CC BY
12
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
УДК 620.178.15
НАПЛАВН1 СТАЛ1 ДЛЯ В1ДНОВЛЕННЯ ШТАМПОВОГО 1НСТУМЕНТУ
В.А. Багров, доц., к. т.н., G.B. Власенко, студ., Хар^вський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет
Анотац1я. Розглянут1 питания застосуеання розрахункоеих критерИ'в inmencueHOcmi зношу-еання з метою прогнозуеання 3H0C0cmiuK0cmi наплавных сталей для в1дновлення инструменту гарячого оброблення метал1в i cmaeie. Показана ix придаттсть для оцтки 3H0C0cmiuK0cmi в умоеах высоких температур i цикличных напруженъ.
Ключов1 слова: сталь, знососттюсть, наплавлення, критерп зносостткост!.
НАПЛАВОЧНЫЕ СТАЛИ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ШТАМПОВОГО
ИНСТРУМЕНТА
В.А. Багров, доц., к. т.н., Е.В. Власенко, студ., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Рассмотрены вопросы применения расчетных критериев интенсивности изнашивания с целью прогнозирования износостойкости наплавочных сталей для восстановления инструмента горячей обработки металлов и сплавов. Показана их применимость для оценки износостойкости в условиях высоких температур и циклических напряжений.
Ключевые слова: сталь, износостойкость, наплавка, критерии износостойкости.
SURFACING STEEL FOR STAMPING TOOLS RESTORATION
V. Bagrov, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.), E. Vlasenko, St., Kharkiv National Automobile and Highway University
Abstract. The problems of application of the calculation criteria of the intensity of wear for forecasting the wear resistance of surfacing steels for restoration of the tool for hot working of metals and alloys are considered. Their applicability for evaluating the wear resistance under conditions of high temperatures and cyclic stresses is shown.
Key words: steel, wear resistance, welding, criteria durability.
Вступ
Дослщження, спрямоваш на зниження енерго-i ресурсорзатрат у процес1 вщновлення на-плавленням обробного шструменту й одно-часне шдвищення його надшносп та довго-в1чност1, останшм часом стали особливо актуальними. Значна увага для вдосконален-ня наплавочних матер1ал1в придшяеться ма-тер1алознавчим розробкам економнолегова-них зносостшких сплав1в.
Останшм часом значно просунулися вирь шення контактних завдань термопружносп у pa3i одночасного зношування тш i дп джерел тепла. Нагр1вання робить ютотний вплив на локальну змшу форми дотичних поверхонь т1л та структурш перетворення. У цьому ви-падку ¿стотно перерозподшяються напру-ження, деформацп, температури, розм1ри ви-хщно! обласп контакту, штенсивнють зношування.
Для розроблення прискорених метод1в досль дження проведено анал1з критер1альних ств-вщношень (комплекс1в), яю е основными структурными складниками в р1вняннях для розрахунку штенсивносп зношування.
Анашз публжацш
Наплавлення зносостшкими матер1алами, основними з яких е силави на основ! зал1за, розвиваеться найбшьш штенсивно як у про-цес1 виготовленш, так 1 ремонту [1]. Пере-творення наплавлення в самостшну галузь техшки, що забезпечуе виготовлення 1 бага-торазове вщновлення вщповщальних деталей 1 вузл1в для умов не тшьки др1бносершного, але 1 масового виробництва, обумовлюе не-обхщшсть бшьшо! уваги до вибору зносо-стшких сплав1в.
Склад 1 властивосп застосовуваних сплав1в для наплавлення багато в чому визначають не тшьки шдвищення довгов1чносп деталей, вузл1в, машин, лшш агрегат1в, але 1 техноло-пчшсть процес1в !х нанесения, а також еко-номда дефщитних стратепчних матер1ал1в (вольфрам, шкель, мол1бден, ванадш, кобальт та ш.). 3 урахуванням матер1алознав-чих особливостей зносостшких сплав1в роз-ширюються можливосп дугового наплавлення, технолопчна р1зномаштшсть якого дозволяе штенсивно розвиватися, залишаю-чись провщним процесом. Наплавлен! зносостшкими легованими сталями 1 чавунами де-тал1 найчаспше експлуатуються в умовах тертя шд час пластичного контакту, якому вщповщае втомне зношування, м1крор1зання (абразивний, газопод1бний зное), вплив коро-зп тощо.
Низка формул, яю дозволяють розраховувати зношування 1 його штенсивнють, грунтуеться на положениях молекулярно-втомно! (адге-зшно-деформацшно!) теорп [2-4]. Запропо-новано критерп оцшювання стшкосп матерь ал1в зносу, що грунтуються на комплексному оцшюванш ф1зико-мехашчних властивостей I х1м1чного складу сталей [5], або теплоф1зи-чних характеристик у поеднанш з темпера-турно-часовими умовами контакту м1ж мета-лами (сплавами) пари тертя [6].
Як 1 шш вирази, використаш для оцшки вели-чини зносу, формули мають низку недолшв: - необхщнють використання значно! кшько-сп важливих даних, трудомютюсть шдготов-
ки 1 проведения мехашчних випробувань, особливо значних для твердих зносостшких матер1ал1в,
- зв'язок величини зносу лише з вихщними мехашчними властивостями еталонного 1 дослщжуваного метал1в,
- вщносно великий розкид значень коефще-нпв 1 показниюв ступеня, що обумовлюе по-р1вняно широкий д1апазон величин зносу (рис. 1).
Рис. 1. Залежнють вщносного вщхилення розрахунково! штенсивносп зношування вщ температури (розрахунок зробле-ний за р1внянням 1.В. Крагельського [3] для втомного зношування в умовах пластичного контакту): 1Стах - максимальне розрахункове значения штенсивносп зношування; 1Ст1П - мшмальне розрахункове значения штенсивносп зношування; 1С - середне розрахункове значения штенсивносп зношування
Мета 1 постановка завдання
Метою роботи е проведения анал1зу розраху-нкових критерпв штенсивносп зношування для прогнозування зносостшкосп наплавних сталей та шдтвердження !х придатносп для оцшки зносостшкосп в умовах високих температур \ циктчних напружень для робочих дшянок штампового шетрументу \ прокатних валюв, використовуваних у процес1 обробки гарячого металу.
Матер1али та методика дослщжень
На шдстав1 дослщжень ф1зики твердого тша до матер1ал1в, що працюють в умовах тертя, висуваються таю вимоги: висока мщшсть, тобто матер1ал повинен мати великий запас мшропластичносп i високу твердють; шд час трибонавантаження матер1ал повинен бути схильний до подр1бнення мшроструктури. H,i властивосп залежать вщ складу та структури матер1алу. Взаемозв'язок розрахунково! ¿н-тенсивносп зношування i вщносно! зносо-стшкосп мартенситноаустештних i шстру-ментальних сталей (50ХНМ, 08Х6Н8М7С, 40Х4Г8Т2С, 20Х3Г9М5Т2С та iH.) установ-лювався за умови тисюв, близьких до серед-Hix тисюв на контактнш поверхн1 шд час га-рячш обробщ сталей. Дослщження проводилися вщповщно до ГОСТ 3480-97 на машиш тертя 2070 СМТ-1 за схемою «диск-колодка». Режими тертя: швидюсть обертан-ня диска V = 0,25, 0,5 м/с, навантаження N = 25, 50, 75 Н. Матер1ал контртша - сталь 40Х термооброблена, HRC 47-49.
Результати дослщжень та ix обговорення
На дшянщ приробки i сталого зносу досль джуваних сталей спостер1гаеться окислюва-льний зное. У випадку збшьшення часу тертя окислювальний зное переходить в тепловий, що супроводжуеться контактним схоплю-ванням i оплавлениям поверхонь тертя. Най-бшьшу зносостшюсть показала сталь 20Х3Г9М5Т2С. Змша дислокацшно! структури прикордонних областей зони тертя та старшня, що вщбуваеться внаслщок дп шд-вищених температур i деформацш, е одним з основних фактор1в шдвищення контактно! мщносп та мшропластичносп поверхневих mapiß. KpiM вище перерахованих фактор1в, зменшення зносу можна пов'язати 3i змшою адгезшного складника сили тертя зони плас-тичних деформацш, впливом значно! кшько-CTi i р1вном1рним розподшом за обсягом кар-бщ1в титану. Характер змши коефщента тертя показаний на рис. 2.
Оцшка розрахункових значень впливу тем-ператури на в'язюсть руйнування за критерь ями Дж. Малкша i A.C. Тетельмана [3] для наплавних сталей з метастабшьним аустеш-том показала таке. Оскшьки для умов моле-кулярно-мехашчного зношування робочих дшянок штамшв коефщент зносостшкосп Ки ~ Кс2 [4], то збшьшення Кс у процес1 ви-
користання сталей з метастабшьним аустеш-том змшить сшввщношення
К « J(1 -с! -с2)2
де J - межа трщиностшкосп, с1 - максима-льне головне напруження в небезпечнш зош деталц с2 - межа мщностг За умови близьких значень контактного тиску в пар1 тертя в1ропдшсть утворення трщини критично! довжини зростае ¿з збшьшенням ефективно! поверхнево! енергп.
08Х / 6Н8М7С з 5ХНМ
I ф kii {-■•-* [4Г8Т2С
.4 /'/ / / / I •' \ 1
20ХЗГ9М5Т2С
1 $ 1 t 1 ( 1 » 1 # 1 $ 1 * 1 1 / ■' / / /
и* 1 !/ 1 |
• ^
0 120 240 360 480 600 и с
Рис. 2. Характер змши коефщ1ента тертя для сталей р1зних структурних клас1в
Таким чином, показники трщиностшкосп (Кс, J, 5С), а отже, I ошр зношуванню вто-риннотверд1ючих сталей 1 сталей з метастабшьним аустештом вищ1, шж мартенситних наплавних та шетрументальних сталей.
Оцшювання стшкосл деталей, що зношу-ються в умовах термовтомлюваного руйнування ютотно ускладнюеться через вщмшно-сп натурних деталей (вузл1в) вщ зразюв з того ж матер1алу за структурою, мехашчни-ми властивостями, град1ента !х змши.
1нтенсивнють зношування наплавленого ме-талу з бейштно-мартенситною 1 мартенсит-ною основою (60Х5М1ФС, 30Х4Ф1СТР, 30Х2В4ГС та ш) за умови Тсм = 773-1100 К пов'язана з номшальним тиском залежнютю Ь ~ Ра ' 2 (1,0-1,5 МПа < Ра < 20 МПа).
За зносостшюстю наплавлений метал р1зних систем легування (C-Cг-Mn-Si-Ti, С-Сг-Мо-
А-У, С-Т1-№) не поступаеться сплаву 35В9Х3Ф. Як 1 для малих значень Ра шдви-щенню зносостшкосп сприяе легування титаном за умови збереження в хромистому наплавленш вуглецю 0,35-0,40 %. Бшьш ви-соку пор1вняно з матер1алом - еталоном 35В9Х3Ф - фрикцшну теплостшкють мають економнолеговаш наплавш стал1: 50Х5М2ВН2Ф, 08Х6Н8М7С, 40Х4Г8Т2С, 20Х3Г9М5Т2С. Мшмальний розкид значень штенсивносп зношування характерний в дь апазош середшх 1 шдвищених температур. Зменшення зносу у раз1 шдвищення темпера-тури до 400-500 К обумовлено як змшою ф1зико-мехашчних характеристик металу контактних обсяпв, так 1 зниженням Рг.
Висновки
Коефщенти вар1ацп показниюв зносу змен-шуються з1 збшьшенням частки метастабшь-ного аустенпу у вихщнш структур! наплав-леного металу.
Фрикцшна теплостшкють економнолегова-них наплавних сталей системи С-Сг-А-Мо-У-Т1 вища за аналопчну характеристику на-плавленого металу типу 35В9Х3Ф.
Лггература
1. Патон Б.Е. Перспективы развития сварки /
Б.Е. Патон // Современные проблемы сварки и специальной электрометаллургии. - К.: Наукова думка. - 1980. -С.23-25.
2. Проников A.C. Надежность машин /
A.C. Проников. - М.: Машиностроение, I978. - 592 с.
3. Крагельский И.В. Трение и износ /
И.В. Крагельский. - М.: Машиностроение, 1968. - 480 с.
4. Харач Г.М. Элементы расчета деталей машин на изнашивание / Г.М. Харач. -М.: Наука, 1975. - 84 с.
5. Явление износа и восстановления изно-
шенных поверхнос—тей сваркой с одновременной закалкой // Ёсэцукай - Aeld Aorld. - 1967. - 19, № 8. - С. 519-526.
6. Любарский И.М. Повышение износоус-
тойчивости тяжелонагруженных шестерен / И.М. Любарский. - М.: Машиностроение, 1965. - 132 с.
Рецензент: Д.Б. Глушкова, професор, д.т.н., ХНАДУ.
