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

Автор: Ахмедпашаев Магомедпаша Узайруевич

940 105 -185 17 108 -74 -196 ±102 ±67 2 2 15,8 19,00

У’2 = 940+105Х1-185Х2+108Х4-72Х5-196Х6

коэффициенты регрессии независимых переменных факторов: углерода (Х1), хрома (Х2), молибдена (Х3), вольфрама (Х4), ванадия (Х5) и титана (Х6) соответственно; Если абсолютная величина их равна или больше доверительному интервалу ?bi, то их следует признать статически значимыми; Sуi - корень квадратный дисперсии опыта; f1-число степеней свободы при определении дисперсии опыта S2уi; f1 = g-1, где g - число продублированных опытов в центре плана; f2 - число степеней свободы, определяемое по формуле: f2=N-k, где N - число опытов, k – число оставленных коэффициентов уравнения;

- расчетное значение F-критерия; - табличное значение F-критерия.

Результаты статистической обработки экспериментальных данных

показали (см. табл. 6), что в изученных интервалах варьирования хром и

титан отрицательно влияют на ударную вязкость (У1), а вольфрам и углерод повышают временное сопротивление при растяжении (У2).

Для создания методики расчета параметров науглероживания была

использована математическая модель, учитывающая основные особенности ее протекания в реальных условиях и связывающая показатели качества обработки с технологическими параметрами процесса и газовым режимом карбюратора, протекающим внутри контейнера. Исходя из литературных данных и собственных исследований для проведения намеченных исследований нами выбрана среда, состоящая из древесного

угля с добавками бикарбоната натрия и режим науглероживания (t = 1000°С, ? = 6 час).

Влияние легирующих элементов на толщину диффузионного слоя изучали с помощью метода математического планирования эксперимента. Полученные экспериментальные данные по изменению эффективной толщины диффузионного слоя на опытных образцах приведены

в табл. 8.

Характерис-

тика Номера плавок

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Толщина слоя,

мкм 1550 1650 1540 970 1110 1030 770 980 1060

Таблица 8 - Экспериментальные данные толщины диффузионных слоев

В результате статистической обработки экспериментальных данных

разработана математическая модель:

У3 = 1,19+0,13Х1- 0,28Х2-0,11Х5-0,31Х6 (4)

адекватно описывающая зависимость толщины диффузионного слоя (У3) от состава стали. Анализ математической модели позволяет сделать вывод, что в изученных интервалах варьирования, молибден (Х3), вольфрам (Х4), не оказывает существенного влияния на толщину диффузионного слоя, которая наиболее значительно зависит от содержания хрома (Х2) и титана (Х6), причем, с увеличением их количества тол-

щина слоя уменьшается. Такое изменение связано преимущественно с замедлением диффузии углерода вследствие образования скоагулированных карбидов, которые служат стоками для углерода и тормозят его продвижение вглубь образца. Исследовано влияние режима насыщения и состава стали на структуру диффузионных слоев. Науглероженный слой на всех сталях после насыщения и охлаждения на воздухе состоит из троосто-мартенсита с карбидными включениями, причем с повышением процентного содержания легирующих элементов объемная доля карбидов увеличивается (до 20-25 %). Результаты металлографического анализа показали, что диффузионный слой достаточной толщины (0,8 -1,0 мм) и твердости (62-63 HRCЭ) при температуре насыщения 1000°С образуется уже при 4-х часовой выдержке.

Из экспериментальных данных, полученных на автоматическом анализаторе «EPIQUANT» и математических моделей:

У4 = 14,2 + 4,8 X2 + 2,2 Х3 ; У5 = 1,9 + 0,4X2 + 0,2 Х3 , (5)

следует, что повышение процентного содержания хрома (Х2) и молибдена (Х3) ведет к увеличению количества (У4) и средних линейных размеров (У5) карбидов. Углерод, вольфрам, ванадий и титан существенно не влияют на их количество и размеры при выбранных уровнях варьирования. При повышении температуры закалки (с 975 до 1050°С) количество карбидов на сталях с нижним пределом легирующих элементов (ЛЭ) (плавки I, 2, 3, 8, 9) уменьшается с 6-10 % до 1 % (объемн.) В сталях с верхним пределом ЛЭ (плавки 4, 5, 6,7) такое изменение содержания карбидных включений не наблюдается.

В четвертой главе исследовано влияние ХТО и последующей термической обработки на структуру, свойства материала инструмента и на работоспособность в целом.

Математические модели:

У6 = 11,5 - 2,1Х5 - 2,1Х6; У7 =472 - 82X6; У8 = 62+4Х1-2Х3-10Х6 (6)

показывают что после науглероживания (1000°С, 6 час.) и термической обработки (975°С, отпуск 1 час) на ударную вязкость (У6) отрицательно действуют ванадий (X5) и титан (X6), остальные элементы не оказывают существенного влияния. На предел прочности при растяжении (У7) и на твердость (У8) сталей отрицательно влияет титан, что связано затратой углерода на образование отдельных карбидов TiC и увеличением остаточного аустенита. Углерод (Х1), в основном, положительно влияет на механические свойства исследуемых сталей.

Из математической модели видно, что в выбранном интервале варь-

У9 = 47,75 – 1,12Х3 – 1.25Х5 –1,87Х6 – 4,12Х7 (7)

ирования факторов для порошковых материалов отрицательное влияние на твердость (У9) оказывают молибден (Х3), ванадий (Х5) и титан (Х6). Это связано с образованием остаточного аустенита. Сильное отрицательное влияние на твердость оказывает также никель (Х7), так как он расширяет ?-область диаграммы железо-углерод, т.е. способствует образованию аустенитной структуры порошковых материалов на основе железа.

Для изготовления металлообрабатывающего инструмента, где требуется высокая твердость, желательно, получить порошковый поверхностноупрочненный материал без содержания меди. В этом случае в качестве легкоплавкой добавки вводили марганец, повышая температуру спекания выше температуры его плавления (1245°С). Для увеличения вязкости порошкового материала предпочтительно введение меди и ни-

Результаты статистической обработки экспериментальных данных по износостойкости сталей показали, что в выбранном интервале варьирования факторов наиболее сильно на износ в условиях усталостного изнашивания (У10) влияет хром (X2), в меньшей степени молибден (X3) и титан (X6). Oни увеличивают износостойкость карбидизированной стали:

У10 = 300 + 36 Х1 – 75 Х2 – 27Х3 – 61Х6 (8)

Видно, что с ростом содержания углерода (X1) износ увеличивается.

Исследования показали, что в условиях усталостного изнашивания

при контактных давлениях 1,96-2,45 МПа износ незначителен. Такие нагрузки не вызывают высоких напряжений в зоне контакта. Увеличение давления от 2,54 до 3,43 МПа приводит к интенсивному росту напряжений в зоне контакта, при этом происходит адгезионное схватывание между контактирующими поверхностями. При повышении температуры отпуска с 200 до 500°С происходит увеличение износостойкости сталей. Это связано со снятием внутренних напряжений и выделением карбидов в результате частичного распада мартенсита.

Как видно из математической модели:


загрузка...