Получение и термическая обработка литого режущего инструмента из доменного чугуна

• Автор: Кольба, Александр Валерьевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 239 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1.1 Исторический очерк
1.2 Основные свойства режущего инструмента
1.2.1 Твердость
1.2.2 Износостойкость
1.2.3 Теплостойкость
1.2.4 Тепловое расширение
1.3 Общие сведения об инструментальных сталях
1.3.1 Классификация и составы
1.3.2 Термическая обработка и свойства
1.3.3 Химико-термическая обработка
1.3.4 Преимущества литого и наплавленного инструмента
1.4 Чугуны для режущего инструмента
1.4.1 Общая характеристика
1.4.2 Влияние химического состава
1.4.3 Получение отливок
1.4.4 Легирование
1.4.5 Износостойкость
1.4.6 Термическая обработка
1.4.6.1 Способы и процессы отжига
1.4.6.2 Закалка и отпуск
1.4.6.3 Термоциклическая обработка
1.4.6.4 Химико-термическая обработка
1.4.7 Наплавленный инструмент
1.5 Выводы по главе
Глава 2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Материалы исследования
2.2 Выплавка
2.3 Термическая и химико-термическая обработка
2.4 Определение химического состава
2.5 Газовый анализ
2.6 Исследование микроструктуры
2.6.1 Металлографический анализ
2.6.2 Количественный металлографический анализ
2.6.3 Электронная микроскопия
2.7 Определение механических свойств
2.8 Определение коэффициента линейного расширения
2.9 Метод расчета доверительного интервала
Глава 3 ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ДОМЕННОГО ЧУГУНА
БЕЗ ВЫДЕЛЕНИЙ ГРАФИТА
3.1 Модифицирование чугунного расплава
полимером тетрафторэтилена
3.2 Модифицирование чугунного расплава
шлаком производства синтетического силумина
3.3 Термоциклическая обработка чугунного расплава
3.4 Выводы по главе
Глава 4 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЛИТОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ ДОМЕННОГО ЧУГУНА БЕЗ ВЫДЕЛЕНИЙ ГРАФИТА
4.1 Отжиг
4.2 Закалка
4.3 Отпуск
4.4 Выводы по главе
Глава 5 ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЛИТОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ ДОМЕННОГО ЧУГУНА БЕЗ ВЫДЕЛЕНИЙ ГРАФИТА
Выводы по главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Современные инструментальные материалы в основном получают благодаря усложнению их химического состава и обработки [1]. Необходимый комплекс свойств инструмента различного назначения обеспечивается путем комплексного дорогостоящего легирования. Классические составы быстрорежущих сталей, предназначенных для обработки металлов, обладающих твердением при нагреве, были разработаны в начале XX века. Их высокие режущие свойства достигаются легированием вольфрамом, молибденом, хромом, ванадием, кобальтом и другими дефицитными элементами.
Задачи создания ресурсосберегающей технологии получения инструмента, снижения его стоимости обусловливают поиск и разработку альтернативных сплавов. В инструментальной промышленности существует направление, в котором предпочтение отдается производству быстрорежущих сталей с повышенным содержанием углерода, так как этот недорогой элемент благоприятно сказывается на режущих свойствах [2].
Все чаще при производстве железоуглеродистых сплавов с требуемыми свойствами используется замена дорогостоящих элементов на водород, азот и кислород. В основном применяется легирование азотом. Присутствие азота и других газов может контролироваться как условиями выплавки, так и термической обработкой в различных средах. Повышение режущих свойств методами химико-термической обработки может осуществляться с помощью насыщения поверхности углеродом (цементация), азотом (азотирование), кислородом (оксидирование) [3]. Широко применяется и насыщение одновременно двумя или несколькими элементами.
Литые быстрорежущие стали могут обладать более высокой твердостью и теплостойкостью по сравнению с деформированными. При этом они немного уступают деформированным сталям в прочностных свойствах и ударной вязкости из-за карбидной неоднородности [2,3].
В течение длительного времени предпринималось много попыток использования чугуна в качестве материала для литого режущего
70-71 НЯС), износостойкости (особенно при трении по металлу) и теплостойкости, возникают полезные сжимающие напряжения, повышается предел выносливости и снижается налипание. Остальные свойства слоя определяются твердостью сердцевины. Если ее твердость высокая 58-60НЯС, то выполнение любой из указанных обработок повышает также сопротивление пластической деформации и, следовательно, смятие рабочей кромки при повышенных напряжениях. Если твердость сердцевины более низкая (45-50 НЯС и ниже), то сопротивление динамическим нагрузкам снижается мало, и сталь пригодна для работы при меньших удельных усилиях. Для некоторых условий эксплуатации может быть эффективнее химико-термическая обработка перед закалкой и отпуском. Обработка эффективнее, поэтому для быстрорежущих сталей умеренной теплостойкости, твердость поверхностного слоя которых возрастает больше: на 5-7 НДС (с 63-64 НДС), чем для кобальтовых сталей очень высокой твердости. Остальные рассмотренные ниже способы химико-термической обработки имеют более узкое назначение. Цементация и высокотемпературное цианирование меньше повышают твердость и не изменяют теплостойкость, но создают упрочненный слой большей толщины. Борирование и диффузионное хромирование обеспечивают наиболее высокую износостойкость, в том числе, при абразивном изнашивании и при нагреве, но из-за небольшой толщины образующегося поверхностного слоя высокой твердости, эти способы пригодны главным образом для условий работы при меньших удельных нагрузках» [3].
Может применяться также электролитическое хромирование [20].
Во многих способах обработки эффективно участвует водород, за счет которого увеличивается толщина упрочненного слоя. Так, в [21] для повышения износостойкости стальных и чугунных изделий за счет увеличения толщины покрытия производится нагрев и выдержка при температуре 300-570°С в тлеющем разряде в среде, состоящей из 15-25 об. % аргона и 75-85 об. % водорода, после чего проводят азотирование в тлеющем разряде. Изобретение позволяет повысить толщину покрытия в 1,5-1,9 раза, увеличить износостойкость в 1,45-1,62 раза по сравнению с известным способом. Атмосфера для газовой нитроцементации инструмента из быстрорежущей стали состоит из аммиака, пропана, азота, кислорода и