Исследование влияния боридов нд упрочнение мартенситностареющей стали_ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

три позволяют дать анализ рассматриваемой схеме в ком-пьютерной модели процесса, касающийся равновесности нитей ленты и их прилегания к поверхности.

Библиографический список

1. Битюков, Ю. И. Моделирование технологического процесса намотки с помощью гладкого отображения прямоугольника в пространство Я1 / Ю. И, Битюков // Авиационная промышленность. - 2008. — N«2. — С. 35 —41.

2. Рашевский, П. К. Курс дифференциальной геомегрин. — Изд. 4-е, исправл. - М.: Едиториал УРСС, 2003. — 432 с.

3. Меркин.Д, Р. Введение в механику гибкий нити/Д. Р. Мерки» 1. - М.: Наука. 1980. - 240 с.

4. Калинин, В. А. Геометрическое моделирование технологического процесса намотки в производстве ДА / В. А Калинин. В. И. Якунин. - М.: Изд-во МАИ, 1995. - 68 с.

БИТЮКОВ Юрий Иванович,кандидат технических наук, доцент кафедры «Теория вероятностей». Адрес для переписки: e-mail [email protected]

Статья поступила в редакцию 19.04.2010 г.

© Ю. И. Битюков

УДК 621.791.92.04

Д. С. ЛОСЕВ Е. H. ЕРЁМИН Ю. О. ФИЛИППОВ

Омский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БОРИДОВ НА УПРОЧНЕНИЕ МАРТЕНСИТНО-СТАРЕЮЩЕЙ СТАЛИ

Приведены результаты исследования структуры и свойств наплавленного металла типа мартенситно-старекхцей стали системы легирования Ре-М-Мо-Сг-У-БМ»-АЬ упрочненной соединениями бора. Показано, что такой металл имеет высокую теплостойкость, что позволяет рекомендовать его для наплавки рабочих поверхностей штампового инструмента.

Ключевые слова: наплавленный металл, мартенситно-стареющая сталь, бориды, упрочнение, теплостойкость, штамповый инструмент.

Развитие металлообрабатывающих отраслей связано с применением новых эффективных методов поверхностного упрочнения металлообрабатывающего инструмента. Экономия дефицитных инструментальных материалов путем повышения надежности и долговечности деформирующего инструмента является од ной из актуальных проблем в современном машиностроении.

Повышение стойкости инструмента, в частности штампового, за счет изготовления его из износостойких сталей с точки зрения экономической целесообразности почти исчерпало свои потенциальные возможности. В этом отношении перспективно применение наплавки, обеспечивающей значительное повышение работоспособности штампового инструмента при использовании износостойких материалов (1,2].

В настоящее время для повышения стойкости штампов горячего деформирования используют ряд различных марок наплавочных материалов, которые можно разделить на две основные группы.

К первой группе следует отнести материалы с карбидным упрочнением: ПП-Нп25Х5ФМС, ЭН-60М (7ХЗМ) , иТР А 694 (30Х2В5Ф), ОиаШагё Э>1-С> (30Х1ЗН5К2ГМВФСА), ОигоЮгтвК (15ХЗВ-1Ф), 1лп-сог 102/802 (45Х6М2В2ГС) и др. (3). Основными недостатками материалов этой группы являются необходимость предварительного подогрева перед наплавкой до высокой температуры (300 - 500'С), обязательной операции отжига наплавленного слоя для обеспечения его возможности последующей механической обработки режущим инструментом

и последующей закалки с отпуском для повышения прочностных свойств. Кроме этого, материалы данной группы обладают невысокой стойкостью в условиях ударных нагрузок и высоких температур.

Вторая группа включает материалы, характеризующиеся образованием твердых растворов высокой прочности с интерметаллидным упрочнением: ОЗС-4 (10К15В7М5ХЗСФ), 03Н15К9М5ТЮ, Stelloy 6 (10Х28К64В4Г2С), Duroterm MR (04Н18М4К11), Comet 95 (03X15H65M16B4) и др. (1,3]. Наплавленный металл, полученный данными материалами, в исходном состоянии имеет относительно низкую твердость, что даёт возможность обрабатывать его режущим инструментом, а последующий отпуск (старение) приводит к повышению его эксплуатационных характеристик. Наплавочные материалы данной группы, несмотря на высокую твердость, после старения обладают относительно высокой пластичностью и в настоящее время являются наиболее перспективными. В тоже время сравнительно высокая стоимость и дефицитность ряда основных легирующих элементов ограничивает их применение.

В данной работе с целью исключения остродефицитных, дорогостоящих элементов (W и Со) из состава износостойких наплавочных материалов с интерметаллидным упрочнением исследовали влияние карбида бора на свойства мартенситио-ста-реющей стали (м.с.с.) Н13М5Х4ФСТЮ.

Для исследований проводили многослойную наплавку на пластины из стали СтЗ размерами 10x50x200 мм, порошковыми проволоками диаметром

ІНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЫ

Таблица 1

Результаты испытаний наплавленного металла на теплостойкость

Мартенситно- стареющая сталь Степень разупрочнения

HRC 600 °С HRC500 °С HRC700 °С HRC500 °С HRC825 °С HRC 500 °С

без боридов 0.9 0,71 0,53

с боридами 0,93 0,82 0,76

HV

700

600

С. ыг

ШЕИІ

Рис. 1. Распределение мнкротвердости но глубине слоя наплавленного металла стали ИІЗМ5Х4ФСГПО: а) - без борндов, б) - с боридами;

I - после наплавки, 2 - после старения

2,4 мм в среде инертного газа на следующих режимах: ток 300 А, напряжение 24...26 В, скорость нанлавки 20 м/ч. Металлографические исследования наплавленного металла осуществляли с помощью оптического микроскопа Olympus GX-41. Дюрометрические испытания проводили с помощью твердомеров Wolpert Group 402MVD (нагрузка Р = 100 г, шаг 0,25 мм) ио методу Виккерса и ТК-2 по Роквеллу. Топографию поверхностей образцов после испытания на износо-стойкость изучали с помощью оптического интер-ферометра Zygo NewView ТМ 7300.

Влияние боридов на упрочнение м.с.с. оценивалось измерением её микротверлости по глубине многослойного наплавленного металла в состоянии после наплавки и старения (выдержка в течение 2 часов при 500 *С).

Установлено (рис. 1), что микротвердость стали Н1ЗМ5Х4ФСТЮ как с боридами, гак и без них после наплавки составляет соответственно 460 — 495 HV и 370 — 405 Н V, что позволяет удовлетворительно обрабатывать наплавленный металл режущим инструментом, не проводя операцию отжига. После старения микротвердость м.с.с. без боридов повысилась незначительно и находится 495 — 535 HV. Микротвердость м.с.с. с боридами повысилась существенно и достигла значений 670 — 714 Н V.

Результат испытаний на теплостойкость, за критерий которой принимали отношение твердости

091

Ж

Ад

Н15К9М5ПО

H13M5X4C<VnO Н13М5Х4СФТЮ б« борндов I с боридами

Рис. 2. Износостойкость мартенситно-стареющих сталей: I - после наплавки; 2 - после старения (при 500 °С - I ч)

металла после отпуска при температурах 600, 700 и 825 4С к твердости после оптимального упрочнения (500 'С — 1 час), приведены в табл. 1.

Испытания показали, что твердость стали без боридов после отпуска при температуре 600, 700 и 825 #С снижается на 10- 12%; 28 — 31 % и 47 -49%, а с боридами на 7 — 9 %, 18 — 20 % и 24 - 26 % соответственно, теплостойкость тем самым повысилась в 1,4 раза.

Влияние боридов на износостойкость м.с.с. определяли на машине трения ИИ 5018 при сухом трении но схеме «диск — колодка» (материал диска — сталь У7, твердость 63 НЯС; нагрузка на образец 600 Н, скорость вращения диска 0,26 м/с). Количественный износ оценивали по изменению массы образца на 314 м пути изнашивания с помощью аналитических весов с точностью до 0,001 г. Для сравнения в качестве эталона использовали образцы из стали Н15К9М5ТЮ.

Как показали эксперименты, сталь Н1ЗМ5Х4ФСТЮ с боридами в состоянии после наплавки превосходит по износостойкости м.с.с. без них в 14 раз и в 9 раз сталь Н15К9М5ТЮ, а после старения в 130 и 190 раз соответственно (рис. 2).

Изучение микрорельефа поверхнос тей образцов из стали Н13М5Х4ФСТЮ с боридами после испытаний на износостойкость показало, что преобладающий механизм их изнашивания — преимущественно абразивный, отличительной чертой которого является меньшая почти в 3 раза среднеквадратичная величина шероховатости (гшб) по сравнению с образцами из стали без боридов (рис. 3).

Для выявления различий значений в микро-твердости, теплостойкости и износостойкости стали Н13М5Х4ФСТЮ без боридов и с ними проведены металлографические исследования. Проведенные исследования показали, что в состоянии после наплавки металл стали Н1ЗМ5Х4ФСТЮ без боридов

• і ЗЭЛЭС -

ооо оіо о.:о озо і.о 0 5С де

Оі*:апс* (тгіі

Р7 9.76? лв В* _ 1.959 ит

п»з 2.282 ат

•Ї соосс - •Г Г500С - /'Ь • г\

||о 50300 - I моею - 2 00330 - •, $ 1 К* У V г г

1 ' ' ' 1 ' ' ' 1 ' » » » 1 • » ' ' I ' о по ою о :о озо сю Р ьіапсе {тіт) 0 50 0 «0

РУ ;. 569 .ш г- 1 0.7ЬЬ ІШ.

ги> С. 1?! и»

4і*. .

■1 . •

.

Рис. 3. Поверхность

обрл іцов стали Н13М5Х4ФСПО без борндов (а и б) и с боридами (в и г) после испытания на износостойкость: профилограммы износа (а, ні; микрорельеф (б, г)

а) б)

Рис. 4. Микрострукту ра стали Н13М5Х4ФСТЮ без борндов: после наплавки (а); после старения при 500 °С. 2 ч (б)

а) 6)

Рис. 5. Микроструктура стали Н13М5Х4ФСТЮ с боридамн: после наплавки (а); после старения при 500 °С, 2 ч (б)

представляет собой пересыщенный легирующими элементами а-твердый раствор со структурой мартенсита (рис. 4а).

Старение при 500 *С, 2 ч не приводит к существенным видимым изменениям структуры стали Н13М5Х4ФСТЮ без боридов (рис. 46), по при этом наблюдается прирост твердости па 140 НУ. Такие изменения можно объяснить тем, что при 500 'С происходит обеднение а-твердого раствора легирующими элементами с образованием интерметал-лидныхфаз (4).

Сталь Н13М5Х4ФСТЮ с боридами в состоянии после наплавки представляет собой пересыщенный легирующими элементами а-твердый раствор с грубой карбоборидной эвтектикой, имеющей скелетный характер, так называемый эвтектики ванадиевого типа (рис. 5а).

Старение стали Н1ЗМ5Х4ФСТЮ с боридами при 500 *С, 2 ч сопровождается такими же изменениями структуры, как и у обычных м.с.с. (рис. 56). Однако прирост твердости составляет 220 НУ, что значительно больше, чем у м.с.с. без боридов. По-видимому, это связано не только с образованием в процессе старения стали мелкодисперсных интерметаллидных фаз, но также и выделением карбоборидных фаз (5). Выявление механизма этого явления возможно после проведения дополнительных тонких исследований структуры данной стали, что и будет осуществлено в следующей работе.

Таким образом, введение боридов в мартенситно-стареющую сталь Н13Х4М5ФСТЮ обеспечивает повышение термической стабильности и износостойкости наплавленного металла. Свойства такого металла позволяют рекомендовать его для изготовления штампов горячего деформирования.

Библиографический список

1. Кальяном, В.М. Мпртенситно-стареющие стали для наплавки штампов / В.М. Кальянов, В.А. Багров // Сварочное производство. - 2003. - N92. — С. 35 - 37.

2. Кондратьев, И. А. Порошковая проволока для наплавки слоя мл ртенситно-ста реющей стали / И.А. Кондратьев, И.А РяОцев, Я.П. Черняк // Автоматическая сварка. - 2006. - №4. - С. 50 - 53.

3. Соколов, Г.Н. Наплавка износостойких сплавов на прессовые штампы и инструмент для горячего деформирования сталей / Г.Н. Соколов, В.И. Лысак. - Волгоград: ВолгГТУ, 2005. - 284 с.

4. Перкас, М.Д. Высокопрочные мартепситностареющие стали / М.Д. Перкас, В.М. Кардоиский. — М.: Металлургия, 1971. — 224 с.

5. Струкхуриые изменения при отпуске встлн 10Х9КЗВ1МІФБР и их плиннне на механические свойства / А Ю. Кипелова |и др.| // Материаловедение итермическаяобрлбигка материалов. - 2010. — №3. - С. 14-25.

ЛОСЕВ Александр Сергеевич, ассистент кафедры «Оборудование и технология сварочного производства».

ЕРЁМИН Евгений Николаевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Оборудование и технология сварочного производства», директор машиностроительного института. ФИЛИППОВ Юрий Олегович, ассистент кафедры «Оборудование и технология сварочного производства».

Адрес для переписки: e-mail: [email protected]

Статья поступила в редакцию 13.05.2010 г.

® А. С. Лосев, Е. II. Ерёмин, Ю. О. Филиппов

ПОПРАВКА

В N91 (87) за 2010 г. журнала «ОНВ» (раздел о Машиностроение и машиноведение») неправильно указаны имя и отчество одного из авторов статьи «Новая схема циркуляции котлов КВ-ГМ-3,65 с поочередно смещенными мембранами», опубликованной на стр. 90 - 92. Следует читать: ГЛАЗЫРИН Василий Александрович, аспирант кафедры теплоэнергетики.

1

■ЕЯ