Способ упрочнения разделительного штампа Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ»

ISSN 2410-700Х

№10/2015

4. Геллер А.Ю. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1983. - 527 с.

© И.А. Барабонова, Г.В. Раткевич, Л.Е. Афанасьева, 2015

УДК 621.789

Барчуков Дмитрий Анатольевич

канд. техн. наук, зав. каф. «Технология металлов и материаловедение»

ТвГТУ, г. Тверь, РФ Е-mail: bda@mail.ru Раткевич Герман Вячеславович аспирант каф. «Технология металлов и материаловедение» ТвГТУ, г. Тверь, РФ

Е-mail: germanstoz@gmail.com Афанасьева Людмила Евгеньевна канд. физ.-мат. наук, доцент каф. «Технология металлов и материаловедение» ТвГТУ, г. Тверь, РФ

Е-mail: ludmila.a@mail.ru

СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОГО ШТАМПА

Аннотация

В статье описан способ упрочнения разделительного штампа, включающий лазерную закалку, обработку холодом и лазерный отпуск на режимах, которые способствуют совершенствованию структурного состояния материала рабочих частей штампа.

Ключевые слова

лазерная закалка, обработка холодом, лазерный отпуск, разделительный штамп, быстрорежущая сталь

При лазерной закалке рабочих частей разделительного штампа, образуется зона лазерного воздействия, состоящая из зоны оплавления, зоны закалки из твердой фазы и переходной зоны [1, с. 259]. В зонах закалки из жидкой и твердой фазы структура закаленной стали далека от оптимальной, когда достигается максимальная твердость, эксплуатационная стойкость, тепло- и износостойкость. Так, в зоне закалки образуется повышенное количество остаточного аустенита - структурной составляющей, очень устойчивой в высоколегированных инструментальных сталях и недопустимой в структуре инструментальной стали, работающей при высоких эксплуатационных нагрузках.

Известно, что основное упрочнение высоколегированные инструментальные стали получают при дисперсионном твердении мартенсита при отпуске. Для этого после закалки сталь подвергают многократному высокотемпературному отпуску [2, с. 318]. Применение классического отпуска для закаленной лазером стали не эффективно, поскольку он вызывает разупрочнение стали в переходной зоне, которая предварительно уже получила разупрочнение в процессе лазерной закалки при нагреве до температур близких к критической температуре АС1, при которой в стали начинает формироваться аустенит. Повторный нагрев при выполнении отпуска в печи вызывает дополнительное разупрочнение мартенсита в переходной зоне в результате выделения углерода из твердого раствора с образованием и коагуляцией карбидов.

Цель настоящей работы - разработать способ упрочнения разделительного штампа, позволяющий получить оптимальное структурное состояние высоколегированной стали, т.е. достижение двухфазной структуры (мартенсит и карбиды) и протекание процессов дисперсионного твердения мартенсита в зоне закалки при выполнении лазерного отпуска.

Заготовки пуансонов и матриц из быстрорежущей стали марки Р6М5 (ГОСТ 19265 -73) после объемной закалки и трехкратного отпуска при температуре 560 оС подвергали закалке с оплавлением

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №10/2015 ISSN 2410-700Х_

рабочих поверхностей непрерывным лазерным излучением на автоматизированном лазерном комплексе АЛТКУ - 3. Лазерный комплекс состоит из специально разработанного многоканального (40 лучей) СО 2-лазера с мощностью выходного излучения 3 кВт и технологического поста с пятью координатами манипулирования лучом и двумя координатами манипулирования обрабатываемой деталью. Диаметр пятна лазерного излучения 6 мм. Сразу после лазерной закалки выполняли обработку холодом путем погружения рабочих частей штампа в жидкий азот на 15 минут и лазерный отпуск.

Анализ макро- и микроструктуры, измерение микротвердости быстрорежущей стали в зоне упрочнения выполняли по поперечным металлографическим шлифам. Микроструктуру стали в зоне лазерного воздействия исследовали методами растровой электронной микроскопии на универсальном микроскопе JEOL 6610LV (Япония). Для изучения распределения легирующих компонентов в плоскости шлифов использовали энергодисперсионный спектрометр INCA Energy++ фирмы Oxford Instruments. Микротвердость измеряли на отечественном микротвердомере ПМТ-3 согласно ГОСТ Р 8.748-2011 (ИСО 14577-1:2002).

Для практической реализации лазерного отпуска расчет максимально достижимой глубины Zomn на оси пучка лазерного излучения осуществляли с помощью аналитического выражения [1]:

12

Z отп

К

T - T

max_m

T_„

где Тmax и Тщт - максимальная и минимальная температуры нагрева на требуемой глубине; а -температуропроводность обрабатываемого материала, м2/с; t - время действия источника тепла. Значение температуры Ттах ограничивали точкой Ась Ттах для стали Р6М5 = 815 оС. Ттщ= 540оС, по данным [2] это нижняя граница рекомендуемых температур для предварительно закаленной быстрорежущей стали, при которой происходят процессы дисперсионного твердения.

Техническим результатом предложенного способа упрочнения является оптимизация структурного состояния высоколегированной инструментальной стали (мартенсит отпуска + карбиды) и улучшение её эксплуатационных характеристик.

Указанный технический результат достигается тем, что способ упрочнения разделительного штампа включает лазерную закалку боковых рабочих поверхностей заготовки матрицы и пуансона путем оплавления; обработку холодом и последующий лазерный отпуск. При этом отпуск выполняют с помощью непрерывного излучения многоканального СО2 лазера на режимах, обеспечивающих нагрев закаленной боковой рабочей поверхности заготовки до температуры АС1 ^ 540оС. После лазерной закалки обработка холодом до температуры окончания превращения мартенсита обеспечивает превращение остаточного аустенита. Применение непрерывного излучения многоканального СО 2 лазера при выполнении лазерного отпуска обеспечивает равномерный тепловвод в поверхностный слой зоны обработки для создания максимально равномерной глубины упрочненного слоя с однородной структурой и микротвердостью. Применение однолучевых лазеров с гауссовым распределением плотности мощности в сечении луча для этих целей не желательно.

Разработан способ упрочнения разделительного штампа [3], позволяющий получить оптимальное структурное состояние высоколегированной инструментальной стали, т.е. достижение двухфазной структуры (мартенсит и карбиды) и протекание процессов дисперсионного твердения мартенсита в зоне закалки при выполнении лазерного отпуска без разупрочнения переходной зоны.

Список использованной литературы:

1. Григорьянц А.Г. и др. Технологические процессы лазерной обработки / под ред. А.Г. Григорьянц, М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2008. 408 с.

2. Геллер А.Ю. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1983. - 527 с.

3. Заявка на изобретение № 2014120316 от 20.05.2014 г.

© Д.А. Барчуков, Г.В. Раткевич, Л.Е. Афанасьева, 2015