Повышение эксплуатационных свойств инструментальных сталей методами термоциклической обработки

• Автор: Власова, Ольга Алексеевна
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 186 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ "

ЕЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЕЕ Термоциклическая обработка и её влияние на физико-

. • . >

механические свойства сталей

Е2 Особенности ускоренных методов нагрева и охлаждения

1.3 Классификация видов ТЦО

1.4 Склонность к упрочнению металлических материалов при ТЦО

1.5 Повышение стойкости инструмента методами химикотермической обработки

1.6 Борирование

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2.1. Выбор материалов и методов их исследования
2.2 Термическая и химико-термическая обработка сталей
2.3 Определение механических свойств
2.4 Определение величины коробления
2.5 Исследование структуры образцов
2.6. Оптимизация параметров ТЦО инструментальной стали
ГЛАВА 3. ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЕ УПРОЧНЕНИЕ
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ
3.1.Термоциклическая обработка штамповых сталей
3.2. Оптимизация термоциклической обработки инструментальной стали
3.3. Влияние вида термической обработки на коробление образцов
из стали Х12М
3.4. Влияние вида термической обработки на структуру и свойства штамповых сталей

Выводы по главе
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ЦИКЛИЧЕСКОГО ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВО ВРЕМЯ БОРИРОВАНИЯ НА СТРУКТУРУ,
ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ
4.1 Влияние термоциклирования при борировании на механические 107 свойства сталей
4.2 Исследование процессов термоциклирования при борировании инструментальных углеродистых и легированных сталей
4.3 Фазовый состав и механизм образования диффузионного слоя при борировании сталей в условиях циклического теплового
воздействия
Заключение
ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ТЦО И ХТЦО
5.1 Структура и свойства инструментальных сталей, подвергнутых
химико-термической обработке из обмазки
5.2. Результаты испытаний упрочненного инструмента
Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
Современные машиностроительные и металлургические предприятия широко используют различные виды инструментов. Стоимость их достаточно высока из-за сложности технологических процессов применяемых при их изготовлении и высокой стоимости инструментальных материалов связанной с большим содержанием в инструментальных сталях дорогостоящих легирующих элементов. Например, в полутеплостойких высокохромистых сталях содержание легирующих элементов (хрома, молибдена, ванадия, вольфрама) достигает 18%. Эти стали, в основном используют для изготовления штампового инструмента. Стали типа Х12, Х12М, Х12МФ и их заменители применяют для холодных вырубных штампов, работающих со значительными динамическими нагрузками в условиях сильного износа. С усложнением условий деформирования, в частности, в связи с более широким применением выдавливания, накатки и вырубки более твёрдых металлов, а также вытяжки с большой скоростью, протекающей в условиях повышенных давлений и нагрева, значительно возросли требования, предъявляемые к штамповым сталям.
Для уменьшения расходов при изготовлении и использовании штампов традиционно применяют более стойкие материалы; используют различные способы упрочняющей обработки рабочих поверхностей, такие как лазерное упрочнение, наплавка, напыление, химико-термическая обработка. Однако применение лазерной технологии, наплавки и напыления требует использования сложного, часто уникального, дорогостоящего и энергоёмкого оборудования, дорогостоящих упрочняющих сплавов, высококвалифицированного персонала, проведения повторного процесса упрочнения после шлифовки при износе рабочих кромок штампа. Широко используемая традиционная химикотермическая обработка хотя и повышает износостойкость инструмента, но кроме выше перечисленных недостатков требует большого расхода электроэнергии в связи с длительностью диффузионных процессов. Всё это приводит к повышению стоимости инструмента.
В настоящее время не менее 70-75 % выплавляемой инструментальной 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

' Борирование (без термообработки) слабо влияет на предел прочности стали при растяжении, на 8 - 10% увеличивает предел текучести и примерно на такую же величину уменьшает относительное удлинение. Относительное сужение снижается в 2,5 - 4,0 раза, ударная вязкость - на 25 %. Боридный слой благодаря своему специфическому строению прочно связан с основой. Прочность сцепления его с основной не уступает прочности сцепления цементованного слоя. Борирование на 18 — 25% повышает предел выносливости гладких образцов и на 200 % - образцов с концентраторами напряжений.
Независимо от метода борирования условный предел коррозийной усталости среднеуглеродистой стали повышается на 160 - 200%.
Закалка с низким отпуском борированной стали резко снижает предел выносливости и незначительно повышает условный предел коррозийной усталости. Борированная среднеуглеродистая сталь после закалки и низкого отпуска имеет примерно в четыре меньше предел усталости по сравнению со сталью без покрытия, и в два раза, по сравнению с закаленной сталью без отпуска. С повышением температуры отпуска предел усталости борированной стали увеличивается. Борирование на 20 - 30 % увеличивает жесткость стали при кручении.
Характерным свойством боридных слоев является их высокая твердость. Поверхностная твердость двухфазных боридных слоев достигает 18000 - 21000 МПа, а однофазных 14000 — 16000 МПА. Легирующие элементы влияют на твердость боридных слоев, но сравнительно несильно.
Высокая «горячая» твердость боридного слоя, не уступающая твердости закаленной среднеуглеродистой стали, сохраняется до температур 600 - 700 °С. Это позволяет принять борирование для повышения износостойкости узлов трения, работающих при высоких температурах.
Боридные слои, обладая столь высокой твердостью, естественно, обладают и повышенной хрупкостью. Тем не менее. Следует отметить, что скалыва-