Введение к работе
Актуальность темы. Задача повышения работоспособности штампового инструмента, несмотря на многочисленные исследования и многолетние поиски, до настоящего времени не имеет оптимального решения и является металловедческой проблемой, имеющей большое научно-техническое и практическое значение. Существуют определенные марки сталей инструментального класса, используемые для горячего деформирования. Номенклатура сталей этой группы и разнообразие их составов за последние годы значительно возросли в связи со все более расширяющимся применением в технике способов горячего деформирования, особенно штамповки, прессования, выдавливания различных, в том числе трудно деформируемых, сплавов. Стали данного типа используются в условиях динамического, ударно-циклического нагружения, повышенного износа и разгара в качестве матриц, пуансонов, штампов, пресс-форм для литья под давлением.
В настоящее время штампы горячего деформирования изготавливаются литыми и коваными. Для изготовления штампов применяются, в основном, стали 5ХНМ и 4Х5МФС. Сталь 5ХНМ имеет пониженную теплостойкость, что ограничивает температурный режим эксплуатации горячештампового инструмента из этой стали. Сталь 4Х5МФС превосходит сталь 5ХНМ по теплостойкости, но заметно уступает последней по трещиностойкости и технологичности при металлургическом переделе, а также содержит значительно большие количества дефицитных молибдена, ванадия и вольфрама.
Основным параметром, определяющим качество штампового инструмента, является его стойкость, которая, в первую очередь, зависит от применяемого материала и режима термической обработки. Требуется комплексный подход к решению задачи повышения работоспособности штампового инструмента.
В связи с этим, оптимизация химического состава материала и разработка оптимальной технологии упрочнения штампового инструмента, обеспечивающей получение высоких эксплуатационных свойств штампов, являются актуальными задачами.
Отдельные этапы работы выполнены в рамках х/д НИР 555/10-46/3741 «Разработка оптимального легирующего комплекса для упрочнения экономно-легированных сталей» между ОАО «МК ОРМЕТО-ЮУМЗ» и кафедрой «Материаловедение и технология металлов» Орского гуманитарно-технологического института (филиала) ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет» (ОГТИ ОГУ).
Цель исследования: создание высокотехнологичной тепло- и трещиностой-кой инструментальной стали для штампов горячего деформирования на основе оптимизации химического состава комплекса легирующих элементов и обоснование значений параметров технологического процесса термической обработки данной стали, обеспечивающих заданный уровень служебных характеристик штампового инструмента в сложных условиях нагружения и теплового воздействия.
В работе поставлены следующие задачи исследования:
- разработать новую марку стали инструментального класса для штампов горячего деформирования;
оптимизировать режимы термической обработки штамповых сталей;
провести экспериментальное сравнение механических и эксплуатационных свойств разработанной стали и применяемых в настоящее время сталей.
Научная новизна:
теоретически и экспериментально обоснован химический состав новой тепло- и трещиностойкой инструментальной стали, отличающийся наличием микролегирующего комплекса, включающего ванадий, титан и бор;
установлены закономерности структурно-фазовых превращений при термической обработке разработанной марки стали;
установлены математические зависимости прочностных свойств сталей для штампов горячего деформирования от значений параметров режимов термической обработки, позволяющие прогнозировать значения параметров режимов эксплуатации сталей;
определены рациональные значения параметров режимов термической обработки, обеспечивающие высокую твердость, ударную вязкость и износостойкость сталей для штампов горячего деформирования.
Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается применением современных методов исследования и компьютерных методов статистической обработки и моделирования.
Практическая значимость работы состоит в разработке новой стали для штампов горячего деформирования и оптимизации параметров технологического режима термической обработки данной стали.
Основные результаты исследований переданы для практического использования на машиностроительные предприятия ОАО «МК ОРМЕТО-ЮУМЗ» и ОАО «Орский машиностроительный завод». Отдельные результаты работы используются в лекционные курсы дисциплин кафедры «Материаловедение и технология металлов» ОГТИ ОГУ.
На защиту выносятся следующие положения:
-химический состав разработанной марки стали для штампов горячего деформирования, включающий микролегирующий комплекс, содержащий ванадий, титан и бор;
-закономерности структурно-фазовых превращений при термической обработке стали для штампов горячего деформирования;
-влияние термического упрочнения на механические и эксплуатационные свойства штамповых сталей.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались и были одобрены на итоговых научно-практических конференциях преподавателей и студентов ОГТИ (Орск, 2006, 2009, 2010); международной научной конференции «Инновационная деятельность предприятий по исследованию, обработке и получению современных конструкционных материалов и сплавов» (Орск, 2009); международных научно-технических Уральских школах-семинарах металловедов-молодых ученых (Екатеринбург, 2008, 2009, 2010); XX Уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов» (Екатеринбург, 2010); VI международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Оренбург, 2010); Всероссийской
научно-практической конференции «Теоретические вопросы разработки, внедрения и эксплуатации программных средств» (Орск, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах из «Перечня...» ВАК.
Диссертация включает введение, четыре раздела с описанием результатов теоретических и экспериментальных исследований, общие выводы и заключение, изложена на 140 страницах, содержит 72 рисунка, 65 таблиц и список использованных источников из 120 наименований, приложения.
