Теоретические и технологические основы горячей штамповки порошковых карбидосталей конструкционного назначения

Таблица 1 – Свойства образцов горячештампованных сталей из размолотого порошка Термическая обработка, оС Структура σв, МПа σи, МПа ак, Дж/см2 Твердость, HRC I,* мкм/км f * Сталь 40Х2, 7,50 – 7,60 г/см3, неспеченная заготовка штамп. – 1050, отжиг − 1000, закалка − 850, отпуск − 250 мартенсит 1170 1700 220 46 1,1 0,18 Сталь 40Х2, 7,40 – 7,50 г/см3, спеченная заготовка То же мартенсит 1250 1700 200 46 1,1 0,18 Сталь Р6М5К5, 7,96 – 7,98 г/см3, неспеченная заготовка штамп. – 1080, отж. − 820; 10,5ч закалка − 1080, отпуск − 560, 3-кр дисперсные карбиды (Fe,V,W)C и (Fe,Mo,W)2C 3100 29,9 65 - 67 1,3 0,14 Сталь Р6М5К5, 7,96 – 7,98 г/см3, спеченная заготовка То же То же 3230 30,5 65 - 67 1,3 0,12 Сталь Х18Н15, 7,71 г/см3, неспеченная заготовка. штамп. – 1200, закалка − 1050, отпуск − 400 аустенит 690 680 75 26 - 29 Примечание: I* – интенсивность износа, f* – коэффициент трения Прочностные характеристики ТО сталей, штампованных из спеченных заготовок, как правило, превышает соответствующие характеристики сталей из неспеченных заготовок. Что касается функциональных свойств, то интенсивность износа сталей, спеченных и неспеченных, практически не отличается друг от друга. В разделе 2 «Особенности уплотнения и напряженно-деформированное состояние штампуемых заготовок из карбидостали» представлены результаты исследования поведения карбидосталей при штамповке в закрытом и открытом штампах. При этом рассмотрен процесс штамповки с применением трех видов заготовок, отличающихся степенью консолидации порошкового материала: спеченного; спрессованного (неспеченного); свободно засыпанного в оболочку порошка. Напряженно-деформированное состояние штампуемой в закрытом штампе неспеченной заготовки (цилиндрического брикета из карбидостали Х18Н15 – 25 % Сr3C2) оценивали по интенсивности уплотнения і, являющейся функцией пористости, и коэффициентом формы Кf=d/h. Показано, что при одностороннем нагружении именно растягивающие напряжения являются причиной образования застойных зон в углах изделия. В их области наблюдалось образование трещин и сколов. При двухстороннем приложении нагрузки уровень деформаций растяжения оказывается существенно ниже. Изменение схемы напряженно-деформированного состояния предотвратило образование трещин. Трещинообразование связано с тем, что при ГШ «мгновенная» деформация твердой составляющей происходит при напряжениях, значительно превышающих напряжения «мгновенной» деформации пластической составляющей. Следовательно, при получении карбидосталей частицы карбидов будут деформироваться только после окончания деформации стальной матрицы, что при поперечном к направлению усилия прессования течении материала может вызвать, кроме поверхностных трещин, также и возникновение внутренних трещин на границах «сталь − карбид». Уменьшить вероятность трещинообразования можно за счет принятия мер конструктивного характера (утолщения, бурты, увеличение плотности периферийной части осаживаемой заготовки). Кроме того, предотвратить возникновение трещин как в центральной зоне заготовки, так и на ее периферии позволяет противодавление, которое оказывают стенки матрицы или оболочки. Перспективным представляется использование в качестве оболочек порошковых материалов, прочность которых является функцией пористости. При свободной осадке цилиндрических образцов всех типов горячештампованных карбидосталей (с содержанием карбидов 5 об. %, плотностью 97 – 98 %) в спеченных железных оболочках (плотность ~ 90 %) допустимая степень поперечной деформации находилась в пределах 16,5 – 19,3 %, в то время как этот показатель для тех же карбидосталей без оболочек составлял 4,5 – 6 %. Описанные подходы по предотвращению трещинообразования предполагает проведение анализа напряженно-деформированного состояния на различных этапах ГШ. Для исследования напряженно-деформированного состояния изделий сложной формы при формообразовании в открытых штампах выбрана втулка с боковой сферической поверхностью. В качестве материала использована карбидосталь 40Х2 – 2 % В4С. Для экспериментального определения деформаций применен метод координатных сеток, напряжения рассчитывались по теоретическим зависимостям пластического деформирования порошковых пористых материалов (В. В. Скороход, М. Б. Штерн). Операция ГШ порошковых заготовок выполнялась в открытом штампе с двусторонним приложением нагрузки. Эксперименты выполнялись при поэтапном деформировании заготовок в три стадии. Для каждой стадии – начальной, промежуточной и конечной – рассчитаны распределения среднего напряжения по высоте, деформации твердой фазы и плотности. В качестве примера на рисунке 3 приведены результаты исследования деформации твердой фазы. На основании этих исследований можно видеть, что наибольшие значения уплотнения, напряжений и деформаций возникают в средней части Рисунок 3 – Распределение деформации твердой фазы на начальной стадии деформирования заготовок, поскольку здесь имеет место наиболее активное течение нагретого металла. При свободной осадке на начальной стадии снижаются значения средних напряжений и значительно повышается плотность. На последующих стадиях штамповки происходит увеличение уровня деформации твердой фазы, при этом в зоне облоя плотность выше, чем в остальных частях изделия. Это препятствует перетеканию материала в облой. Исследование напряженно-деформированного состояния порошковых двухслойных заготовок при ГШ выполнено на основе методики моделирования, разработанной в ИПМ НАН Украины. Используются определяющие соотношения теории пластичности пористых тел и метод конечных элементов. Решена задача для изделий с рабочим слоем из карбидостали с вертикальным расположением слоев1. Штампуется двухслойная втулка с внутренним слоем из карбидостали Р6М5К5 – 20 % ТіС и с наружным – из железного порошка. В программу расчета в качестве исходных данных введены параметры уплотняемости порошков карбидостали и железа. Начальные значения пористости слоев карбидостали и железа равны между собой (относительная пористость 0,4), начальное значение отношения высоты заготовки к толщине слоя оставляет 10:1. На рисунке 4 представлена схема горячей допрессовки в закрытом штампе. В силу симметрии на рисунке изображена правая относительно центральной оси половина штампа. Наличие и направление сил внешнего трения оказывают влияние на распределение плотности и других параметров по обьему материала. Распределение пористости при одностороннем и двухстороннем уплотнении приведено на рисунке 5. Рисунок 4 – Схема уплотнения двухслойной (карбидосталь – железо) втулки при горячей допрессовке: 1 – верхний пуансон, 2 – нижний пуансон, 3 – матрица, 4 – стержень, 5 – слой карбидостали, 6 – слой железа а б Рисунок 5 – Распределение пористости при одностороннем (а) и двухстороннем (б) уплотнении Имеет место тенденция более интенсивного уплотнения материала железного слоя. В то же время распределение пористости неравномерно и зависит от схемы деформирования. При одностороннем уплотнении (рисунок 5, а) максимальная пористость наблюдается в нижней части у внутренней поверхности (карбидосталь), минимальная – в верхней части наружной поверхности (железо). Применение двухстороннего уплотнения меняет халактер распределения пористости (рисунок 5, б). Сравнение двух схем штамповки показало, что при двухстороннем уплотнении распределение пористости более равномерно. Исследовано также распределение величины накопленной пластической деформации материала твердой фазы и распределения скорости радиального течения материала. Установлено, что может имеет место вдавливание слоя карбидостали в слой железа. В разделе 3 «Технология ГШ карбидосталей» представлены результаты исследований технологических параметров, предложены технологические схемы, новые конструкции заготовок и методы штамповки. Основными этапами технологического процесса изготовления изделия из карбидостали являются: (1) приготовление шихты, (2) изготовление заготовки под штамповку, (3) ГШ, (4) отжиг штампованных заготовок, (5) механическая обработка (точение, фрезерование, сверление, шлифование), (6) термическая обработка (ТО) – закалка, отпуск, (7) финишная механическая обработка (полирование). Используются заготовки трех видов: (1) спеченные (изготовляются прессованием и последующим спеканием), (2) неспеченные (прессованием шихты на связках), (3) «порошок в пористой оболочке» (прессованием оболочки, засыпанием шихты в оболочку). Шихту карбидосталей можно приготавливать или раздельным размолом карбидного и металлического порошков с последующим смешиванием, или отдельным размолом карбидного порошка, а затем совместным размолом/смешиванием составляющих. В таблице 2 представлены рекомендации относительно технологических режимов изготовления заготовок (спеченных и неспеченных) карбидосталей с наибольшим содержанием карбидов, в таблице 3 – наиболее эффективные технологические параметры ГШ карбидосталей. Приведенные значения температур спекания и нагрева под штамповку рекомендуются не только для указанных, но и для всех остальных исследуемых карбидосталей независимо от содержания в них карбидов. Таблица 2 – Технологические параметры изготовления заготовок Карбидостали и тип заготовки Плотность, г/см3 Давление прессования, МПа Режимы отгонки связки Режим спекания, 0С/ч 40Х2 – 10 % В4С спеченные неспеченные 5,15 – 5,80 4,20 – 4,50 600 – 800 (для спеченных) 300 – 400 (для неспеченных) 700 0С, 0,5 ч 1000 / 2 Р6М5К5 – 20 % TiC спеченные неспеченные 5,74 – 6,46 4,67 – 5,03 1180 / 2 Х18Н15 − 25 % Cr3C2 спеченные неспеченные 6,10 – 6,86 4,95 – 5,33 (1150 – 1200) / 2 Таблица 3 − Технологические параметры ГШ карбидосталей Тип заготовки / плотность, г/см3 Метод штамповки Температура, оС Давление, МПа Структура металла-основы 40Х2 – 10 % B4C (6,2 – 6,3 г/см3) Прессовка / 3,9 – 4,5 Спеченная в вакууме (1050 оС) /  5,5 Порошок в оболочке /1,21 – 3,9 Горячая допрессовка 1050 1050 1050 780 – 800 950 − 1000 950 − 1000 Дисперсный бейнит Р6М5К5 – 20 % TiC (6,9 – 7,0 г/см3) Прессовка / 4,3 – 5,0 Спеченная в вакууме (1080 оС) /  6,25 Порошок в оболочке /1,76 – 4,3 Горячая допрессовка 1180 1180 1180 750 – 850 950 − 1000 950 − 1000 Аустенит + дисперсные карбиды Х18Н15 – 25 % Cr3C2 (7,3 – 7,5 г/см3) Прессовка / 4,3 – 5,0 Порошок в оболочке /1,76 – 4,3 Горячая допрессовка 1150 1150 700 – 800 950 – 1000 Аустенит Рекомендуемые режимы ТО представлены в таблице 4.

Похожие:

	Программа вступительных испытаний Тема Теоретические основы растениеводства Теоретическое обоснование диапазона оптимальной влагообеспеченности полевых культур. Биологические основы разработки системы удобрений....		Рабочая программа по дисциплине Теоретические основы электротехники Дисциплина: «Теоретические основы электротехники» относится к циклу профессиональных дисциплин, для ее изучения студент должен обладать...
	Теоретические и практические аспекты нового подхода к созданию потребительских... «Технология и товароведение пищевых продуктов и функцио-нального и специального назначения и общественного питания»		Программа учебной дисциплины «Физические и технологические основы наплавки и напыления» Место дисциплины «Физические и технологические основы наплавки и напыления» в структуре ооп бакалавриата
	Рабочая программа учебной дисциплины теоретические основы автоматизированного управления Для изучения дисциплины «Теоретические основы автоматизированного управления» студентам необходимо обладать знаниями, умениями и...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Организация работы «горячей линии» мэрии Архангельска по вопросам противодействия коррупции. Информация о работе «горячей линии»...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «мдк теоретические и методические основы организации различных видов деятельности детей раннего и дошкольного возраста» Теоретические...		Т. В. Сазанова теоретические основы и технологии по естествознанию В. Сазанова. Теоретические основы и технологии по естествознанию. Учебно-методический комплекс. Методические указания и индивидуальные...
	Программа дисциплины «Инженерно-технологические основы дизайна среды» Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки для...		Программа дисциплины «Инженерно-технологические основы дизайна среды» Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки для...
	Реферат ргасу 19 2009 699 содержание введение 2 список использованной... «Теоретические основы "Философии хозяйства" С. Н. Булгакова» одна из важных и актуальных тем на сегодняшний день		Методические рекомендации по дисциплине сд. 14 Технологические практикумы... Практикум по дисциплине «Технологические основы социально-культурной деятельности» предполагает овладение совокупностью способов...
	План введение Глава Научно-теоретические основы возрастных особенностей детского творчества Теоретические и методические вопросы организации творчества у школьников разных возрастов на уроках изобразительного искусства		Методические рекомендации по изучению учебной дисциплины б 6 Теоретические... Б 6 Теоретические и экспериментальные основы психолого-педагогической деятельности: Психология развития
	Рабочая программа дисциплины Теоретические основы органической химии... Целями освоения дисциплины Теоретические основы органической химии биологически активных добавок являются		Рефератов по дисциплине «Теоретические основы квалификации преступлений» Примерная тематика рефератов по дисциплине «Теоретические основы квалификации преступлений»