Разработка и освоение рациональных технологий термической обработки и требований к сталям в производстве автомобильных деталей

• Автор: Глинер, Роман Ефимович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 90 с.; 20х15 см

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1.1. Введение
Долговечность тяжелонагруженных деталей автомобиля в большинстве случаев определяется совокупностью свойств (качеством) стали, которые формируются в технологических процессах упрочняющей термической обработки. Традиционно наиболее эффективным видом термического упрочения автомобильных деталей считается химико-термическая обработка - цементация и нитроцементация. Как альтернатива химико-термической обработки, предложена (К.З. Шепеляковский) объёмно-поверхностная закалка, обеспечивающая требуемый уровень долговечности деталей с меньшими, по сравнению с цементацией и нитроцементацией, производственными затратами. Качество упрочнения деталей, как при химико-термической обработке, так и при объёмно-поверхностной закалке, во многом определяется свойствами сталей, которые нормируются техническими требованиями к прокату. Рациональность этих требований, также как и в целом выбор стали, соответствующий выбранному виду термообработки, в значительной мере влияет на уровень затрат, связанных со стоимостью металла и стоимостью применяемой термической обработки, и издержек, связанных устранением неблагоприятных последствий термической обработки (прежде всего коробления и деформаций деталей).
Крупногабаритные детали автомобиля, получаемые холодной штамповкой плоских заготовок, как правило, не подвергают термическому упрочнению из-за высоких затрат, связанных с его организацией и устранением неблагоприятных последствий. Исключением из этого правила является применение для некоторых деталей локальной (индукционной) термической обработки, характеризуемой сравнительно небольшими затратами. Долговечность деталей, не подвергаемых специальной упрочняющей термической обработке (к ним относятся детали кузовов, платформ, рам,) .определяется свойствами листовой стали, которые формируются при производстве проката и пластическом деформировании стали в процессе штамповки. Снижение затрат при изготовлении этих деталей достигается прежде всего рационализацией состава стали, требований к структуре и свойствам проката, выбором рациональных его видов.
В диссертации обобщаются результаты изысканий, проводившихся на Горьковском автомобильном заводе и преследовавших цель повышения ; олговечности тяжелонагруженных автомобильных деталей на основе при-тнения наукоёмких и экономически обоснованных технических решений.
Актуальность такого обобщения обуславливается необходимостью по-.ышения эффективности производств, потребляющих и производящих в значительных объёмах стальной прокат.
Решение этой проблемы связывается с использованием достижений металловедения и проведением определённой политики в области качества, ’одразумевающей (ИСО 8402) «основные направления и цели предприятия 'бласти качества». Для развивающегося в условиях становления отечест-чной рыночной экономики Акционерного общества «ГАЗ» эти направле-

ния и цели формулируются, как «удовлетворение запросов потребителя по приемлемой для него цене». Осуществление их основывается на реализации стратегических решений по совершенствованию качества во всех отраслях производства, включая технологию металлообработки. При этом особенностью стратегии совершенствования качества является совмещение инженерных решений, преследующих, по существу, разные цели: решений, направленных на удовлетворение запросов потребителей, и решений, направленных на снижение издержек производства. Выражением этой особенности выступает понятие рациональности (т.е. целесообразности и обоснованности) принимаемых решений.
Сталь является основным из применяемых в автостроении материалов, благодаря тому, что позволяет реализовывать требуемые свойства при относительно низких производственных затратах производителя (черная крупнотоннажная металлургия) и потребителя (массовое производство автомобилей). Поэтому совершенствованию качества стали отводится значительная роль в повышении эффективности производства автомобилей. Многоплановая работа по обеспечению качества автомобильных сталей базируется на испытаниях металла и на контроле режимов технологической обработки. Эффективность работы повышается, если, в отличие от стандартных приёмо-сдаточных испытаний и производственного контроля, она приобретает системно-комплексный характер, выполняясь с применением наиболее эффективных теоретических и методологических подходов в анализе получаемой информации. Тем самым исследования, связанные с решениями частных металловедческих задач, приобретают значение установления закономерностей влияния на свойства стали различных факторов, обуславливая развитие металловедения. Особенно возрастает значение этой работы на предприятиях, в производстве которых применяются практически все современные виды обработки металла, а ежегодное потребление стального проката составляет сотни тысяч тонн, с использованием практически всех его видов, с марочным и размерным сортаментами, включающими сотни позиций. В полной мере это относится к производству автомобилей акционерным обществом «ГАЗ». Обобщение практики изучения качества стали в таких производствах необходимо для разработки научно обоснованного базиса политики в области качества стали. Практическая реализация данной политики приобретает значение важнейшего фактора повышения эффективности автомобилестроительной и металлургической отраслей, показателя их научно-технического прогресса.
1.2. Цель работы,
•Рационализация состава, улучшение структуры, свойств проката и изделий, получаемых из сталей, предназначенных для производства автомобильных деталей, на основе развития теории металловедения в области совершенствования методов исследований и технологии обработки сталей -цементации, закалки, поверхностного пластического деформирования, деформирования при листовой штамповке.

ции, учитывающая особенности деформирования металла при штамповке (табл. 11).
Указанные нормы относятся к стали, предназначенной для штамповки, характеризуемой высокой интенсивностью деформаций. В различных видах штамповки роль каждого из этих показателей может проявляться по-разному. Так, в частности, при гибке толстого листа, когда локальность деформирования (по контуру гибки) сохраняется с начала и до конца операции, роль показателей сто,2 и 6Р существенно ограничивается. Следует особо выделить роль испытаний на вытяжку сферической лунки (проба по Эриксену), поскольку в современной практике аттестации листовой стали (в зарубежной, в особенности) наблюдается тенденция к их исключению. Учитывая, что в предлагаемой системе эти испытания фактически заменяет трудоёмкое построение диаграмм предельных деформаций при аттестации качества листа, приоритетность их не вызывает сомнений.
Следует также заметить, что прогнозирование, ориентированное на статистические зависимости результатов штамповки от комплексных показателей, составленных в виде определённых сочетаний различных характеристик, выявляемых в лабораторных испытаниях (в частности 1?, Оо.2> §р)> в принципе не могут играть значительную роль в аттестации качества проката, вследствие ограниченной их общности.
* * *
В настоящей работе не ставилась задача связать предлагаемые показатели пластичности с показателями структуры. Последние (микроструктура прежде всего), также как измерения твёрдости и микротвёрдости, необходимы для оценки однородности свойств листовой стали.
* * *
Предлагаемая система показателей и методики их выявления не противопоставляются применяемым на современных металлургических предприятиях для аттестации листового проката с использованием автоматизированных механических испытаний. Последние решают задачу оценки качества в каждой партии выпускаемого металла перед отгрузкой её потребителю. Проведение входного контроля металла потребителем не вызывается необходимостью в условиях рыночной экономики. Для разрешения эпизодически возникающих у потребителя вопросов по качеству проката на каждом современном автомобильном предприятии необходимо иметь рациональную для него систему оценки качества, адаптированную с испытаниями, проводимыми на заводах-поставщиках.
2.1.4. Выбор рациональных марочного состава, механических свойств и режимов упрочнения листовой стали повышенной прочности
[17, 34, 39, 40, 48, 50,58, 65, 70]
Повышение прочности стали в деталях, получаемых листовой штамповкой, является одним из основных направлений экономии проката в автомобильном производстве. Реально эта задача решается одним из трёх способов: 1) применением проката повышенной прочности; 2) рациональным ис-