Підвищення стійкості штампів відновленням економнолегованими сплавами системи Cr-Mn-Мо-Ti на основі заліза - Автореферат

Висока продуктивність процесу обробки металу тиском при підвищених температурах потребує інструменту, який відрізняється показниками твердості, опору стисненню, згину та динамічним навантаженням. Такий інструмент повинен мати стійкість до роботи в умовах підвищених температур, стирання i ударно-абразивного зношення, забезпечувати добрий обробіток поверхонь робочих частин. Актуальність теми В теперішній час для підвищення довговічності штампового інструменту застосовуються дорогоцінні сплави з легуючими елементами, які в Україні є дефіцитними та дорогими. Робота виконана в Українській інженерно-педагогічній академії на кафедрі зварювального виробництва за особистою участю автора в період з 1996 по 2002 рр. Напрямок роботи відповідає державній бюджетній темі № 6118 “Дослідження і розробка ресурсозберігаючих технологій, матеріалів і обладнання для зварювання, наплавлення і лиття”. На основі цього були розроблені економнолеговані зносостійкі сплави системи Cr-Mn-Mo-Ti на основі заліза з обмеженим змістом хрому (до 3 %) та молібдену (до 5 %) і запропонована технологія їх нанесення із знеструмленою присадкою, яка подається у головну частину зварювальної ванни.Аналіз патентної і науково-технічної інформації, виробничих досліджень показав, що штамповий інструмент виготовляється із сталей, хімічний склад і призначення яких регламентується ДОСТ 5950. Для відновлення використовують сплави з мартенситною, мартенситно-бейнітною, метастабільною аустенітною та мартенситностаріючою матрицею. Використання цих пристроїв на зварювальних уставах А-1401 та ТС-17М дозволили дослідити вплив знеструмленої присадки на показники наплавлення, хімічний та фазовий склад наплавленого металу. Зносостійкість розроблених сплавів досліджувалась відповідно до вимог ДОСТ 30480 на установці тертя 2070 СМТ-1 за схемою “диск-колодка” на зразках розміром 15х9х9 мм (довжина шляху тертя - 300 м, матеріал контртіла - сталь 45, HRCЭ48...49, навантаження - N=50 Н, що близько до виробничих умов штампів гарячої обробки металу, швидкість обертання контртіла - V=0,5 м/с) та розробленій автором установці тертя за схемою “палець-площина “на зразках Ж10х50 мм. Вивчення впливу тертя на механічні властивості і структурні перетворення у сплавах проводилось термоелектричним методом неруйнівного контролю.Використання цих сплавів і технології їх нанесення забезпечує зниження енерго-та ресурсозатрат та підвищення довговічності штампового інструменту. Встановлено, що підвищенню теплостійкості i зносостійкості сприяє збільшення змісту фази [ТІС] і її рівномірний розподіл. Встановлено, що екзогенне утворення зміцнюючої фази [TIC] i наплавлення зі знеструмленою присадкою забезпечує рівномірному розподілу карбідів у наплавленому металі. На основі експериментальних досліджень механічних властивостей при підвищених температурах i зносостійкості та критеріїв механіки руйнування встановлено, що при температурах 573...773 К i великих відносинах радіусів тріщин до глибини її залягання, відповідальними за руйнування мартенситностаріючих сплавів є механічні i температурні напруги; зі збільшенням температури i зменшенням відношення радіуса тріщини до глибини її залягання, основним фактором, який впливає на руйнування, є нагромаджена пластична деформація.

Основний зміст роботи

1. На основі виконаних досліджень розроблені економнолеговані зносостійкі сплави і технологія їх нанесення для відновлення ритин матриць штампів гарячої обробки металу. Використання цих сплавів і технології їх нанесення забезпечує зниження енерго- та ресурсозатрат та підвищення довговічності штампового інструменту.

2. Встановлено, що підвищенню теплостійкості i зносостійкості сприяє збільшення змісту фази [ТІС] і її рівномірний розподіл. Перерозподіли карбідної фази, які проходять в результаті старіння та деформацій i підвищених температур при терті, є одними із основних факторів підвищення контактної міцності та мікропластичності поверхневих шарів досліджуваних сплавів систем Cr-Mn-Ti та Cr-Mn-Mo-Ti на основі заліза.

3. Встановлено, що екзогенне утворення зміцнюючої фази [TIC] i наплавлення зі знеструмленою присадкою забезпечує рівномірному розподілу карбідів у наплавленому металі. Відвернення зносостійких шарів при наплавлені на інструментальні сталі запобігається зближенням хімічного і фазового складу наплавленого металу і зони проплавлення, зменшенням вільного вуглецю за рахунок карбідоутворення, застосуванням дисперсійного твердіння.

4. На основі експериментальних досліджень механічних властивостей при підвищених температурах i зносостійкості та критеріїв механіки руйнування встановлено, що при температурах 573...773 К i великих відносинах радіусів тріщин до глибини її залягання, відповідальними за руйнування мартенситностаріючих сплавів є механічні i температурні напруги; зі збільшенням температури i зменшенням відношення радіуса тріщини до глибини її залягання, основним фактором, який впливає на руйнування, є нагромаджена пластична деформація.

5. На основі експериментальних досліджень встановлено, що підвищенню зносостійкості і довговічності поверхні інструменту штампів гарячого деформування відповідають сплави, у яких у сполученні з маркою оброблюваного матеріалу сумарна Т.Е.Р.С. наближається до нуля.

6. Розроблена технологія наплавлення обсічних штампів вторичнотвердіючою сталлю 20ХЗГ9М5Т2С, яка забезпечує відсутність тріщин в наплавленому і основному металі, задовільну обробку наплавленого металу різанням, зменшення складності та тривалості термічної обробки матриць.

На основі експериментальних досліджень та виробничих випробувань встановлено, що автоматичне наплавлення зі знеструмленою присадкою збільшує техніко-економічні показники плавлення - коефіцієнт наплавлення до 30 г/Аг, доля участі основного металу у наплавленому знижується до 11...14 %, знижує питомі витрати топняка і енергетичні витрати - збільшує удільну енергію на формування шва вище умовної границі сплавлення та тепловий К.П.Д. на 60...70 % та 40...50 %, знижує коефіцієнти відносної маси шлаку на 24...28 %, підвищує коефіцієнти засвоєння легуючих елементів на 70...80 % на відміну від одноелектродного натоплення.

7. Фактичний економічний ефект від впровадження результатів розробок по відновленню штампового інструменту на AT "Світло шахтаря", м. Харків та ОАТ Артеммаш “Победа труда", м. Артемівськ, складає 84 тис. грн., очікуваний народногосподарський економічний ефект з рахунком дисконтування складе 360 тис. грн. металообробний інструмент карбідний зношування

1.Багров В.А. Исследование и контроль износостойкости штамповочного инструмента// Техническая диагностика и неразрушающий контроль.-2001.-№2.-С.43-44.

2. Кальянов В.Н, Багров В.А. Свариваемость наплавляемых мартенситных сталей с инструментальными сталями// Сварочное производство. - 1998.-№4.- с. 14-15 (здобувачем досліджене і встановлено критерії руйнування зносостійких мартенситних сталей).

3. Багров В.А., Кальянов В.Н. Влияние способа износостойкой наплавки на распределение упрочняющей фазы в наплавленном металле // Автомат. сварка.-2000.- №11.-с. 44-47 (здобувачем досліджено вплив засобу наплавлення на розподіл карбідів).

4. Багров В.А., Кальянов В.Н. Влияние обесточенной присадки на энергетические характеристики процессов дуговой наплавки и структуру наплавленного металла // Вестник ХГПУ. - 1999. -№75. - с. 76-85 (здобувачем досліджені енергетичні характеристики та хімічний і фазовий склад при наплавленні зі знеструмленою присадкою).

5. Багров В.А., Кальянов В.Н. Дуговая наплавка сплавов системы Fe-C-Cr-Mn-Ti-Si с применением дополнительной присадки // Автомат.сварка - 1999.-№5. - с. 62-63 (здобувачем досліджено вплив знеструмленої присадки на технологічні параметри наплавлення).

6. Багров В.А. Нормирование расхода материалов и электроэнергии при наплавке порошковыми проволоками с обесточенной присадкой // Вестник ХГПУ. - 2000. - №83.-с.24-25.

7. Кальянов В.Н, Багров В.А. Выбор наплавочных материалов в зависимости от вида износа // Труды Междунар.конф. “Состояние и перспективы развития сварочных материалов в странах СНГ”. - М. - 1998. - с. 173-175

8. Кальянов В.Н, Багров В.А. Повышение надежности и долговечности наплавляемых изделий // Труды Междунар. конф. “Сварные конструкции”.-К.-2000.-с.45-46.

9. Кальянов В.Н, Багров В.А. Обоснование выбора ресурсосберегающих технологий наплавки // Труды Междунар. конф. "MICROCAP"2000. International Meerting on Information Technology". - Харьков.-2000.-с. 11

Размещено на .ru