Азотирование улучшает поверхностные характеристики форм для литья из стали H13, предназначенной для горячей обработки. Толщина азотированного слоя, твердость поверхности и хрупкость совместно определяют практическую эффективность форм для литья методами LPDC, гравитационного литья и литья под противодавлением CPC.
Эффективный азотированный слой толщиной 0,08–0,12 мм обеспечивает оптимальные комплексные характеристики для условий литья алюминия. Слой толщиной менее 0,05 мм дает ограниченное улучшение эрозионной стойкости; толщина свыше 0,15 мм повышает риск хрупкости вставных литниковых элементов форм для литья методом LPDC.
Твёрдость поверхности после качественного азотирования должна достигать HV 850–1050. Твёрдость ниже HV 800 указывает на недостаточный эффект азотирования; поверхность стали горячей обработки H13 по-прежнему подвергается быстрому истиранию алюминиевым сплавом при производстве форм для гравитационного литья алюминиевых колёс.
Азотирование должно выполняться после полной термообработки (закалки и отпуски). Проведение азотирования до отпуска сокращает общий срок службы формы на 40 %; остаточные напряжения вызывают преждевременное растрескивание тонкостенных вставок форм для литья под противодавлением (CPC).
Моделирование Procast CAE не позволяет напрямую рассчитать скорость износа азотированного слоя. Увеличение срока службы основывается на практических статистических данных; качественное азотирование продлевает срок службы вставок литниковых каналов на 38–44 % при одинаковых условиях эксплуатации форм для литья конструкционных деталей из алюминиевого сплава.
Чрезмерное азотирование приводит к образованию хрупкого слоя. Хрупкий слой легко отслаивается при термоциклировании; отслоившиеся фрагменты попадают в полость и вызывают дефекты в виде вкраплений или вторичную пористость внутри отливок из алюминиевого сплава.
Для резьбовых отверстий и сопрягаемых поверхностей требуется локальное экранирование. Нежелательное азотирование на сопрягаемых поверхностях увеличивает зазор и риск заклинивания в сборных многовставных формах для литья под давлением (LPDC).
Для контроля качества азотирования требуется металлографический образец поперечного сечения. Одно лишь измерение поверхностной твёрдости не позволяет отличить тонкий эффективный слой от хрупкого переазотированного слоя на критических изнашиваемых элементах форм для гравитационного литья.
После 1200–1600 циклов литья азотированный слой постепенно стирается в местах интенсивного износа. В зоне литниковой системы при серийном литье алюминиевых сплавов в формах CPC с противодавлением износ проявляется раньше, чем на поверхности полости.
Повторное азотирование можно проводить после ремонта поверхности, однако каждый цикл повторного азотирования усиливает внутреннее остаточное напряжение. Более двух циклов повторного азотирования повышают вероятность термического растрескивания вставок из стали H13 для горячей обработки на 31 %.
Азотирование не может устранить дефекты основного материала. Если основа из стали H13 содержит внутренние включения, азотирование улучшает только поверхность; термические трещины, возникающие в основе, будут по-прежнему распространяться в литьевых формах для алюминиевых колес, изготовленных методом LPDC, при циклической термической нагрузке.
В технических условиях на закупку должны быть определены диапазон толщины азотированного слоя, диапазон твердости поверхности и запрет на образование чрезмерно хрупкого слоя соединений. Неясные требования приводят к нестабильному качеству азотирования комплектов форм для изготовления конструкционных деталей электромобилей, закупаемых за рубежом.
(Количество слов: 886)
Часто задаваемые вопросы
В: Какова целевая толщина слоя азотирования для компонентов форм для литья алюминия из стали H13?
О: 0,08–0,12 мм обеспечивает сбалансированные показатели стойкости к эрозии и хрупкости.
В: Какова целевая поверхностная твёрдость по шкале HV после квалифицированной азотирования стали H13?
О: HV 850–1050; более низкое значение означает недостаточный прирост защиты от эрозии.
В: Когда следует проводить азотирование по отношению к термической обработке?
О: Должно быть завершено после закалки и отпуски; азотирование до отпуска сокращает срок службы на 40 %.
В: Какой риск несет чрезмерное азотирование вставок из формовочной стали H13?
О: Отслоение хрупкого слоя может привести к образованию включений или дефектов пористости на отливках.
В: Сколько циклов повторного азотирования рекомендуется для одной вставки из H13?
О: Следует избегать более двух циклов повторного азотирования; риск образования трещин возрастает на 31 %.
В: Может ли азотирование устранить внутренние дефекты основного материала стали H13 для горячей штамповки?
О: Нет, азотирование изменяет только поверхностный слой; дефекты основного материала продолжают распространяться.
В: Как надежно оценить качество азотированного слоя, не ограничиваясь только испытанием на твердость?
О: Металлографический анализ поперечного среза позволяет оценить реальное состояние эффективного азотированного слоя.
