Введение к работе
Акту_альшсть_проблемы.Требования к повышению ресурса и надежности материалов,используемых в различных отраслях промышленности вызывает необходимость разработки новых,улучшения ранее применяемых конструкционных материалов или совершенствования технологии их обраОот-ки.повышающей качество,механические и эксплуатационные свойства изделий.
В этой связи,решающее значение приобретает деформационно-термическая обработка,совмещакщая в едином технологическом цикле пластическую деформацию и термическую обработку. Она отвечает всем требованиям, предъявляемым к современным интенсивным технологиям (так как является непрерывной,энврго- и метвллосберегавдей) и обеспечивает получение стальных изделий с заданными свойствами при низкой себестоимости и трудоемкости их изготовления.
Имеются не использованные резервы в дальнейшем совершенствовании методов шюстической обработки металлов и сплавов, таких как,прокатка, раскатка .волочение .прессование, горячая штамповка и др. для получения стальных изделий,обладающих высоким комплексом механических и других свойств.
Для успешного решения проблемы повышения качества стальных изделий требуется комплексное исследование сути конкретных элементов еди-аого технологического процесса деформационно-термического упрочнения. Яри этом необходимо осуществить переход от накопленных в этой области эмпирических знаний к их систематическому анализу и обобщению.
В настоящее время можно считать,что имеющийся опыт и проведенные з этом направлении исследования для отдельных процессов обработки металлов давлением (ОВД) позволяют,путем изменения некоторых деформаци-энно-термических параметров обработки, целенаправленно влиять на физи-хо-механические .технологические и эксплуатационныесвойства материалов. Здесь имеется ввиду,развитие таких технологических схем деформационно-гермического упрочнения,как контролируемая прокатка и термомеханичвс-<ая обработка (ТМО).
Анализ имеющих данных по упрочнению сталей с помощью контролируемой прокатки и ТМО показывает,что при реализации этих процессов за-
действованы не все механизмы,ответственные за етруктурообразозание.а следовательно «используются не все возможности в целях повышения харак теристик прочности и пластичности сталей, а также достижения однородно сти (изотропности) свойств металлический изделий. Поэтому автор счита ет.что весьма аффективными и перспективными, являются научные исследования по влиянию условий горячего деформирования на структурные изменения материала в цикле деформационно-термической обработки стальных изделий,которые базируются на программно-временном,механико-термическом воздействии на обрабатываемый материал.При этом появляется возможность комплексной оценки результатов исследуемых техпроцессов по развитию высоких и наукоемких технологий. Исследования, в такой постановке вопроса до настоящего времени не проводилось. Первые результаты работ в этом направлении показали высокую экономическую эффективность технологий программной деформационно-термической обработки, возможность формирования нужной структуры, а также придания необходимых физико-механических и других свойств металлическим изделиям.
Подход к решению проблемы упрочнения и достижения однородного формообразования изделия (равномерности деформации),основанный на кок плексной оценке технологических параметров двух процессов - деформаци онного и термического воздействия,позволяет сделать научно обоснованный выбор параме тров высокоэффективной технологии программной механико-термической обработки (ПМТО). При такойметодике исследования появляется возможность создания новой разновидности упрочняющих и ресурсосберегающих технологий с использованием процессов ОМД. Эти технологии должны обе спочивають формирование субмикроструктуры с однородным распределением несовершенств кристаллического строения и с соответствующими ей свойствами.
Актуальность работ, направленных на создание и совершенствование технологий деформационно-термической обработки,обусловлена высокой эс фектиБностью этих технологий как в деле достижения необходимого уровн механических свойств материалов и повышения на этой основе качественных характеристик техники,так и в части экономии энергоресурсов,труде затрат .материала при производстве машин,оборудования,конструкций и других видов изделий.
Цель работы состоит в создании научных и технологических основ направленного регулирования структуры и улучшения физико-механическш свойств стальных изделий посредством программной деформационно-термической обработки. 4
В соответствии с поставленной целью были определены следующие основные задачи:
I.Обобщить и систематизировать сведения о комбинированных методах деформационно-термического воздействия на обрабатываемый материал и о влиянии различных процессов горячей пластической деформации на субструктурное упрочнение .микроструктуру и свойства сталей и на этой основе создать предпосылки и научные основы новых перспективных разновидностей упрочняющей ДТО.
2.Исследовать процессы структурообразования при горячей пластической деформации различных по назначению и химическому составу сталей, влияние деформационных, температурных, скоростных и временных параметров технологии 1ЖГ0 и установить взаимосвязи при регулирующем их воздействии наконечную структуру и свойства изделий.
3.Определить рациональные области применения ШТО и ее разновидностей, оптимизировать режимы и обосновать возможности использования данной технологии для улучшения пластического формообразования в условиях горячей объемной штамповки, а также обеспечить достижения более устойчивой термостабильной структуры и изотропных свойств полуфабрикатов иготовых изделий.
4.Разработать научнообосшванную методику проектирования технологических процессов ШТО,а также определить научно-техническую и экономическую эффективность при реализации их в промышленных условиях производства на конкретных изделиях.
По совокупности проведенных исследований работа представляет собой теоретическое обобщение закономерностей формирования структуры и свойств металлов и решение крупной народнохозяйственной проблемы -разработки и совершенствования теории и промышленной технологии упрочнения сталей и сплавов,повышения работоспособности изделий,экономии материалов и увеличения производительности труда при их изготовлении.
Научная_новизна результатов,изложенных в диссертации,заключается в том,что:
-создана методология целенаправленного изменения свойств изделий, основанная на системном анализе закономерностей формирования структуры и свойств сталей при программном,т.е.временном-деформационно-термическом воздействии,на обрабатываемый материал;
-получены результаты теоретического анализа и экспериментальных данных о влиянии ІЖГО на процессы формирования субмикроструктуры .микроструктуры и механических свойств у сталей перлитного,мартенситного
и аустенитного классов позволяющие оценивать и управлять структурнш состоянием металла в изделии;
-установлены зависимости влияния скорости,температуры и степени деформации на кинетику течения металла при ШТО, а также на однородность распределения деформаций и механических свойств в сечении издэлия; полученный материал лежит в основе создания теоретических закономерностей процесса формообразования при конкретных вариантах ЩТО стальных изделий в реальных условиях производства;
-разработан технологический процесс изготовления изделий из конструкционных сталей программной деформационно-термической обработает с многократной термоциклической обработкой (ПМТО + МЦФП) .позволяющие значительно улучшить служебные свойства стальных изделий;
-выявлены закономерности,которые связывают параметры ШТО с процессом рекристаллизации, и устанавливающие причины образования разно-зернистости структуры в горяче деформированном металле .дающие возможность оценки зеренной структуры поковокдолучаемой в процессе горячей объемной штамповки;
-разработаны методики и алгоритм расчета температур начала дефор мации сталей при ПМТО и распределения температурных полей в сечении изделия при непрерывном охлаждении в различных средах, позволяющие оценить и прогнозировать формируемую структуру и механические свойства изделий при горячей объемной штамповке с применением ПМТО.
Практическая ценность и реализация работы. Полученные в работе научные результаты служат необходимым и достаточным основанием для разработки высокоэффективных технологий направленного регулирования механических свойств посредством деформационно-термической обработки стальных изделий. Разработаны научно-прикладные вопросы деформационн и термических воздействий в режимах ПМТО- Созданы и осуществлены на практике новые ресурсосберегающие технологии,направленные на повышен уровня механических свойств,снижения степени анизотропии и достижение на этой основе повышения надежности,долговечности и нагруженности деч лей машин. Промышленная реализация разработанных технологий на ряде ы шиностроительных заводов - А00 "Кировский завод",АО "Звезда",Львовском заводе автопогрузчиков,Львовском автозаводе,заводе "Красный Октябрь" .Барнаульском заводе "Трансмаш",Каменец-Подольском заводе сель хозоборудования,производственно-коммерческой фирме "Металлист" (Беларусь), заводе сельхозмашин (НРМ) показала технологичность и перепекти! ность их использования в целях достижения поставленных задач,повышени 6
прочности деталей. Спроектировано вспомогательное оборудование,позволяющее внедрять разработанные технологии в условиях существующих производств.
Результаты работы используются в учебном процессе - в курсах лекций, при дипломном проектировании и в лабораторных работах для студентов специальностей энерго- и машино стрите льнного факультетов.
4про0ация_работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:"Пути повышения эффективности кузнечно-штамговочного производства "(Ленинград, 1982) всесоюзной конференции "Термоциклическая обработка металлических материалов" (Ленинград, 1982); "Малоотходная технология ковки и горячей штамповки" (Ленинград,1983) ;3-ей Международной научно-технической конференции (Мапуту, 1988) всероссийской "Наукоемкие технологии в машиностроении" (Рыбинск, 1994); "Новые технологии в машиностроении"(Украина,Харьков, 1994);"Современные технологии в машиностроении"(Беларусь,Полоцк,1995); Всероссийской конференции "Инновационные наукоемкие технологии для России" (С-Петербург,1995);Российскойнаучно-техническойконференции "Перспективные технологические процессы обработки металлов" (С-Петер-бург.1995.
В целом работа обсуждена на совместном заседании кафедр "Металловедение" , "Машины и технология обработки металлов давлением" и "Технология конструкционных материалов Санкт-Петербургского государственного технического университета (1995).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 30 статьей в центральных,республиканских журналах и сборниках.
Объем работы. Диссертация состоит из введения,пяти глав,общих выводов, списка литературы,включающего 216 наименований. Изложена на 350 страницах машинописного текста,содержит 114 рисунков, 13 таблиц и 19 приложений.
