Повышение работоспособности быстрорежущей стали методами лазерной и криогенной обработки

• Автор: Барабонова, Инна Александровна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 148 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Характеристика быстрорежущих сталей и пути повышения работоспособности за счет совершенствования их структурного состояния.

1.2. Виды лазерной обработки и строение зоны лазерного воздействия

1.3. Закономерности процесса газолазерной резки стали

1.4. Распределение температуры в зоне термического влияния при газолазерной резке

1.5. Перспективы применения обработки холодом после газолазерной

резки быстрорежущей стали

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ОБЗОРУ И ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Получение образцов
2.2. Макроструктура наплавленной быстрорежущей стали
2.3. Структурные и фазовые исследования
2.3.1. Оптическая микроскопия и принципы цифровой обработки изображений микроструктур
2.3.2. Растровая электронная микроскопия и рентгено-спектральный микроанализ быстрорежущей стали
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ МИКРОСТРУКТУРЫ, ФАЗОВОГО СОСТАВА, РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОТВЕРДОСТИ В ЗОНЕ ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ ГАЗОЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ, КРИОГЕННОЙ ОБРАБОТКИ И ЛАЗЕРНОГО ОТПУСКА
3.1. Строение зоны термического влияния при газолазерной резке быстрорежущей стали
3.2. Распределение микротвердости быстрорежущей стали в зоне

лазерного воздействия
3.3. Качество поверхности газолазерного реза быстрорежущей стали
3.4. Влияние криогенной обработки на структуру и микротвердость быстрорежущей стали после ГЛР
3.5. Упрочнение быстрорежущей стали с помощью лазерного отпуска
Выводы по главе
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ПУАНСОНОВ И МАТРИЦ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ШТАМПОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛАЗЕРНОЙ И КРИОГЕННОЙ ОБРАБОТКИ
4.1. Условия работы вырубных штампов, пути повышения работоспособности штампового инструмента
4.2. Эффективность применения наплавки и газолазерной резки при изготовлении биметаллического инструмента
4.2.1. Обоснование выбора материала для изготовления штампового инструмента
4.2.2. Преимущества ГЛР при разделении быстрорежущих сталей
4.2.3. Расчет распределения температуры в зоне термического влияния при газолазерной резке
4.3. Технология изготовления и упрочнения пуансонов и матриц разделительных штампов
Выводы по главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Повышение работоспособности быстрорежущих сталей и разработка новых ресурсосберегающих технологий изготовления инструмента относится к числу актуальных и практически важных проблем, изучению которых уделяется большое внимание во всех промышленно развитых странах. Решение возникающих при этом задач возможно за счет совершенствования структурного состояния быстрорежущих сталей - достижения двухфазной структуры закаленной стали, растворения карбидов, увеличения концентрации углерода и легирующих компонентов в твердом растворе, упрочнения мартенсита высокодисперсными карбидами при термической обработке.
Одним из способов экономного использования быстрорежущих сталей является изготовление биметаллического инструмента с применением наплавки. Однако широкое применение наплавки при производстве инструмента сдерживается высокой трудоемкостью механической обработки наплавленного металла с твердостью 62 ... 65 Н11С. Припуски на механическую обработку при изготовлении инструмента можно удалять с помощью газолазерной резки, которая сочетает высокие показатели производительности процесса с точностью и высоким качеством реза. При газолазерной резке образуется зона термического влияния, в которой происходит высокоскоростная закалка поверхностных слоев. В зоне оплавления и зоне закалки из твердой фазы возможно пересыщение аустенита углеродом и легирующими компонентами за счет полного или частичного растворения карбидов. В результате в структуре может содержаться повышенное (до 80 %) количество остаточного аустенита. В переходной зоне, где нагрев ниже точки АС1, в предварительно закаленной и отпущенной стали происходит снижение микротвердости и разупрочнение мартенсита, связанное с образованием структур отпуска.
Снижение содержания остаточного аустенита при высокотемпературном отпуске приводит к дальнейшему разупрочнению переходной зоны. Кроме того, высокотемпературный отпуск приводит к уменьшению концентрации углерода и
Коэффициент теплопроводности X характеризует способность вещества проводить тепло. Коэффициент теплопроводности металла зависит от его химического состава, структуры и температуры. Теплопроводность металлов обусловлена перемещением свободных электронов под действием разности температур или электрических потенциалов.
Численно коэффициент теплопроводности равен количеству теплоты, проходящему в единицу времени через единицу изотермической поверхности при условии gradt=l. Его размерность Вт/(м-К). Значения коэффициента теплопроводности для различных веществ определяются из справочных таблиц, построенных на основании экспериментальных данных [83].
Дифференциальное уравнение теплопроводности.
Решение задач теплопроводности связано с определением поля температур и тепловых потоков. Для установления зависимости между величинами, характеризующими явление теплопроводности, воспользуемся методом математической физики, который рассматривает протекание физических процессов в произвольно выделенном из всего рассматриваемого пространства элементарном объеме и в течение бесконечно малого промежутка времени. Это позволяет пренебречь изменением некоторых величин и существенно упростить выкладки.
При выводе дифференциального уравнения теплопроводности считаем, что тело однородно и изотропно (то есть физические свойства тела не зависят от выбранного в нём направления), физические параметры X, с (теплоемкость), и р (плотность) постоянны, внутренние источники теплоты равномерно распределены в теле. Внутренние источники теплоты характеризуются величиной qv — количеством теплоты, которое выделяется в единице объема в единицу времени [82, 83].