Управление процессом сварки трением сталей перлитного и карбидного классов вблизи температур фазового превращения

• Автор: Трущенко, Евгений Анатольевич
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 178 с. : ил.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ 10 СВАРКИ ТРЕНИЕМ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК (литературный обзор)

1.1. Общие представления о биметаллическом инструменте

1.2. Технология изготовления режущего инструмента с использова- 14 нием сварки трением

1.3. Анализ качества и основные дефекты сварных биметалличе- 22 ских соединений

1.4. Пути повышения качества соединений при сварке трением

1.5. Сверхпластичность. Применение эффекта сверхпластичности в 35 инструментальном производстве

1.6. Постановка задач исследования

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА СВАРКИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ 61 ПРЕДЕЛОВ ВАРЬИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРАМИ РЕЖИМА
3.1. Механизм образования дефекта типа "блестящих полос сколь- 61 жения" в процессе традиционной сварки трением
3.2. Выбор параметров, влияющих на качество сварного соедине- 71 ния, и возможность их контроля
3.3. Установка для исследования процессов, протекающих при 75 сварке трением
3.4. Исследование распределения температуры по сечению стыкуе- 87 мых поверхностей
Выводы
4. СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И МЕХАНИЧЕСКИЕ 109 СВОЙСТВА БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ (СТАЛЬ 45 - СТАЛЬ Р6М5), ПОЛУЧЕННЫХ ВБЛИЗИ ТЕМПЕРАТУРЫ ФАЗОВОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ
4.1. Изменение структуры и фазового состава в околостыковой зоне 110 в ходе сварки трением
4.2. Структура, фазовый состав и механизм формирования 123 околостыковой зоны
Выводы

5. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
СТАЛЕЙ ПЕРЛИТНОГО КЛАССА, ПОЛУЧЕННЫХ ВБЛИЗИ ТЕМПЕРАТУР ФАЗОВОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ
5.1. Структура, фазовый состав и изменения микротвёрдости в 133 околостыковой зоне после сварки трением сталей перлитного класса
5.2. Результаты механических испытаний биметаллических образ- 143 цов
5.3. Практическое использование биметаллических изделий изго- 146 товленных из сталей перлитного и карбидного классов
5.4. Оценка ожидаемой экономической эффективности при замене 149 традиционной сварки трением на сварку с регулируемым нагревом вблизи температур фазового превращения
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

Абсолютное большинство применяемых на практике конструкционных и инструментальных материалов имеют сложное строение. Каждый элемент структуры оказывает влияние на механические свойства материала, определяющие в конечном итоге металлоёмкость, показатели надёжности и долговечности изготовленных из них изделий. Поэтому обоснованное управление структурой металлических материалов имеет важное как научное, так и 4' практическое значение. Это в полной мере относится и к биметаллическому
режущему инструменту, основная часть которого изготавливается сваркой трением.
В настоящее время одним из основных инструментальных материалов является быстрорежущая сталь. Её доля составляет 68 %, 20 % приходится на твердые сплавы, 8 % - на углеродистую сталь, 4 % - на минералокерамические и сверхтвердые материалы [1,2]. На изготовление крупногабаритного режущего инструмента (метчиков, разверток, свёрл, зенкеров, фрез) диамет-

ром 20...60 мм расходуется свыше 60% общего расхода быстрорежущей стали [3].
Режущий инструмент в настоящее время изготовляется по различным технологиям. Мелкоразмерный (диаметром до 8 мм) - производят цельным * по ГОСТ 25751-83. При производстве средне- и крупноразмерного инструмента этот способ становится крайне невыгодным, из-за большого количества отходов быстрорежущей стали в стружку и на его хвостовую часть. Поэтому средне- и крупноразмерный режущий инструмент производят биме-ф таллическим - составным из двух частей - режущей части из быстрорежущей
стали, и хвостовой части из углеродистой стали 45 или стали 40Х.
Долговечность такого биметаллического инструмента в большой степени зависит от качества сварного стыка. Однако его обеспечение связано с большими трудностями, обусловленными сильными различиями в химиче-

мической обработкой деталей. Чаще всего они подвергаются закалке и отпуску на твердость 40... 50 НИС [71].
В современной практике термической обработки данных сталей высокотемпературный нагрев находит широкое применение, поскольку он интенсифицирует процесс перехода легирующих элементов в твердый раствор, вследствие чего качество стали улучшается. Основные технологические данные: температура начала горячей деформации 1190 °С, конца 890 °С. Сталь к отпускной хрупкости не склонна [72]. Значения критических температур конструкционных сталей приведены в табл.2.3.
Таблица 2
Значения критических температур стали 45 и 50 [73]
Марка Примерные значения критических температур, °С
стали Асз Аг3 Асі Агі
45 755 690 730
50 760 750 725
Быстрорежущие стали в отличие от других инструментальных сталей обладают высокой теплостойкостью (красностойкостью), то есть способностью сохранять мартенситную структуру и соответственно высокую твёрдость, прочность и износостойкость при повышенных температурах, возникающих в режущей кромке при резании с большой скоростью.
Быстрорежущая сталь Р6М5 относится к сталям, обладающим умеренной теплостойкостью, которая обеспечивается за счёт специального легирования и закалкой с очень высоких температур 1200...1300°С, с целью растворения в аустените возможно больше легированных карбидов. Химический состав стали Р6М5 по ГОСТ 19265- 73 представлен в табл.2.4.
Основными легирующими элементами стали Р6М5 являются вольфрам и молибден. В быстрорежущих сталях оптимальное содержание вольфрама составляет примерно 12 %. Без снижения теплостойкости вольфрам может быть заменен молибденом в соотношении Мо:)У = 1:1,4... 1,5 , но если в