Введение к работе
Диссертационная работа посвящена изучению явления сверхплас точности труднодеформируемых сло*.колегированних сталей.
Актуальность темы. Применение быстрорежущих сталей (ВРС) и различных отраслях прамшленности сдерживается дефицитом легирук-рі"< добавок, основой которых являются вольфрам, молибден, хром н ванадий, а тагане сложностью изготовления- изделий из этих сталей методами обработки давлением, Поэтому остается важной проблема экономик металла si энергетических ресурсов, затраченных на производство заготовок из EFC. Дополнительные резервы экономил ЕРС создает поранковая металлургия, позволяіредя получать стали с повышенными эксплуатационными свойствами.
Экономический эффект от повышения коэффициента использование металла и снижения энергоемкости технологических процессов может Оать достигнут за счет применения явления сверхпластичности (СП),-kgtophh позволит значительно расширить номенклатуру іг технологические возможности получения заготовок различного назначения методами объемного пластшеского деформирования.
Поэтому изучение и практическое применение СП горячекатаных и пороиковых БРС типа F6M3 является актуальной проблемен современного металловедения и обработки металлов давлением, репенне которой позволит добиться экономии быстрорежущих сталей при обработке давлением в релиме сЕерхплэстичиости, снизить -энергоемкость и повисить эксплуатационные характеристики изделий.
Работа, Еыгтлнена в базовой лаборатории Института металлургии А.А.Байкова АН СССР "Новые процессы формоизменения металлических материалов специального назначения" при 'Тульском политехническом институте в соответствии с планом АН СССР в рамках комплексной проблемы "Сверхпластичность металлических материалов" по направле-' киям; 2.20 "Разработка новых методов деформирования материалов, основанных на использовании явления сверхпластичностп" (проблема 2.20.2.4); 2.26 "йїзіко-хишічєскііє основы металлургических процессов-- (проблемы 2.5.2.18, 2.25.2.20); 2.19.2 "Конструкционные материалы для новой техники" (прсбл-мы .19.2.3, 2.25.2) и в соответствии с постановлением Государственного комитета по науке и технике СССР !1 695 от-09.11.83 года "Саерхпластичные металлы" при консультации доктора технических наук, профессора С.А. Головина,
доктора технических наук, профессора Ы.Х. Шоршорова'и доктора технических наук, профессора В.Д. Кухаря-.
Цель работы: повышение эффективности технологических процес-сов обработки давлением быстрорежущих сталей, заключающейся в экономии металла, энергетических .ресурсов и повышении качества заготовок за счет использовали;; эффекта аверхпластичностн. '
Автор защищает:
-
Математические модели сопротивления деформированию, показателей пластичности и коэффициента скоростного упрочнения для различных схем напряженного состояния, адекватно опнсывапщие процессы изотермического деформирования быстрорежущих сталей.
-
Температурно-скоростше зависимости характеристик изотермического деформирования быстрорежущих сталей Р6М5 и 10Р6І.І5-Ш.
-
Результаты экспериментальных и теоретических исследований механизмов 'сверхпластичности т.-'.'.пнодефорыируемых быстрорежущих сталей различней металлургической природы! принципы структурной подготовки быстрорежущих ст^'.эй к сверхпластическому деформировании; количественный критерий относительной оценки степени неравно-весности поверхностей раздела в порошковых гетерофазных сталях. .
-
Результаты исследований процессов оездки и прессования быстрорежущих сталей при различных"условиях нагружения в состоянии сверхпластичности.
-
Анализ -влияния дисперсности карбидов на температуру фазового перехода Асі и сверхпластической деформации на структурообра-зование и разрушение быстрорежущих сталей..
Б. Технологические процессы получения заготовок из быстроре жущих сталей обработкой давлением в условиях сверхпластичности.
Общая методика исследований заключается в использовании оптимального планирования многофакторного эксперимента, механических испытаний, метода конечных элементов, количественной металлографии, дилатометрического анализа, дифференциального термического анализа, электронной фрактографии, механической спектроскопии, рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализов, а также математической статистики при обработке результатов.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена использованием 'фундаментальных соотношений механики галошной среды, разработкой адекватных, математических моделей изотермического деформирования и сравнением результатов моделирования
- б -
с опытными данными, полученная! современными методами. "Научная новизна .
-
Разработаны математические модели сопротивления деформирования, показателей пластичности к коэффициента скоростного упрочнения для различных схем напряженного состояния с,использованием методов планирования эксперимента нз основе синтезированных точних D-опткмальных многофакторных планов.
-
Установлено влияние технологических и структурных фгктсрсз нз сопротивление деформированию, показатели пластичности и коэффициент скоростного упрочнения, а также построены температурка-скоростные поля показателей деформирования, включаащие область проявления фазовой сверхпласт.ччности.
-
Определены интервалы температур и скоростей деформации об-раОо ки давлением быстрорежущих сталей разной металлургической природы в условиях неполного горячего и сверхпластического деформирования.
-
Установлены закономерности изменения силовых, кинематических и деформационных перачетроа процессов осадки и прямого выдавливания цилиндрических заготсвок в состоянии сверхпластячностя в эависиыостн ог геометрии инструмента, степени деформации и закона нагружэния.
-
Обнаружен и изучен эффект аномально высокой пластїгчкости ВысТрорежуцей стали 10Р6МВ-МІ порошкового способа производства. Дополнительным источником повышенной пластичности таких сталей являются дефектность строения межфазных границ и дисперсность кар-бедных выделений.
-
Предяояен критерий, позволяющий количественно оценить степень неравновесности поверхностей раздела в пороссковых трудноде-формируемых сталях.
Практическое значение работы , -
1. Установлены температурно-скоростные зависимости характеристик деформирования быстроре.чущих сталей P6MS и 10Р6М5-МП и оптимальные условия сверхпластичности.
' 2. Разработана методика исследования изотермического деформирования и явления фазовой'сверхпластичности, включающая математическое моделирование и механические испытания при различных схемач ^агружения.
3.-Результаты измерений модулей нормальной упругости быстро-
--6.-
ремуааїх . сталей в интервале температур от 20 до 653 С аттестованы Госстандартом РФ в качестве стандартных справочных данных (ГСССД 159 92).
4. Разработаны и внедрены прогрессивные способы получения заготовок иэ быстрорежущих сталей обработкой давлением в условиях сверхпластичности, которые защищены патентом № 2002В22 на .изобретение "Способ обработки быстрорежущей стали".'
Реализация результатов работы в промышленности
Разработана методика исследования изотермического деформирования и явления фазовой сверхпластичности' сло»нолегированных сталей, которая внедрена на машиностроительном заводе им. С.М.Кирова, г.Туда; Челябинском филиале НПО НИИтракторосельхозмаш,, г.Чедя-' бинск; АРМШИМАШ НПО "Армстанок", г. Ереван; машиностроитель ном. заводе им. В.м.Рябикова, г.Тула; в Институте металлургии , им. . А.А.Байкова, г.Москва. Результаты внедрения и использования разработок подтверждены соответствующими актами.
Оптимальные температурка-скоростные услоиия' деформирования инструментальной стали F6M5 использованы отделом обработки металлов .давлением Челябинского фіїлиада НПО' ЮШтрактсроседьхоэмаа при разработке процессов иэот«р:д'.<:гской объемной штамповки точных заготовок ' режущего инструміліД с последующим' внедрением на ПО ''ЧТЗ ш,1. В.И.Ленина" (хоздоговор )& 87-657* "Исследование влияния термомеханических факторов фазово-структурного состояния на критерии, параметры и механизмы СЕерхпластической деформации вольфрамо-ыо-лнбденовых'быстрорежущих сталей типа Р6М5 разной металлургической природы", который выполнен в период с 01.07.67 по 31.12.83 г г. по программе "Инструмент" (Постановление ЦК КПСС и Щ СССР И 773 от 07.08.85Г.)).
Разработанный технологический процесс получения заготовок из инструментальных углеродистых и быстрорежущих сталей г. кзотзраи-ческкх условиях с испсльзоваиизы эффекта'сверхпластнчности принят к внедрения в инструментальном производства на Тульском машиностроительном заводе т. В.Ы.Рябикова. Рекиыы технологических процессов получения изотермической штамповкой изделий типа дйсіюемй ра-зак и вырубной пуансон из сталей І0Р6Ш-Ш й P&ffi ввились ocijotoa для разработки типовых техйологичзских процессов для номенклатуру деталей отрасли на предприятии п/в P-C8S7.
Разработан сносов термомеканичоскои обработки быстрорежущей
стали, который защищен патентом на изобретение № 2002822 "Способ ' обработки быстрорежущей стали" и использован на Государственном предприятии "Тульский оружейный завод",
Получено свидетельство )4 539 Государственного комитета по стандартизации, метрологии и сертификации на таблица стандартных справочных данных "Стали инструментальные быстрорежущие Р18, F6MS, 10Р6!,6-Ш. Упругие сзойства. Модуль нормальной упругости при температурах 20...6Б0 С". Указанные таблицы стандартных справочных данных (ГСССД 1Б9-32) обязательны к применению во всех отраслях народного хозяйства.
. Некоторые вопросы научных исследований зключены а отдельные разделы лекционных курсоз "Ноше методы обработки металлов давлением", "Основы теории и технолопга изотермической штамповки'!, "Физика прочностной пластичности", а также использованы при выполнении курсовых и дипломных проектов.
Апробация работы. Осиовныэ положения диссертации доложены и обсукдоны на I, II, Ш и IV Всесоюзных научно-тгхнических конференциях "Сверхпластичность .металлов'', Уфа, 1978 г.; ' Москва, 1981г.} Тула, 1986 г.; Уфа,. 1989 г.; на Всесоюзной научно-технической .конференции "Пути повышения конструктивной прочности металлов и сплавов", Вильнюс, 1982 г.; на VIII Международном совещании по порошковой металлургии в ГДР, Дрезден, 1985 г.) на отраслевой научно-технической конференции "Совершенствование технологии и оборудования холодного и полугорячего объемного деформирования", Устинов, 1989 г.і на V Всесоюзной конференции "Текстуры и рекристаллизация в меіаллах и сплавах", Уфа, 1907 г.і на Уральской региональной конференции "Применение порошковых, композиционных материалов и покрытий я машиностроении", Пермь, 1SB7 г.; на Республиканской научно-технической конференции "Попкаение качества деталей , ингин пластическим деформированием", йр'нзе, 1983 r.j на VII и VI-II Всесоагпкя соаєцаниях по Езашодэйстваэ меяду дислокациями и атсмзді предзсей и свойстве^ сплааоз, Туле, 1988 Г. j Тула, 1991 Г.і ил Республиканской научно-технической конференции "Вопросы раэвип;л технологий,, оборудования н автоматизации кузнечно-птампо-по'шого производства", Тула, 1639 г.) на II.Всесоюзном семинаре "Та.хйслогкчэскйб задачи ползучести и сверхпяастичиоста", Срунзе, 1080 г.; из Республиканской научно-технической конференции "Ноаыэ материалы и прбцёсса Дефсрнавла", Саранск; і 1S91 г.і из V Всесолз-
ной научно-технической конференции "Сверхпластичность неорганических материалов", Уфа, 1992 г.; ка Международной научно-технической конференции "Проблемы пластичности в технологии". Орёл, 1995 г.; на Меддународном научно-техническом симпозиуме "Моделирование и критерии подобия в процессах развитого пластического формоизменения", Орел', 1996 г.; на.ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (1982-1997 гг); на выездном заседании Головного Совета "Машиностроение" 'в Тульском государственном университете, 1997г.
Вклад автора в разработку процессов изотермического' и сверх
пластического деформирования быстрорежущих сталей отмечен бронзо
вой медалью ВДНХ (1987 г.), премией им. С.И.Мосина (1989 г.), .пре
мией "Наследники Демидовых" (1995 г.) и премией им. Н.Демидова
(1995 г.).' „
Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 41 печатной -гасоте, среди которых таблицы стандартных справочных данных, монография, авторское свидетельство и патент.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, тести разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Материал изложен на 254 страницах машинописного текста, содержит 138 рисунков, 35 таблиц и 250 наименований библиографического списка.