Повышение стойкости инструмента для прессования труднодеформируемых цветных сплавов из сталей с регулируемым аустенитным превращением при эксплуатации

• Автор: Лебедева, Надежда Валерьевна
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 166 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТАВА И СВОЙСТВ СТАЛЕЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ГОРЯЧЕГО

ДЕФОРМИРОВАНИЯ

1.1 Особенности технологии процесса прессования

1.2 УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПРЕССОВОГО 1111СТРУМЕНТА

1.3 СОВРЕМЕШ1ЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРЕССОВОГО ИНСТРУМЕНТА

1.4 АЗОТ В ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЯХ

1.5 Методы упрочнения штамповых сталей

1.6 Обосі 10ВАІШЕ выбора материала для исследований

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Материалы для исследования

2.2. Методики исследований

ГЛАВА 3.ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ И АЗОТА НА
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, СТРУКТУРУ И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ОПЫТНЫХ СТАЛЕЙ
3.1 Влияние легирующих элементов на температуру а-/превращения штамповых сталей и
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР УСТОЙЧИВОГО АУСТЕНИТНОГО СОСТОЯНИЯ
3.2 ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ЗАКАЛИВАЕМОСТЕЙ ПРОКАЛИИДЕМОСТЬ
3.3 ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛЕЙ ПРИ КОМНАТНОЙ И
ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
3.4 Упрочнение опытных сталей засчег процессов, происходящих і юд воздействием
ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ДИСПЕРСИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ
3.5 Влияние легирующих элементов на склонность штамповых сталей к упрочнению в
АУСТЕНИТНОМ СОСТОЯНИИ
3.6 Образование дефектов при горячей пластической дпформаі щи
ГЛАВА 4. ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА СТАЛЕЙ ДЛЯ ПРЕССОВОГО ИНСТРУМЕНТА С
РЕГУЛИРУЕМЫМ АУСТЕНИТНЫМ ПРЕВРАЩЕНИЕМ
ГЛАВА 5. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, СТРУКТУРА И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ СТАЛИ
4Х2Н5М2АФ2
5.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ
5.2 Изучение кинетики роста зерна
5.3 Структурные и фазовыг. превращения при охлаждении
5.4 ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА термообработки
5.5 Механическипсвойствастали в аустенитном состоянии
5.6 Определение теплопроводности стали 4Х2Н5М2АФ2
ГЛАВА б.ОПЫТНО-ПРОМЫ ШЛЕЙНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТАДИ И СПОСОБОВ
УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ПРЕССОВЫХ МАТРИЦ
6.1. Технология производства стали 4Х2Н5М2АФ2
6.2. Упрочняющая обработка инструмента из стали 4Х2Н5М2ЛФ2 в аустенитном состоянии
6.3. Исследование структурных и фазовых изменений в стали 4Х2Н5М2АФ2 в процессе
эксплуатации матриц
6.4. Результаты производственного внедрения стали 4Х2Н5М2АФ2
ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Инструментальные стали - это большая группа сталей, которые после соответствующей термической обработки получают высокие показатели твердости, прочности и износостойкости, необходимые для обработки материалов. Многие инструментальные стали, наряду с указанными свойствами, обладают также теплостойкостью (красностойкостью), т.е. способностью сохранять высокие прочность и твердость при нагреве рабочих поверхностей или кромок инструментов во время эксплуатации.
Крупнейшими потребителями инструментальной стали являются предприятия, занимающиеся производством штампов и прессового инструмента для различных отраслей машиностроения, энергетической и электронной промышленности и пр.
Среди процессов точного формообразования заготовок ведущее место занимает прессование. Этот процесс совершенствовался в направлении увеличения мощности и быстроходности оборудования, непрерывно возрастал объем обработки трудно деформируемых сплавов. При этом значительно ужесточались температурно-силовые условия эксплуатации инструмента: температуры разогрева поверхностных слоев достигают 800-900°С и выше; удельные давления во многих случаях составляют 1500-2000МПа.
Возросшие требования к качеству продукции в последние годы предъявляют весьма высокие запросы к качеству и повышению стойкости инструментов, особенно для обработки труднодеформируемых материалов, наряду со снижением их стоимости. Существующие традиционные штамповые стали уже не могут в полной мере удовлетворять этим требованиям. Так, например, традиционно используемая сталь ЗХ2В8Ф стабильно работает при температурах только до 670°С, но и при более низких
температурах повышение теплостойкости и износостойкости, обусловленное высокими концентрациями сильных карбидообразующих элементов, сопровождается уменьшением вязкости. С другой стороны, применение эффективного при работе в области более высоких температур инструмента из жаропрочных аустенитных сталей и сплавов ограничено из-за высокой стоимости таких материалов.
Во всем мире проводятся работы по изысканию новых и улучшению качества и свойств применяемых штамповых сталей, а также поиск оптимальных и более совершенных способов и технологий их получения и обработки, в том числе оптимизации состава, выплавки, ковки, термической и механической обработки.
Различные требования, предъявляемые к сталям и сплавам для формообразующего инструмента (высокие разгаростойкость, теплостойкость, трещиностойкость, износостойкость и др.) и отсутствие единого подхода к выбору материалов для прессового инструмента породили многообразие инструментальных материалов, режимов их обработки и упрочнения, что затрудняет работу предприятий, в том числе и в металлургической и обрабатывающей отраслях.
Сокращение количества марок существующих инструментальных материалов путем их унификации, по мнению ряда авторов [12, 157], не оправдано. Поэтому работа, направленная на поиск компромиссных решений, доминантой которых является минимальное легирование, в связи с истощением мировых запасов молибдена, ванадия, вольфрама и других металлов, является актуальной и востребованной как предприятиями, занимающимися производством профилей из труднообрабатываемых цветных сплавов, так и производствами, специализирующимися на изготовлении , прессового инструмента.
Создание штамповых сталей, способных обеспечивать высокую стойкость инструмента при таких экстремальных нагрузках, относится к числу наиболее сложных металловедческих проблем. Ранее все
Общим для этих типов кривых ст-е в условиях горячей обработки является:
- резкий рост ст до некоторого пикового значения на начальных этапах деформации за счет деформационного упрочнения, вызванного ростом плотности дислокаций (состояние горячего наклепа);
- разупрочнение по механизму динамического возврата (поперечное скольжение и переползание дислокаций, которые при определенных деформациях превалируют над упрочнением, что и определяет наличие пика на кривой ст-е);
- повышение значений ст и е с увеличением скорости деформации при постоянной температуре горячей обработки или с понижением температуры при постоянной скорости деформации;
- наличие (после пика) установившейся стадии, для которой характерно достижение высоких г при практически неизменном (или маломеняющимся) ст.
Анализ кривых деформационного упрочнения металла, полученных при 20°С, показывает, что уже в этих условиях протекает динамический возврат, определяющий наличие III стадии на кривой деформационного упрочнения, которая связана с фрагментацией кристаллитов. Отклонение от линейного хода упрочнения на II стадии и переход к параболической форме кривой на III стадии связано с разупрочнением вследствие частичного перераспределения дислокаций. В тоже время структура металла из-за слабого развития III стадии при низких температурах сохраняет на этой стадии многие признаки, характерные для наклепанного состояния [28].
Таким образом, в результате деформации при невысоких температурах процесс динамического возврата имеет малое развитие, тогда как при горячих деформациях он приобретает заметное развитие и является первым этапом разупрочнения уже в ходе самой деформации.