Теоретические и технологические основы горячей штамповки порошковых карбидосталей конструкционного назначения

Таблица 4 − Технологические параметры ТО карбидосталей (плотность 97 − 98 %) Отжиг, твердость Закалка Отпуск Твердость, HRC Структура металла-основы 40Х2 – (2 − 10) % B4C 750 – 800 оС,выдержка 3 ч; Твердость 38 – 42 HRC (при 5 – 10 % B4C), 182 – 184 НB (при2 % B4C) 850 оС в воду 200 оС, охлаждение в воде 66 – 68 (10 % B4C) 62 – 64 (2 − 5 % C) Мартенсит + метаста - бильный остаточный аустенит Р6М5К5 – (3 − 20) % TiC 850 – 860 оС,2 −3 ч, охлаждение до 730– 740 оС со скоростью 20 – 30 оС/ч, выдержка 4–6 ч, охлаждение до 600 оС со скоростью 30–40 оС/ч, охлаждение с печью до 300 оС, далее на воздухе 40 – 44 HRC 1180 0С в масло 560 оС, 1 ч, трехкратный 62 – 69 Мартенсит + метаста –бильный остаточныйаустенит Х18Н15 – (4 −25) % Cr3C2 1100 оС, 2 ч, вакуум 1150 оС в масло 38 – 40 аустенит+ феррит В разделе 4 «Структура и свойства карбидосталей» рассмотрены особенности структурообразования исследуемых сталей и представлены сведения о их физико-механических свойствах. Твердость, размеры, количество и расположение включений в матричном материале определяют механические и функциональные свойства карбидостали в первую очередь. В значительной мере эти свойства зависят также от структуры матричной стали – функции режимов ТО композита. При этом немаловажную роль играет высокотемпературное взаимодействие матричной и карбидной фаз. Структуру карбидосталей типа 40Х2 –В4С во многом определяет карбид бора. Возможность появления переходной зоны ограничивали применением пониженных температур спекания и нагрева под щтамповку (1000 − 1050 0С). При этом при исследовании фазового состава спеченного материала соединений типа Fe3C и FeB не было обнаружено. При формировании композита «сталь – карбид титана» в процессе жидкофазного спекания образуется диффузионная «кольцевая зона» в приповерхностном объеме частицы TiC. Механизм ее образования хорошо известен и описан в научной литературе. Раньше считалось, что вследствие кратковременности протекания процесса штамповки неспеченной заготовки зона диффузионного взаимодействия проявляться не должна. Однако при рассмотрении под электронным микроскопом при большом увеличении такая зона (не замкнутая и незначительной толщины) все же обнаруживается (рисунок 6), т. е. наблюдается эффект сращивания. Вследствие незначительной длитель-ности термодеформационного воздействия условия для качественного сращивания могут обеспечиваться лишь на границах «сталь – сталь». На границах «сталь – карбид» указанная длительность недостаточна для трансляции межатомных связей и протекания адгезионного взаимо- Рисунок 6- Электронное изображение зоны взаимодей- ствия стали Р6М5К5 с TiC в рент- геновском излучении Ti_V_W действия. Среди возможных мер по улучшению условий формирования межчастичного сращивания следует отметить рафинирование поверхностей частиц за счет повышения сегрегационной емкости границ путем увеличения протяженности границ зерен и субструктуры и уменьшения поперечника структурных элементов. Увеличение сегрегационной емкости обеспечивается проведением их предварительной механической активации при аттриторном размоле. Другая возможность заключается в применении в качестве легирующих компонентов материала матрицы поверхностно-активных к внутренним поверхностям раздела и инактивных к свободным элементов, «полезных» в плане предотвращения интеркристаллитного разрушения. Так, быстрорежущая сталь Р6М5К5 содержит кобальт, который, по литературным данным, образует наименьший для переходных металлов краевой угол смачивания с карбидом титана. Микрорентгеноструктурный анализ показал, что к таким «полезным» элементам можно отнести ванадий, активно насыщающий частицу TiC. При спекании и нагреве карбидосталей типа «нержавеющая сталь – карбид хрома» также образуется зона диффузионного взаимодействия зерна карбида хрома со стальной матрицей. В процессе высокотемпературной обработки никель и железо материала-основы растворяются в поверхностном слое карбидных частиц. В противоположном направлении идет перенос хрома и углерода. Определены механические свойства всех исследуемых сталей (таблица 5). Сравнительный анализ прочностных свойств показывает: (1) относительная плотность карбидосталей зависит от применяемой технологии. Практически стопроцентная плотность достигается при получении карбидосталей методом горячей экструзии; (2) твердость карбидосталей зависит не только от содержания твердых включений, но и от свойств металла-основы композита; (3) наивысшими значениями прочности на изгиб и ударной вязкости обладают карбидостали, полученные методом ГЭ, что можно объяснить достаточно полным протеканием процесса сращивания частиц металла-основы, достижением практически стопроцентной плотности и интенсивным измельчением зерна при обработке давлением спеченной заготовки; (4) наименьшие прочностные характеристики имеют спеченные карбидостали, по всей видимости, из-за крупнозернистой структуры спеченного материала; (5) горячештампованные карбидостали по прочностным характеристикам занимают промежуточное положение, причем карбидостали, полученные из спеченных заготовок прочнее полученных из неспеченных заготовок. Это, как и в первом случае (экструдированные стали), объясняется более высокой степенью сращивания частиц на предварительной операции спекания. Таблица 5 − Механические свойства термообработанных карбидосталей Карбидостали Плотность, г/см3 Твердость, НRC Прочность на изгиб, МПа Ударная вязкость, кДж/м2 40Х2 – 2 % В4С спеченная заготовка неспеченная заготовка 40Х2 –5 % В4С спеченная заготовка неспеченная заготовка 40Х2 – 10 % В4С спеченная заготовка неспеченная заготовка 7,30 − 7,32 7,32 7,14 7,16 6,10 – 6,20 6,20 − 6,30 52 – 54 52 – 54 59 – 60 58 – 60 62 – 64 66 – 68 1050 - 1080 1120 –1160 970 − 1000 990 – 1030 840 – 860 850 – 880 150 – 170 130 – 150 66,5 – 72,0 60,5 – 66,5 32,0 – 34,0 28,0 −33,0 Р6М5К5 – 3 % ТіС спеченная заготовка неспеченная заготовка Р6М5К5 – 10 % ТіС спеченная заготовка неспеченная заготовка Р6М5К5 – 20 % ТіС спеченная заготовка неспеченная заготовка 7,73 7,75 7,37 7,40 6,98 7,05 58 – 62 58 – 62 62 − 64 60 − 64 66 – 69 67 – 69 1930 −1970 1910 −1940 1740 –1780 1720 − 1740 1760 –1780 1650 −1670 51,2 −53,6 50,0 −52,5 46,2 −49,2 46,3 −48,5 38,0 – 40,5 41,6 − 46,2 Х18Н15 – 4 % Сr3C2 неспеченная заготока Х18Н15 – 12 % Сr3C2 неспеченная заготовка Х18Н15 – 25 % Сr3C2 неспеченная заготовка 7,66 7,55 7,36 – 7,41 38 – 40 730 −750 680 −710 670 –690 − − − Показатели упругих характеристик карбидосталей определяли методом локального нагружения жестким индентором. Модуль упругости карбидосталей с пониженным содержанием карбидов по своей величине незначительно (всего на несколько процентов) превышает аналогичный показатель сталей. Это объясняет возможность объемной штамповки карбидосталей с низким содержанием карбидов в открытом штампе. Результаты испытаний на износостойкость термообработанных (закалка, отпуск) шлифованных образцов представлены на рисунке 7. а б Рисунок 7 – Триботехнические характеристики карбидосталей с неполированной поверхностью: а − интенсивность износа; б – коэффициент трения. Пониженные показатели интенсивности износа при нагрузках 6 − 12 МПа объясняются разными схемами испытаний. Следует отметить значительное повышение темпа износа при нарастании нагрузки свыше 3 МПа. Интенсивность износа полированных образцов (рисунок 8 а), по сравнению с неполированными, при нагрузках 5 − 7 МПа снижается почти в 3 раза. В диапазоне нагрузок до 7 МПа значения коэффициента трения полированных образцов находятся в достаточно узких пределах – от 0,1 до 0,17 (рисунок 8, б). Представленные результаты обусловливают обязательное включение в технологический процесс операции полирования рабочих поверхностей. а Рисунок 8 – Триботехнические харак-теристики карбидосталей с полированной поверх-ностью: а − интенсивность изнашивания (I); б – коэффициент трения(f) б Факты резкого повышения величины интенсивности износа при нагрузках выше 3 МПа и высоких значений коэффициента трения можно объяснить тем, что над металлической поверхностью трения карбидостали возвышаются частицы карбидов, которые, разрушаясь при повышенных нагрузках трения, начинают действовать как абразив. Шлифование и полирование, устраняя микронеровности, практически нивелируют этот отрицательный эффект, при этом метастабильный остаточный аустенит в зонах, прилежащих к поверхности трения, испытывает деформационное превращение в мартенсит. Кроме того, элетроннографическая съемка поверхности трения, которая проведена на образцах карбидостали 40Х2 – 5 % В4С, показала, что дифракционная картина имеет размытый характер, что позволяет сделать вывод о формировании поверхностного нанокристаллического слоя. Совместное воздействие указанных структурных эффектов в приповерхностных зонах при трении способствует увеличению износостойкости. Результаты исследования теплостойкости карбидосталей типа Р6М5К5 – ТiС показали, что температуры, при которых карбидостали начинают терять свою твердость, составляют 640 – 660 0С (в зависимости от содержания ТiС). Эти показания превышают теплостойкость быстрорежущей стали Р6М5К5 на 49 – 60 0С. Результаты исследования коррозионной стойкости штампованных карбидосталей показали, что штампованные карбидостали вследствие более высокой плотности обладают более высокой коррозионной стойкостью по сравнению с пористыми спеченными карбидосталями. В разделе 5 «Промышленная технология ГШ изделий из карбидосталей» представлены результаты работы по стандартизации конструктивных элементов порошковых изделий. Поскольку изготовление конструкционных изделий из карбидосталей предполагает применение механической обработки штампованных заготовок, даны соответствующие рекомендации по форме и размерам конструктивных элементов. Разработаны технологические процессы изготовления конструкционных износостойких изделий из карбидосталей 40Х2 – 2 % В4С, Р6М5К5 – 20 % ТіС и Х18Н15 − 25 % Сr3C2. Из карбидостали 40Х2 – 2 % В4С изготовлены сферические шарниры для применения в узлах гидронавесок, служащих для присоединения навесных орудий к тракторам сельскохозяйственного назначения. Выбранная карбидосталь удовлетворяет требования материалу шарниров − σв ≥ 1000 МПа; ак ≥ 150 кДж/м2; НRСэ > 45. Технологический процесс изготовления предусматривает применение ГШ заготовки осадкой в открытом штампе. После спекания (1050 0С) пористость заготовки составляла ~ 10 %, после штамповки ~ 2 %. После термообработки, шлифования и полирования карбидосталь 40Х2 – 2 % В4С обеспечивает стойкость к износу изделия в два раза выше, чем порошковая сталь СП40Д2Н3, и в три раза выше, чем сталь 40Х, которые использовались для изготовления шарнира до настоящего времени. Из карбидостали Р6М5К5 – 20 % ТіС изготовлены двухслойные изделия «корпус опоры» для бурового инструмента. В технологическом процессе при приготовлении шихты, в отличие от разрабатывавшейся ранее для этой детали, использовали совместный размол порошков стали и карбида с удалением из порошков крупных частиц, в шихту примешивали графит для восстановления оксидов в процессе нагрева под штамповку. Применяли заготовку «порошок в оболочке». В связи с тем, что карбидосталь не деформируется при ТО торцевую рабочую поверхность подвергали чистовому шлифованию, затем деталь термообрабатывали, и торец рабочего слоя полировали. Это обеспечило повышение стойкости слоя карбидостали к износу почти в 3 раза. Из карбидостали Х18Н15 − 25 % Сr3C2 изготовляли седло клапана, представляющее собой втулку со сферической выемкой на месте внутренней торцевой кромки для размещения шарика. В технологический процесс включена операция совместного размола порошков стали и карбида хрома. Заготовку прессовали из шихты с клеящей связкой, которую отгоняли в процессе нагрева под штамповку. При штамповке применяли схему деформации заготовки с двусторонним приложением нагрузки. Полированию подвергали все поверхности изделия, чтобы гарантировать высокую коррозионную стойкость детали. При реализации технологии использованы операционные режимы, установленные в настоящей работе для выбранных карбидосталей. Все разработанные технологические процессы были опробованы с применением промышленного оборудования на производственном предприятии «Техоснастка – Инструмент» (г. Краснодар) и предприятии «Седин – Техмашстрой» (г. Краснодар).

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»