CC BY
5
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Термическая обработка лотых сплавов с ванадием для гранулирующего инструмента
В настоящее время происходи! ускоренное развитие производства конструкционных пластических масс и других полимерных материалов, что обусловлено растущими потребностями рынка. С начала 90-х годов в нашей стране выпуск пластмасс возрос в 1,8-2,0 раза, а мощности оборудования - в десятки раз.
Грануляция полимеров является основной операцией при их производстве. Наиболее проблемным участком в грануляторе является пара "нож-фильера". Проведенные исследования показали, что ножи для резки пластмасс работают в условиях значительного износа в результате контактного трения с поверхностью фильеры, особенно в период притирки ножей к говерхности фильеры [1|. Время притирки составляет от 8 часов до суток (для ножей из "ферротика"). Это время зависит от износостойкости материала и точности изготовления ножей.
Для изготовления ножей по переработке полиэтилена чаще всего применяются стали типа Х12, при переработке полипропилена в последнее время стал применяться импортный сплав "ферротик", полученный методом порошковой металлургии [1]. Высокая стойкость ножей из "ферроти-ка' обусловлена содержанием около 40% по объему карби-доз титана с очень высокой твердостью (более 2600 HV).
Таким образом, главное требование к материалу для гранулирующего инструмента - высокая износостойкость. Это достигается за счет большого содержания карбидов (30-40% от объема). Материал с таким количеством карбидов можно получить методом порошковой металлургии или литейной технологией.
В настоящее время на кафедре "Материаловедение и технология металлов" проведены работы по созданию литого варианта сплава с твердостью 56-58 HRC засчет большого количества твердых карбидов ванадия (1800 HV). Карбиды ванадия имеют высокую твердость, они плохо разтворимы при нагреве под закалку, и их объем легко можно изменять при литье, варьируя содержание углерода и ванадия в плавке. Из литературы известно, что ванадий является сильным карбидообразующим элементом. Сгедовательно, повышенное содержание ванадия возможно лишь при условии одновременного увеличения содержания углерода, иначе высокованадиевая сталь не получит высокой твердости при закалке. Поэтому при увеличении содержания ванадия на 1% содержание углерода повышается на 0,2% [2].
В настоящей работе приведены результаты исследования железо-углеродистых сплавов с ванадием, состав которых приведен в таблице.
Таблица
№ плавки 1 2 3 4 5
V,% 2 4 6 8 10
С,% 1,4 1,8 2,2 2,6 3
Fe, % остальное остальное остальное остальное остальное
Ю. П. ЕГОРОВ, доцент, канд. техн. наук, ТПУ, О. М. УТЬЕВ, ассистент, ТПУ, г. Томск,
Плавка велась на высокочастотной установке в кислом тигле. Сплавы перед разливкой раскислялись сили-кокальцием и ферросилицием. После отливки и охлаждения на спокойном воздухе твердость изменялась от 30 НРС (плавка № 1) до 45 НРС (плав<а № 5).
Металлографический анализ проводился на микроскопе МИМ-8М. Микроструктура сплавов выявилась травлением шлифа 4% раствором азотной кислоты в этиловом спирте.
Структура плавки № 1 представляет собой перлит с прерывистой сеткой вторичного цементита и карбида ванадия (рис. 1 а). С дальнейшим повышением содержания ванадия до 10% начинают появляться отдельные группы карбидов, напоминающие форму цветка, квадрата и веерообразной эвтектики. Количество карбидной фазы возрастает с увеличением содержания ванадия (рис. 1 б).
Рис. 1. Микроструктура литого сплава с различным содержанием ванадия. Ув.хбОО а) - 2°/<Л/, б) - 10%V
Для данной серии сплавов были проведены исследования влияния температуры закалки на структуру и твердость. С этой целью проводилась закалка образцов в ин-
34 № 1 (18)2003
ИССЛЕДОВАНИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
б)
Рис. 3. Микроструктура закалённого сплаза с 8% ванадия.
Ув.хбОО
для закалки от 1150°С и выше наблюдается увеличение твердости при 550-650°С (вторичное твердение). Следовательно, теплостойкость будет выше у сплавов, закаленных с высоких температур нагрева под закалку.
Выводы:
1. Для гранулирующего инструмента, работающего при низких температурах (100-200°С), возможен вариант использования сплавов с малым содержанием ванадия, закаленных от 850-900°С с последующим низкотемпературным отпуском.
2. Для изготовления теплостойкого гранулирующего инструмента необходимо применять сплавы с повышенным содержанием ванадия и производить закалку от температур 1150-1200°С с последующим отпуском при 550-650°С.
Литература
1. О. М. Утьее. Анализ и разработка материала гранулирующего инструмента по переработке пластмасс- сборник трудов. Томск, Политехнический университет -2000. 347 с.
тервапе температур от 800° до 1250°С. Для предотвращения обезуглероживания нагрев под закалку проводился в соляных ваннах с последующим охлаждением в веде.
800 850 900 950 1000 1050 1100 1150
т,с
Ри2. 2. Твёрдость сплавов с различным содержанием ванадия
На рис. 2 приведена зависимость изменения твердости литых ванадиевых сплавов от температуры закалки. По результатам, приведенным на рии. 2, ванадиевые сплавы мохно разбить на две группы. У сплавов первой группы с увеличением температуры закалки твердость понижается незначительно. У сплавов второй группы твердость значительно понижается с увеличением температуры закалки. Это связано с увеличением доли остаточного аустенита [3]. Понижение наблюдается до Тзак.=1150°С, причем более значительное у сталей с большим содержанием ванадия (8-10%). При закалке с температур выше 1150°С наблюдается рост твердости, связанный с началом растворения карбидов ванадия (рис. 3 а, б).
В дальнейшем образцы подвергались отпуску от 200° до 700°С через 50 градусов. На рис. 4 а, б (стр. 36) приведены зависимости твердости закаленных сплавов с 2% и 8% ванадия от температуры отпуска. Из зависимостей следует, ч~о для сплавов, закаленных от температур нагрева до 1000°С, твердость при отпуске непрерывно падает, а
Y10 2%V 4%V 6%V 8%V 10%V
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ТЕХНОЛОГИЯ
Формовка сферических оболочек шаровых оробок давлением пороховых газов
В. А. БЕЛЯЕВ, ст. преподаватель, П. В. ВЕРЕЩАГИН, доцент, канд. техн. наук, И. А. ТИТОВ, доцент, канд. техн. наук, БТИ АлтГТУ, г. Бийск
В настоящее время существует потребность в производстве небольших партий крупногабаритной запорной арматуры с шаровой пробкой. Изготовление шаровых пробок обработкой резанием из сортового проката характеризуется большими затратами времени и отходами материала. в качестве которого применяются дорогостоящие высоколегированные стали и цветные сплавы. Гораздо экономичнее изготавливать пробки методами обработки металлов давлением. Представленная на рис. 1 пустотелая шаровая пробка состоит из сферической оболочки и запрессованной в ней цилиндрической трубы.
Одним из перспективных способов получения сферической оболочки, представляющей собой сферический рифт, является импульсная формовка трубчатых заготовок давлением пороховых газов. Данный способ более прост и технологичен, чем электроимпульсные методы, л менее
опасен, чем штамповка взрывом.
Однако, до настоящего времена при проектировании пороховых установок и разработке технологических процессов штамповки для расчетов основных технологических параметров операции (давления пороховых газов, массы порохового заряда, работы деформирования заготовки), как показал анализ, применяются упрощенные методики и отдельные зависимости, дающие приближенную оценку, так как по ним определяются конечные или усредненные значения искомых величин и не учитываются связь между основными параметрами на протяжении всего процесса деформирования.
Данный недостаток устраняется в работе [1], где предложена обобщенная модель расчета параметров штамповки в пороховых технологических установках и приведено частное решение для формовки сферических рифтов в
Рис.
20 200 300 400 500 600 650 700 20
Тотп.
а)
4. Влияние температуры закалки и отпуска на твёрдость литого сплава с различным содержанием ванадия.
а) - сплав с 2%V, б) - сплав с 8%V
300 400 500 600 650 700 Тотп.
б)
2. Геллер Ю.А. Инструментальные стали 4-е изд., и доп. Перераб. и доп. - М.: 1975. - 584 с.
3. A.B. Костарев, A.B. Корчмит, О.М. Утьев Металлографические и рентгеноструктурные исследования литой
инструментальной стали с ванадием -. Труды У-ой областной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современная техника и технологии" Изд-во ТПУ, 1999. - 440 с.
х 48
