CC BY
46
Дмитренко Елена Николаевна - кандидат технических наук, доцент. Заместитель директора Мытищинского филиала МГСУ по учебной и научной работе. Основные направления научной деятельности: Строительное
материаловедение. Общее количество опубликованных работ: 24. e-mail:
Поморова Любовь Валериевна -преподаватель кафедры СМ и СТ ФГБОУ ВПО «СибАДИ». Основные направления научной деятельности: Строительное
материаловедение. Общее количество опубликованных работ: 4. e-mail:
prokopets@mail. ru
УДК 669.1:621.78
ПОВЫШЕНИЕ ТЕПЛОСТОЙКОСТИ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
В. П. Расщуп кин, Р. Б. Баязитов
Аннотация. Оптимизация режимов термической обработки для обеспечения максимальной теплостойкости режущего инструмента из быстрорежущей стали, а также выяснение причины несоответствия балла зерна аустенита с мартенситным баллом. Предложены два опытных режима термообработки для повышения работоспособности режущего инструмента.
Ключевые слова: быстрорежущие стали, термическая обработка,
теплостойкость.
В п рактике термической обработки инструмента из быстрорежущей стали п ри входном контроле быстрорежущих сталей тип а Р12Ф2К8МЗ, Р6М5 и других имеют место случаи п ониженной теплостойкости и разнозернистости. Основная причина такого явления заключена в особенностях металлургического п ередела этих сталей. В некоторых плавках заказчиком был выявлен вид дефекта в микроструктуре быстрорежущих сталей, выражающийся в том, что диаметр зерна аустенита после закалки оказывается меньше длины иглы мартенсита п осле от пуска. Таким образом, имеется несоответствие баллов аустенита и мартенсита.
Сведения о таком виде дефекта отсутствуют в литературе. Да и сам факт существования подобного дефекта сомнителен. Это противоречит основам теории мартенситного п ревращения -мартенситная игла не может пересекать границу зерна аустенита. Данное п ротиворечие, возможно, возникло по нижеперечисленным причинам.
Основная часть
1) В высоколегированных быстрорежущих сталях в местах со значительной карбидной неоднородностью рост зерна аустенита начинается при тем п ературе нагрева меньше обычной на 15 °С [1, 2]. Это объясняется тем, что п оскольку круп ные карбиды п рактически
не растворяются при нагреве, то близлежащие зерна аустенита имеют меньшую степ ень легирования и большую склонность к росту. В результате п осле закалки с оптимальной температуры получается структура аустенита с общим средним 10-11 баллом и отдельные зерна аустенита 8-9 балла, расп оложенные в местах ско пления крупных карбидов. Естественно, что п осле отпуска в крупных зернах аустенита будут отчетливо видны крупные иглы мартенсита 3-4 балла, но границу зерна игла мартенсита все-таки не п ересекает.
2) Возможно, что определение
мартенситной структуры п роводилось на быстрорежущей стали после недостаточно
качественного отпуска. В структуре такой стали, содержащей более 30% аустенита, иглы мартенсита смотрятся значительно крупнее, так как мартенситная игла
простирается через все зерно аустенита. И только полноценный отпуск приводит к
дроблению мартенсита и получению нормальной структуры, п о которой и надо
о пределять балл мартенсита.
3) Применяемые камерные печи для отпуска закаленного инструмента не обеспечивают проведение полноценного отпуска. Кроме того, отсутствует контроль за скоростью охлаждения при отпуске, что является важным особенно п ри охлаждении ниже температуры Мн. Для п роведения
качественного отпуска закаленного инструмента необходимо применять нагрев в соляной ванне, который исключает недостатки камерных п ечей.
Таким образом, говорить о несоответствии баллов аустенита и мартенсита неп равомерно, можно говорить лишь о неравномерности аустенитной структуры, возникающей из-за карбидной
неоднородности, или о наличии некачественного от п уска.
Кардинальным сп особом уменьшения карбидной неоднородности является металлургический п ередел. С помощью термической обработки уменьшить карбидную неоднородность трудно. Из литературных источников известно, что можно уменьшить карбидную неоднородность путем
термоцикпирования выше и ниже темп ературы А1 [3, 4, 5]. В работе [4] п редлагается вып олнить 4-6 циклов в интервале температур 850-650 °С, а затем при температуре 880-920 °С провести деформирование в изотермических условиях со сте п енью деформации 40-50 %. Авторами этих исследований утверждается, что п рименение с п особа п озволяет более чем в 2 раза снизить балл карбидной неоднородности.
В данной работе проводилось исследование забракованных по баллу мартенсита и аустенита образцов проката быстрорежущей стали нормальной п роизводительности Р18, Р6М5 различных плавок, п овышенной п роизводительности
Р12Ф2К8МЗ и образцы из п орошковой быстрорежущей стали Р6М5Ф3.
В образцах проката быстрорежущей стали зерно аустенита выявлялось п осле закалки п о двум режимам:
• п одогрев до 850 °С, окончательный нагрев до 1270 °С, охлаждение в ванне БНК до 560°С с п оследующим охлаждением на воздухе;
• п одогрев до 850 °С, окончательный нагрев до 1270 °С, охлаждение в масле.
Для выявления границ зерен применялся реактив Виллеса, а также использовалось электролитическое травление в 10%-ном растворе щавелевой кислоты. Чтобы исключить хоть какое-то влияние п ерегрева для определения балла мартенсита отбирались образцы с баллом аустенитного зерна 11-12.
Так как выявить структуру мартенсита в закаленной быстрорежущей стали крайне фаз. К тому же следует иметь в виду, что увеличение диаметра зерна аустенита в 4
трудно, то обычно требуется хотя бы кратковременный нагрев (6-8 минут) в расплавленной соли при 550°С. Реактив
Виллеса более или менее надежно выявляет мартенсит после закалки. Однако, при исследовании структуры мартенсита п осле 3-х кратного отпуска, результаты получаются неоднозначные. Наибольший размер игл
наблюдается не п осредственно п осле закалки. В нескольких образцах обнаружены иглы длиной 5-6 мкм (несколько игл в п оле зрения окуляра) при среднем диаметре зерна аустенита 8 мкм. При такой оценке мартенсита следует принимать балл 3-4.
При п оследующих отпусках за счет превращения аустенита и, возникающих п ри этом уп ругих напряжений п роисходит
дробление игл мартенсита, увеличивается травимость, и наибольшая длина игл
мартенсита не п ревышает 2-3 мкм, что соответствует 2-3 баллу, которые не являются браковочным п ризнаком. Пересечение большеугловых границ иглами мартенсита не наблюдается, в каком бы состоянии сталь не находилась.
Следует заметить, что изучение мартенсита п о стандартной методике в такой сложнолегированной стали, как
быстрорежущая, со пряжено с о п ределенными трудностями. Длина игл мартенсита с баллом
1 равна 0,2 мм п ри увеличении х1000. Разрешающая сп особность человеческого глаза как раз и равна 0,2 мм и п отому говорить о каких-то деталях мартенсита не приходится. Если балл мартенсита 2, то длина иглы п ри стандартном увеличении равна 2 мм - величина осязаемая, но ситуацию осложняют п ервичные, вторичные и третичные карбиды, на которые приходится 8-12 % п лощади шлифа. Для п олучения соп оставимых результатов, п олученных в разных лабораториях нужно иметь либо специализированную и согласованную методику определения балла мартенсита, либо структурный контроль термически упрочненной стали вести п о баллу зерна аустенита [6].
При исследовании образцов из п орошковой быстрорежущей стали Р6М5ФЗ обнаружено, что такие стали дают п осле закалки очень мелкое зерно аустенита (11-12 балл), что объясняется в первую очередь хорошим растворением карбидов. В таком аустените должен образовываться мартенсит баллов 1 и 2, так как п ереход большеугловых границ п риводит к срыву когерентности у и а раза ведет к увеличению игл мартенсита в 1,5 раза [2]. Ложный балл мартенсита возникает
либо за счет карбидных и интерметаллидных фаз, либо, чаще всего, за счет частичного бейнитного превращения. Показана
микроструктура стали Р6М5, которая, в процессе закалки подвергалась
изотермической выдержке при 260°С. Пластины бейнита из-за их способности к диффузионному росту в отличие от мартенсита имеют большую длину и своим присутствием затрудняют
металлографическую идентификацию фаз.
При металлорежущей обработке высокопрочных, нержавеющих сталей, титановых и других труднообрабатываемых сплавов к инструментам предъявляются повышенные требования. Одним из важнейших критериев работоспособности
инструмента является теплостойкость. В
настоящей работе предпринята попытка увеличения теплостойкости сталей Р12Ф2К8МЗ и Р6М5, применяемые для
изготовления фрез.
Твердость после отпуска: 66 НКС,
теплостойкость: 60 НКС при 640°С (после 4 часов). Учитывая, что твердость после 3-х кратного отпуска оказалась ниже предельно возможной, фрезы подвергли
дополнительному 2-кратному отпуску при 560°С по 1 часу. Однако, вопреки ожиданиям, твердость инструмента снизилась до 36,5
НКС, что для данного типа инструмента оказалась недопустимым. Испытания
оказались неудачными. Фрезы вышли из строя по причине смятия режущих кромок.
Известно, что понижение температуры
первого отпуска с 560 °С до 350 °С приводит к выделению промежуточного карбида цементитного типа, который будучи кристаллографически сопряжен с матрицей позволяет при дальнейших отпусках получать равномерное распределение специальных
карбидов [2]. Подобное равномерное
распределение карбидов возможно получить и при режиме другом режиме обработки [7]:
• первый отпуск со ступенчатым
нагревом от 280 до 560-620°С;
• последующий одно- и двухкратный отпуск при 530-540 С.
Ступенчатый отпуск позволяет подучить дисперсные равномерно распределенные
карбиды вольфрама и молибдена. На основании изложенного, предложены два метода
обработки стали. Представлены схемы термической обработки ТО-3, ТО-4 с целью повышения вторичной твердости и теплостойкости, исследуемой стали.
Заключен и е
Приведены результаты, связанные с
определением вторичной твердости и
теплостойкости стали Р12Ф2К8МЗ, обработанной по выше предложенным режимам. По опытным режимам ТО-3 и ТО-4 были обработаны партии фрез (ТО-3 - 46 шт., ТО-4 - 47 шт.) и переданы на испытания.
На основании выполненных исследований можно сделать следующие выводы.
1. Качество термообработки следует
определять по баллу зерна аустенита. Использование балла мартенсита с целью выбраковки инструмента после
термобработки является мероприятием
сомнительным, экономически
неэффективным. Определение балла мартенсита следует вести по специально препарированным шлифам с использованием растрового электронного микроскопа.
2. Исследования по несоответствию балла
зерна аустенита с мартенситным баллом показали, что причиной может являться либо скопление карбидноинтерметаллидных фаз, либо наличие частичного бейнитного превращения. Одна из них заложена в металлургической наследственности стали, другая связана с существующим
технологическим процессом обработки инструмента.
3. Рекомендовано на предприятии для проведения качественного отпуска закаленного инструмента использовать соляную ванну вместо камерных печей.
4. Изучены структурные изменения в
быстрорежущих сталях, протекающие в процессе отпуска, и предложены два режима отпуска для повышения работоспособности инструмента. По опытным режимам
обработаны две партии фрез, которые прошли испытания в условиях производства и показали положительные результаты.
Б и бли ографи чески й сп и сок
1. Артингер, И. Инструментальные стали и их термическая обработка / И. Артингер. - М. : Металлургия, 1982,- 312 с.
2. Геллер, Ю. А. Инструментальные стали / Ю. А. Геллер. - М.: Металлургия, 1983. - 526 с.
3. А. с. 1516499 СССР, МКИ С 21 О 9/22. Способ термической обработки быстрорежущей стали / Р. Л. Тофпенец, И. И. Шиманский, К. С. Будровский, В. Б. Левитан, Г. Р. Рудницкая. - № 4251587/31-02; заявл. 27.05.87 ; опубл. 06.10.89, Бюл. № 39. - 1 с.
4. А. с. 1502636 СССР, МКИ С 21 О 9/22. Способ обработки быстрорежущей стали / О. А. Кайбышев, П. Ш. Тордия, Ю. Б. Тимошенко, А. Н. Краснов. - № 4320669/31-02; заявл. 09.07.87; опубл. 21.08.89, Бюл. №31.-1 с.
5. Федюкин, В. К. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин / В. К. Федюкин, М. Е.
Смагоринский. - Л.: Машиностроение, 1989. - 255 с.: ил.
6. Рекомендации по назначению и применению
быстрорежущих сталей повышенной
производительности. - М. : Всесоюз. науч.-исслед. инструмент. ин-т, 1978. - 48 с.
7. А. с. 1368336 СССР, МКИ С 21 D 9/22. Способ термической обработки вольфрамовых и вольфрамомолибденовых быстрорежущих сталей / Ю. С. Ушаков, В. А. Колпаков, В. М. Истягин, В. В. Красноперов. - № 4124019/22-02; заявл. 04.07.86; опубл. 29.12.87, Бюл. № 3.-2 с.
INCREASE IN HEAT RESISTANCE AND REDUCED INEQUIGRANULAR HIGH-SPEED FOR CUTTING TOOLS
V. P. Rasschupkin, R. B. Bayazitov
Optimisation of regimes of high-heat treatment for maintenance of the maximum heat stability of an cutting tool from a high-speed steel,
and also finding out of the reason of misfit of a point of grain of austenite with the martensitic point. Two regimes of heat treatment for raising of working capacity of an cutting tool are offered.
Расщупкин Валерий Павлович, кандидат технических наук, профессор кафедры Конструкционные материалы и специальные технологии, СибАДИ. Основные направления научной деятельности: Металловедение,
проблемы прочности. Общее количество опубликованных работ: более 100 печатных работ.
Баязитов Рустам Байронович - директор фирмы «Сервис машин». Основное направления научной деятельности: Металловедение,
проблемы прочности. Общее количество опубликованных работ: более 10 печатных
работ.
УДK бП5.7П:5П8.Г8б
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ВЫСОТНОГО ПОЛОЖЕНИЯ ВЕРХНЕГО СЛОЯ ПОКРЫТИЯ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ С ШАГОМ НИВЕЛИРОВАНИЯ ДЕСЯТЬ МЕТРОВ
Ю. В. Столбов, С. Ю. Столбова, Д. О. Нагаев, Л. А. Пронина
Аннотация. Выполнено исследование точности высотного положения поверхности верхнего слоя покрытия автомобильной дороги с шагом нивелирования через 10 м. Рассчитаны статистические характеристики и параметры распределения отклонений вертикальных отметок от проектных и фактические значения амплитуд вертикальных отметок его поверхности.
Установлено, что при приемке верхних слоев покрытий необходимо выполнять нивелирование их поверхностей только с шагом через 5 м. При этом необходимо налаживать технологический процесс по устройству верхних слоев покрытий не по допускаемым отклонениям (предельным погрешностям), а по среднеквадратическим погрешностям с доверительными вероятностями Р=0,90 или Р=0,95...
Ключевые слова: автомобильная дорога, верхний слой покрытия, высотное положение, точность, амплитуды вертикальных отметок.
Геометрическая точность возведения зданий и сооружений является одним из основных показателей качества современного строительства.
Требования к качеству строительной продукции находят свое выражение в стандартах (ГОСТах), СНиП и проектноконструкторской документации.
При проектировании зданий, сооружений и их отдельных элементов, разработке технологии изготовления элементов и возведения зданий и сооружений следует
предусматривать, а в производстве -применять необходимые средства и правила технологического обеспечения точности, в соответствии с ГОСТ 21778-81 (СТ СЭВ 204579) [1].
При возведении автомобильных дорог одной из характеристик качества их строительства является точность высотного положения поверхности конструктивных слоев дорожных одежд. Несоблюдение
нормативных требований высотного положения оснований и покрытий
