Научные и технологические основы формирования структурных факторов эксплуатационной стойкости литого инструмента

• Автор: Хараев, Юрий Петрович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 345 с. : ил.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛИТОЙ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Условия работы и требования, предъявляемые к инструментам из быстрорежущей стали. Некоторые итоги выполненных ранее исследований
1.2. Анализ информации по способам изготовления литого инструмента и особенности формирования структуры литой быстрорежущей стали в процессе кристаллизации

1.3. Перспективные источники легирующих элементов

1.4. Влияние модифицирования на структуру и свойства сталей. Особенности модифицирования литых быстрорежущих сталей

1.5. Термическая обработка литой стали

1.5.1. Влияние циклических тепловых воздействий на свойства сталей

1.5.2. Предварительная термическая обработка

1.5.3. Окончательная термическая обработка литого инструмента

1.6. Технологические аспекты формирования структуры и свойств литого инструмента

1.7. Цель и задачи исследования

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Выбор материалов и методов исследования
2.2. Методы проведения механических испытаний
2.3. Методы определения режущих свойств
2.4. Микроструктурный, электронно-микроскопический и рентгеноструктурный методы исследований
2.5. Методика определения удельного электросопротивления
2.6. Методика определения температуры резания
2.7. Применение рафинирующих переплавных процессов в производстве
литого инструмента
2.8. Изготовление форм для литья инструмента
2.9. Математические методы планирования эксперимента
3. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЛИТОЙ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ
3.1. Влияние модифицирования
3.2. Влияние условий кристаллизации
3.3. Влияние термической обработки
3.3.1. Окончательная термическая обработка
3.3.2. Оптимизация термоциклической обработки инструментальной стали
3.3.3. Структурные факторы упрочнения инструментальной стали при циклическом тепловом воздействии
3.3.4. Особенности формирования структуры стали Х12М в результате циклического теплового воздействия
Выводы

4. ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ФАЗОВОГО СОСТАВА И ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ ЛИТОЙ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ СФОРМИРОВАВШЕЙСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
4.1. Сопоставление фазового состава сталей Р18 и Р6М5 в отожженном состоянии
4.2. Структура и фазовый состав литой стали Р18 электрошлакового переплава после традиционной термической обработки и после термоцической обработки
4.2.1. Сталь Р18. Общая характеристика
4.2.2. Постановка задачи и технология получения исследуемых состояний

4.2.3.Методика исследования
4.2.4. Качественный фазовый состав, а-фаза
4.2.5. Качественный фазовый состав. Карбидная фаза
4.2.6. Вторичные карбиды
4.2.7. Классификация структуры стали Р18 по структурным уровням
4.2.8. Структура a-твердого раствора и внутренние напряжения
4.2.9. К вопросу о структуре карбидной фазы
4.2.10. Объемная доля карбидной фазы. Влияние ТЦО на соотношение первичных и вторичных карбидов
Заключение
5. ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
НА СТОЙКОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
5.1. Условия кристаллизации
5.2. Модифицирование
5.3. Финишная механическая обработка
5.4. Микрогеометрия режущей части литях инструментов
5.5. Распределение напряжений в поверхностном слое
5.6. Микротвердость поверхностного слоя
Выводы
6. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОИЗВОД-СТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ИНСТРУМЕНТА ИЗ ЛИТОЙ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ
6.1. Оптимизация геометрии режущей части инструмента с учетом специфики литой структуры
6.2. Производственные испытания инструмента из литой быстрорежущей стали
6.3. Технология изготовления литого режущего инструмента
Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

Научно-технический прогресс во многом определяется успешным развитием машиностроения. Важную роль для этой отрасли промышленности имеет использование материалосберегающих технологий, способствующих сокращению затрат ресурсов и энергии, повышению производительности труда. Для решения этой проблемы необходимо снижение металлоемкости продукции, внедрение в производство малоотходных и безотходных технологий.
Актуальность этой задачи особенно очевидна для инструментального производства, в частности, при изготовлении инструмента из быстрорежущей стали, содержащей дефицитные и дорогостоящие легирующие элементы.
В настоящее время не менее 70-75 % выплавляемой быстрорежущей стали идет в различные отходы и только 25-30 % эффективно используется в виде инструмента. В связи с этим важное значение приобретает использование инструмента с повышенным коэффициентом использования металла, меньшей стоимостью, повышенной стойкостью и меньшей трудоемкостью при изготовлении.
Значительный практический интерес с точки зрения ресурсосбережения, снижения стоимости и увеличения объемов производства представляет использование собственных отходов производства: инструментального лома, стружки и металлоабразивного шлама.
Применение литого режущего инструмента наиболее полно отвечает перечисленным требованиям. Изготовление инструмента различными методами литья приводит к сокращению расхода дорогостоящей инструментальной стали, снижению расходов на изготовление инструмента и повышению его стойкости. При использовании литейных технологии появляется возможность в широких пределах использовать дополнительное легирование, микролегирование и модифицирование стали для повышения работоспособности инструмента исходя из конкретных условий его эксплуатации.
Тем не менее, в настоящее время литой инструмент из быстрорежущей стали не находит широкого применения, несмотря на то, что существующие технологические процессы изготовления литого инструмента обеспечивают значительное повышение коэффициента использования металла, снижение трудозатрат на его изготовление по сравнению с инструментом из деформированной стали.

быстрорежущие стали.
Многими авторами отмечается, что, как правило, стойкость инструмента из быстрорежущей стали после шлифования или заточки существенно ниже стойкости, которую можно было бы прогнозировать на основании исходных физико-механических свойств инструментального материала. Это связано с тем, что при шлифовании и заточке имеет место сложный комплекс воздействий на обрабатываемый материал, определяемый прежде всего давлением, температурой и скоростью процесса [90, 91,101].
Температура нагрева поверхности инструмента даже при минимальных режимах шлифования может достигать 800- 1000°С [95, 123], скорость нагрева - 2500-100000°С/с [40], что приводит к существенным изменениям состояния тонкого поверхностного слоя инструмента.
В работе [103] отмечается значение силового фактора при шлифовании. При пластической деформации изменяется форма зерен, их ориентировка, образуется текстура, появляются остаточные напряжения в поверхностных слоях шлифованных инструментов, природа возникновения которых и механизм их действия достаточно широко изложены в работах [95 - 100]. Согласно принятой в литературе классификации остаточные напряжения подразделяются на три вида [96, 126]:
напряжения I рода - макронапряжения, охватывающие области соизмеримые с размерами поверхности;
напряжения II рода - микронапряжения, распространяющиеся на отдельные зерна или группы зерен металла;
напряжения III рода - субмикроскопические, относящиеся к искажениям атомной решетки.
Макронапряжения подразделяют на сжимающие (отрицательные) и растягивающие (положительные) [96]. Принято считать, что растягивающие напря-