Введение к работе
Актуальность темы. Эффективное использование металлообрабатывающего оборудования одерживается недостаточным ресурсом и надежностью реяувего, штампового и других видов инструмента в процессе эксплуатации. Эксплуатационная стойкость инструмента играет определящую роль при внедрении перспективных технологий в условиях интенсификации и автоматизации технологических процессов, позволяющих снизить себестоимость изделии, повысить производительность труда, уменьшить расход дорогостоящих высоколегированных стопой.
Практшса производства инструмента методам:! механической обработки из проката связана со значительной трудоемкостью и знергоем-тостыэ его изготовления, сложными и продоллителышм: релимами тер-даіческой обработки, безвозвратными потерями дорогсстсяаих матерка-ков в стружу. Применение более легированных статей с целые повіли-чия ресурса работы инструмента связано с использованием дефицитных--1 дорогостоящи металлов, существенно повышает суммарные расходы іа его производство и представляется в этой связи не перспективным. В последние годы получает развитие литейные технологии,пезво-яяшие реализовать возможности быстрого получения отливок, близких ч разм рам готовых'изделии; низкой себестоимости их изготовлении; сокращения отходов металла при механической обработке; экономии легированного проката. Однако традиционные технологии литья іїо обеспечивает требуемого сочетания прочностных и пластических свойств, соответствующего качества инструмента. Исследования, посвященные фкеталлиззции и затвердеванию отливок, открывает возможности целе-ізлравленного воздействия на структуру и свойства литой инструментальной стали при формировании и охлаждении отливки в литейной фор-!е и ее рационального легирования.
Есзмоягасть использования отходов инструментального производства, зкономнолегированвкх сталей, а также инструментальных материа-юв. практически не поддающихся обработке резанием, определяет пер-іпєктивность литейных технологий при производстве инструмента. К со-талению, прогрессивные технологии литья еще не получили доллиого іаспространенкя в связи с инертностью взглядов, основанных па предъявлениях о низком качестве литья; ограниченным числом иеследова-шй и противоречивостью данных о свойствах и работоспособности лн-ого инструмента; недостаточностью исследований о влиянии легирующих элементов на литую структуру и свойства сталей при многокошонв-
- з -нтиом легировании; отсутствием системных исследований о взаимосвязи литой структуры и условий ее формирования со стойкостью инструмента
Целью работы является разработка зкономнолегировашшх литых ин струмеитальных сталей и технологичесюїх основ производства литого рейущзго инструмента,обеспечивающих ресурс работы и свойства литого инструмента на уровне свойств аналогичного инструмента, изготавливаемого из дефицитного легированного проката.
решение проблемы может быть достигнуто при комплексном подходе включающем разработку составов акономнолегированных литейных сталей технологии производства литого режущего инструмента и эффективных методов его упрочнения.
В соответствии с этим сформулированы задачи исследования:
-
Исследование возможностей и эффективности применения литейной технологии для производства реиущего инструмента и рационального легирования литых инструментальных сталей.
-
Изучение влияния температурно-временных условий кристаллизации и охлаждения отливок на структурообразованне, фазовый состав и свойства литых сталей.
-
Исследование взаимосвязи структуры и свойств инструментальной стали с влиянием «легирующие элементов при многокомпонентном легировании в связи с условиями затвердевания и термической обработки.
-
Разработка оптимизированных режимов упрочняющей термической обработки литых эконршюлегированных сталей для инструмента.
-
Разработка технологии изготовления литого инструмента, оп-редгчение его эксплуатационных характеристик, проведение опытно-промышленного опробования.
Работа проводилась в рамках раздела Государственной научно-те
хнической программы "Штериало-энергосберегавде технологии массо
вого производства литых изделий, в т. ч. с использованием ресурсов и
отходов предприятий Украина". Постановление ГКНГ Украины К 12 от
4. 05.1992 г. *
Научная новизна.
-
Установлены основные закономерности изменения фазово-струк-турного состояния инструментальных экономнолегмрованных сталей в зависимости от условий теплоотвода при кристаллизации и охлаждении отливок.
-
Изучены закономерности влияния химического состава быстрорежущих сталей и дополнительного легирования (V, Si. Са, Се) на
- 4 -структуру, фазовнй состав, физико-мвханпчеокпе и эксплуатационные характеристики в связи с условиями кристаллизации, охлаждения от-ІГЙВОК и последущей упрочняющей термической обработке.
-
В интервале исследованных скоростей теплоотвода (20. ..650 Ус) установлено закономерное повышение уровня физико-механических свойств, износостойкости, красностойкости, режущих свойств, способ-юсти сталей сопротивляться хрупкому разрушению. Показано, что по-зышениэ свойств быстроохлажденных сталей обусловлено высокодисперс-гай литой структурой, повышенной легированностыо твердого раствора, реализацией мартенситного превращения в литейной форме, оптимальным распределением упрочняющих фаз.
-
Установлена возможность уменьшения содержания либо исключена вольфрама из состава литых сталей для режущего инструмента за :чет ускоренного тегг.оотвода при кристаллизации и легирования мо-шбденом, ванадием, кремнием и микролегирования церием и кальцием, 'ааработаны составы безвольфрамовых литых сталей для режущего инстг )умента с повышенным содержанием углерода (1,15%).
Практическая ценность и реализация результатов исследования
Научно обоснована и реализована возможность эффективной замени іефицитного проката быстрорежущих инструментальных сталей литыми іезвольфрамовьіми сталями и сталями с пониженным содержанием вольф->ама при применении интенсивного теплоотвода в процессе криеталли-іации и охлаждения отливки. Разработаны составы экономнолегирован-1ых сталей для режущего ліітого инструмента и рациональные знерго-:берегающие режимы упрочняющей термической обработки. На основании гаределения технологических параметров затвердевания, формирования :труктуры, фазового состава и свойств литых инструментальных ста-іей разработана технология кокильного литья с ускореинь-. теплоотво-[ом для производства режущего инструмента, в том числе из отходов [егированных сталей.
Опытно-промышленная проверка работоспособности режущего литого інструмента (проходных резцов), изготовленного из разработанных :талей Х7МЗФВ и Х7МЗС2В по технологии кокильного литья с интенсив-_ !ым теплоотводом,подтвердила его высокую эксплуатационную стойкость, юответствугашую уровню стойкости аналогичного инструмента из прока-а быстрорежущей стали Р6М5. Производственные испытания проведены в словиях Киевского мотоциклетного завода и УПК УГАУ.
На защиту выносятся следующие положения:
Установление закономерности формирования литой структуры, фа-
-5-еового состава и свойств литой инструментальной етапи в зависимости от температурно-временных условий затвердевания и охлаждения отливки, дополнительного легирования и упрочкяюдай термической обработки.
Установление возможности повышения физико-механических свойств быстроохлавденных литых сталей за счет формирования высокодисперсной литой структуры, дисперсности и разобщенности ледебуритной эвтектики, подавления ликвационных явлений, повышенной легированности твердого раствора углеродом и карбидообраэующими элементами, марте-нситного превращения при охладцении отливкі!, дисперсности и равномерности распределения в объеме металла упрочняющих фаз.
Обоснование возможности повышения износостойкости литих сталей за счет изменения условий кристаллизации и последующей термообработки; обоснование целесообразности ушцыяения содержания вольфрама в стали при интенсивном теплоотводе в литейной форме (до 103 С/с) и замены рейущэго инструмента, изготавливаемого из проката, литьем.
Разработаны составы зкономнодегированных сталей для литого режущего инструмента,технология его изготовления и рациональный режим термической обработки, исключающий специальный нагрев под закалку.
Апробация работы.
Результаты исследований, опытно-промышленной проверки и перспектив их практического использования доложены и обсувдены на Все-украинских семинарах: "Структура и свойства легированных сталей" -1991 г., "Структура, свойства и методы исследования легированных сталей" - 1992 г., "Легирование, структура и свойства упрочненных сталей" - 1993 г., ежегодных конференциях по материаловедению УГАУ; научных семинарах кафздры технологии конструкционных материалов и материаловедения УГАУ в период 1Q91-1993 гг.
Публикации.
По теме диссертации опубликована 1 статья, 2 статьи в печати.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по главам и заключения. Изложена на 147 страницах,включающих 9 таблиц, 43 рисунка, библиографический список из 161 наименования.
