Пресс-форма для литья пластмасс

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРЕСС-ФОРМ И ИХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

При изготовлении деталей пресс-форм для литья пластмасс под давлением в США применяются стали.

Фирма «Долер» (США) применяют эти же стали, но с повышен­ным содержанием углерода.

Анализ применяемых материалов показывает следующее.

I. В зарубежной и отечественной промышленности применяют преимуще­ственно хромовольфрамованадиевые и хромомолибденованадиевые стали.

2. При изготовлении отливок из латуни и бронзы в зарубежной и отече­ственной промышленности для изготовления вкладышей пресс-форм приме­няется преимущественно сталь марки ЗХ2В8Ф или эта же сталь, но с дополни­тельным легированием кобальтом от 2 до 5%, а в некоторых случаях с добавкой никеля до 3%.

3. При изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов в зару­бежной промышленности применяются хромомолибденованадиевые стали типа 4Х5МФС и 4Х5МФ1С, а в отечественной — хромовольфрамованадиевые.

4. При изготовлении отливок из сплавов на основе цинка применяется очень широкая номенклатура сталей, в том числе и вышеуказанные стали.

5. В связи с недостаточной стойкостью сталей, при литье латуни и при литье крупных сложных ответственных отливок из алю­миниевых сплавов в зарубежной и отечественной промышленности проводятся широкие исследования с целью поиска новых более стойких материалов. Изу­чаются возможности использования сплавов на основе тугоплавких металлов (молибдена, вольфрама, ниобия), жаропрочных сплавов на основе железа, ни­келя, кобальта и других металлов.

Для сравнения свойств различных материалов в качестве основного крите­рия обычно принимают стойкость пресс-форм. Однако экспериментальное опре­деление стойкости связано с большими затратами. Кроме того, стойкость зависит от очень многих факторов: конструкции отливок и пресс-форм, технологических условий эксплуатации и т. д. , поэтому стойкость для разных отливок сравнивать нельзя, она может быть различной. В связи с этим в большинстве случаев при выборе новых материалов или режимов термической обработки руковод­ствуются только твердостью или пределом прочности при нормальной температуре, но при этом возникает ряд затруднений. Например, при литье латуни и бронзы с понижением твердости и прочности соответственно с HRC 50 до HRC 40 и с 150 до 100 кГ/мм² стойкость повышается. Объясняют это явление совершенно правильно — повышением сопротивления материала разгару. С нашей точки зрения это можно доказать расчетом, так как в этом случае могут повышаться прочность и пластичность Р_т. Но если бы материал при прочности 100 и 150 кГ/мм² имел одинаковую пластичность, то с повышением прочности стой­кость была бы выше.

В связи с вышеуказанным автор рекомендует для предварительной оценки и сравнения различных материалов, используемых для изготовления деталей пресс-формыдля литья пластмасс на заказ, и режимов термической обработки принимать расчетные термо­стойкость, формостойкость и износостойкость.

Формостойкость и износостойкость материалов деталей пресс-форм повы­шаются с увеличением их твёрдости и прочности при температуре контакта. Как указывалось выше, термостойкость при увеличении твердости и прочности при одинаковой пластичности может также повышаться. Однако у большинства материалов с повышением твердости и прочности пластичность понижается. В этом случае при выбранных материалах и режимах термической обработки следует руководствоваться запасом прочности и пластичности материалов.

Таким образом, один какой-либо показатель физико-механических свойств материала не может являться критерием при выборе новых материалов или ре­жимов термической их обработки. Необходимо применять комплексные показа­тели. Основным показателем следует признать термостойкость, зависит от физико-механических свойств материала, условий эксплуатации и конструкции К_т пресс-формы для литья пластика на заказ.

Следует иметь в виду, что приведенные примеры включают подсчет только смятия, а формостойкость включает рост, коробление, вымоины, износ металла и другие факторы, которые также необходимо учитывать.

Износостойкость материала включает, кроме твердости и прочности, окали-ностойкость, жаропрочность, теплопрочность и т. д.

ХРОМОВОЛЬФРАМОВАНАДИЕВЫЕ СТАЛИ ДЛЯ ПРЕССФОРМ

В ГОСТ 5950—63 при изготовлении вкладышей пресс-форм для литья под давлением рекомендуется применять следующие стали: ЗХ2В8Ф — для отливок из сплавов на медной основе; 4ХВ2С — для отливок из сплавов на алюминиевой и магниевой основах; 4Х8В2 — для отливок из цветных сплавов;

4Х5В2ФС, 4Х5В4ФСМ, 4Х2В5ФМ, 4ХЗВ2Ф2М2, 5ХВ2С и 6ХВ2С — для отливок без конкретного указания сплава.

В отечественной промышленности наибольшее распространение имеет сталь ЗХ2В8Ф, поэтому в качестве эталона для сравнения свойств всех рассматривае­мых ниже материалов примем эту сталь.

Сталь ЗХ2В8Ф. Химический состав этой стали приведен в табл. 111. Содер-ние остаточного никеля допускается не свыше 0, 35%, а меди — 0, 30%. В содер­жании элементов допускаются отклонения до 6% (±0, 01 С; ±0, 02 Мп; ±0, 02Si; ±0, 05Cr; ±0, 05W; ± 0, 02V).

Хром в эту сталь вводится для улучшения прокаливаемости заготовок пресс-форм, вольфрам — для повышения прочности стали при высоких температурах и снижения скорости разупрочнения или повышения сопротивления отпускоустой-чивости, ванадий — для предотвращения укрупнения зерна стали при изготовле­нии слитка и термической обработке. Содержание углерода предпочтительнее иметь в предалах 0, 25—0, 35%. Повышенное содержание углерода понижает пла­стичность стали и ее термостойкость и делает ее более чувствительной к образо­ванию трещин, но более формостойкой и износостойкой. Вольфрам, ванадий, хром и углерод понижают теплопроводность стали. Указанные элементы являются карбидообразующими, поэтому их положительное действие проявляется только после надлежащей пластической и термической обработок.

В состоянии поставки сталь ЗХ2В8Ф должна иметь твердость НВ 255—207. Сталь поставляется в отожженном состоянии.

При контроле микроструктуры пресс-форм иногда выявляются дефекты ис­ходных заготовок: а) крупноигольчатый мартенсит, появление которого вызвано перегревом при пластической деформации или при термической обра­ботке; б) полосчатость, вызванная пластической деформацией; в) карбидная ликва­ция, вызванная недостаточной проработкой заготовок при пластической дефор­мации или же ликвацией слитка в процессе кристаллизации; г) плены или воло-совинные трещины, связанные с качеством слитка или процессом охлаждения заготовок при охлаждениях после нагрева под термическую обработку. Указан­ные дефекты могут резко снижать стойкость пресс-форм для литья пластика на заказ. В связи с этим все по­ступившие на завод заготовки необходимо контролировать. Контролировать не­обходимо также температурные режимы термической обработки вкладышей пресс-форм.

На некоторых заводах наблюдается неэффективное использование стали ЗХ2В8Ф, приводящее к значительному снижению стойкости пресс-форм по сле­дующим причинам:

1) применяется пониженная температура закалки — 900—950° С, что сни­жает механические свойства и термостойкость, понижает легированность твердого раствора и снижает износостойкость рабочей поверхности пресс-форм;

2) используется для засыпки вкладышей при термообработке мелкий, свежий древесный уголь, что приводит к науглероживанию поверхности до глубины 0, 3—0, 7 мм с концентрацией углерода до 1%, а следовательно, к преждевремен­ному выходу пресс-форм из строя по сетке разгара или трещинам;

3) производится закалка на воздухе, что приводит к обезуглероживанию поверхности. Это приводит к преждевременному выходу пресс-форм из строя при литье медных сплавов по смятию, а при литье алюминиевых сплавов по налипанию с последующим привариванием отливки к вкладышу.

Режим термической обработки деталей пресс-форм для литья пластмасс на заказ, соприкасающихся с жидким металлом, оказывает решающее влияние на их стойкость и точность разме­ров. В связи с вышеуказанным выбор режима термической обработки и его точное соблюдение является важнейшей задачей. Контроль же качества вкладышей после термической обработки в большинстве случаев заключается лишь в проверке твер­дости, которая дает только некоторое представление о свойстве металла.

Сталь ЗХ2В8Ф обладает хорошей, но не беспредельной прокаливаемостью, значения которой, полученные автором совместно с В. Б. Шульман (ЛОМО), в за­висимости от сечения образца, среды охлаждения при закалке и температуры отпуска. Содержание аустенита в этой стали в зависимости от указанных выше факторов. Как видно из таблиц, при температурах отпуска 600 и 660° С аустенит отсутствует. С увеличением сечения образцов и понижением температуры отпуска при всех режимах отпуска твер­дость образцов понижается, а количество аустенита увеличивается.

Изменение твердости в зависимости от охлаждающей среды и температуры отпуска приведено в табл. 114. Закалка опытных образцов производилась в соля­ной валне при нагреве до 1080—1100° С с выдержкой при указанной температуре 5 мин. По ГОСТ 5950—63 после закалки при температурах 1075—1125° С с охла­ждением в масле обеспечивается HRC 46.

Твердость стали ЗХ2В8Ф в зависимости от температур закалки.

Автором проведено исследование физико-механических свойств стали ЗХ2В8Ф в зависимости от способа ее выплавки. Слитки после выплавки в индукционной печи емкостью 60 и 1000 кг отжигались при температуре 850—860° С. Затем после отрезки прибыли слитки обтачивали и ковали на заготовки разме­рами: круг 0 15, 0 25 и 0 60 мм, квадрат 15 X 15 мм, полосу 45 X 115 X X 175 мм. Для переплавки применялись электроды 0 110 мм для электрошлако­вого переплава и 0 150 мм для вакуумного электродугового переплава.

При переплаве в электровакуумной дуговой печи электроды собирались из отдельных кусков длиной 800 мм. Плавка производилась в печи ДП-13 с медным водоохлаждаемым кристаллизатором 0 220 мм по режиму: напряжение на дуге 24—32 в, сила тока 3000—5000 а, разрежение в плавильном пространстве во время плавки 2-10"² мм рт. ст. , натекание 2 мкм/мин, скорость плавления 2, 5 кг/мин.

Для электрошлакового переплава электроды собирались из трех—пяти кусков, которые скрецлялись соединительными шпильками. Переплавка производилась на двух режимах: 1) напряжение 32—33 в, сила тока 1800—2000 а; 2) 40—42 в, 2200—2400 а. Скорость плавления в обоих случаях — 2, 5 кг/мин. Плавка произ­водилась в медном кристаллизаторе под флюсом АНФ-6 следующего состава (в %): 60-70 CaF, 30-40А1₂О₃, 20₂, 0, 05S, 0. 02Р. Перед использованием флюс прока­ливался при температуре 300-400°С и измельчался до мелких частиц размером не более 2 мм. На 100 кг металла использовалось 5 кг флюса. Электрошлаковый переплав производился в Институте электросварки им. О. Е. Патона. Кованые заготовки отжигались при температуре 880-900°С, в течение 3 ч и охлажда­лись от 400°С на воздухе.

Химический и газовый состав стали ЗХ2В8Ф в зависимости от способа вы­плавки  (средние данные трех анализов: верха, середины и низа).

Содержание кислорода по сравнению с индукционной плавкой при электровакуумном переплаве снизилось в 11, 7 раза, а при электро­шлаковом переплаве в 2, 3 раза. Содержание водорода при электровакуумном переплаве снизилось в 3, 2 раза, а при электрошлаковом только в 1, 1 раза. Азот в стали содержался в количестве 0, 006%.

Критические точки стали ЗХ2В8Ф в зависимости от способа выплавки стали.

Электрошлаковый переплав по сравнению с индукционной плавкой снижает критические точки, а электровакуумный повышает.

Термическая обработка опытных образцов и вкладышей для пресс-форм про­изводилась до шлифовки по режиму: нагрев под закалку в соляной ванне до тем­пературы 1100°С, закалка в масле и отпуск до заданной твердости.

Механические свойства образцов из стали ЗХ2В8Ф в зависимости от способа выплавки и твердости при нормальных температурах.

Твердость, прочность и пластичность в образцах из стали ЗХ2В8Ф, получен­ных после электрошлакового переплава, выше, чем в образцах, полученных после индукционной плавки. Образцы электровакуумного переплава имели выше пла­стичность, но ниже твердость и прочность, чем образцы индукционной плавки. Запас прочности и пластичности Р_Т стали ЗХ2В8Ф при всех твердостях выше у об­разцов, полученных после электрошлакового переплава.

Механические свойства стали ЗХ2В8Ф при повышенных температурах (600 и 800°С). Механические свойства стали ЗХ2В8Ф в зависимости от температуры испы­таний и твердости.

Модули нормальной упругости и сдвига стали ЗХ2В8Ф в зависимости от твердости и температуры испытаний.

Модуль нормальной упругости определялся динамическим способом, т. е. измерение производилось при кратковременной и знакопеременной нагрузке, что исключало развитие неупругих процессов. Образец имел 0, 8 мм и длину 200 мм. Приведенные данные показывают, что способ плавки, термическая обработка и твердость практически не оказывают влияния на модуль упругости.

Модуль сдвига определялся методом крутильных колебаний. Образец имел 0, 5 мм, длину 180 мм, на концах имелось утолщение длиной 16 мм и 0, 20 мм.

Таким образом, электрошлаковый и электровакуумный переплавы незна­чительно снижают коэффициент термического расширения. Повышение твердости также приводит к незначительному его снижению.

Теплопроводность X определялась методом сравнения на специальных образ­цах. Теплопроводность стали ЗХ2В8Ф в зависимости от способа выплавки и ре­жима термической обработки — отпуска (твердости).

Из таблицы видно, что электрошлаковый и электровакуумный переплавы повышают теплопроводность. С повышением температуры отпуска и понижением твердости она также повышается.

Теплоемкость и удельный вес металла очень мало изменяются в зависимости от температуры отпуска и твердости.

Для теплофизических расчетов важнейшее значение имеют теплопроницаемость В_ф и температуропроводность а_ф, значения которых при средних значе­ния Сф, Уф, Хф Коэффициенты температурных напряжений К и К' для средних значений а, Е и ц.

Механические свойства стали ЗХ2В8Ф при нормальной температуре в за­висимости от среды нагрева под закалку, кратности отпуска и скорости охлажде­ния, а механические свойства при нормальной температуре после термообработки в зависимости от среды охлаждения после закалки (Тзак = Ю80 -i- 1100°С) и температуры отпуска с выдержкой в соляной ванне 5 мин.

Приведенные данные показывают, что упаковка вкладышей пресс-форм для литья пластика в свежую чугунную стружку способствует науглероживанию и понижению пла­стичности). Структура стали после закалки во всех случаях состоит из мартенсита тонкого строения, троостита, остаточного аустенита и карбидов, а после отпуска при температурах 550—600°С микроструктура состоит из троостита, мартенсита и карбидов, а при 650—700°С — из троостита, сорбита и карбидов.

Выбор режима термической обработки вкладышей и других деталей, сопри­касающихся с жидким металлом, зависит от очень многих факторов: от конструк­ции пресс-форм, ее размеров, толщины стенки, материала, применяемого для из­готовления отливок, от печного оборудования, способа выплавки стали, условий эксплуатации и других факторов.

В связи с вышеуказанным, приведем только некоторые основные положе­ния, которые будут применимы не только для стали ЗХ2В8Ф, но и для других марок сталей.

Предварительная термическая обработка обычно применяется в тех случаях, когда крупногабаритные пресс-формы изготовлялись из крупных, плохо проко­ванных заготовок, а также для особо ответственных вкладышей для уменьшения деформации при последующей термической обработке. В таких случаях приме­няют закалку с отпуском по режиму: закалка от температуры 1080—1100°С в масле; отпуск при температуре 740—760°С с выдержкой 6—8 ч и с последующим охлаждением с печью до 400°С.

Применение высокой температуры нагрева под закалку способствует пере­воду максимального количества карбидов в твердый раствор и получению более однородной структуры металла. На заготовках необходимо оставлять припуск 2, 5—3 мм. В этом случае нагрев под закалку можно производить без упаковки в коробки. При малых припусках нагрев заготовок следует производить в ящиках с засыпкой чугунной стружкой или в печах с безокислительным нагревом. Для остальных деталей пресс-форм для литья пластмасс после предварительной механической обработки необходимо применять высокий отпуск для снятия напряжений.

Важнейшими вопросами термической обработки являются получение тре­буемых механических свойств металла в готовой пресс-форме для литья пластмасс при соблюдении требуемых чертежных размеров. При нагреве и охлаждении под закалку необ­ходимо: перевести в твердый раствор максимальное количество карбидов, полу­чить однородное мартенситное строение металла при минимальном количестве аустенита, не допустить деформации размеров, а также не допускать науглеро­живания и обезуглероживания и других дефектов на рабочей поверхности пресс-форм для литья пластмасс на заказ.

В качестве печей для нагрева под закалку применяют соляные ванны, ка­мерные, муфельные и другие печи. Соляные ванны обычно применяют для не­больших деталей при небольших толщинах, у которых подвод и отвод тепла про­исходит равномерно. Камерные печи применяют для различных деталей с упаков­кой их в ящики. Муфельные печи применяют при безокислительном нагреве.

По проведению отдельных операций термической обработки существует много противоречивых мнений, которые рассмотреть надлежащим образом при ограни­ченном объеме книги не представляется возможным, поэтому приведем только некоторые примеры.

Соляные ванны часто применяют в комбинации с предварительным подогре­вом до 850°С в камерных печах со скоростью нагрева до 150 град/ч. В этом случае подогреваемые детали заворачивают в три-четыре слоя бумаги, которая препятствует обезуглероживанию. Затем в соляной ванне детали нагревают до 1150°С с выдержкой для мелких деталей 0, 5-1 ч, для крупных — 1-1, 5 ч. После этого детали подстуживаются на подвесках до 700°С и закаливаются в масле. Охлаждение мелких деталей производится полностью в масле, а крупные детали при 150—200°С переносятся в печь для отпуска. Соляные ванны при до­статочном раскислении обеспечивают надежную защиту от науглероживания, обезуглероживания и окисления.

В США камерные и муфельные печи применяют при нагреве под закалку с защитной атмосферой. Защитная атмосфера создается при помощи специальной газоприготовительной установки. Применение защитной атмосферы позволяет более эффективно использовать печи, что особенно важно при существующей спе­циализации производства, которая имеется в США. В ФРГ и в СССР применяются камерные и муфельные печи с упаковкой деталей в ящики. В качестве упаковки применяются различные материалы: медная вата, медная стружка, бумага, дре­весный уголь, чугунная стружка, кокс и др.

Режимы нагрева деталей пресс-форм для литья пластмасс на заказ под закалку зависят от имеющегося обо­рудования и других факторов. При применении защитных атмосфер вкладыши нагревают со скоростью, обеспечивающей равномерную температуру в толстом и тонком сечениях, и выдерживают при максимально заданной температуре доста­точное время (примерно 1 ч на каждые 25 мм толщины стенки в самом ее толстом месте), но А. Лундгрен рекомендует давать выдержку в два раза большую. В ФРГ применяют камерные печи с упаковкой деталей в ящики с древесным углем, по­этому они применяют ступенчатый нагрев с выдержкой при 450—500°С и около 850°С. При каждой выдержке дается достаточное время для полного равномер­ного прогрева. Некоторые авторы рекомендуют давать только одну выдержку при 800—850°С до полного прогрева. При нагреве в ящиках с упаковкой сложных деталей, по-видимому, целесообразнее давать две выдержки. Свежую чугун­ную стружку следует прокаливать при 700—800°С в течение 1, 5-2 ч.

Среда охлаждения определяет скорость охлаждения деталей, которая в свою очередь определяет структуру распада твердого раствора. При любых выбранных средах охлаждения деталей необходимо препятствовать образованию промежуточ­ных хрупких структур. Среда охлаждения должна обеспечить получение тонкого мартенсита и отсутствие деформаций размеров деталей. Охлаждение на воздухе приводит к возникновению крупноигольчатого хрупкого мартенсита. При за­калке в масле наблюдается получение максимального количества мартенсита. При изотермической закалке количество мартенсита несколько уменьшается, а количество троостита и аустенита увеличивается, при этом структура становится более однородной.

Однородность структуры стали в значительной степени зависит от количества растворенной карбидной фазы при закалке в твердом растворе. В отожженной стали содержится 13-13, 5% карбидной фазы, с увеличением температуры за-. калки в масле ее содержание уменьшается до 10, 3% при 950°С, 8, 6% при 1000°С, 7, 4% при 1050°С, 5, 9% при 1100°С. При закалке на воздухе с 1100°С карбидной фазы в стали содержится 6, 7%. Во время отпуска происходит превращение аусте­нита в мартенсит, сопровождающееся выделением карбидов. Однако после отпуска при 600°С сталь ЗХ2В8Ф содержит карбидов на 25-35% меньше, чем в отожжен­ном состоянии. .

Деформация деталей при закалке зависит не только от среды охлаждения, но главным образом от конструкции деталей. После всех вариантов закалки раз­меры деталей уменьшаются. Последующий отпуск приводит к увеличению раз­меров, однако в большинстве случаев они не достигают исходной величины. В связи с вышеуказанным, уменьшение размеров необходимо учитывать в при­пуске на последующую шлифовку. Изотермическая закалка по сравнению с закал­кой в масле уменьшает деформацию деталей примерно в два раза, а иногда и более.

Наиболее оптимальной температурой нагрева под закалку стали ЗХ2В8Ф следует рекомендовать температуру 1100°С, а при надежном контроле можно допустить и температуру 1150°С.

Выбор температуры отпуска является весьма ответственной задачей, так как она определяет при качественной пластической деформации и закалке механи­ческие свойства и стойкость пресс-форм для литья пластмасс на заказ. При выборе температуры отпуска обычно руководствуются требованиями твердости, а в некоторых случаях одновременно с ней указывается предел прочности. В зависимости от сплавов, применяемых для изготовления отливок, рекомендуются следующие значения твердости: цинко­вые NRC 48-52; алюминиевые и магниевые HRC 40-48; медные HRC 37-45.

Некоторые авторы одновременно с твердостью приводят значения предела прочности, а также указывают класс стали.

Следовательно, устойчивых и уверенных рекомендаций авторы не дают. 1 акие же неуверенные рекомендации даются и в работе, а в бо­лее ранних работах указывалось, что стойкость пресс-форм для литья медных сплавов удалось повысить за счет снижения предела прочности с 125 до 110-100 кГ/мм².

Неуверенность рекомендаций по выбору механических свойств в зависимости от сплавов, применяемых для изготовления пресс-форм и отливок, объясняется неправильным подходом к решению задачи, так как стойкость пресс-форм опре­деляется не только прочностными свойствами, но и пластичностью, которая не учитывается. Температуру отпуска рекомендуется выбирать по максимальному запасу прочности и пластичности стали Р_т, но при литье цинковых сплавов следует ориентироваться на максимальную твердость при достаточной пластичности.

Вкладыши из стали ЗХ2В8Ф для отливок из латуни весом до 500 г. обра­батывались по следующему режиму.

1. Ступенчатый нагрев под закалку:

а) до 650°С (состав ванны: 50% КО + 50% Na₂C0₃);

б) до 850°С (состав ванны: 30% КО + 70% ВаС1₂);

в) до 1080°С (состав ванны: 100% ВаС1₂). Время выдержки при окончатель­ном подогреве под закалку (при 1080°С) дается исходя из расчета 12 сек на 1 мм толщины сечения изделия.

2. Закалка в соли до 650°С, затем охлаждение в масле до 150°С.

3. Отпуск сначала до 180°С с выдержкой 2-3 ч в масляной ванне и затем при 600-640°С в печи. Охлаждение на воздухе.

На предприятиях ЛОМО применяется следующий режим термообработки.

1. Закалка:

а) упаковка изделий в ящики и засыпка отработанным карбюризатором;

б) загрузка ящиков в печь Г-30 при температуре 850-900°С;

в) выдержка для выравнивания температуры и нагрев до температуры 1080 ± 10°С;

г) выдержка при температуре 1080°С, 2-2, 5 ч;

д) охлаждение в масле до HRC 55-60.

2. Отпуск:

а) укладка изделий в ящики без упаковки;

б) загрузка ящиков в печь Н-30 при температуре 500°С;

в) выдержка для выравнивания температуры и нагрев до 560-580°С на твердость HRC 49-52; до 640-660°С на твердость HRC 42-46; до 680-700°С на твердость HRC 35-37;

г) выдержка при указанных температурах 1 ч;

д) охлаждение до 400°С вместе с печью, а затем на воздухе.

Термостойкости стали ЗХ2В8Ф в зависимости от ее механических свойств и твердости при изготовлении отливок из сплавов ЦАМ4-3, АЛ2, ЛС 59-1 и стали 20Л. При расчете температуры контакта теплофизиче­ские свойства отливок В₀ и пресс-форм Вф приняты при комнатной температуре, модуль упругости и коэффициент линейного расширения, которые для этой стали очень мало зависят от твердости. Расчет термостойкости произ­водился применительно к плоской стенке, поэтому К_т= 1 Полученная термо­стойкость соответствует реальным условиям работы пресс-форм. Механические свойства приняты по среднеарифметическим значениям 15-20 испытаний при температуре контакта, которые, как видно из расчетов, оказывают решающее влияние на стойкость, термостойкость, формостойкость и износостойкость. По­этому пластическая деформация, термическая обработка и условия эксплуатации должны быть направлены на получение высоких прочностных и пластических свойств материала пресс-форм.

При литье цинковых сплавов термостойкость в зависимости от твердости прак­тически одинаковая, но с повышением твердости формостойкость и износостой­кость повышаются, поэтому пресс-формы для литья пластмасс на заказ целесообразнее термообрабатывать до более высокой твердости.

При литье алюминиевых и медных сплавов более высокую термостойкость имеют вкладыши из стали ЗХ2В8Ф с HRC 40. Однако следует иметь в виду, что полученные значения справедливы только при механических свойствах. В некоторых случаях при изготовлении отливок из алюми­ниевых сплавов термостойкость получается выше при HRC 50-55. В связи с этим для более эффективного использования высоколегированной стали необходимо проверять механические свойства каждой новой партии поступающих на завод заготовок. Аналогичные результаты можно получить и при расчете по упрощен­ной схеме.

Рассмотрим приведенные механические свойства материала вкладышей пресс-форм для литья пластмасс на заказ применительно к изготовлению отливок из сплавов ЦАМ 4-3, АЛ2 и ЛС 59-1 с температурой контакта соответственно 400, 500 и 700°С. Формостой­кость рассчитывалась, а износостойкость только по твердости. Для большей наглядности сведем полученные значения.

Из приведенных данных видно, что запас прочности и пластичности прн литье АЛ2 и ЛС 59-1 выше у стали А, но формостойкость выше у стали Б, поэтому пресс-формы при литье сплавов на основе алюминия и меди целесообразнее из­готовлять из стали A chrc40, а при литье цинковых сплавов из стали Б с hrc 50.

Как указывалось выше, сталь ЗХ2В8Ф принята в качестве эталона для сравне­ния свойств всех рассматриваемых ниже сталей. Сравнение будет производиться по запасу прочности и пластичности Р_т , общей деформации г₀ и по температурным напряжениям а_тн при тем­пературе контакта Т_к и температуре подогрева пресс-формы для литья пластмасс Тф — 200°С. Эти показатели определяются физико-механическими свойствами металла. С повы­шением Р_т и понижением е₀ и а_тн стойкость, термостойкость, формостойкость и износостойкость повышаются.

Из слитков после отжига при температуре 860° С с выдержкой 4 ч обтачивали и ковали заготовки, из которых изготовляли образцы для исследований.

Изменение критических точек стали в зависимости от содержания кобальта. С повышением содержания кобальта критические точки ас₃, ас_ъ аг₃ и аг_х повышаются, что благоприятно сказывается на стойкости при литье высокотемпературных сплавов на основе меди и железа. Твердость определялась на образцах с размерами 20 X 20 X 40 мм. После закалки с температур 1100—1120^°С образцы отпускались при температурах 200, 300, 400, 500, 600, 700, 720, 740 и 760°С с выдержкой 2 ч. После измерения твер­дости образцы отпускались еще два раза. Результаты измерений твердости после трехкратного отпуска. Из рисунка видно, что при увеличении содержания кобальта твердость повышается. Изменение коэффициента линейного расширения в зависимости от содержания кобальта. Кобальт снижает коэффициент линейного расшире­ния, что оказывает влияние на снижение температурных напряжений и повышает термостойкость стали.