CC BY
96
УДК 621.73.042
ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ СТАЛИ Р6М5 А.Д. Хван, П.М. Панин
В статье дается экспериментальное обоснование возможности пластического деформирования нагретых заготовок из стали Р6М5 в неизотермическом режиме при реализации технологии предварительно термомеханической обработки для повышения стойкости инструментов из указанной стали. Установлено, что повышение стойкости стали Р6М5 связано с уменьшением балла карбидной неоднородности в структуре металла
Ключевые слова: стойкость, пластическое деформирование, балл карбидной неоднородности, структура, коэффициент стойкости
В инструментальной промышленности всегда придается большое значение повышению стойкости инструментальных сталей. Поэтому положительные результаты исследований по обоснованию различных способов улучшения эксплуатационных свойств широко применяемой при механической обработке инструментов из стали Р6М5 будут весьма востребованными производством.
В работе [1] отмечено, что пластическое деформирование нагретых до 900°С заготовок в изотермическом режиме позволяет повысить стойкость инструментов ~ 1,7 раза по
сравнению с инструментами, изготовленными по традиционной технологии (без предварительной пластической обработки). Однако данная технология термомеханической обработки (ТМО) требует дополнительных энергетических затрат на обеспечение постоянства температуры при обработке заготовки и приводит при этом к усложнению конструкции штампа, связанному с монтажом в последнем нагревательных элементов и соответствующей теплоизоляции.
В статье рассматривается технология предварительной ТМО (ПТМО),
предусматривающей пластическое
деформирование нагретой до ~ 900°С
заготовки из стали Р6М5 в неизотермическом режиме, и в связи с этим является более эффективной по сравнению с предложенной в работе [1] технологией из-за отсутствия указанных выше недостатков.
С целью экспериментального обоснования предложенного нами варианта технологии ПТМО были выполнены следующие исследования.
Хван Александр Дмитриевич - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, e-mail: tpm@ vorstu.ru
Панин Петр Михайлович - ВГТУ, инженер, e-mail: tpm@ vorstu.ru 122
Для технологических испытаний изготавливались образцы из исследуемой инструментальной стали с диаметром ё0 — 20мм и высотой Н0 = 40мм . При этом
образцы разбивались на партии по температуре нагрева и подпартии (по 5 шт.) с целью пластического деформирования до относительных деформаций е . = 0,10; 0,20; 0,30; 0,40; 0,50.
Подпартии заготовок нагревались в муфельной печи до температуры: Т — 773°К , 873°К, 973°К, 1073°К ,\\13°К с
выдержкой в течение ~ 30 мин.
Пластическое деформирование нагретых заготовок осуществляли на гидравлическом прессе ГМС250 в штампе в неизотермическом режиме. Далее из осаженных заготовок изготавливали резцовую головку в соответствии с чертежом, представленным в [2].
При пластической осадке образца относительную деформацию на каждой ступени нагружения определяли по формуле
е-н°~н, (1)
где Н - текущая высота образца.
В соответствии с разработанным технологическим процессом
деформированные образцы проходили дорекристаллизационный отжиг, а затем изготавливался механической обработкой опытный режущий инструмент в виде резцовой головки. Изготовленный инструмент проходил окончательную термическую обработку согласно новой технологии ПТМО и в соответствии с технологическими рекомендациями [3].
Испытания на износостойкость резцовых головок проводили методом однофакторного эксперимента. Используемое оборудование -универсальный токарно-винторезный станок 8У-18ЯЛ. Обрабатываемый материал - сталь
20 (<ть — 420М20 . сг7 = 250МПа). Режимы
резания: К = 18,8м/мин, ^ = 0,5мм,
¿'ц = 0,1мм/об . Критерий затупления режущей головки - величина износа по задней грани резца Ъъ . Испытания проводили без охлаждения. Величина допуска на износ резца Нъ = 0,3мм принята согласно рекомендациям
[4].
Процессы обработки металлов резанием характеризуются большим числом факторов, влияющий в разной степени и в разных направлениях друг на друга, на ход и конечный результат процесса. Применяемыми в настоящее время методами невозможно определить зависимости между
геометрическими параметрами режущего инструмента во всех их сложных взаимосвязях. Обычно при исследованиях изменениям подвергают лишь ограниченное количество параметров процесса, поддерживая все остальные факторы постоянными [5]. В нашем исследовании в качестве варьируемого фактора рассматривается степень деформации цилиндрической заготовки, которая в условиях ПТМО качественно изменяет структурное состояние стали Р6М5. При этом предлагается определять коэффициент относительной стойкости инструмента (резца) по соотношению
Кт=у-> (2)
Т0
где Т0, Т - стойкости заготовки
соответственно без пластической обработки и при различных степенях относительной деформации Б .
Данные стойкостных испытаний представлены на рис. 1: 1 - 7730 К, 2 -8730К, 3 - 9730К, 4 - 10730К, 5 - 11730К
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Рис. 1. Зависимость коэффициента Кт от относительной деформации Б
Из представленных на рисунке данных видно, что заметное повышение стойкости исследуемой стали начинается с температуры нагрева 973 °К и при деформациях £ — 0,3 — 0,5. Максимальное увеличение
стойкости соответствует температуре \\13°К при £•« 0,44 и составляет ~ 1,7 раза.
Уменьшение же стойкости стали до деформации £ ~ 0,1 при всех температурах нагрева, можно объяснить наличием критической деформации £ [6], до которой
происходит интенсивное увеличение размера зерна в структуре металла, приводящее к уменьшению характеристик прочности инструментальной стали.
Увеличение стойкости стали Р6М5 после пластической деформации заготовки в неизотермическом режиме можно объяснить уменьшением балла карбидной
неоднородности (БКН).
Прокат инструментальной стали Р6М5 поставляется на предприятие в соответствие с ГОСТ 5950-73. Практика показала, что структура стали обладает определенной степенью несовершенства, что в значительной степени снижает экплуатационные
характеристики инструментов. В связи с этим нами были выполнены металлографические исследования по оценке БКН.
Исходная макроструктура проката стали Р6М5 исследовалась на металлографическом электронном микроскопе «КЕОРНОТ 30». Образцы микрошлифов изготавливались травлением поверхности в продольном направлении на половине радиуса. В качестве травящего реактива был использован пятипроцентный раствор азотной кислоты в этиловом спирте.
Далее определялся балл карбидной неоднородности согласно требованиям ГОСТа 19265-73 с помощью просвечивающегося электронного микроскопа «КЕОРНОТ 30» при 500-кратном увеличении. После
соответствующей обработки результатов исследования был получен график зависимости БКН от степени деформации £ исследуемой стали, который показан на рис. 2.
Рис. 2. Зависимость БКН от относительной деформации S
Из графика видно, что с увеличением степени деформации заготовки балл
карбидной неоднородности понижается с 5 до 1,8.
На основе полученных опытных зависимостей был построен график зависимости балла карбидной неоднородности
от коэффициента стойкости К^ инструментальной стали Р6М5 при
температуре нагрева Т = \\13° К (рис.З.), свидетельствующий о повышении стойкости последней. Таким образом, при снижении БКН в 2,8 раза Кг увеличивается в ~ 1,7 раза.
Рис. 3. Зависимость БКН от коэффициента
К
Литература
1. Патент ЯИ № 2002822 Способ обработки быстрорежущей стали / Гвоздев А. Е., Гончаренко И. А., Шипулин Н. В., Павлов В. Н. / Заявка № 04924918 от 19.01.1991. Бюл. № 41 - 42 от 15.11.1993 г.
2. Токарев А. В. Разработка процессов и определение параметров изготовления осевого инструмента на основе пластического деформирования. Кандидатская диссертация. Воронеж. 2006.
3. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Ч. 1 - М.: Машиностроение. 1967. - № 1.
4. Гуляев А. П. и др. Инструментальные стали. Справочник. - М.: Машиностроение. 1975. - 272 с.
5. Металлорежущий инструмент. Каталог. Научноисследовательский институт информации по машиностроению. М.: Машиностроение. 1976. - 483с.
6. Горелик С. С. Рекристаллизация металлов и сплавов. - М.: Металлургия. 1978. - 568 с.
Воронежский государственный технический университет
INCREASEOFFIRMNESSOFSTEELP6M5 A.D. Hvan, P.M. Panin
In article the experimental substantiation of possibility of plastic deformation of warm preparations from steel Р6М5 in not isothermal mode is given at technology realization preliminary thermo-machining for increase of firmness of tools from the specified steel. It is established that increase of firmness of steel Р6М5 is connected with point reduction карбидной heterogeneity in metal structure
Key words: Firmness, plastic deformation, firmness factor, structure
