Металловедческие аспекты термопластической обработки и метрологического обеспечения качества стальных деталей

• Автор: Кутяйкин, Василий Георгиевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 444 с. : 32 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Современное состояние и основные научные проблемы количественной оценки изменений структуры и свойств сталей при термопластических воздействиях

1.1. Статус измерений и испытаний в системах обеспечения качества.

1.2. Методы исследования и измерения параметров структуры и

механических свойств металлических материалов .

1.3. Машиностроительные стали .

1.4. Изменения структуры, внутренней дефектности и свойств сталей при пластической обработке.

1.5. Характеристики пластического течения в очаге деформации

1.6. Внутренние процессы и изменения физикомеханических свойств

сталей при термических воздействиях .

Выводы по главе 1, цель и задачи исследований.
ГЛАВА 2. Методики проведения исследований, исследуемые
материалы и оборудование.
2.1. Разработка программы исследований.
2.1.1. Схема работы
2.1.2. Выбор сталей и видов обработки
2.1.3. Методы исследований и испытаний, образцы, средства
измерений и оборудование.
2.2. Совершенствование метрологического обеспечения исследований сталей и технологических процессов термопластического воздействия
2.2.1. Микроструктурный метод определения локальных пластических деформаций.
2.2.2. Совершенствование методов определения технологических прочностных и пластических характеристик сталей
2.2.3. Расчет почетностей измерений параметров структуры и
механических свойств сталей
Выводы по главе 2.
Глава 3. Экспериментальные исследования влияния термопластических воздействий на закономерности изменения микрои макроструктуры сталей
3.1. Закономерности изменения параметров микроструктуры сталей
при пластических и термических воздействиях
3.2. Микроструктурные изменения сталей при пластическом
воздействии в условиях разных конфигураций пуансонов и
температур.
3.3. Количественная оценка очага пластической деформации по изменению параметров микроструктуры сталей .
3.4. Математическое моделирование размеров очага деформации на основе изменений микроструктуры сталей
3.5. Распределение деформаций зерен микроструктуры сталей в технологиях многопозиционного объемного пластического воздействия.
3.6. Закономерности формирования макроструктуры в условиях объемного термопластического воздействия.
Выводы но главе 3
ГЛАВА 4. Влияние термопластической обработки и напряженного состояния на механические свойства и субмикроструктуру сталей
4.1. Влияние термопластического воздействия на механические
свойства перлитных и ледебуритных сталей.
4.2. Влияние напряженного состояния на механические свойства перлитных и ледебуритных сталей.
4.3. Экспериментальные исследования количества и характера
распределения дефектов кристаллического строения при пластических
и термических воздействиях.
4.4. Теоретические и экспериментальные исследования влияния
структурного состояния на зарождение и развитие микротрещин в
сталях при пластическом воздействии.
4.5. Исследование свойств и субмикроструктуры сталей на технологических этапах производства деталей машиностроительного
назначения
Выводы по главе 4
Глава 5. Анализ взаимосвязи изменений структуры и свойств сталей с технологическими парамефами термопластических воздействий
5.1. Взаимосвязь изменений структуры в очаге деформации с пластическими и прочностными параметрами термопластического воздействия.
5.2. Определение тепловых эффектов пластического воздействия и выбор оптимальных температурных интервалов полугорячего деформирования перлитных и ледебуритных сталей
5.3. Метрологическая оценка влияния углерода и легирующих элементов на механические свойства перлитных и ледебуритных
сталей при разных термопластических воздействиях
5.4. Оценка технологической пластичности сталей при наличии поверхностных концентраторов напряжений.
Выводы по главе 5
ГЛАВА 6. Использование результатов исследований при разработке термопластических технологий и обеспечение качества деталей машиностроительного назначения
6.1. Алгоритм разработки и внедрения технологий термопластического воздействия на основе оценки параметров структуры и свойств сталей 9 6.2 Освоение прогрессивных технологических процессов и обеспечение качества на основе результатов исследований.
6.2.1. Разработка и внедрение процессов полугорячего выдавливания формообразующих полостей в ледебуритных и перлитных инструментальных сталях.
6.2.2. Производство деталей машиностроительного назначения
методами объемного термопластического воздействия.
6.2.3 Освоение технологических процессов сферодвижного
пластического воздействия.
6.3. Экономические и организационнометодические направления
внедрения результатов исследований и разработок.
Выводы по главе 6
ОБЩИЕ ВЫ ВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Снижение коэффициента объемного расширения деформированных образцов в сравнении с нормализованными при температурах выше критических связывается с залечиванием микропор и микротрещин. По мнению Л. Н.Ларикова 1 и ряда других исследователей , , образование внутренних микротрешин при сильной деформации металлов еще не является препятствием для дальнейшего использования полуфабриката. Одновременное воздействие на металлические материалы нагрева и деформирования, особенно при температурах рекристаллизации и выше, сопровождается значительным снижением прочностных и повышением пластических характеристик. Особый интерес представляет изучение деформации металлов и сплавов вблизи температур фазовых превращений, при которых возможна реализация эффекта сверхпластичности. Существуют две основные разновидности свсрхпластичпости структурная и субкритическая. Структурная сверхпластичность проявляется при температурах выше 0,5ТГ1Л. Субкритическая, наблюдающаяся вблизи начала фазовых превращений, например полиморфных. Сверхгшастичность не является свойством какихто особых сплавов и при соответствующей подготовке структуры и в определенных условиях пластического воздействия проявляется у большого количества сплавов, обрабатываемых давлением. Известно много сплавов на основе железа, магния, алюминия, меди и титана, деформирование которых возможно в режимах сверхпластичности. Кайбышев и др. В работах , , 1, 1, 9, 8, 2 выявлен эффект свсрхпластичпости ряда промышленно выпускаемых сталей , Х, ХН2МА, ХФА, Х6ВФ, ШХ и др. Повышенное внимание уделено исследованию эффекта сверхпластичности в инструментальных, в том числе быстрорежущих сталях, являющихся низкопластичными и труднодеформируемыми. Влияние сверхпластичности на структуру быстрорежущих сталей изучено мало. Показано , что исходная твердость сталей обычного металлургического производства не влияет на эффект сверхпластичности, а увеличение размера зерна, балла карбидной неоднородности понижает его. В результате изотермического деформирования карбидная неоднородность уменьшается сдо баллов, а предел прочности на изгиб и ударная вязкость увеличиваются в 2 раза. На периферии штампованной заготовки карбидная фаза наблюдается в виде тонкой структуры с едва заметными разорванными карбидными полосами, внутри которых карбиды раздроблены. Карбидная неоднородность в этой зоне соответствует 3 баллу , 1, 7. Авторами , , сделан вывод, что объемное деформирование в условиях сверхпластичности в сочетании с термической обработкой может быть эффективным методом улучшения механических свойств инструментальных сталей. Недостатком процесса является необходимость нагрева штампов до температуры обработки и малая скорость деформации. Кроме того, необходимо отметить, что процесс деформирования сопровождается выделением тепла, а, следовательно, дополнительным нагревом металла. В то же время стойкость штампового инструмента во многом определяется температурой отпуска, которая, как правило, ниже температурного интервала свсрхпластичности. Все перечисленные факторы усложняют использование эффекта сверхпластичности в производственных условиях. Применительно к производственным процессам вероятно правильнее говорить о некотором температурном интервале высокой пластичности сталей и сплавов, достаточной для формообразования деталей методом пластического воздействия , , , 2. Выводы по главе 1, цель и задачи исследования. В первой главе на основе анализа законодательных и нормативных актов определена роль измерений и испытаний как одного из важнейших элементов систем обеспечения качества. Рассмотрены стали, являющиеся основным материалом в машиностроении, а также виды их объемной обработки. Выполнен анализ литературных данных о современном уровне теоретических и практических разработок в области исследования структурных изменений и механических свойств сталей. Отмечено систематическое и необоснованное пренебрежение метрологическими нормами при прикладных исследованиях состава, структуры и свойств металлических материалов, а также недостаточность применения стандартизированных показателей для объективной оценки проведения материалов.