CC BY
16
УДК 621.745.55
E.H. Еремин, E.N. Eremin, e-mail: '[email protected]
Ю.О. Филиппов, Y. O. Füíppov
А.Е. Еремин, А.Е. Eremin
А.Е. Маталасова, А.Е. Mata las ova
И.А. Пономарев, I.A. Ропотarev
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА, РАБОТАЮЩЕГО В УСЛОВИЯХ ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЯ
STUDY OF WEAR RESISTANCE OF DEPOSITED METAL WORKING UNDER THERMAL CYCLING
Проведенд оценка износостойкости наплавочных материалов в условиях ра&оты металла шгампового инструмента при повышенных темпер згурах. Установлены значения величин разупрочнения наплавленного металла в результате циклического воздействия температуры и давления. Предложена наплавочная проволока для восстановления ножен горячен резкн металла.
Enhanced rigidity of surfaced materials operating on metal die tod in conditions of high temperature is evaluated. Tlie values of surfaced uietal against softening due to cyclic temperature and pressure action are estimated. Surfaced wire for renewal of knives for hot metal cutting is offered.
Ключевые слова: проволока, ножи горячей резки, термостойкость
Keywords: шгяг hot metal cutting, thermal stability
Штамповое хозяйство машиностроительных 5аводов является одним из самых металлоемких производств, использующих дорогостоящие стали и сплавы. Вместе с тем доля обработки металлов давлением постоянно возрастает Это связано с высокой эффективностью таких процессов в сравнении с обработкой резанием. Однако относительно низкая стойкость рабочего инструмента снижает эффективность кузнечно-пггампов очного производства. Поэтому применение методов упрочняющей обработки является актуалъной задачей при изготовлении и ремонте шгампового инструмента. В этом отношении наиболее перспективно применение наплавки инструмента износостойкнми сплавами [1]. Однако ее широкое применение сдерживается недостаточной технологической и металлургической проработанностью проблемы.
Наиболее изнашиваемыми деталями рабочего инструмента кузнечно-прессовых машин являются ножи для поперечной резки горячего металла. Смена ножей, в основном из-за износа их режущих кромок, представляет частую и весьма трудоемкую операпию.. лимитирующую производительность всего технологического оборудования производства заготовок. Поэтому изыскание и применение износостойких материалов является весьма актуальной задачей.
Натурные испытания ножей с наплавленным рабочим слоем наиболее достоверны. Однако они длительны, дороги и не позволяют получить количественную информацию о свойствах наплавленного металла. Поэтому целесообразными являются лабораторные методы испытаний, имитирующие влияние одного или нескольких факторов на эти свойства.
Изучение кинетики процесса изнашивания кромок ножей для резки горячего металла показало, что в определенный момент, зависящий от температурно-силовых условий резания, происходит пластический сдвиг металла кромки с наплывом на боковую грань [2].
Уширешп или сужения деформированного участка металла вдоль кромки не наблюдаются, пластическая деформация происходит только в плоскости, параллельной поперечному сече-кию ножа. Это указывает на то, что нормальное напряжение, действующее в направлении вдоль режущей кромки ножа, не вызывает остаточных деформаций и деформированное состояние контактных приповерхностных слоев кромки может быть принято плоским. Режущая кромка ножа будет сохранять свою форму до тех пор. пока действующие напряжения не достигнут истинного предела текучести ее металла, определенные значения которых могут использоваться для опенки формоустойчивости кромок. С самого начала внедрения ножа в горячий металл режущая кромка находится в условиях объемного напряженного состояния. Это делает процесс резания схожим с процессом измерения твердости металла и позволяет считать, что формоустойчивость режущей кромки ножа против пластического сдвига наиболее достоверно может характеризовать именно твердость металла, а не предел текучести.
В этой связи применение лабораторных испытаний позволяет всесторонне изучить свойства разрабатываемого сплава, оценить их соответствие условиям эксплуатации ножей сопоставить между собой ряд наплавочных материалов (в том числе и широко используемых для наплавки ножей горячей резки, эксплуатационные характеристики которых известны) и выбрать наиболее перспективный материал. Такой выбор должен быть проверен последующими натурными испытаниями наплавленных ножей в эксплуатации.
Для предварительной оценки стойкости материалов в условиях работы при повышенных температурах были проведены сравнительные исследования влияния температуры и давлений на разупрочнение наплавленного металла в условиях гермоциклирования. В числе рассмотренных были штамповая сталь ЗХ2В8 и мартенеигностареющая сталь Н15К9М5ТЮ.
Металл наплавлялся на прямоугольные образцы размером 50x20x10 мм, подвергался необходимой упрочняющей термообработке и шлифовался. Для создания в образцах объемного напряженного состояния, характерного для ножей-вставок, на шлифованную наплавленную поверхность образца устанавливался высокотемпературный нагреватель диаметром 10 мм, через который пропускался ток плотностью 160 А/мм . При этом в одном цикле совмещался нагрев и контактное давление. Температура циклически менялась в пределах 800-200°С, давление 200-500 МПа, максимальное число циклов составляло 1000. После испытания образцы разрезались по зонам гермоциклирования, подвергались макро- и микроанализу и измерению твердости.
Результаты испытаний показали, что при циклическом воздействии на наплавленный металл температур и давления происходит снижение его твердости (рис. 1).
Рис. 1. Изменение твердости наплавленного металла по глубине (Г) режущей кромки после 1000 циклов нагруження: 1 - наплавка проволокой ПП-ЗХ2В&: 2 - наплавка проволокой Ш1-Н15К9М5ТЮ
Наибольшее разупрочнение имеет место в стали ЗХ2В8. Наилучшей термостойкостью обладают образцы из стали Н15К9М5ПО. На глубине 0,6 мм твердость этой стали составляет 47 НЕС. в последующих слоях колеблется в пределах 48-49 НПС, а на глубине свыше 1,8 мм - в пределах 51-52 НПС. Трешикы в металле отсутствуют, смятие металла не наблюдается. Малое разупрочнение этой стали связано с тем, что под воздействием температуры и давления происходит выделение упрочняющих интерметал-лидных фаз [3]. Рентгенострукгурные и электронно-микроскопические исследования показали, что интерметаллидные фазы соответствуют составу (Бе. М, Со)т Мо и №3(А1, Т1). Эти упрочняющие фазы равномерно распределены на линиях скольжения и на субграницах безуглеродистого мартенсита и тормозят развитие процессов возврата (т.е. растворения при повышении температуры выше температуры старения), что улучшает эксплуатационные характеристики наплавленного металла.
Для проверки полученных результатов были проведены натурные испытания партии ножей для горячей резки металлопроката на пресс ножницах «Эрфург» мощностью 1000 г, наплавленных сталями ЗХ2В8 и Н15К9М5ПО. Для наплавки изготавливали присадочный материал в виде порошковой проволоки диаметром 3 мм. Обший вид наплавленного ножа-вставки представлен на рис. 2.
Ножи, наплавленные проволокой ЗХ2В8, отжигались, затем производили механическую обработку и подвергали закалке с отпуском. Ножи, наплавленные мартенситностарею-шей сталью, обрабатывали без предварительной термообработки, а затем подвергали старению. Твердость стали ЗХ2В8 после термообработки 56-58 НКС, твердость мартенснтноста-реющеи стали после старения при Т = 500 °С в течение часа была в пределах 53-55 НПС.
Производственные испытания подтвердили результаты термоциклических испытаний на твердость и показали, что ножи, наплавленные сталью ЗХ2В8, при резке проката из стали 50Г диаметром 130 мм обеспечили повышение стойкости на 30 - 50 % (1300-1500 ре зов) по сравнению с ножами, изготовленными из применяемой на предприятии стали 5X2ВНМ. стойкость которых по статистике цеха 1000-1200 резов. Выход их из строя происходил вследствие появления разгарных трещин и выкрашивания Сталь Н15К9М5ТЮ обеспечила стойкость до 4000 резов, т.е. повысила стойкость ножей в 3 - 4 раза. При этом значительно улучшилось качество реза проката, устранились смятия и заусенцы на боковой поверхности заготовок, что способствовало устранению брака поковок по зажимам и трещинам.
Библиографический список
1. Толстое, И. А. Повышение работоспособности инструмента горячего деформирования / И. А. Толстое, А. В. Пряхин, В. А. Николаев. - М. : Металлургия, 1990. - 143 с.
2. Филюшин, А. А. Износ ножей ножниц обжимных станков / А. А. Филю шин И Трение и изнашивание при высоких, температурах. - М., 1973. - С. 93-98.
3. Перкас, М. Д. Высокопрочные мартенситностареющне стали / М. Д. Перкас, В. М. Кардонскнй. - М. : Металлургия, 1970. - 224 с.
