РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ СОЗДАНИЯ НОВЫХ ПОВЕРХНОСТНОУПРОЧНЕННЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ И ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ (26.07.2010)

Автор: Ахмедпашаев Магомедпаша Узайруевич

частей металлообрабатывающего инструмента.

Показано что науглероживанию следует подвергать изделия с припуском 150-200 мкм на шлифовку. Этот процесс можно осуществлять в камерных и шахтных печах, обеспечивающих рабочую температуру 1000°С.

При газовом науглероживании для стали 27Х8М2ВФТ возможно использование заводской технологии, предназначенной для насыщения конструкционных легированных сталей, а для сталей 25Х12М2ВФТ и 21Х17М2ВФТ необходима отработка процесса, прежде всего с точки зрения подбора оптимального состава насыщающей среды. При проведении карбидизации в твердых карбюризаторах предпочтительно использование смеси следующего состава: 88 % древесного угля и 12 % бикарбоната натрия. При повторном использовании смеси для насыщения необходимо добавлять в смесь 15 % NaHCO3 или 75 % свежеприготовленного карбюризатора.

Науглероживание рекомендуется проводить при температурах 950-1000°С в течение 5...8 ч., а закалку при температурах 975, 1025, 1050°С (отпуск при 180-200°С, ? = 1час) для сталей 25Х8МВФТ, 25Х12М2ВФТ, 21Х17М2ВФТ соответственно. При использовании контейнеров небольших размеров после газовой цементации возможна закалка на воздухе.

Производственные испытания штампов, рабочие части которых изготовлены из сталей 25Х8МВФТ и 25Х12М2ВФТ, проводили в условиях ПО "Горизонт", ОАО "ДагЗЭТО", «Каспийском заводе точной механики».

Испытания в условиях ПО "Горизонт" проводили на штампе ЭШ-02.80.00.00, пуансоны и матрицы которого изготовлены из стали 25Х12М2ВФТ, подвергнутого науглероживанию с последующей термообработкой. Штамповалась шайба №4.04.016 (материал сталь 10кп, толщина 0,8 мм). Также проведены испытания разделительного штампа на пресс-автомате 4ГЖ-500-10, рабочие части которого выполнены из указанной выше стали, при штамповке детали - защипка ЮК8.262.004 (материал -лента МНЦ I5-20TО.5H). Проведенные исследования показали увеличение стойкости штампа в 2-3 раза по сравнению с серийными,

рабочие части, которых изготовлены из стали У8А.

Результаты работы внедрены на ПО "Горизонт", получен годовой

экономический эффект составил 181057,8 рублей.

Оптимизацию состава стали по эксплуатационной стойкости проводили на ОАО "ДагЗЭТО". Испытания проведены на вырубном штампе КШ-293В, работающем в наиболее тяжелых условиях: пробивка 10 отверстий диаметром 10мм звена 8НИ-477-007 из жаропрочной стали 20Х23Н18 с толщиной листа 2 мм.

Экономический расчет показал, что изготовление штампов из науглероженной стали 25Х8МВФТ на ОАО «ДагЗЭТО» дал экономический эффект 403,5 тыс. руб. в год за счет уменьшения числа используемых штампов и сокращения их текущего ремонта.

Испытания, проведенные на Каспийском заводе точной механики на штампах №1 и №2 для вырубки деталей из электротехнической стали Э362, показали, что разработанная сталь 25Х12М2ВФТ обладает в 1,5-2 раза большей стойкостью, чем заводской штамп, изготовленный из стали XI2MT.

При разработке технологии изготовления затыловочных фасонных фрез из рациональнолегированного порошкового материала на основе железа была рассчитана и сконструирована пресс-форма для засыпки порошков, даны процессы подготовки порошков, формование, режимы спекания затыловочной фасонной фрезы, представленной на рис. 3.

1-левая фреза; 2- правая фреза; 3-стержень, 4...6-регулировочные канавки

Рисунок 3 - Затыловочная фасонная фреза ОР – 2323

В технологии также отражены вопросы горячего прессования, отжига, окончательной обработки резанием, поверхностного упрочнения. Описан участок порошковой металлургии затыловочных фасонных фрез. Приведены схемы технологии производства металлообрабатыва- ющих инструментов.

Экономический эффект от внедрения технологии изготовления затыловочных фасонных фрез из порошкового материала на заводе «Дагдизель» составил 388000 руб.

На ОАО «Каспийский завод точной механики» было проведено исследование с целью возможной замены заводских деталей из стали 20Х13 рациональнолегированными порошковыми материалами на осно-

ве железа, способом разработанным автором. Внедрение работы дает экономический эффект в размере 500 (пятьсот) тысяч руб. в год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. В работе показана перспективность изготовления рабочих частей металлообрабатывающих инструментов из поверхностноупрочненных низкоуглеродистых рациональнолегированных сталей и порошковых материалов на основе железа.

2. На основании литературных данных последних 40 лет и собственных исследований разработана система легирования экономнолегированных карбидизируемых сталей и порошковых материалов на основе железа, для металлообрабатывающего инструмента и определены интервалы варьирования легирующих элементов.

3. Определены критические точки, исследовано влияние температуры закалки (tзак – 800…1200оС, tотп – 200оС, ? = 1ч)) на твердость экспериментально выплавленных сталей и установлены оптимальные параметры термической обработки.

4. Построены математические модели зависимости механических свойств сталей от их химического состава. Показано, что в изученных интервалах варьирования легирующих элементов благоприятное влияние на прочностные свойства оказывают увеличение содержания (в % по массе): углерода (от 0,27 до 0,32) и вольфрама (от 0,35 до 0,7), а на характеристики пластичности – уменьшение содержания хрома (от 9,9 до 6,7) и титана (от 0,07 до 0,0)

5. Для всех сталей и порошковых материалов рекомендован оптимальный состав насыщающей среды: 88% древесного угля и 12% бикарбоната натрия (NаНСО3).

6. Впервые определены количество карбидов и их средние линейные размеры в диффузионном слое на структурном автоматическом анализаторе «EPIQUANT». Полученные математические модели показывают, что выбранном интервале варьирования легирующих элементов, наибольшее влияние на размеры и количество карбидных включений оказывают увеличение содержания (% по массе): хрома (от 6,7 до 13,1) и молибдена (от 1,2 до 1,84).

7. С использованием метода математического планирования подробно исследовано влияние легирующих элементов на кинетику формирования карбидизированного слоя специально выплавленных сталей. Толщину диффузионного слоя из исследованных элементов наиболее сильно снижают хром и титан.

8. Исследованы свойства карбидизированных экспериментальных сталей в исходном и термически обработанном состояниях. Построены математические модели зависимости основных механических свойств сталей от их химического состава. Установлено, что отрицательное влияние на ударную вязкость и временное сопротивление при растяжении науглероженных сталей оказывают повышение в них содержания (в % по массе): ванадия (от 0,46 до 0,92) и титана (от 0,07 до 0,14), что связано с выделением карбидов по границам бывших аустенитных зерен. На твердость и износостойкость диффузионного слоя благоприятно влияют хром, молибден и титан.

9. Микрорентгеноспектральным анализом на установке «Cameca MS – 46», рентгеноструктурным, металлографическим анализами выявлено, что в структуре образцов имеются следующие фазы: мартенсит, бейнит, остаточный аустенит, карбидные фазы: М3С; М7C3, М23C6, М3C2; МС; М2С; М6С, равномерность и распределение которых в диффузионном слое зависит от условий насыщения и химического состава матери- ала.

10. С применением метода математического планирования оптимизирован состав стали по механическим свойствам в лабораторных условиях и на основе этих исследований разработаны новые стали: 28Х7М2Т, 25Х12М2ВФТ. При поиске области экстремума по износу в условиях сухого усталостного изнашивания наибольшей износостойкостью обладает сталь 21Х17М2ВФТ, рекомендуемая для инструмента, работающего преимущественно на изнашивание (например, мерительный инструмент).

11. В результате оптимизации химического состава стали по эксплуатационной стойкости в производственных условиях разработана экономнолегированная карбидизированная сталь для вырубных штампов холодной штамповки, работающих в тяжелых условиях (пробивка одновременно 10 отверстий диаметром 10мм из листовой стали 20Х23Н18 толщиной 2 мм), обеспечивающая максимальную стойкость инструмента при эксплуатации - 27Х8М2ВФТ. Для более умеренных условий эксплуатации (меньшие ударные нагрузки – до 10-12 МПа, небольшая толщина штампуемого листа – до 1 мм, благоприятный штампуемый материал, например, углеродистая сталь) в качестве заменителя рекомендуется сталь 25Х12М2ВФТ. На составы сталей получены 3 авторские свидетельства Госкомизобретений РФ.

12. Оптимизирован состав порошковых материалов по износостойкости и твердости. На этой основе изучена степень влияния на них легирующих элементов. Отрицательное влияние на твердость оказывают никель, титан, ванадий, молибден. Вольфрам повышает износостойкость образцов. Титан, никель положительно влияют на износ образца.

13. Установлена взаимосвязь между структурными основными характеристиками диффузионного слоя, его свойствами и эксплуатационной стойкостью штампов с построением графа корреляционных связей.

14. Изучено влияние режимов науглероживания и термической обработки на структуру и свойства рекомендуемых сталей. На основании этих исследований разработана промышленная технология их упрочнения:

27Х8М2ВФТ- tк = 1000°С; ? = 5ч; tзак = 975°С; tотп = 180-200°С, ? = 1ч;

25Х12М2ВФТ- tк = 1000°С; ? = 6ч; tзак = 1025°С; tотп = 180-200 °С, ?= 1ч;

21Х17М2ВФТ - tк =1000°С; ? = 8 ч; tзак = 1050°С; tотп =180-200°С, ?= 1ч.

15. Выявлены особенности насыщения и упрочнения рационально легированных порошковых материалов на основе железа. Большинство пор залечиваются и распределяются в мартенсите. В структуре имеются глобулярные фазы, образующие под действием углерода во время науглероживания, причем количество их на поверхности больше, чем в сердцевине образца.

16. Разработана промышленная технология изготовления и поверхностного упрочнения рабочих частей холодно-штампового инструмента, заключающаяся в получении их, путем литья, штамповки, обработки резанием, подготовки насыщающей среды и проведения процесса науглероживания, термической обработки и контроля изделий.

17. Разработана промышленная технология изготовления затыловочных фасонных фрез из рациональнолегированного порошкового материала, рассчитана и сконструирована пресс-форма для холодного и горячего прессования с подсчетом экономического эффекта от внедрения; На способы получены 2 патента на изобретения РФ.


загрузка...