Розробка металургійних основ ресурсозберігаючих технологій одержання композитних злитків швидкорізальної сталі - Автореферат

Розробка металургійних основ ресурсозберігаючих технологій одержання композитних злитків швидкорізальної сталіУ машинобудуванні і металообробці високі службові властивості і економічність інструменту (які визначаються видом сталі і технологією її виготовлення), на ряду зі зменшенням трудомісткості його виготовлення, дозволяють забезпечити конкурентоспроможність деталей. Тому, запропоновано випробувати металургійні технології виробництва композитних злитків швидкорізальної сталі, що відливають за схемами «рідкий сандвіч» (РС) і електрошлакового наплавлення рідким металом (ЕШН РМ). Досліджені металургійні способи отримання композитних злитків швидкорізальних сталей є високопродуктивними, забезпечують істотну економію легуючих елементів і заданий рівень властивостей інструменту, що гарантує конкурентоспроможність його і робить актуальною тему даної роботи. Тема роботи відповідає пріоритетному напрямку розвитку науки і техніки України «Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі» і планам НДР Національної металургійної академії України «Дослідження режимів розкислення сталі Св-08 у напівспокійному варіанті для підвищення технологічності виробництва» (ДР №0103U003776), «Розробка і засвоєння економічних режимів розкислення сталі з метою стабілізації якості металопрокату і підвищення експлуатаційної надійності коліс» (ДР №0104U004962), «Розробка і дослідження технології виробництва експериментальної промислової партії економнолегованої багатошарової швидкорізальної сталі» (ІНТМ-ДСС №750Д(01). Для досягнення поставленої мети в роботі поставлені наступні задачі: Проаналізувати умови формування і кристалізації композитних злитків з швидкорізальної сталі за двома запропонованими способами і визначити параметри, що визначають їх якість.Зі зробленого огляду витікає, що цілеспрямований вплив на структуроутворення при кристалізації (перш за все модифікуванням і зміною умов охолодження) дозволяє забезпечити структуру швидкорізальної сталі, яка сприяє підвищенню працездатності інструменту. На підставі проведеного аналітичного огляду встановлено, що до актуальних сучасних напрямків вдосконалення всіх видів технології виробництва швидкорізальної сталі слід віднести методи, що дозволяють забезпечити дисперсну структуру і рівномірний розподіл карбідів в швидкорізальної сталі, в т. ч. шляхом направленої кристалізації і дисперсного зміцнення матриці зі заданим градієнтом властивостей, а також максимальне наближення заготівки до розміру готового інструменту і здешевлення виробництва. Показано, що карбіди всіх присутніх в сталі Р6М5 легуючих елементів (W, Mo, V, Cr) є стійкими сполуками при температурах різання швидкорізальною сталлю (максимум 900 °С). Приклад розрахунку характерістічніх температур ліквідус (по Хау і діаграмам стану) при одержанні двошарової швидкорізальної сталі Р6М5 з доливанням внутрішнього обєму сталлю 40Х (таблиця 1) показує, що ліквідус нової сталі, порівняно зі сталлю Р6М5, є на 13 градусів вищим. Математична модель у формі звязаної задачі гідродинаміки і теплопереносу в процесі тверднення двошарового злитка швидкорізальної сталі базується на системі рівнянь Навье-Стокса для вязкої нестискуваної рідини при : , (де P - тиск, с - густина розплаву, нэ - ефективний коефіцієнт вязкості, який враховує турбулентний характер руху рідини, - вектор сили тяжіння, = {Vr, Vz} - вектор швидкості металу) і диференційному рівнянні теплопереносу , де t - час, Т - температура рідкого металу, л - коефіцієнт теплопровідності, с - теплоємність, Q - теплота плавлення/кристалізації).Аналіз сучасних технологій виробництва швидкорізальних сталей, їх властивостей, а також способів отримання композитних литих матеріалів показав, що перспективними є методи, які дозволяють: подрібнити структуру швидкорізальної сталі шляхом застосування направленої і прискореної кристалізації; максимально наблизити розмір злитка або заготівки до розміру інструменту, що виготовляється; понизити витрату легуючих елементів при збереженні високої працездатності інструменту. При температурах близьких до температури ліквідус (1700 К) і LOGPFE=-5 інтервал стабільності карбідів (LOGPFE) звужується: W 0?-20, Mo 0?-12, V 0?-11, Cr 0?-5. При розбавленні рідкого обєму злитка Р6М5 (77% суми розплавів) доливанням металу в обємі прибуткової надставки (23%) температура ліквідус підвищується до 1455°С, що на 13°С вище за ліквідус сталі Р5М5 (1442°С). З використанням математичної моделі у формі звязаної задачі гідродинаміки і теплопереносу формування двошарового злитка чисельно досліджено вплив технологічних параметрів розливання злитка сталі Р6М5 і доливання його сталлю 40Х (температура сталей, тривалість витримки перед доливанням і його масова швидкість) на хід затвердіння і характер потоків.

Основний зміст роботи