CC BY
13ИЗНАШИВАНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ В УСЛОВИЯХ
РАЗЛИЧНОГО ВИДА ТРЕНИЯ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
Назокат Каландаровна Каримова
Сотрудница Навоийского машиностроительного завода ГП НГМК
АННОТАЦИЯ
В настоящее время изыскание резервов повышения стойкости инструментов правильным подбором технологии термической обработки, остается одной из наиболее важных народнохозяйственных задач.
Настоящая статья связана с кардинальной проблемой повышения стойкости штампового инструмента холодного деформирования, посвящена развитию нового научного направления - создания наиболее благоприятных структур двойной фазовой перекристаллизацией, использованием эффектов наследственности параметров тонкой структуры.
Наряду с отличенным нами усматривается возможность вывода о перспективности повышения стойкости инструмента созданием оптимальных параметров структуры путем её подготовки при предварительных операциях термообработки.
Ключевые слова: Методы термической обработки, измерения твердости стали, машина Х4-Б, машина ПВ-7, высокоуглеродистый сталь.
WEAR OF TOOL STEELS UNDER DIFFERENT KINDS OF FRICTION
DURING HEAT TREATMENT
ABSTRACT
At present, the search for reserves for increasing the durability of tools by the correct selection of heat treatment technology remains one of the most important national economic tasks.
This article is related to the cardinal problem of increasing the resistance of a stamping tool for cold deformation, is devoted to the development of a new scientific direction - the creation of the most favorable structures by double phase recrystallization, using the effects of heredity of fine structure parameters.
Along with the excellent one, we see the possibility of a conclusion about the prospects of increasing the tool durability by creating optimal parameters of the structure by preparing it during preliminary heat treatment operations.
Keywords: Heat treatment methods, steel hardness measurements, X4-B machine, PV-7 machine, high-carbon steel.
При разработке различных упрочняющих методов обработки с целью повышения износостойкости реальных изделий, в частности штампов холодной штамповки, следует иметь в виду, что результаты лабораторных испытаний часто не соответствуют результатам натурных испытаний в эксплуатационных условиях. Это связано с тем, что условия трения при лабораторных и натурных испытаниях сильно разнятся.
Эти различия чаще всего заключаются в «жесткости» нагружения, когда изнашивание идет начиная от чисто абразивного резания до более мягкого нагружения - это многократное пластическое деформирование и до окислительного изнашивания, когда микропластическая деформация неровностей трущейся поверхности активизирует их с образованием пленок окислов; происходит изнашивание (удаление) уже образовавшихся пленок окислов. Отдельно в этом ряду стоит изнашивание за счет схватывания и задира трущихся поверхностей.
Присутствуют явления абразивного изнашивания и изнашивание за счет схватывания, а также разрушения за счет многократного пере деформирования трущихся поверхностей.
Поэтому при проведении испытаний на износостойкость в лабораторных условиях использовали как методы с наиболее жесткими условиями трения по закрепленному абразиву на машине Х4-Б , так и более мягкие с трением о незакрепленные абразивные частицы на машине ПВ-7, а также сухое трение скольжения металла по металлу в условиях проявления схватывания и многократного упругопластического пере деформирования.
Испытаниям подвергались образцы, изготовленные из стали У8, как наиболее часто используемой стали при изготовлении штампов для холодной штамповки. Образцы стали У8 подвергали закалке с различных температур нагрева, промежуточному отпуску 450°С, повторной окончательной закалке с 820°С в воду и отпуск 200°С.
Результаты испытаний на изнашивание в условиях различного вида трения представлены в таблицах 1.1-1.3. и рис. 1.
Таблица 1.1.
Влияние температуры предварительной закалки на величину износа стали У8
при испытаниях на машине Х4-Б. Окончательная термическая обработка -промежуточный отпуск 450°С, закалка 820°С, отпуск 200°С.
Температура Величина Твердость Температура Величина Твердость
предварит. H Иизноса, HRC предварит. износа, мм. HRC
закалки, °С мм. закалки, °С
1 2 3 4 5 6
0,41 0,33
0,39 0,36
820 0,40 60 1200 0,34 60
0,39 0,31
0,41 0,33
x 0,40 x 0,37
S 0,010 S 0,010
S x 0,004 S x 0,004
0,38 0,36
0,40 0,38
900 0,40 60 1100 0,36 60
0,39 0,37
0,39 0,38
x 0,39 x 0,34
S 0,008 S 0,012
S x 0,0035 S x 0,005
0,36 0,37
0,37 0,35
1000 0,38 60 1260 0,37 60
0,37 0,37
0,38 0,35
x 0,37 x 0,37
S 0,008 S 0,011
S x 0,0035 S x 0,005
Примечание. Обозначения в таблицах 1.1-1.3: х - средне-арифметическое значение износа, 5 - среднеквадратичное отклонение отдельного измерения выборочной статистики, - среднеквадратичное отклонение
среднеарифметического значения (ошибки среднеариф-метической).
Таблица 1.2.
Влияние температуры предварительной закалки на величину износа стали У8 при испытаниях на машине ПВ-7. Окончательная термическая обработка -промежуточный отпуск 450°С, закалка - 820°С, отпуск 200°С.
Температура Величина Твердость Температура Величина Твердость
предварит. износа, мг. HRC предварит. износа, мг. HRC
закалки, °С закалки, °С
1 2 3 4 5 6
3,6 2,0
4,2 2,6
820 4,6 61 1000 2,0 61
3,9 1,9
4,5 2,4
Температура Величина Твердость Температура Величина Твердость
предварит. износа, мг. HRC предварит. износа, мг. HRC
закалки, °С закалки, °С
1 2 3 4 5 6
X 4,1 X 2,2
Б 0,42 Б 0,43
Б X 0,19 Б X 0,13
3,9 1,6
4,1 2,0
900 4,5 61 1100 2,3 61
3,6 1,3
3,4 1,4
X 3,9 X 1,72
Б 0,43 Б 0,42
Б X 0,19 Б X 0,19
2,4
3,1
1200 3,6 61
2,7
2,2
X 2,8
Б 0,56
Б X 0,25
Таблица 1.3.
Влияние температуры предварительной закалки на величину износа стали У8 при испытаниях на трение скольжения без смазки. Окончательная термическая
обработка - промежуточный отпуск 450°С, закалка 820°С, отпуск 200°С.
Температура Величина Твердость Температура Величина Твердость HRC
предварит. закалки, износа, мг. HRC предварит. износа, мг.
°С закалки, °С
1 2 3 4 5 6
9,8 3,2
10,5 5,6
820 10,5 60 1100 4,4 60-61
12,8 4,0
9,0 4,3
X 10,7 X 4,3
Б 1,43 Б 0,86
Б X 0,64 Б X 0,33
9,8 6,6
10,0 5,3
900 7,3 60-61 1200 5,3 60-61
10,8 5,6
Температура Величина Твердость Температура Величина Твердость HRC
предварит. закалки, износа, мг. HRC предварит. износа, мг.
°С закалки, °С
1 2 3 4 5 6
9,3 7,5
X 9,9 x 6,1
Б 1,41 S 0,95
Б X 0,88 S x 0,41
7,1
4,5
1000 8,6 60
6,2
7,0
X 6,7
Б 2,49
Б X 1,11
о aa
CO
К
10
9 8 7 6 5 4
I
4
3
2 1
0,4 0,3
I- I-
в)
б)
I I i
г - } а)
I 1
900 1000 1100 1200
Температура предварительной закалки, °С
Зависимость величины износа стали У8 от температуры предварительной закалки. Окончательная термическая обработка - промежуточный отпуск 450°С, закалка 820°С, отпуск 200°С.
а) испытания по закрепленному абразивному материалу, машина Х4-Б;
Ml
II
б) испытания при трении по незакрепленному абразивному материалу, машина ПВ-7; в) испытания при трении скольжения без смазки, ролик-букса.
Рис.1. Результаты, представленные в таблицах 1.1-1.3 и рис.1. показывают
следующее.
При всех видах трения и изнашивания существует экстремальная температура предварительной закалки (для стали У8 - 1100°С), когда величина износа имеет минимальное значение, несмотря на одну и ту же твердость всех образцов. Как было показано нами выше, именно при этой температуре предварительной закалки после повторной фазовой перекристаллизации наблюдается наиболее высокий уровень плотности дислокаций.
При испытаниях на изнашивание при трении по закрепленному абразивному материалу на машине Х4-Б эффект снижения величины износа, в случае предварительной закалки с 1100°С, не велик. Разница в износе достигает всего 0,06 мм, что в сравнении со стандартной термообработкой составляет 15%. Однако этот эффект стабилен и существенно превышает среднеквадратичную ошибку среднеарифметической величины Sx.Условия испытания на машине Х4-Б таковы, что фактически реализуются процессы резания металла твердыми частицами корунда.
Если абразивный материал не очень твердый (например кварц) и абразивные частицы не закреплены, то прямого резания испытуемого материала не наблюдается. Износ происходит за счет многократного пере деформирования поверхности испытуемого материала, как это имеет место при испытании на машине ПВ-7. Здесь эффект снижения величины износа при предварительной закалке 1100°С достигает уже 42%. Примерно такой же эффект наблюдается при трении скольжения без смазки метал по металлу. В обоих последних случаях реализуется взаимодействие трущихся поверхностей аналогично тому, что наблюдали при работе штамповых инструментов холодного деформирования. Следовательно, можно ожидать «сходство рядов износостойкости» и повышение стойкости штамповых инструментов, за счет введения предварительной термической обработки по требуемым режимам, также примерно на 40-50%.
Для оценки влияния предварительной термической обработки на прочностные свойства инструментальных сталей после проведения окончательной термической обработки испытывали образцы на растяжение. Для исключения возможного обезуглероживания поверхности образцов термическую обработку проводили с нагревом под закалку в хорошо рас кисленных соляных ваннах. Так как при испытаниях на растяжение высокоуглеродистых сталей, термически обработанных на высокую твердость, наблюдается очень большой разброс результатов испытаний, то окончательный
отпуск нами был взят несколько повышенный по сравнению с температурой низкого отпуска, а именно - 250°С.
ств, МПа
1 ! ! ! ; -
2000 1 —■—^ 4 2 2
Г 1 Г ! ! Г
1900 ! ! !
Г Г Г ! ! Г
900 1000 1100 1200
Температура предварительной закалки, °С
Влияние температуры предварительной закалки на прочность стали У8. Окончательная термическая обработка: промежуточный отпуск 450°С, закалка 820°С, отпуск 250°С.
1 - образцы без предварительной закалки
2 - образцы с предварительной закалкой. Рис 1.2.
На основании экспериментальных результатов можно утверждать, что при проведении предварительной термической обработки (закалки) углеродистых сталей уровень дефектности кристаллического строения зависит от температуры нагрева под закалку. Существуют экстремальные температуры нагрева, когда после закалки формируется мартенситная структура с максимальной плотностью дислокаций. Экстремальные температуры зависят от содержания углерода в стали и находятся в интервале температур 1100-1150°С. Существование экстремальных температур объясняется с началом растворения как карбидов легирующих элементов, так и растворением тугоплавких примесных фаз (кислородосодержащих, нитридов, карбо нитридов), которые всегда имеются в стали. Начало диссоциации и растворения вышеуказанных фаз характерно химической микро неоднородностью твердого раствора (аустенита). Закалки из этого состояния, т.е. у-а превращение, проходит в условиях микро неоднородности периодов решетки, что порождает дополнительно дислокации несоответствия. Дальнейшее повышение температуры нагрева под закалку ведет к выравниванию состава, т.е. гомогенизации аустенита и после закалки плотность дислокаций получается ниже. Такой механизм формирования тонкой структуры имеет место даже при начале растворения цементита. Его трудно наблюдать, т.к.
гомогенизация аустенита по углероду проходит достаточно быстро, однако этот эффект появляется у высокоуглеродистой стали У12А, если нагрев под закалку проводить при небольших перегревах выше точки Ась В этом случае первый экстремум наблюдается при температуре нагрева 840°С, когда при принятом времени аустенизации заканчивается растворение вторичных карбидов, но гомогенность аустенита еще не достигнута.
При нагреве 860°С уже проходит гомогенизация аустенита и плотность дислокаций после закалки получается заметно ниже. Дальнейшее повышение температуры нагрева ведет к началу растворения уже тугоплавких примесных фаз с образованием экстремума плотности дислокаций при 1150°С.
REFERENCES
1. Бартельс, Н. А. Металлография и термическая обработка металлов / Н.А. Бартельс. - М.: Государственное научно-техническое издательство, 2011.
2. Блантер, М. Е. Методика исследования металлов и обработки опытных данных / М.Е. Блантер. - М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 2009.
3. Григорьев С.Н., Шеин А.А. Виды износостойких покрытий и методы их нанесения на штампы для холодного деформирования.//Ж. Кузнечно-штамповое производство. 2004.
4. Дроздов И.А. Термообработка и стойкость штамповых сталей. Методические указания. - Самара: СГАУ, 2002.
5. Терновой Ю.Ф. Справочник по инструментальным сталям. Х.: Металлика, 2008.
6. Адаскин А.М. Материаловедение в машиностроении. Учебник для бакалавров. — М.: Юрайт, 2015. (Бакалавр. Академический курс). — ISBN 978-5-9916-2867-9.
7. Мухамедов А.А., Тилабов Б.К. Влияние термической обработки на износостойкость деталей с твердосплавными покрытиями.// Ж. Металловедение и термическая обработка металлов. - 2003.
8. Интернет источники: http://ngmk.uz http://nggi.uz www.dissercat.com
