Структурные превращения и физико-механические свойства инструментальных и пружинных сталей при магнитно-импульсном воздействии

• Автор: Воробьев, Роман Александрович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 168 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИТНОИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В ТЕХНОЛОГИЯХ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ Литературный обзор
1.1 Новые технологии упрочнения углеродистых инструментальных и быстрорежущих сталей.

1.2 Физическая сущность магнитноимпульсной

обработки
1.3 Механизм самоорганизации структуры быстрорежущей стали в процессе магнитной упрочняющей обработки.
1.4 Влияние обработки импульсным магнитным полем на структуру и физикомеханические свойства сталей

1.4.1 Влияние МИО на физикомеханические свойства сталей

1.4.2 Влияние МИО на микро и субмикроструктуру сталей

1.5 Преимущества и недостатки магнитноимпульсного воздействия как технологической операции обработки метатлических из делий.

1.6 ВЫВОДЫ ПО 1 ГЛАВЕ.

1.7 Цель и программа исследований.
Глава 2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАТЕРИАЛОВ, МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ.
2.1 Образцы и материалы.
2.2 Термическая обработка быстрорежущих, углеродистых и легированных сталей, применяемых для исследований
2.3 Химический состав исследуемых сталей
2.4 Проводимые исследования и методики экспериментов
2.4.1 Измерение микротвердости
2.4.2 Измерение твердости по Роквеллу.
2.4.3 Методика измерения твердости по Виккерсу
2.4.4. Определение нагрузки образования трещины методом
вдавливания алмазных наконечников на твердомере Виккерса.
2.4.5 Испытание на трехточечный изгиб.
2.4.6 Микроструктурный анализ.
2.4.7 Определение величины микронапряжений и размеров областей когерентного рассеяния блоков мозаики рентгеноструктурным методом
2.4.8 Определение периодов решетки мартенсита и содержания в нем углерода
2.4.9 Методика измерения плотности.
2.4. Ультразвуковые исследования.
2.4. Испытания на релаксационную стойкость
2.5 Оценка точности результатов эксперимента
2.5.1 Погрешность измерения плотности
2.5.2 Определепе погрешности при измерении микротвердости
2.5.3 Оценка точности результатов измерения твердости.
2.5.4 Оценка точности ультразвукового исследования
2.6 Регрессионный анализ экспериментальных данных
2.7 ВЫВОДЫ ПО 2 ГЛАВЕ
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛИЯНИЯ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛЕЙ.
3.1 Определение параметров магнитноимпульсной обработки на установке ОИМП1
3.2 Изменение микротвердости быстрорежущих сталей Р6М5 и Р6М5К5 в результате обработки импульсным магнитным
3.3 Исследование влияния МИО на свойства термоупрочненной стали Р.
3.4 Влияние МИО на микротвердость высокоуглеродистых сталей Г и УА
3.5 Испытание на релаксационные характеристики стали Г
3.6 Исследование распада мартенсита в стали Г при низком отпуске и импульсной магнитной обработке
3.7 Влияние МИО на изменение физикомеханических свойств холоднодеформированной стали .
3.8 Прогнозирование изменения уровня микронапряжений при магнитно импульсной обработке стали после предварительной деформации
3.9 Влияние обработки импульсным магнитным полем на трещиностойкость термоупрочиенной стали УА
3. Результаты ультразвуковых исследований.
3. ВЫВОДЫ ПО 3 ГЛАВЕ
Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
4.1 Влияние магнитно импульсного воздействия на сопротивление пластической деформации быстрорежущих
сталей.
4.2 Сравнение процессов распада мартенсита закаленных сталей
Г и УА при отпуске и МИО.
4.3 Влияние МИО на релаксационные характеристики термообработанной стали Г
4.4 Характер изменения физикомеханических свойств холоднодеформированной стали при обработке импульсным магнитным полем
4.5 Возможности повышения трещиностойкости термоупрочненной инструментальной стали УА при
магнитно импульсном воздействии
4.6 Исследование изменения акустических параметров стали 9ХС
при термической и магнитно импульсной обработках.
4.7 ВЫВОДЫ ПО 4 ГЛАВЕ.
ГЛАВА 5. ОПРОБОВАНИЕ МИО В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ, РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
ВЫВОДЫ ПО 5 ГЛАВЕ.
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
Список литературы


Улучшение свойств у ферромагнитных деталей, прошедших МИО, достигается за счет направленной ориентации свободных электронов вещества внешним полем, вследствие чего увеличивается тепло и электропроводимость. Взаимодействие импульсного магнитного поля с заготовкой деталью из токопроводящего материала происходит тем интенсивнее, чем выше структурная и энергетическая неоднородность вещества. Поэтому чем выше концентрации поверхностных и внутренних напряжений в металлических заготовках, тем больше вероятность локальной концентрации в них микровихрей внешнего поля и тем длительнее течение релаксационных процессов в веществе. При изготовлении реальных деталей в материале неравномерно распределятся избыточная энергия в местах концентрации которой возрастает вероятность разрушения детали Р. Для повышения надежности работы необходимо минимизировать величину Ртах. Применяя МИО, можно значительно уменьшить избыточную энергию материала, связанную с концентрацией внутренних и поверхностных напряжений в конкретной детали, и снизить до минимума вероятность ее поломки. Изменения избыточной энергии поля при МИО стальных деталей или заготовок показаны на рисунке 1. Для каждого материала детали существует оптимальное значение внешнего импульсного магнитного поля Нопт при котором концентрация напряжений в материале, а следовательно, и избыточная энергия предельно уменьшаются Р Ртш, вследствие чего повышается надежность работы детали. Вероятность разрушения рисунок 1. Рисунок 1. Для уменьшения значения Т7 в материале конкретной заготовки инструмента или детали необходимо затратить некоторое количество электромагнитной энергии У0, значение которой зависит от массы, объема Ут и состояния материала. Оба процесса связаны с магнитной восприимчивостью материала детали. У1у которая поглощается материалом в течение времени обработки и максимально улучшает его механические и технологические свойства. Вследствие неоднородностей структуры возникают вихревые токи, магнитное поле и локальные микровихри нагревают участки вокруг неоднородностей разного масштабного уровня. Градиент теплового потока при МИО тем выше, чем менее однородна микроструктура металла. В местах концсшграций остаточных или усталостных напряжений, связанных с технологией производства, обработки или эксплуатации детали, теплота, наведенная при МИО вихревыми токами, частично уменьшает избыточную энергию составляющих кристаллитов и зерен структуры образца, особенно в зоне контакта напряженных участков. Одновременно с тепловыми процессами за счет импульсного магнитного поля в металле происходит полярная ориентация спинов электронов атомов, расположенных в области контакта кристаллитов и зерен сплавов, вследствие чего улучшаются механические свойства материала. Лабораторные опыты с образцами из сталей , У, ХГСА, Г, показали, что для улучшения их механических и технологических характеристик достаточно создать импульсное магнитное поле напряженностью порядка кАм. Однако, для завершения внутренних процессов, связанных с рассеянием электромагнитной энергии в материале деталей, после МИО необходимо время , которое меняется от 5 до ч . Поэтому для завершения структурных превращений 2го рода, направленных на уменьшение свободной энергии, необходимо вр смя. Тепловая энергия после МИО расходуется в образцах на процессы, связанные с фазовыми превращениями 1 го и 2 го рода. Эти процессы способствуют устранению дефектов термообработки дсталей. МИО составляла 1 с. Ам. МИО и выдержки. МИ0. Уменьшение избыточной энергии и концентрации напряжений при МИО вызывает изменение механических свойств. Намагниченные образцы имеют меньшее удлинение также при термодинамических релаксациях. Поэтому и скорость превращений в стальных образцах при комнатной температуре рисунок 1. Рисунок 1. Рисунок 1. Изменение относительной скорости изотермических фазовых превращений у в образцах из стали ХН 1 и быстрорежущей стали Р6М5 2 в зависимости от продолжительности импульса при наложении магнитного поля напряженностью кАм а и без него б V. Уу относительная скорость превращений в образцах при т 0.