Повышение эксплуатационных свойств мелкоразмерного инструмента и технологической оснастки карбонитрированием в порошковых активированных древесноугольных смесях

• Автор: Колина, Тамара Петровна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Калининград
• Количество страниц: 139 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА1.СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1Л Краткая характеристика способов химикотермической обработки инструментальных сталей
1.2 Влияние повышенного содержания углерода на
структуру и свойства легированных сталей
ГЛАВА 2.МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1Выбор материалов и оборудования для проведения исследования
2.2 Методы исследования, приборы для измерения,
методика обработки экспериментальных результатов
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ТЕПЛОСТОЙКИХ ШТАМПОВЫХ И
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ
3.1 Исследование процессов диффузии, особенностей формирования структуры и изменения физико-химических свойств поверхностного слоя при карбонитрировании сталей для режущего, формообразующего инструмента и оснастки
3.2 Кинетика образования, структура и свойства диффузионных слоев, образующихся на вольфрамомолибденовых быстрорежущих и теплостойких сталях
3.3 Особенности формирования диффузионных слоев при высокотемпературном и низкотемпературном
карбонитрировании
3.4 Структура и свойства быстрорежущей и штамповой стали при низкотемпературном карбонитрировании в порошковых смесях
3.5 Оптимальная технология высокотемпературного карбонитрирования режущего и формообразующего
инструмента, как альтернатива твердосплавному
ГЛАВА 4. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ КАРБОНИТРИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
4.1 Лазерная закалка карбонитрированных сталей
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Повышение эксплуатационных свойств мелкоразмерного тонколезвийного и специального режущего инструмента, формообразующей оснастки при изготовлении прецизионных деталей в приборостроении, электронике в значительной- мере определяются технологией упрочнения. Изучение и разработка технологии карбонитрирования с учетом металловедческих аспектов и особенностей диффузионных процессов, выбор оптимальных составов порошковых смесей и соответствующего оборудования является в этой связи важным направлением исследования.
Необходимо решить задачу поверхностного упрочнения инструмента химико-термической обработкой, так как покупной стандартизованный и специальный инструменты из высоколегированных сталей подвержены износу и преждевременному разрушению при незначительном времени наработки в условиях контактного трения в процессе изготовления деталей сложной конфигурации из прецизионных сплавов, лент, термостойких керамик.
Широко известные технологии упрочнения (ионноплазменное азотирование, напыление нитридных слоев нитрида титана, карбонитридных карбидов хрома) требуют применения специального дорогостоящего оборудования, создания специальных участков обработки и экономически целесообразны при массовом, крупносерийном производстве.
Нами предлагаются новые технологии химико-термической обработки мелкоразмерных деталей, инструмента, оснастки из легированных сталей с суммой легирующих элементов от 7-8% до 20-25%, содержащих от 4 до 13% Сг, в активированных
древесноугольных смесях с целью повышения износостойкости, сопоставимой с дефицитными твердыми сплавами вольфрамокобальтовой и титанокобальтовой групп. Разработанные технологии могут быть осуществимы в условиях малых термических участков единичного и мелкосерийного производств опытных и ремонтных предприятий при минимальных затратах на термическое оборудование и вспомогательные материалы, при небольших энергозатратах, простоте их осуществления и максимальной эффективности обработки.
Цель исследования. Научное обоснование и разработка технологии карбонитрирования тонколезвийного инструмента и оснастки из высоколегированных сталей различных классов методом диффузионного насыщения поверхности в порошковых древесноугольных смесях и составах, в том числе с последующей лазерной закалкой, с целью повышения их эксплуатационных свойств до уровня близкого к свойствам твердых сплавов.
Задачи исследования:
- провести сравнительный анализ существующих жидких и твердых карбюризаторов, исследовать и разработать составы новых порошковых смесей, установить оптимальное соотношение активаторов и наполнителей, а также расход компонентов для высоколегированных, хромсодержащих сталей на единицу упрочняемых площадей изделий;
изучить особенности формирования диффузионных карбидных и карбонитридных слоев при высокотемпературном карбонитрировании (карбидизации) в интервалах 900 - 1000°С и низкотемпературном карбонитрировании при 560-620°С в средах с высоким углеродным и азотным потенциалом применительно к быстрорежущим сталям карбидного класса типа Р6М5, теплостойким перлитного или мартенситного класса типа 4Х5МФС

2.2 Методы исследования, приборы для измерения, методика обработки экспериментальных результатов
Исследование проводили с применением как стандартных, известных приборов и методик, так и специальных установок и приспособлений.
- Для электрохимического выделения карбидных осадков изготовлена специальная установка, обеспечивающая одновременную обработку 3-4 образцов с плавным регулированием тока и системой охлаждения ванночек;
- рентгеноструктурный фазовый анализ порошков карбидов и непосредственно шлифа проводили на ионизационной установке УРС 050 ИМ и «Дрон»;
- химический состав карбидов определяли по методикам, разработанным для высоколегированных инструментальных сталей; состав отдельных частиц определяли
рентгеноспектральным анализом «Камека», микрозондом MS-49;
горячую твердость измеряли на приборе Роквелл, оборудованном приспособлением для уменьшения подстуживания образцов при переносе их из печи ;
- металлографический анализ, измерение микротвердости проведены на серийных приборах;
- износостойкость при абразивном износе определяли на специальном приспособлении на базе сверлильного станка и при обкатке в абразивном бое, в смесительных барабанах;
- определение предела прочности при изгибе проводилось по методике, разработанной для твердосплавных заготовок из сплавов BK, ТК во ВНИИ- инструмент, г.Москва;
- приготовление пластин из порошков выделенных карбидов при подготовке к рентгеноструктурному анализу вели по