Wissensartikel

Wärmebehandlungstechniken für Druckgussformen – Leitfaden

Leitfaden für Druckgussformen

Wärmebehandlungstechniken finden in der Herstellung von Druckgussformen breite Anwendung. Sie können die Mikrostruktur und Leistungsfähigkeit von Formkomponenten erheblich verbessern, die Lebensdauer der Formen verlängern, die Bearbeitungsqualität verbessern und den Werkzeugverschleiß verringern.

Druckgussformen werden in der Regel aus legierten Werkzeugstählen hergestellt. Typische Wärmebehandlungsabläufe umfassen Kugelglühen, Spannungsarmglühen/Stabilisieren, Abschrecken (oder Abschrecken und Anlassen) und mehrfache Anlasvorgänge. Durch die Auswahl einer geeigneten Kombination von Wärmebehandlungen können die erforderliche Festigkeit, Zähigkeit und Hochtemperaturleistung erreicht werden.

Vorbehandlung:

  1. Zweck: Beseitigung von Restspannungen aus dem Schmieden oder der Grobbearbeitung, Verringerung der Härte für eine leichtere Zerspanung und Vorbereitung einer gleichmäßigen Struktur für das anschließende Abschrecken und Anlassen.
  2. Methoden und Wirkungen: Das Kugelglühen erzeugt eine gleichmäßige Mikrostruktur mit fein verteilten Karbiden, um die Zähigkeit zu verbessern. Das Abschrecken und Anlassen (d. h. Abschrecken gefolgt von Anlassen) bietet oft ein hervorragendes Verhältnis zwischen Festigkeit und Zähigkeit. Daher wird bei Formen, die eine hohe Zähigkeit erfordern, häufig das Anlassen nach dem Abschrecken anstelle des Kugelglühens verwendet.
  3. Empfehlung: Führen Sie eine Vorbehandlung an Schmiedeteilen oder grob bearbeiteten Rohlingen durch und protokollieren Sie den Prozess, um später die Rückverfolgbarkeit der Qualität zu erleichtern.

Stabilisierungsbehandlung:

  1. Zweck: Beseitigung von inneren Spannungen, die während der Grobbearbeitung entstanden sind, und Verringerung des Risikos von Verformungen und Rissen während des Abschreckens. Dies ist besonders wichtig für Werkzeuge mit komplexen Formen.
  2. Typischer Prozess: Auf 650 °C bis 680 °C erhitzen, 2 bis 4 Stunden halten, dann aus dem Ofen nehmen und an der Luft abkühlen lassen. Bei Werkzeugen mit komplexer Geometrie vor der Luftkühlung im Ofen auf unter 400 °C abkühlen, um die inneren Spannungen weiter zu reduzieren.
  3. Sonderfälle: Durch EDM (Elektroerosion) modifizierte Oberflächen können eine umgeschmolzene oder beschädigte Schicht entwickeln und sind anfällig für Drahtschneide-Risse; zur Beseitigung lokaler Spannungen sollte ein Spannungsarmglühen bei niedrigerer Temperatur durchgeführt werden.

Vorwärmen vor dem Abschrecken:

  1. Grund: Druckgussformen werden häufig aus hochlegierten Stählen mit schlechter Wärmeleitfähigkeit hergestellt; eine schnelle direkte Erwärmung kann zu großen Temperaturgradienten führen, die Risse oder Verformungen verursachen. Daher ist eine stufenweise Vorwärmung erforderlich.
  2. Vorwärmverfahren und -temperaturen: Das Vorwärmen bei niedrigerer Temperatur (400 °C bis 650 °C) kann in einem Kasten- oder Luftofen erfolgen. Das Vorwärmen bei höherer Temperatur sollte besser in einem Salzbadofen durchgeführt werden, um die Wärmeverteilung zu verbessern.
  3. Anzahl der Vorwärmvorgänge und Anforderungen: Für Formen mit geringen Anforderungen an die Verformungskontrolle können weniger Vorwärmstufen verwendet werden; für eine strenge Verformungskontrolle sollten mehrere Vorwärmstufen verwendet werden, um thermische Gradientenspannungen zu reduzieren. Eine gängige empirische Schätzung für die Vorwärmzeit beträgt 1 min/mm (nur als Referenz; bitte anhand des Materials und der Bauteildicke überprüfen).

Abschrecken, Erhitzen und Halten:

  1. Ziel: Erzielung einer gleichmäßigen Zusammensetzung des Austenits und ausreichende Auflösung der Karbide, um die Festigkeit bei hohen Temperaturen und die Beständigkeit gegen Erweichung zu verbessern.
  2. Temperaturwahl: Die Abschrecktemperatur sollte innerhalb der für das Material angegebenen Grenzen gewählt werden. Höhere Abschrecktemperaturen begünstigen die thermische Stabilität, können jedoch das Kornwachstum fördern und die Zähigkeit verringern; für Werkzeuge, die eine hohe Zähigkeit erfordern, werden im Allgemeinen relativ niedrigere Abschrecktemperaturen verwendet.
  3. Verweilzeit: Um eine Homogenisierung zu gewährleisten, erfordert das Abschrecken im Salzbad in der Regel eine relativ lange Verweilzeit; eine gängige Schätzung liegt bei 0,8 min/mm bis 1,0 min/mm (Referenzwert; muss validiert werden).

Abschreckkühlung:

  1. Wahl der Kühlmethode: Werkzeuge mit einfacher Form und geringer Verformungsempfindlichkeit können in Öl abgeschreckt werden. Werkzeuge mit komplexen Formen oder hohen Anforderungen an die Verformungsfreiheit sollten besser stufenweise (abgeschreckt) behandelt werden (beschleunigte Kühlung in Stufen mit allmählichen Übergängen).
  2. Ausgleich vor dem Anlassen: Um Risse und Verformungen zu vermeiden, sollte unabhängig von der Kühlmethode nicht direkt auf Raumtemperatur gekühlt werden, sondern zunächst auf 150 °C bis 180 °C zum Ausgleich. Die Ausgleichszeit kann auf 0,6 min/mm (Referenz) geschätzt werden, anschließend sollte sofort mit dem Anlassen fortgefahren werden.
  3. Hinweise: Kontrollieren Sie das Abkühlungsprofil, um eine thermische Spannungskonzentration mit kalter Oberfläche und heißem Kern zu vermeiden. Achten Sie bei der stufenweisen oder lokalen Abschreckung darauf, dass die Verformung kontrollierbar ist, und sorgen Sie für Korrekturmaßnahmen.

Anlassen:

  1. Notwendigkeit: Durch ausreichendes Anlassen werden Restspannungen aus dem Abschrecken entfernt und Härte und Zähigkeit angepasst. Druckgussformen erfordern in der Regel ein gründliches Anlassen, das üblicherweise in drei Anlasvorgängen durchgeführt wird.
  2. Die erste Anlasstemperatur wird in der Regel im sekundären Härtungsbereich des Materials gewählt (um die Struktur zu stabilisieren).
  3. Die zweite Anlasstemperatur wird so gewählt, dass die erforderliche Härte erreicht wird.
  4. Die dritte Anlasstemperatur liegt 10 °C bis 20 °C unter der zweiten Anlasstemperatur und dient dazu, Restspannungen zu beseitigen und die Struktur zu verfeinern.
  5. Abkühlen nach dem Anlassen: Nach dem Anlassen kann eine Öl- oder Luftkühlung verwendet werden. Die Haltezeit für das Einzyklus-Anlassen sollte nicht weniger als 2 Stunden betragen (die genaue Zeit richtet sich nach der Dicke des Teils und den Materialanforderungen).