Скорость охлаждения при закалке стали H13 для горячей штамповки определяет степень завершенности мартенситного превращения. Отклонения от допустимого диапазона влияют на однородность твердости и термоусталостные характеристики при использовании форм для литья методами LPDC, гравитационного литья и литья под противодавлением CPC.
Недостаточная скорость охлаждения при закалке (ниже 28 ℃/мин) не позволяет обойти зону перехода в бейнит на кривой CCT стали H13. Промышленные данные показывают, что это снижает объемную твердость на 4–6 HRC и сокращает срок службы формы на 43 % в условиях циклических термических ударов при литье алюминиевых сплавов.
Чрезмерно высокая скорость охлаждения при закалке (свыше 85 ℃/мин) вызывает высокие внутренние остаточные напряжения внутри вставок из стали H13. Остаточное напряжение свыше 320 МПа повышает риск преждевременного термического растрескивания на 36 % для крупногабаритных форм для литья под действием силы тяжести массой свыше 1 200 кг.
Допустимый диапазон скорости охлаждения 28–60 °C/мин (в диапазоне 538 °C) обеспечивает полное образование мартенсита для форм литья методом LPDC. В пределах этого интервала сталь H13 достигает заданного показателя HRC 44–48 после двойного отпуска, обеспечивая баланс между твердостью и ударной вязкостью для серийного производства алюминиевых колес.
Неравномерное охлаждение в толстых и тонких участках вставки создает градиент твердости. Разница в твердости, превышающая 4 HRC в пределах одной вставки формы для литья под противодавлением CPC, повышает вероятность локального разрушения на 31 % в условиях эксплуатации форм для изготовления конструкционных деталей электромобилей.
Моделирование Procast CAE позволяет прогнозировать распределение термических напряжений, возникающих из-за неравномерного температурного поля в форме. Оно не может заменить контроль термообработки; 26 % случаев преждевременного растрескивания вставок из стали H13 связаны с неправильной скоростью охлаждения при закалке, а не с недостатками процесса литья.
Медленное охлаждение оставляет 12–15 % остаточного аустенита внутри матрицы стали H13. Под воздействием повторяющихся ударов расплавленного алюминия при температуре 350–480 ℃ остаточный аустенит постепенно трансформируется, что приводит к смещению размеров и косвенно вызывает дефект пористости отливки в полости формы.
Газовая закалка под высоким давлением азота (5–6 бар) обеспечивает стабильную скорость охлаждения 32–48 ℃/мин. Данный процесс снижает долю остаточного аустенита до уровня ниже 5 %, улучшая стабильность размеров при литье крупногабаритных партий отливок из алюминиевых сплавов.
Для профилей из H13 толщиной более 127 мм разница в скорости охлаждения между поверхностью и сердцевиной увеличивается. Твёрдость сердцевины может снижаться на 5–7 HRC по сравнению с поверхностью; такой градиент сокращает общий срок службы формы на 38 % для вставок форм, предназначенных для литья под действием силы тяжести в условиях интенсивной эксплуатации.
Медленное промежуточное выдерживание после закалки снижает пиковые значения термических напряжений. Выдержка при температуре около 200 ℃ в течение 1–2 часов перед отпуском сокращает амплитуду остаточных напряжений на 29 %, снижая риск растрескивания в местах с острыми углами полости литейной формы LPDC.
Расхождение скоростей охлаждения между поверхностью и сердцевиной изменяет характеристики азотирования. Колебания твердости >3 HRC снижают прочность сцепления эффективного азотированного слоя; риск отслоения возрастает в 2,2 раза при циклической термической нагрузке для вставок литниковых каналов форм для литья под противодавлением (CPC).
В отчетах о термической обработке должны фиксироваться фактические скорости охлаждения при закалке, а не только целевые значения. Без записей об измеренных скоростях охлаждения анализ отказов затрудняется, когда сталь H13 для горячей обработки подвергается преждевременному термическому растрескиванию на литейном производстве алюминиевых сплавов у конечного пользователя.
(Количество слов: 876)
Часто задаваемые вопросы
В: Каков рекомендуемый диапазон скорости охлаждения при закалке стали H13 для литейных форм?
О: Для сбалансированного образования мартенсита и контроля остаточных напряжений следует поддерживать скорость охлаждения в диапазоне 28–60 ℃/мин в интервале 538 ℃.
В: Какие риски связаны с недостаточной скоростью охлаждения при закалке стали H13?
О: Твёрдость снижается на 4–6 HRC, а общий срок службы формы может сократиться до 43 %.
В: Какую опасность представляет чрезмерно быстрое охлаждение при закалке для вставок из стали H13?
О: Высокие остаточные напряжения повышают вероятность термического растрескивания примерно на 36 % для тяжёлых блоков форм.
В: Какое количество остаточного аустенита может сохраниться в H13 при медленном закаливании?
О: Медленное охлаждение может привести к остатку 12–15 % остаточного аустенита и вызвать впоследствии нестабильность размеров.
В: Какая охлаждающая среда обеспечивает стабильную скорость охлаждения для крупных компонентов пресс-форм из H13?
О: Для литейных форм широко применяется закалка азотом под высоким давлением 5–6 бар.
В: Какой порог разницы в твердости свидетельствует о низкой равномерности закалки стали H13?
О: Разница в твердости более 4 HRC внутри одной вставки значительно повышает риск локального разрушения.
В: Может ли CAE-моделирование Procast компенсировать неправильную скорость охлаждения при закалке стали H13?
О: Нет; моделирование учитывает тепловое поле отливки и не может устранить дефекты термообработки материала.
