalho a friomorrer aço, devido à alta resistência à deformação do material processado, a parte funcional do molde suporta grande pressão, força de flexão, força de impacto e força de atrito.Portanto, a razão normal para o descarte de moldes para trabalho a frio é geralmente devido ao desgaste.Há também casos em que falham prematuramente devido a fratura, força de colapso e deformação que excede a tolerância.
Comparado com aço para ferramentas de corte, trabalho a friomorrer açotem muitas semelhanças.O molde deve ter alta dureza e resistência ao desgaste, alta resistência à flexão e tenacidade suficiente para garantir o bom andamento do processo de estampagem.A diferença está no formato complexo e na tecnologia de processamento do molde, bem como na grande área de atrito e na alta possibilidade de desgaste, dificultando seu reparo e retificação.Portanto, é necessária maior resistência ao desgaste.Quando o molde está funcionando, ele suporta alta pressão de punção e está sujeito à concentração de tensões devido ao seu formato complexo, por isso requer alta tenacidade;O molde tem tamanho grande e formato complexo, por isso requer alta temperabilidade, pequena deformação e tendência a trincas.Em suma, os requisitos de temperabilidade, resistência ao desgaste e tenacidade do trabalho a friomorrer açosão superiores aos do aço para ferramentas de corte.No entanto, os requisitos para a dureza vermelha são relativamente baixos ou basicamente não exigidos (porque é formado a frio), de modo que também foram formados alguns tipos de aço adequados para moldes para trabalho a frio, como o desenvolvimento de alta resistência ao desgaste, micro deformação trabalho a friomorrer açoe trabalho a frio de alta tenacidademorrer aço.
2. Seleção de classe de aço
Normalmente, de acordo com as condições de utilização dos moldes para trabalho a frio, a seleção dos tipos de aço pode ser dividida nas quatro situações a seguir:
①Cmolde de trabalho antigo com tamanho pequeno, formato simples e carga leve.
Por exemplo, pequenos punções e tesouras para cortar placas de aço podem ser feitos de aços para ferramentas de carbono, como T7A, T8A, T10A e T12A.As vantagens deste tipo de aço são;Boa processabilidade, preço barato e fácil fonte.Mas suas desvantagens são: baixa temperabilidade, baixa resistência ao desgaste e grande deformação por têmpera.Portanto, é adequado apenas para a fabricação de ferramentas de pequenas dimensões, formatos simples e cargas leves, bem como moldes para trabalho a frio que exijam baixa camada de endurecimento e alta tenacidade.
② Moldes para trabalho a frio de grandes dimensões, formatos complexos e cargas leves.
Os tipos de aço comumente usados incluem aços para ferramentas de corte de baixa liga, como 9SiCr, CrWMn, GCr15 e 9Mn2V.O diâmetro de têmpera desses aços em óleo geralmente pode atingir mais de 40 mm.Entre eles, o aço 9Mn2V é um tipo de trabalho a friomorrer açodesenvolvido na China nos últimos anos que não contém Cr.Pode substituir ou substituir parcialmente o aço contendo Cr.
A heterogeneidade do carboneto e a tendência à trinca por têmpera do aço 9Mn2V são menores que as do aço CrWMn, e a tendência de descarbonetação é menor que a do aço 9SiCr, enquanto a temperabilidade é maior que a do aço carbono para ferramentas.Seu preço é apenas cerca de 30% superior ao deste último, por isso é um tipo de aço que vale a pena promover e usar.No entanto, o aço 9Mn2V também apresenta algumas desvantagens, como baixa tenacidade ao impacto e fenômeno de fissuração encontrado na produção e uso.Além disso, a estabilidade do revenido é fraca e a temperatura de revenido geralmente não excede 180 ℃.Quando revenido a 200 ℃, a resistência à flexão e a tenacidade começam a apresentar valores baixos.
O aço 9Mn2V pode ser temperado em meios de têmpera com capacidade de resfriamento relativamente suave, como nitrato e óleo quente.Para alguns moldes com requisitos rígidos de deformação e baixos requisitos de dureza, a têmpera isotérmica austenítica pode ser usada.
③ Moldes para trabalho a frio com grandes dimensões, formatos complexos e cargas pesadas.
Devem ser utilizados aços de média liga ou alta liga, como Cr12Mo, Crl2MoV, Cr6WV, Cr4W2MoV, etc.
Nos últimos anos, a tendência de utilização de aço rápido como moldes para trabalho a frio tem aumentado, mas deve-se ressaltar que, neste momento, não se trata mais do uso da resistência vermelha única do aço rápido, mas em vez disso, sua alta temperabilidade e alta resistência ao desgaste.Portanto, também deve haver diferenças no processo de tratamento térmico.
Ao usar aço rápido como molde a frio, deve-se usar têmpera em baixa temperatura para melhorar a tenacidade.Por exemplo, a temperatura de têmpera comumente usada para ferramentas de corte de aço W18Cr4V é 1280-1290 ℃.Ao fazer moldes para trabalho a frio, deve-se usar têmpera em baixa temperatura de 1190 ℃.Outro exemplo é o aço W6Mo5Cr4V2.Ao usar a têmpera em baixa temperatura, a vida útil pode ser bastante melhorada, especialmente reduzindo significativamente a taxa de perdas.
④ Moldes para trabalho a frio que estão sujeitos a cargas de impacto e possuem folgas finas nas lâminas.
Como mencionado acima, os requisitos de desempenho dos três primeiros tipos de aços para matrizes para trabalho a frio são principalmente de alta resistência ao desgaste, portanto, aço hipereutetóide com alto teor de carbono e até mesmo aço ledeburita são usados.No entanto, para algumas matrizes para trabalho a frio, como as matrizes de corte e moldagem da torre lateral, que possuem juntas de topo finas e estão sujeitas a carga de impacto quando em uso, é necessária alta resistência ao impacto.Para resolver esta contradição, as seguintes medidas podem ser tomadas:
Ⅰ-reduzir o teor de carbono e utilizar aço hipoeutetóide para evitar a diminuição da tenacidade do aço causada por carbonetos primários e secundários;
Ⅱ-Adicionar elementos de liga como Si e Cr para melhorar a estabilidade do revenido e a temperatura do aço (revenido a 240-270 ℃) é benéfico para eliminar totalmente o estresse de têmpera e melhorar o desempenho sem reduzir a dureza;
Ⅲ-Adicione elementos como W para formar carbonetos refratários para refinar grãos e melhorar a tenacidade.Os aços comumente usados para moldes de trabalho a frio de alta tenacidade incluem 6SiCr, 4CrW2Si, 5CrW2Si, etc.
3. Maneiras de utilizar plenamente o potencial de desempenho do aço para matrizes para trabalho a frio
Ao usar aço tipo Cr12 ou aço rápido como moldes para trabalho a frio, um problema proeminente é a alta fragilidade do aço, que é propenso a rachaduras durante o uso.Para este fim, é necessário refinar carbonetos utilizando métodos de forjamento suficientes.Além disso, deverão ser desenvolvidas novas classes de aço.O foco do desenvolvimento de novas classes de aço deve ser a redução do teor de carbono do aço e do número de elementos formadores de carbonetos.
O aço Cr4W2MoV tem vantagens como alta dureza, alta resistência ao desgaste e boa temperabilidade.Também possui boa estabilidade de revenido e propriedades mecânicas abrangentes.É usado para fabricar matrizes de chapa de aço silício, etc. Pode aumentar a vida útil em mais de 1-3 vezes em comparação com o aço Cr12MoV.No entanto, a faixa de temperatura de forjamento deste aço é estreita e está sujeito a rachaduras durante o forjamento.A temperatura de forjamento e as especificações operacionais devem ser rigorosamente controladas.
O aço Cr2Mn2SiWMoV possui baixa temperatura de têmpera, pequena deformação de têmpera e alta temperabilidade.É conhecido como micro deformação temperada a armorrer aço.
O aço 7W7Cr4MoV pode substituir o aço W18Cr4V e Cr12MoV.Sua característica é que a não uniformidade dos carbonetos e a tenacidade do aço foram bastante melhoradas.
Papel2 -Trabalho a quentemorrer aço
1. Condições de trabalho de moldes de trabalho a quente
Os moldes de trabalho a quente incluem moldes de forjamento de martelo, moldes de extrusão a quente e moldes de fundição sob pressão.Conforme mencionado anteriormente, a principal característica das condições de trabalho dos moldes para trabalho a quente é o contato com o metal quente, que é a principal diferença das condições de trabalho dos moldes para trabalho a frio.Portanto, trará os dois problemas a seguir:
(1) O metal da superfície da cavidade do molde é aquecido.Normalmente, quando as matrizes de martelamento estão funcionando, a temperatura da superfície da cavidade da matriz pode atingir mais de 300-400 ℃, e a matriz de extrusão quente pode atingir mais de 500-800 ℃;A temperatura da cavidade do molde de fundição está relacionada ao tipo de material de fundição e à temperatura de vazamento.Ao fundir metal preto, a temperatura da cavidade do molde pode atingir mais de 1000 ℃.Essas altas temperaturas de uso reduzirão significativamente a dureza superficial e a resistência da cavidade do molde, tornando-a propensa a dobrar durante o uso.O requisito básico de desempenho para quentemorrer açoé alta resistência termoplástica, incluindo dureza e resistência em altas temperaturas, e alta resistência termoplástica, que na verdade reflete a alta estabilidade de revenido do aço.A partir disso, pode-se encontrar a primeira forma de ligar o aço com matriz a quente, ou seja, adicionar elementos de liga como Cr, W, Si pode melhorar a estabilidade do revenido do aço.
(2) A fadiga térmica (rachaduras) ocorre na superfície metálica da cavidade do molde.As características de trabalho dos moldes quentes são intermitentes.Após cada formação de metal quente, a superfície da cavidade do molde precisa ser resfriada por meios como água, óleo e ar.Portanto, o estado de funcionamento do molde quente é repetidamente aquecido e resfriado, de modo que o metal da superfície da cavidade do molde sofrerá repetidas expansões térmicas, ou seja, repetidamente sujeito a tensões de tração e compressão.Como resultado, a superfície da cavidade do molde irá rachar, o que é chamado de fadiga térmica.Portanto, o segundo requisito básico de desempenho para o sistema a quentemorrer açoé apresentado, ou seja, possui alta resistência à fadiga térmica.
De modo geral, os principais fatores que afetam a resistência à fadiga térmica do aço são:
① A condutividade térmica do aço.A alta condutividade térmica do aço pode reduzir o grau de aquecimento na superfície metálica do molde, reduzindo assim a tendência do aço à fadiga térmica.Acredita-se geralmente que a condutividade térmica do aço está relacionada ao seu teor de carbono.Quando o teor de carbono é alto, a condutividade térmica é baixa, portanto não é adequado usar aço com alto teor de carbono para trabalho a quentemorrer aço.O baixo teor de carbono do aço de médio carbono (C0,3% 5-0,6%) é comumente usado na produção, o que pode levar a uma diminuição na dureza e resistência do aço e também é prejudicial.
② O efeito do ponto crítico do aço.Normalmente, quanto maior o ponto crítico (Acl) do aço, menor é a sua tendência à fadiga térmica.Portanto, o ponto crítico do aço é geralmente aumentado pela adição de elementos de liga Cr, W, Si e chumbo.Melhorando assim a resistência à fadiga térmica do aço.
2. Aço para moldes de trabalho a quente comumente usados
(1) Aço para matrizes de forjamento de martelo.De modo geral, existem duas questões importantes com o uso de aço para moldes de forjamento de martelo.Em primeiro lugar, está sujeito a cargas de impacto durante a operação.Portanto, as propriedades mecânicas do aço devem ser altas, especialmente para resistência à deformação plástica e tenacidade;A segunda razão é que o tamanho da seção transversal da matriz de forjamento do martelo é relativamente grande (<400 mm), o que requer alta temperabilidade do aço para garantir microestrutura uniforme e desempenho de toda a matriz.
Os aços para matrizes de forjamento de martelo comumente usados incluem 5CrNiMo, 5CrMnMo, 5CrNiW, 5CrNiTi e 5CrMnMoSiV.Diferentes tipos de moldes de olho de martelo devem usar materiais diferentes.Para matrizes de forjamento de martelo muito grandes ou grandes, o 5CrNiMo é o preferido.5CrNiTi, 5CrNiW ou 5CrMnMoSi também podem ser usados.O aço 5CrMnMo é geralmente usado para matrizes de forjamento de martelo de pequeno e médio porte.
(2) O aço é usado para moldes de extrusão a quente, e a característica de trabalho dos moldes de extrusão a quente é a velocidade de carregamento lenta.Portanto, a temperatura de aquecimento da cavidade do molde é relativamente alta, geralmente até 500-800 ℃.Os requisitos de desempenho para este tipo de aço devem se concentrar principalmente na alta resistência a altas temperaturas (ou seja, alta estabilidade de revenido) e alta resistência à fadiga térmica.Os requisitos para AK e temperabilidade podem ser reduzidos de forma adequada.Geralmente, o tamanho dos moldes de extrusão a quente é pequeno, geralmente inferior a 70-90 mm.
Os moldes de extrusão a quente comumente usados incluem 4CrW2Si, 3Cr2W8V e trabalho a quente do tipo 5% Crmorrer açoS.Entre eles, o 4CrW2Si pode ser usado tanto para trabalho a friomorrer açoe trabalho a quentemorrer aço.Devido aos diferentes usos, diferentes métodos de tratamento térmico podem ser usados.Ao fazer moldes a frio, são utilizadas temperaturas de têmpera mais baixas (870-900 ℃) e tratamento de têmpera de baixa ou média temperatura;Ao fazer moldes a quente, são utilizadas temperaturas de têmpera mais altas (geralmente 950-1000 ℃) e tratamento de têmpera em alta temperatura.
(3) Aço para moldes de fundição sob pressão.No geral, os requisitos de desempenho do aço para moldes de fundição sob pressão são semelhantes aos dos moldes de extrusão a quente, sendo os principais requisitos alta estabilidade de revenido e resistência à fadiga térmica.Portanto, o tipo de aço comumente usado é geralmente o mesmo aço usado para moldes de extrusão a quente.Como de costume, são usados aços como 4CrW2Si e 3Cr2W8V.No entanto, existem diferenças, como o uso de 40Cr, 30CrMnSi e 40CrMo para moldes de fundição sob pressão de liga de Zn de baixo ponto de fusão;Para moldes de fundição sob pressão de ligas de Al e Mg, 4CrW2Si, 4Cr5MoSiV, etc.Para moldes de fundição sob pressão de liga de Cu, o aço 3Cr2W8V é usado principalmente.
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Horário da postagem: 21 de junho de 2023