Содержание к диссертации
Введение
1. Влияние условий гидропрессования на процесс деформирования и свойства инструментальных сталей 9
1.1 Состояние разработок способов гидропрессования и устройств для их осуществления 9
1.2 Напряженно-деформированное состояние заготовки при гидропрессовании 19
1.3 Влияние холодного гидропрессования на структуру и свойства инструментальных сталей 30
1.4 Способы упрочнения сталей, сочетающие гидропрессование с термообработкой 39
Выводы и постановка задач исследования 45
2. Методика исследований процесса гидропрессования инструментальных сталей с противодавлением 42
2.1 Методика определения изменений тонкой структуры 47
2.2 Методика изучения напряженно-деформированного состояния заготовки 52
2.3 Установка и аппаратура 54
2.4 Методика анализа существующих способов гидропрессования с противодавлением 60
3. Изменение структуры сталей при холодном гидропрессовании и последующей термообработке 67
3.1 Изменение тонкой кристаллической структуры армко-железа при холодном гидропрессовании без противодавления 67
3.2 Изменение тонкой структуры матрицы инструментальных сталей 9ХС и Р6М5 75
3.3 Влияние противодавления на упрочнение матрицы стали Р6М5 85
3.4 Влияние последующей термообработки на тонкую структуру стали. Выводы 91
4. Напряженно-деформированное состояние заготовки при гидропрессовании с противодавлением и силовой режим процесса 98
4.1 Алгоритм расчета нпряженно-деформированного состояния заготовки в начальной стадии процесса гидропрессования 98
4.2 Результаты проверки алгоритма расчета напряженно-деформированного состояния заготовки в процессе холодного гидропрессования 106
4.3 Численное моделирование процесса гидропрессования инструментальных сталей без противодавления 117
4.4 Влияние противодавления на процесс деформирования. Выводы 124
5. Разработка нового способа гидромеханического прессования с противодавлением и технологии гидропрессования 136
5.1 Напряженно-деформированное состояние заготовки 136
5.2 Разработка установки для осуществления гидромеханического прессования с противодавлением 148
5.3 Технология холодного гидропрессования с противодавлением и ее внедрение 151
Общие выводы 157
Литература 159
Приложение 170
- Влияние холодного гидропрессования на структуру и свойства инструментальных сталей
- Методика анализа существующих способов гидропрессования с противодавлением
- Изменение тонкой структуры матрицы инструментальных сталей 9ХС и Р6М5
- Численное моделирование процесса гидропрессования инструментальных сталей без противодавления
Введение к работе
Среди основных задач, сформулированных в "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на І98І-І985гг. и на период до 1990м, стоит задача повышения технического уровня и качества продукции машиностроения.
Одним из перспективных процессов ОМД, позволяющих улучшить эксплуатационные свойства инструментов и способствующих решению указанных задач, является холодное гидропрессование /ХГП/ инструментальных сталей. Применение гидропрессования в сочетании с последующим высоким отпуском обеспечивает увеличение стойкости режущего инструмента в 1,5-2,5 раза. Однако, даже при благоприятных условиях формоизменения, создаваемых при ХТО, в объеме деформируемого материала возникают зоны растягивающих напряжений, которые могут служить источником появления различных дефектов деформированных заготовок. Противодавление позволяет повысить гидростатические сжимающие напряжения в очаге деформации и устранить возможность образования микропор и микротрещин. Высокие сжимающие напряжения обеспечивают повышение пластичности деформируемого металла и устранение зон растягивающих напряжений по объему заготовки. Вместе с тем, развитие ХГП с противодавлением и внедрение его в промышленность сдерживается отсутствием исследований особенностей процесса, а также надежных и простых в эксплуатации установок. Этим определяется актуальность работы, посвященной экспериментальному и теоретическому исследованию процесса ХГП с противодавлением; разработке способов и устройств .для его осуществления; изучению структурных изменений в матрице инструментальных сталей, связанных с их эксплуатационными свойствами при ХГП с противодавлением и последующей термообработке, а также внедрению полученных резуль-
татов в промышленность. Работа выполнена в соответствии с проблемой 0.16.04. ГКНТ СССР.
Целью работы является разработка нового способа ХГП с противодавлении и технологии получения заготовок инструментов с высокими стойкостными характеристиками, сочетающей ХГП с противодавлением и последующую термообработку.
В связи с этим ставились следующие задачи исследования:
Анализ существующих способов и устройств для осуществления ХГП с противодавлением и разработка нового способа.
Исследование напряженно-деформированного состояния заготовки при различных способах ХГП с противодавлением путем математического моделирования неустановившейся стадии процесса деформирования.
Определение изменений параметров субструктуры матрицы инструментальных сталей, связанных с их эксплуатационными свойствами, при ХГП с противодавлением и последующей термообработке.
Разработка технологии получения заготовок инструментов с высокими эксплуатационными свойствами, сочетающей ХГП и последующую термообработку; внедрение технологии в промышленность.
Научная новизна работы заключается в математическом моделировании процесса деформирования заготовки на неустановившейся стадии процесса холодного гидропрессования с противодавлением.
Определены нагрузки на инструмент и усилия деформирования. Исследована адекватность эксперименту данных расчета, получаемых при использовании шагового алгоритма расчета, применяемого в работе. Разработан новый способ ХГП с противодавлении и установки .для его осуществления; исследованы его особенности по сравнению с обычным гидропрессованием с противодавлением. Определены закономерности изменений характеристик тонкой структуры инструменталь-
ных сталей при ХГП с противодавлением и последующей термообработке.
Практическая ценность работы заключается в разработке нового способа ХГП с противодавлением, имеющего рдд преимуществ по сравнению с существующими, и установок для его осуществления. Определены технологические параметры процесса получения заготовок инструмента, обладающего высокими эксплуатационными свойствами, включающего ХГП с противодавлением и последующую термообработку. Алгоритм и программы моделирования неустановившейся стадии процесса ХГП с противодавлением могут применяться в условиях заводских вычислительных центров .для расчетов различных параметров процессов неустановившегося деформирования осесимметричных заготовок. Внедрение разработанных технологических процессов на предприятиях позволило получить экономический эффект 102 тыс.руб. в
ro-ri* Автор защищает:
Методику и результаты исследования процесса ХГП с противодавлением.
Методику проверки теоретического моделирования неустановившейся стадии процесса деформирования при ХГП с противодавлением.
Методику и результаты исследования изменений параметров тонкой структуры матрицы инструментальных сталей при ХГП с противодавлением и последующей термообработке.
Результаты разработки и исследования нового способа гидропрессования с противодавлением - гидромеханического прессования
с противодавлением.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, изложенных на ИЗ страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков и 2 таблицы, список литературы, включающий 97 наименований
и приложение, содержащее документы о промышленном внедрении.
В первой главе анализируется состояние разработок способов гидропрессования и устройств .для их осуществления,исследований по напряженно-деформированному состоянию заготовки,структуре и свойствам инструментальных сталей при холодном гидропрессовании, а также проводится сравнение различных способов упрочнения сталей, сочетающих гидропрессование с термообработкой.
Во второй главе изложены методики: а/ определения изменений тонкой структуры инструментальных сталей при ХГП с противодавлением и последующей термообработке;б/ изучения напряженно-деформированного состояния заготовки.Описаны используемые установки и аппаратура, а также приведена методика нализа существующих способов гидропрессования с противодавлением и ее реализация.
В третьей главе приведены результаты изучения изменения параметров тонкой структуры матрицы инструментальных сталей - размеров блоков и величины напряжений П рода- при ХГП с противодавлением и последующей термообработке.Получены зависимости исследуемых величин от степени деформации и величины противодавления.
В четвертой главе представлены теоретические основы численного моделирования процесса деформирования'на неустановившейся стадии ХГП с противодавлением, результаты проверки алгоритма расчета и моделирования процесса ХШ с различной величиной противодавления.
В пятой главе изложены результаты разработки нового способа ХГП с противодавлением и установок для его осуществления.Приводятся результаты изучения напряженно-деформированного состояния заготовок в предложенном процессе,а также технология получения заготовок инструментов с помощью холодного гидропрессования с противодавлением и последующей термообработки.
Сформулированы основные выводы по работе.
Основные результаты .диссертационной работы докладывались и обсуждались на П Всесоюзной конференции "Гидростатическая обработка материалов" /г.Донецк, 1981г./» на УІ, УП, УШ республиканских научных семинарах "Влияние высоких давлений на вещество" /пос.Кацивели, 1981г., г.Канев, 1982г., г.Киев, 1983г./, на научно-технических конференциях процессорско-преподавательского состава Киевского политехнического института /г.Киев, 1979-1982гг./ Основное содержание .диссертации изложено в 7 печатных работах.
Исследования структуры сталей при ХГП и последующей термообработке проводились в Институте металлофизики АН УССР; научный консультант - д.т.н., профессор Л.И.Лысак. Работы по созданию математического обеспечения и пакета прикладных программ .для математического моделирования процесса ХГП выполнялись при участии автора на кафедре сопротивления материалов КПИ под руководством к.т.н., доцента А.С.Цыбенко.
Влияние холодного гидропрессования на структуру и свойства инструментальных сталей
Развитие технологии обработки металлов давлением, одним из путей которого стало создание новых процессов с применением жидкости высокого давления, дало .значительный вклад в вопрос получения комплекса высоких механических свойств у различных сплавов при помощи пластического деформирования.
Высокие гидростатические сжимающие напряжения позволяют получать при холодном деформировании наклепанные материалы, сохраняющие сравнительно высокую пластичность[52-53J.
Многочисленные эффекты влияния деформирования при наличии гидростатических напряжений сжатия на структуру и свойства металлов и сплавов наблюдаются для многих материалов при различных их состояних [9, І5І.
В технологических процессах холодного гидропрессования инструментальных сталей, разработанных в ДФГИ АН УССР под руководством Ю.Ф.Черного, заготовки применяются в отожженном состоянии с твердостью НБ 235 . В этом состоянии горячекатанная быстрорежущая сталь состоит из т(_-раствора и карбидов: Леи » Ц.и » Пе Ьс Содержание карбидов по объему значительно; для стали Р6М5 оно составляет 28/0. Сорбитообразный перлит, наблюдаемый в этой стали, имеет концентрацию углерода около 0,2$.
Горячее деформирование при прокатке, которой подвергается лиз?ая быстрорежущая сталь, дробит сетку карбидов, образовавшуюся в слитке. Прутки, прокатанные на .диаметр 30 50 мм имеют поверхностную зону с равномерным распределением карбидов, соответствующим 2-3 баллу карбидной неоднородности глубиной 5 10 мм от поверхности. В прутках .циаметром 154-25 мм увеличение обжатия менее эффективно уменьшает карбидную неоднородность, которая для указанных размеров проката отвечает обычно баллу 2 и примерно одинакова по сечению.
Работы, проведенные в Донецком физико-техническом институте, позволили создать способ обработки инструментальных сталей Гбб], в основе которого лежит холодное гидропрессование. Установлено, что этот вид обработки позволяет снизить карбидную неоднородность горячекатанной быстрорежущей стали. Гидропрессование со степенью деформации 50% снижает балл карби.цной неоднородности до 2-го при исходном 4-м балле,карбида измельчаются, их распределение по объему становится более равномерным.
Количественный анализ дробления карбидов стали PI8 показал непрерывное уменьшение их среднего .диаметра с 3,3 мкм при увеличении степени деформации до 50%. Количество карбидов на площади шлифа I мм увеличивается со 180 до 410 [9J. Равномерное распределение деформаций по сечению прутка при гидропрессовании дает возможность равномерного дробления карбидов. Однако вместе с тем установлено, что снижение карбидной неоднородности ниже балла 2 затруднено в связи с сохранением строчечности расположения карбидов. Таким образом холодное гидропрессование особенно эффективно/с точки зрения воздействия на карбидную фазу/ для проката диаметром 40-50 мм и более. Для проката меньших диаметров, наряду с дроблением карбидов, улучшений эксплуатационных свойств можно достичь наклепом $С -фазы, стали. Как известно, холодное деформирование приводит к дроблению зерен металлов, увеличению плотности .дислокаций. Материал приобретает текстуру деформации. Инструментальные стали в результате холодного гидропрессования упрочняются достаточно интенсивно _2Ij. Большую роль в процессе упрочнения играет наклеп матрицы-перлита. Анализ упрочнения инструментальных сталей проводился в основном по исследованию изменения прочностных и пластических характеристик деформированных образцов. Как было сказано выше, достаточно глубоко проанализированы изменения в избыточной карбидной фазе. Параметры структуры матрицы деформированной стали, определяющие ее свойства, рассмотрены недостаточно. Так, в работе [5б] рассматривается изменение параметров тонкой структуры сталей УІ0А и Р6М5 в результате гидропрессования с различными степенями деформации. В результате сделан вывод о возрастании плотности .дислокаций с ростом степени деформации. Установлено также, что деформирование приводит к измельчению блоков зерна сталей. Полученные вуказанной работе данные недостаточны и неполны. Не исследована такая характеристика субструктуры, как остаточные напряжения П рода. Не выявлен характер изменения субструктуры по мере увеличения вытяжки. Явление возрастания плотности дислокаций с ростом степени холодной деформации известно. Вместе с тем известно Г 57-59], что размер субзерен связан с прочностью металлов и сплавов, а тонкая структура металлов, наряду с размером зерен, определяет его механические свойства.
В имеющихся в настоящее время работах 60, 6IJ получение комплекса высоких механических свойств металлов и сплавов при деформировании с наложением высоких всесторонних сжимающих напряжений объясняется формированием определенной тонкой кристаллической структуры. В частности, при гидропрессовании наблюдается падение пластических характеристик наклепанного материала на меньшую величину при одном уровне прочностных свойств, по сравнению с другими видами холодной деформации.
В работе ТбО] указывается, что деформация под давлением активирует процесс выстраивания" .дислокаций в стенки, что способствует образованию разиориентированной ячеистой структуры. Объем каждой ячейки имеет весьма малую плотность дислокаций, а "стенка" ячейки может выполнять роль границы зерна. Такая ячеистая структура формируется интенсивнее с ростом величины гидростатического давления.
Методика анализа существующих способов гидропрессования с противодавлением
Изменение структуры сталей при холодном гидропрессовании происходит за счет определенного деформированного состояния заготовок при соответствующих ему напряжениях.
Из анализа исследований напряженно-деформированного состояния заготовок в процессе гидропрессования и методов его осуществления, проведенного в первой главе, следует, что для определения важнейших характеристик состояния заготовки при деформировании, а также разработки различных способов гидропрессования с противодавлением, необхо.цимо создание численной модели начальной стадии формоизменения. Ее базой может быть метод конечных элементов в сочетании с решением задачи путем последовательных приращений нагрузки на деформируемое тело. Создание теоретической модели процесса позволит эффективно провести работу как по определению технологических возможностей различных схем гидропрессования с противодавлением, так и нагрузок на оснастку, что необходимо .для ее конструирования. Как отмечалось выше, расчет параметров напряженно-деформированного состояния заготовок в неустановившейся ста.ции процесса гидропрессования позволит определить усилия, необходимые для осуществления процесса, соответствующие им контактные напряжения на поверхности матрицы, а также значения компонент тензоров напряжений и деформаций. Эта информация достаточна .для всестороннего описания процесса формоизменения и поэтому может быть одной из основ создания нового процесса гидропрессования и оптимизации существующих способов.
В связи с этим в работе делается попытка теоретического моделирования процесса упруго-пластического деформирования заготовки в неустановившейся стадии гидропрессования на базе метода конечных элементов. За основу программ, реализующих "шаговый" алгоритм расчета, описывающий последовательный рост давлений на заготовку, принимается модернизированный комплекс программ "Термоупругость" ГэсП. В процессе счета осуществляется численное решение вариационной задачи минимизации функционала работ всех сил, действующих при деформировании тела. Теоретические основы и блок-схема алгоритма представлены ниже. Расчеты выполняются на ЭВМ ЕС-І035 в системе ДОС ЕС.
Ранее было показано, что холодное гидропрессование обеспечивает высокую равномерность распределения деформаций по объему заготовки, осуществляется при сравнительно низких значениях усилий и позволяет получать деформированные прутки без трещин и дефектов при определенных оптимальных условиях. К ним относятся малый угол конуса матрицы = 20 и наличие эффективной смазки. Последнее обеспечивается путем фосфатирования заготовок с последующим омыливанием. В соответствии с этим с расчетах коэффициент трения на поверхности матрицы принимается равным 0,06 [9IJ , а .двойной угол конуса матрицы - 20.
Особое внимание в работе уделяется проверке соответствия данных, полученных с помощью теоретического расчета, экспериментальным данным. Очевидно, что для ее проведения необходимо сопоставить теоретические и экспериментальные значения напряжений и деформаций. Поскольку расчет упруго-пластического деформирования производится при относительно малых значениях перемещений и усилий, в качестве проверочного следует использовать процесс, при проведении которого можно точно записать исследуемые параметры. Вследствие этого проверка расчетов выполняется на примере процессов осадки и редуцирования, осуществляемых на специально разработанной установке, оснащенной высокоточными датчиками перемещений и усилий. Произво.цится также сравнение экспериментальных и расчетных значений усилий для случая холодного гидропрессования без противодавления. При моделировании процесса осадки .для двух предельных вариантов трения на торце заготовки сравниваются кривые "перемещение- усилие", картины распространения зон пластических деформаций, изменение формы боковой поверхности заготовки. Для случая осадки с минимальным трением на торце заготовки выполняется выточка, ограниченная буртиком, в которую заливается парафин ]_92j. Для экспериментального моделирования максимального трения применяются образцы с коническими окончаниями и соответствующие им плиты для осадки /рис.2.2 а, б/. Диаметр и .длина образцов соответственно равны 10 мм и 20 мм.
Построение расчетных кривых "перемещение - усилие" .для процессов холодного гидропрессования и редуцирования позволяет определить ошибку в теоретических значениях величины усилия деформирования по сравнению с экспериментом. В отличие от осадки, схемы напряженно-деформированного состояния металла в этих процессах близки случаю холодного гидропрессования с противодавлением.
Изменение тонкой структуры матрицы инструментальных сталей 9ХС и Р6М5
Вытягивание стержнеобразных блоков и зерен сопровождается уменьшением их поперечного сечения, а при степени деформации более 50% они разрываются на части, что видно на рис.3.I. Процесс дробления сопровождается релаксацией внутренних напряжений /рис.3.5/.
На основании полученных данных об изменении структуры железа можно объяснить изменение его твердости при гидропрессовании в зависимости от степени деформации /рис.3.б/. Как известно, изменение твердости характеризует уровень упрочнения металла, достигаемый при холодной деформации.
Сильное упрочнение при малых деформациях / 13%/ можно объяснить главным образом интенсивным дроблением блоков и зерен. В этом интервале деформаций зерна уменьшают свой размер в среднем в 2 раза, а блоки- более чем в 100 раз. Менее интенсивное упрочнение при дальнейшем повышении степени деформации происходит, в основном, за счет повышения внутренних напряжений в микрообластях. При этом блоки не претерпевают дробления, а разворачиваются и вытягиваются в направлении деформирования, что не приводит к упрочнению материала. Изменение микротвердости при дальнейшем увеличении степени деформации связано с наложением двух процессов: дробления блоков, упрочняющего металл и уменьшением унутренних напряжений, разупрочняющим железо.
Таким образом, можно отметить, что при увеличении степени холодного гидропрессования армко-железа наблюдаются чередование процесоов упругой деформации и разворота блоков с их дроблением, Соответственно этому изменяется и уровень напряжений П рода -рост величины напряжений П рода сменяется ееуменыпением при дроблении блоков.
Инструментальные стали 9ХС и Р6М5 имеют более сложный химический состав по сравнению с технически чистым железом. Их структуру составляет зернистый перлит в сочетании с карбидами. Как отмечено выше, указанные стали могут содержать в своем составе по объему до 11$ карбидов в стали 9ХС и до 28$ карбидов в стали Р6М5.
В состоянии поставки рассматриваемые стали представляют собой горячекатанные отожженные прутки. Горячая прокатка не позволяет устранить карбидную неоднородность, получаемую в литой стали Р6М5. Сталь 9ХС по сравнению с быстрорежущей имеет незначительную карбидную неоднородность.
Таким образом очевидно, что в этих сплавах при холодном деформировании может происходить наклеп с?С-фазы - перлита на-раллельно с дроблением карбидных фаз. Эти процессы могут протекать совместно, однако упрочнение перлита при холодном деформировании достигается и без значительного изменения размеров и распределения карбидов, как было установлено в работах Ю.Ф.Черного с сотрудниками в ДонШГИ АН УССР.
Результаты экспериментов по изучению изменений характеристик субструктуры армко-железа при увеличении степени холодного гидропрессования, изложенные в параграфе 3.1,позволили определить общие закономерности изменения изучаемых параметров субструктуры матрицы сталей.
Матрица исследуемых инструментальных сталей содержит перлит, Следует ожидать, что общие закономерности ее упрочнения совпадают с выявленными выше закономерностями. Однако известно M54], что основной легирующий элемент - хром, присутствует в отожженной стали 9ХС главным образом в цементите, а кремний значительно упрочняет феррит; в быстрорежущих сталях е -фаза представляет собой рС-твердый раствор, в котором находится около 50$ хрома, содержащегося в стали, в также другие легирующие элементы. Этим фактором, очевидно, будут обуславливаться отличия механических свойств #(, -фазы трех рассматриваемых сплавов, а следовательно, и ее поведение при холодном деформировании гидропрессованием.
В экспериментальных исследованиях изучались стали Р6М5 / С =0,8556, Сг =4,156; V/ =656; V =1,96; Мо =556; Si =0,456; Нґї =0,356/ и 9ХС/ С =0,956; Л" =1,2556; /Й?=0,35$; #" =1,2%/в состоянии поставки - горячекатанные отожженные прутки .диаметром 22 мм. Изменение степени деформации достигалось за счет различных исхо.цных .диаметров заготовок и постоянного .диаметра канала матрицы,
Гидропрессование проводилось по степеням деформации 5$; 13$; 25%; 50$; и 58$ по технологии, описанной выше.
С целью описания изменения общей плотности дислокаций сталей была исследована зависимость ширини линии J3 отражения плоскости /220/,исправленная на /С .дублет и геометрию съемки/рис.3.7 и 3,8/ от степени холодного гидропрессования, Можно отметить,что величина jS , как в исходном состоянии, так и при всех степенях деформации .для инструментальных сталей выше, чем у армко-железа.
Полученные зависимости показывают, что для инструментальных сталей характер изменения общей плотности .дислокаций имеет общие закономерности по сравнению с армко-железом. Интенсивное увеличение В происходит при малых степенях деформации.
Численное моделирование процесса гидропрессования инструментальных сталей без противодавления
Вытягивание и разворот блоков в направлении оси заготовки заканчивается их дроблением. При сравнении зависимостей Ъ . Для инструментальных сталей и армко-железа можно сделать вывод, что велвдина среднего размера блоков матрицы инструментальных сталей изменяется аналогично величине блоков армко-железа, т. е. вытягивание и разворот блоков чередуются с их дроблением.
Необходимо также отметить, что блоки армко-железа наиболее "пластичны", они вытягиваются до размера 8,5 Юм, меньшего размера достигают блоки стали 9ХС - 5,5 І(Гм, а в стали Р6М5 максимальный размер блоков не превышает 3,7 10 м. Для армко-железа и стали 9ХС наблюдаются две ступени дробления блоков: при 20$ и 50$. Для стали Р6М5 первая ступень дробления субструктуры проходит при = 13$, вторая - при =50$,а при 5блоки снова вытягиваются. Таким образом при холо.цном гидропрессовании инструментальных сталей процесс дробления суб-зеренной структуры сС-фази процесс немонотонный. Общие закономерности изменения размеров блоков в зависимости от степени деформации аналогичны в инструментальных сталях и армко-железе. Различие между рассматриваемыми материалами заключается в следующем: при малых деформациях минимальные предельные размеры блоков в сталях меньше, чем в армко-железе. Это согласуется с тем, что прочностные свойства сталей выше, чем железа. Если в железе измельчение блоков продолжается до =25$, то в сталях это происходит только до =13$. Можно также сказать, что общая закономерность дробления субзеренной структуры выражается в ступенчатом уменьшении размеров блоков с ростом степени деформации. Блоки вытягиваются до того момента, при котором напряжения, возникающие в микрообластях достигают величины, достаточной для их разрушения. После каждой ступени дробления субструктура становится более мелкодисперсной. Этот процесс повторяется до того момента, пока блок не достигнет некоторой критической величины, свойственной его природе [57].
В соответствии с изменением размеров блоков в результате их дробления и формоизменения при пластической деформации происходит изменение величины напряжений П рода. В матрице стали 9ХС во всем исследуемом интервале деформаций наблюдается рост напряжений. Как и в технически чистом железе, при степенях деформаций до 2Ь% напряжений П рода интенсивно увеличиваются. При степени деформации = 50$ напряжения увеличиваются незначительно, а при _= 58$ наблюдается следующая ступень интенсивного роста напряжений в микрообластях. Рис.З.П-3.12.
В матрице стали Р6М5 изменение величины напряжений П рода более тесно связано с процессами дробления, разворота и вытягивания блоков. Форма кривой зависимости (Г- отражает ход кривой ф -_ . Это можно объяснить несколько иными свойствами оС -твердого раствора матрицы стали Р6М5, сравнительно с более "пластичной" оС -фазой 9ХС, в связи со значительным количеством растворенных в нем легирующих элементов. Определенную роль играет также наличие значительного количества карбидных фаз, более твердых и прочных по сравнению с матрицей. Они играют роль барьеров в проецессе .движения дислокаций и снижают, вероятно, величин деформаций блоков оС -фазы до разрушения, приводя к их дроблению при достижении соответствующих напряжений и деформаций. Дробление блоков в этом случае приводит к значительной релаксации напряжений П рода в заготовке после холодного гидропрессования, а рост напряжений достигается при увеличении степени деформации на следующую ступень.
Полученные данные подтверждают высказанное предположение о последовательности изменения характеристик тонкой структуры при холодном деформировании гидропрессованием технически чистого железа. При гидропрессовании с малой степенью деформации энергия деформирования затрачивается не только на дробление блоков, но и на увеличение уровня внутренних напряжений П рода. При деформациях 13$ вытягивание и разворот блоков связаны с увеличением напряжений П рода. При дроблении блоков напряжения релаксируют. В описываемых экспериментах лишь .для стали 9ХС деформация при = 58 , т.е. . 13$ привела к частичному дроблению блоков и в то же время позволила получить более высокие напряжения П рода.
Для иллюстрации связи механических свойств инструментальных сталей с изменением характиристик тонкой структуры была исследована микротвердость стали Р6М5 по сечению гидропрессованной заготовки. Зависимость среднего значения величины микротвердоети от степени деформации прутка при холодном гидропрессовании показана на рис.3.13.
Интенсивное повышение микротвердости после холодного гидропрессования со степенью деформации Ъ% можно объяснить дроблением блоков и одновременным повышением напряжений П рода. При дальнейшем увеличении степени деформации наблюдаются процессы, действующие в противоположных направлениях на изменение микротвердости: изменение размеров блоков без их дробления и понижение внутренних напряжений способствует уменьшению микротвердости, а увеличение напряжений и измельчение блоков приводит к ее росту.
Похожие диссертации на Исследование процесса холодного гидропрессования инструментальных сталей с противодавлением
