В послевоенные годы в отечественной и зарубежной промышленности развернулись широкие поисковые работы по выбору более стойких материалов для деталей пресс-форм, используемых при литье алюминиевых сплавов и особенно при изготовлении отливок из высокотемпературных сплавов на основе меди и железа.
Указанные работы проводятся в направлении повышения легированности сталей, опробования различных мартенсито-стареющих сталей, аустенитных, ферритиых, новых жаропрочных сплавов на основе никеля и кобальта и особенное внимание уделяется сплавам на основе тугоплавких металлов.
Сплавы на основе тугоплавких металлов. В СССР и США особое внимание уделяется изысканию сплавов для изготовления деталей пресс-форм на основе молибдена. В последние годы тугоплавкие металлы для деталей пресс-форм применяются как в Японии, ФРГ, Англии, так и в других странах.
Преимущества сплавов молибдена по сравнению со сталью ЗХ2В8Ф следующие:
1) небольшой коэффициент линейного расширения (4,5-10"6 мм/мм. град);
2) высокая теплопроводность (115—80 ккал/м- ч- град);
В исследованиях по выбору новых материалов для деталей пресс-форм помимо автора книги принимали участие Ю. В. Воронин, О. И. Батенина, А. К. Николаев, I • С. Тихонова, Е. С. Осепян, 3. И. Седова, А. И. Григорьев, Г. М. Смышляева, Л. Н Сергеев и др.
3) высокая Теплопроницаемость (246—250 ккал/м2-ч ^-град);
4) высокая температура рекристаллизации (около 1000° С), поэтому даже при литье стали сохраняется исходная структура;
5) высокие прочность и пластичность при температуре контакта;
6) высокий модуль упругости и очень небольшая деформация. Вышеуказанные преимущества способствуют повышению термостойкости,формостойкости и износостойкости.
Заготовки из сплавов молибдена получаются одним из следующих способов:
1) выплавкой слитков из штабиков и их пластической деформацией на требуемые заготовки;
2) прессованием слитков из порошка с последующей их пластической деформацией на требуемые заготовки;
3) прессованием заготовок и пропиткой их медью или другими веществами;
4) литьем или прессованием.
Последние два способа получения заготовок пока неприемлемы, так как они не обеспечивают достаточной прочности и пластичности материала.
Качество заготовок зависит от очень большого количества факторов, но в первую очередь от качества порошка и степени пластической деформации .
Наиболее высокие пластические свойства достигаются при легировании молибдена рением, но вследствие его высокой стоимости и дефицитности это легирование для вкладышей пресс-форм не применяется. Обычно молибден легируют углеродом, титаном, цирконием и другими элементами.
В США в качестве материала для изготовления стержней и вкладышей пресс-форм применяют сплав МТ05 и MTZ. Сплав МТ05 содержит 0,5% Ti, сплав MTZ — 0,5% Ti и 0,08 Zr.
i Составы отечественных сплавов еще не гостированы, поэтому каждое предприятие, выпускающее сплав, присваивает им свои условные обозначения.
Механические свойства сплавов молибдена применительно к пруткам диаметром 16 мм, для ЦСДМ (спеченный деформированный молибден) приведены в табл. 174, для ЦСДМ1 — в табл. 175 и для ЦСДМ4 — в табл. 176.
Механические свойства материалов прутков 0 16 мм как спеченного, так и литого деформированного из сплавов молибдена практически одинаковы. Механические свойства тем выше, чем больше степень деформации заготовок. Заготовки в виде прутков рекомендуется использовать в качестве материала для стержней. Алюминий практически не растворяется в молибдене, поэтому диффузии его в молибден почти нет, следовательно, приваривания и налипания алюминия на стержни не наблюдается, что увеличивает стойкость стержней в несколько раз. Так, стержни из стали ЗХ2В8Ф после 500 ц. т. обычно требуют ремонта, а стержни из молибдена после 8000 ц. т. имеют вполне удовлетворительное состояние.
Технология получения прутков из сплавов молибдена все время совершенствуется. Разрабатываются также новые более легированные сплавы, поэтому следует ожидать дальнейшего повышения механических свойств и стойкости стержней.
Автор провел исследование механических свойств и стойкости различных сортов молибдена, выпускаемых на предприятиях отечественной промышленности. Основное сравнение стойкости производилось на трех деталях.
На мелких деталях весом 21 г, максимальная стойкость была 10 000 ц. т. и выше. Механические свойства образцов, вырезанных непосредственно из вкладыша: а„ = 76 кГ/мм2, ат = 73 кГ/мм2, б = 17% , ф= 40% и НВ 255. Сейчас имеются возможности получать более высокие механические свойства материалов заготовок.
При использовании заготовок с размерами 40 X 115 X 160 мм для изготовления вкладышей в них вскрылись различные дефекты: сохранение местами литого строения, образование карбидной фазы по границам зерен, крупнокристаллическое строение, полосчатость, микротрещины и т. д. Плохая проработка материала при ковке приводит также к снижению механических свойств и стойкости пресс-форм Заготовки получены по различным вариантам технологического процесса, причем заготовка варианта 3 после пластической деформации была рекристалли-зована при температуре 1260° С. Рекристаллизация снизила механические свойства металла и стойкость вкладышей до 1700 ц. т., тогда как вкладыши пресс-форм, изготовленные из заготовок, полученных по вариантам 1 и 2, имели стойкость 2000 и 3600 ц. т. Механические свойства материала заготовок были однородные и высокие.
В интервале температур 20—1000° С коэффициент Пуассона ц= 0,3. Указанные теплофизические свойства практически применимы для всех сплавов (спеченного и литого) молибдена, за исключением высоколегированных сплавов.
Сплавы на основе молибдена могут быть использованы как материал для стержней при литье алюминиевых и медных сплавов, а также как материал для вкладышей при литье латуни, бронзы, чугуна и сталей.
Вольфрам и сплавы на его основе также находят применение. Теплофизические свойства вольфрама очень близки к свойствам молибдена и имеют те же преимущества, что и молибден по сравнению со сталью ЗХ2В8Ф.
Механические свойства спеченного вольфрама в образцах в Зависимости от температуры.
Некоторые сплавы литого деформированного вольфрама При 1000° С Имеют ст„ = 20-Т-24 кГ/мм2, ст = 45^-48%, г|) = 80н-90% при исходной НВ 320.
В США проводятся опытные работы по использованию сплавов вольфрама в качестве материала для стержней при литье алюминиевых и медных сплавов, а также в качестве материала для вкладышей пресс-форм при литье латуни. В последнее время находит применение сплав анвелой (№ 1150),содержащий (в %), по данным работы,90 W, 4 Ni, 4 Мо; 2 Fe. Этот сплав имеет ав — 105 кГ/мм2 и б = 2% . Стойкость вкладышей пресс-форм из этого материала при литье латуни 56 000 ц. т., тогда как обычная сталь 4Х5МФС выдерживает только 6000 ц. т. во время производство изделий из пластмасс.
Однако пластичность анвелоя еще очень низкая. В работе не указано относительное сужение, что затрудняет сделать окончательное заключение об этом сплаве. По нашим исследованиям при указанных свойствах стойкость вольфрамовых сплавов при изготовлении отливок из стали 20Л была не очень высокой. Вольфрамовые сплавы могут конкурировать со сплавами молибдена в том случае, если их стойкость при одинаковой стоимости будет в два раза выше, так как его удельный вес почти в два раза больше молибдена.
Ниобии и сплавы на его основе обладают лучшими тепло-физическими свойствами , чем сталь ЗХ2В8Ф, но худшими, чем молибден.
Приведенные механические свойства относятся к низколегированному ниобию, полученному с высокой степенью деформации. Исследование стойкости производилось на сплавах ниобия, полученных с меньшей степенью деформации. При этом о„ = 66 кГ/мм2, а б == 2-s-5%. Стойкость вкладышей из сплава ниобия при отливке детали «колпачок» из стали 20Л была 1400 ц. т., что в три — пять раз выше стойкость вкладыша из стали ЗХ2В8Ф. Учитывая еще очень высокую стоимость сплавов ниобия, применять их для изготовления вкладышей пресс-форм пока экономически нецелесообразно.
Таким образом, из тугоплавких металлов и их сплавов в настоящее время наиболее перспективными являются сплавы на основе молибдена.
Сплавы на основе меди. Как указывалось ранее, чистая медь является весьма термостойким материалом, что доказано применением ее для кристаллизаторов при непрерывной разливке стали, а также применением ее в качестве стволов для пушек в первый период их применения.
При освоении литья стали под давлением было изготовлено более 100 пресс-форм с вкладышами из чистой меди. Стойкость таких вкладышей была выше, чем из стали ЗХ2В8Ф, но на отливках возникал большой облой вследствие смятия пресс-форм при производство изделий из пластмасс. Поэтому применение чистой меди для изготовления вкладышей прессформ нецелесообразно, но в некоторых случаях, где смятие не может возникнуть или облой удаляется во время механической обработки, может быть использована и чистая медь.
Автор совместно с другими предприятиями проверил более 100 различных сплавов на основе меди, из которых три рекомендованы к использованию при литье стали под давлением в качестве материалов для вкладышей.
- Сплав МХЦВ — хромо-цирконий-ваиадиевая бронза разработана Гипроцветметом. Отработка велась совместно с заводом «Красный Выбор-жец» и автором (авт. свид. № 185068). Химический состав сплава (в %): 0,50—0,80 Сг; ,0,20—0,50 Zr; 0,20—0,60 V; 0,35 примесей, остальное Си.
Вследствие высокой теплопроводности сплава температура контакта при литье стали снижается до 600° С вместо 950—1000° С у стали ЗХ2В8Ф, При этой температуре механические свойства сплава значительно выше механических свойств стали ЗХ2В8Ф. Стойкость сплава проверена при литье стали под давлением и при жидкой штамповке стали. Стойкость при изготовлении Ртливок детали, «колпачок», составляла 810—1000 ц.т.,а при изготовлении детали «звездочка» — 500—600 ц. т., что выше стойкости стали ЗХ2В8Ф в 2,5—Зраза. Сплав МХЦВ очень технологичный на всех операциях изготовления заготовок ипри эксплуатации пресс-форм. Сплав рекомендуется применять при литье стали под давлением для изготовления мелких несложных отливок весом до 100 г.
Режим термической обработки сплава: закалка с 980° С в воду, отпуск при 480° С с выдержкой 3—5 ч. Сплав используется с применением холодной деформации заготовок после закалки в воду.
Температура плавления сплава МХЦВ 1025—1050° С, интервал ковки 900— 700° С, температура рекристаллизации 660° С.
Сплав МКБ — кобальт-бериллиевая бронза разработай автором совместно с Гиредметом и заводом «Красный выборжец». Были проверены механические и физические свойства очень многих сплавов. К наиболее типичным представителям относятся бронзы.
12-09-2022
03-03-2021
02-03-2021
17-02-2021
06-04-2020