Совершенствование методики оценки пригодности сталей с заданными технологическими и эксплуатационными свойствами для изготовления деталей холодной высадкой Шибаков Ростислав Владимирович

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Анализ теоретических и экспериментальных методов оценки и обеспечения пригодности сплавов для бездефектного изготовления пластической деформацией деталей с заданными эксплуатационными свойствами 10

1.1. Методы исследования пластических свойств металлов и сплавов и определение их пригодности для изготовления деталей холодной пластической деформацией. 12

1.2 Закономерности и критерии разрушения сталей при пластической деформации . 21

1.3. Связь структуры сплавов с комплексом физико-механических и технологических свойств. 29

1.4. Технологические методы управления структурообразованием в сплавах. 36

ГЛАВА 2. Материалы и методы исследований 44

2.1. Выбор материалов исследования. 44

2.2. Экспериментальные методики.

ГЛАВА 3 Разработка методики оценки пригодности сталей к холодной высадке 61

3.1. Феноменологическая модель разрушения материалов при холодной пластической деформации 61

3.2 Влияние накопленной при холодной деформации «поврежденности» на механические свойства сталей после термообработки . 71

3.3 Разработка методики оценки пригодности сталей и сплавов для конкретных условий изготовления деталей холодной высадкой.

ГЛАВА 4. Влияние маршрутов и режимов деформационного и теплового воздействия на комплекс технологических и эксплуатационных свойств сталей для холодной высадки. 94

4.1. Формирование свойств металлов в системе их производства и потребления. 95

4.2. Влияние маршрутов и режимов тепловой и деформационной обработки на технологические свойства сталей для холодной высадки . 99

4.3 Реализация результатов работы по оценке пригодности сталей для производства холодной высадкой деталей крепежа повышенной прочности. 110

4.4. Обоснование выбора стали для безотходного получения кольцевых деталей. 117

Основные результаты и выводы 122

Список литературы

• Закономерности и критерии разрушения сталей при пластической деформации
• Технологические методы управления структурообразованием в сплавах.
• Влияние накопленной при холодной деформации «поврежденности» на механические свойства сталей после термообработки
• Влияние маршрутов и режимов тепловой и деформационной обработки на технологические свойства сталей для холодной высадки

Введение к работе

Актуальность работы. Изготовление деталей машин технологическими процессами, основанными на холодной пластической деформации позволяет удачно сочетать высокую производительность с низкой себестоимостью производства, обеспечивать ресурсосбережение и хорошие эксплуатационные свойства получаемых изделий. Холодная объемная штамповка (ХОШ) и ее разновидность холодная высадка (ХВ) успешно применяются при изготовлении деталей из низкоуглеродистых сталей. Однако производство ХВ деталей крепежа повышенной прочности требует применения среднеуглеродистых легированных марок сталей и приводит к производственным проблемам из-за возникающего брака по разрушению и низкой стойкости штамповочного инструмента, что обусловлено недостаточной пластичностью этих сталей и высоким сопротивлением деформации. Наличие этих проблем вызывает необходимость разработки методов более тщательной оценки технологических свойств указанного класса сталей и выработки обоснованных рекомендаций по корректировке маршрутов и режимов подготовки сталей до требуемого уровня улучшения структуры и технологических свойств. Полное использование ресурса свойств сталей - актуальная, научно-значимая задача создания интенсивных, ресурсосберегающих технологий производства деталей машин повышенной эксплуатационной надежности.

Цель работы: Формирование в среднеуглеродистых, малолегированных сталях тепловой и деформационной обработкой заданного комплекса технологических и эксплуатационных свойств для производства крепежных изделий повышенной прочности на основе совершенствования методики оценки их пригодности к холодной высадке.

Задачи исследования, поставленные в работе:

Выявить основные факторы: физико-механические свойства, параметры макро- и микроструктуры в сталях для холодной высадки деталей крепежа регламентирующие требуемый уровень технологических свойств для бездефектного изготовления деталей с экономически целесообразной стойкостью штампового инструмента, а также заданный комплекс эксплуатационных свойств деталей;

Разработать методику прогнозирования разрушения сталей, основанную на оценке уровня накопленной при пластической деформации поврежденности для различных технологических процессов холодной высадки;

Разработать методику определения пригодности сталей на основе прогнозирования их упрочнения и разрушения в конкретных условиях изготовления деталей холодной высадкой;

Исследовать влияние технологических маршрутов и их термомеханических параметров, на микроструктуру, технологические и эксплуатационные свойства сталей для производства деталей крепежа повышенной прочности;

Провести апробацию полученных результатов в производственных условиях изготовления крепежа повышенной прочности

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Обосновано, что наиболее полно технологические свойства сталей характеризуются совокупностью диаграмм пластичности и упрочнения представляющих зависимости накопленной до разрушения степени деформации от показателя схемы напряженного состояния при испытании и деформационного наклепа от степени деформации. Сопоставление этих зависимостей штампуемого металла с эволюцией аналогичных параметров в деформируемой заготовке позволяет оценить величину и распределение поврежденности металла и деформационного наклепа, а соответственно, определить пригодность данного материала для конкретных условий изготовления деталей холодной высадкой;

2. На основе гипотезы суммирования повреждений и линейного закона их накопления при холодной пластической деформации разработана методика оценки поврежденности , учитывающая пластические свойства стали, путь ее деформирования, стохастичность изменения этих параметров, позволяющая определять предельно допустимую степень деформации при изготовлении деталей холодной высадкой;

3. Показано, что приемлемым для восстановления прочностных и пластических свойств холоднодеформированных сталей после рекристаллизационного отжига является диапазон поврежденности 0,15<<0,7: при >0,7 наблюдается интенсивное падение значений этих свойств коррелирующее с аналогичным изменением плотности образцов вследствие образования при холодной деформации пористости не устраняемой отжигом; при 0,07<<0,15 снижение этих свойств обусловлено аномальным ростом зерна (при критической деформации);

4. Разработана методика определения пригодности сталей, основанная на оценке поврежденности и технологического наклепа, позволяющая обоснованно выбирать марки сталей, использование которых обеспечивает требуемый уровень технологических и эксплуатационных свойств при конкретных условиях изготовления и эксплуатации деталей получаемых холодной высадкой;

5. Комплексно исследовано влияние деформационных и температурно-временных параметров маршрутов производства проволоки для холодной высадки деталей крепежа повышенной прочности. Разработаны регрессионные модели связи режимов прокатки, холодной калибровки и сфероидизующего отжига с комплексом прочностных и пластических свойств стали, установлено, что наиболее значимое влияние на свойства оказывают температура конца горячей прокатки, суммарная деформация при холодной калибровке, температура и время сфероидизующего отжига.

Практическая ценность диссертации заключается в следующем:

6. Разработаны рекомендации по режимам подготовки среднеуглеродистых малолегированных сталей для изготовления холодной высадкой деталей крепежа повышенной прочности, обеспечивающие повышение пластических свойств и снижение нагрузок на штамповый инструмент;

7. Предложен способ оценки пригодности стали к холодному деформированию (получен патент на изобретение RU №2568887) о выдаче патента на изобретение).

8. Предложен метод и устройство для определения предельных деформаций при сжатии высоких образцов с h₀/d₀>2 (получен патент на изобретение RU №2183528);

9. На основании расчетов по разработанным методикам выбраны стали и спроектирован безотходный технологический процесс холодного поперечного выдавливания кольцевых деталей (получен патент на изобретение RU №2163853), а также разработан технологический процесс холодной высадки высокопрочных болтов (класс прочности 8.8 и более) с технологическим деформационным упрочнением без применения заключительной термообработки.

Достоверность результатов, представленных в диссертационной работе,
подтверждается использованием современного и поверенного лабораторного
оборудования, стандартных методов контроля тепловых и деформационных
параметров, структуры и свойств сплавов, повторяемостью результатов,
согласованностью теоретических и экспериментальных данных, применением
современных статистических методов обработки экспериментальных данных,
положительными результатами использования полученных данных в

технологических процессах холодной высадки.

Личный вклад автора состоит в постановке задач, организации и проведении теоретических и экспериментальных исследований, анализе и обобщении результатов исследований, опытно-промышленной апробации, сопоставлении полученных результатов с данными информационных источников, формулировании выводов, подготовке к публикации заявок на изобретения и научных статей.

Реализация результатов работы. Рекомендации по совершенствованию режимов термомеханической подготовки сталей к холодной высадке используются в производстве деталей крепежа на предприятиях ОАО «КАМАЗ» и ООО «Сатурн». Методики прогнозирования разрушения и выбора марок сталей используются при проектировании новых и совершенствовании действующих технологических процессов холодной высадки на этих же предприятиях, а также в учебном процессе в Набережночелнинском институте К(П)ФУ при курсовом и дипломном проектировании и изучение дисциплин «Материаловедение», «Технология конструкционных материалов»

Апробация работы. Основное содержание работы опубликовано в рецензируемых журналах, сборниках трудов, изобретениях, обсуждалось на

международных научно-технических конференциях «Образование и наука производству (г. Набережные Челны 2010 г.)», Межрегиональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «III Камские чтения» (г. Набережные Челны, 2011 г.), «Международной научно-технической конференции «Инновационные машиностроительные технологии и материалы – 2013 (МНТК «ИМТОМ» - 2013, 2014, 2015 г. Казань)», Международной научно-технической конференции «Современные металлические материалы и технологии (СММТ 15), Санкт-Петербург. – 23-27 июня 2015».

Публикации. По теме диссертации опубликована 21 печатная работа, из них 8 статей в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, 3 статьи в Scopus, 7 тезисов докладов, получены 3 патента на изобретения.

Структура и объем работы. Работа состоит из ведения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников, включающих 164 наименования, приложения. Диссертация изложена на 142 страницах, содержит 38 рисунков, и содержит 14 таблиц.

Закономерности и критерии разрушения сталей при пластической деформации

Зависимость ( ) – принято называть диаграммой пластичности. Диаграмма пластичности наиболее полно характеризует пластические свойства материалов и их технологическую пригодность для изготовления деталей машин ХОШ [6;11].

Для построения диаграмм пластичности используются различные испытания (сжатие, кручение, растяжение, и.т.п.) привлечение того или иного испытания диктуется в основном интервалом изменения в анализируемом процессе. Однако выбранные виды испытания по возможности должны обеспечивать: - неизменность в процессе деформирования величины показателя напряженного состояния; - возможность точной фиксации момента и места разрушения образца и определение предшествующей разрушению степени деформации; - постоянство и соответствие анализируемому процессу значений коэффициента для всего диапазона исследуемых значений -; - идентичность температурно-скоростных и прочих условий испытания условиям того технологического процесса, для анализа которого будет использована диаграмма пластичности. Только выполнение перечисленных требований позволит рассматривать диаграммы пластичности как универсальную характеристику пластических свойств материала.

Наиболее распространенные виды испытаний и расчетные зависимости для определения параметров диаграмм пластичности приведены в таблице 1 (приложение 1).

В большой степени требованиям предъявляемым к построению диаграмм пластичности удовлетворяют схемы испытаний 7,8,9,10,11 (из таблицы 1), т.к. в них удается поддерживать неизменным в процессе испытания значение К. В схеме испытания 7, это достигается тем, что для различных K=const заданной осевой деформации обеспечивают закрутку образца на угол сдвига а рассчитанный по зависимости [3, 11]

Недостатком схемы 7, являются технические сложности поддержания заданного угла сдвига в зависимости от . Кроме того схема испытаний 7 может быть использована только для материалов не образующих при растяжении, вплоть до разрушения, шейку.

Наиболее корректными являются испытания кручением по схемам 8,9,10, т.к. при деформировании вплоть до разрушения не происходит искажения геометрической формы образца и значения K остаются практически постоянными. Однако при кручении сплошных образцов имеется значительный градиент деформаций в поперечном сечении, это отражается на величине разрушающей деформации. Указанного недостатка лишена схема испытания 9, где используются трубчатые образцы.

Исследование пластичности материалов в области «жестких» K1 схем напряженного состояния базируется на испытаниях основанных на растяжение образцов – соответственно схемы испытаний 1,2,3,4,5. Общим недостатком этих испытаний (за исключением схемы 1) является непостоянство на стадии локализованной деформации значений показателя K. Поэтому при определении точки на диаграмме пластичности необходимо рассчитывать среднее за процесс испытания значение K.

Для определения пластичности материалов в интервале значений -1K1 следует использовать схемы испытаний соответственно 6,7,8,9,10,11,12.

Исследование пластичности при «мягких» схемах напряженного состояния K -1 может быть проведено только при использовании гидростатического сжатия. Этому условию отвечают схемы испытаний соответственно 6,10,13, причем схема 13 может быть использована в основном для хрупких материалов.

Наиболее «чистым» видом испытания является схема испытания 10, т.к. искажения формы образца при деформировании не происходит и значения K остаются постоянными.

При испытаниях по схеме 12, наблюдается значительное изменение в процессе испытания величины K, что существенно осложняет расчет предельных деформаций. Определение значений р и K ведется по методике суть которой состоит в измерении в процессе осадки размеров координатной сетки нанесенной на боковую поверхность образца и расчете р и К по зависимостям типа (1,18), (1,19) из таблицы 1 [6,11] Зависимость K от (б) и от h/h0 (а) в зоне экваториального сечения бочки при осадке для различных значений параметра h0/d0: 1-2,0; 2-1,8; 3-1,5; 4-1,3; 5-1,2; 6-1,0.

Дальнейшее усовершенствование методики определения и K на экваториальном сечении боковой свободной поверхности образца при осадке заключается в выявлении единой кривой K=K(), отображающей влияние кривизны бокового контура на параметр K при этом, как отмечается в [11], не имеет различия в холодном или горячем состоянии проводится испытание образцов.

Для использования данной методики следует по ходу осадки образцов фотографировать контур бочки и определять кривизну боковой поверхности по формуле [6]:

Радиус контура бочки R определяется на участке протяженностью в одну четверть текущей высоты образца После вычисления , по диаграммам K=K(); ( ), (ключ к использованию показан стрелками на рис 1.2.), определяют значения K и . При выборе видов испытаний для построения диаграмм пластичности следует обращать внимание на значение показателя Лоде , который реализуется в анализируемом технологическом процессе. На рис 1.3 представлена зависимость пластичности сталей Х18Н10Т, ШХ15, ст. 45 от характеристик напряженного состояния из которых вытекает существенность и неоднозначность влияния параметров на пластичность р. Следовательно достоверность прогноза разрушения может быть гарантирована только в том случае, если значения параметра в схемах испытаний, используемых при построении диаграмм пластичности, и в анализируемом процессе – совпадают или близки.

Технологические методы управления структурообразованием в сплавах.

В машиностроении все более широкое распространение получают без- и малоотходные технологические процессы изготовления крепежных и т.п. изделий. Повышается уровень требований к эксплуатационным свойствам, в частности, к прочности. Высокопрочные крепежные изделия класса прочности 10.9 (в800 МПа) изготавливается из углеродистых, малолегированных сталей типа 16ХСН, 19ХГН, 20ХП2М, 25ХГТ, 30ХГТ, 35 селект, 38ХА, 38ХГНМ, 40Х, 40ХН2МА.

Большие степени деформации (до 70%-90%) необходимые для изготовления крепежных изделий холодной высадкой обуславливают жесткие требования к качеству металла, его структуре и свойствам, прежде всего это относится к пластическим свойствам, состоянию поверхности, микро- и макроструктуре [97, 98, 99].

Стали используемые для производства высокопрочного крепежа (класса прочности 8.8 и выше) с содержанием углерода выше 0,35% и легирующих элементов (хром, марганец, никель, титан и др.) относятся к разряду труднодеформируемых в холодном состоянии [98, 100]. Их эффективное применение (штамповка без брака по разрушению при экономически целесообразной стойкости инструмента) возможна только на основе тщательной оценки технологических возможностей сталей, применительно к конкретным условиям изготовления, характеризуемым эволюцией показателей напряженно 45 деформированного состояния (НДС). Технологические свойства сталей для холодной высадки формируются на различных этапах металлургического цикла (выплавка, разливка, горячая прокатка), а также непосредственно на обрабатывающем предприятии при подготовке стали (калибровка, отжиг, фосфатирование поверхности и т.п.) к штамповке крепежных изделий. Целенаправленное улучшение технологических и эксплуатационных свойств сталей, обоснование выбора той или иной марки стали исходя из конкретных условий изготовления обуславливает необходимость определения физико механических параметров сталей на различных этапах производства и потребления. Для этих целей в работе использованы различные экспериментальные и аналитические методы исследования пластичности, упрочнения сталей и параметров НДС в процессе высадки.

В качестве исследуемых материалов были выбраны труднодеформируемые стали для холодной высадки высокопрочного крепежа сталь 35 селект (ТУ 14-1-25-27-28) стали 38ХГМА, 40ХН2МА, 40Х (ГОСТ 4543-88)

Технологические возможности позитивного влияния металлургического передела (выплавка, горячая прокатка) на свойства сталей регламентирующие е штампуемость оценивались на основе собранного на предприятиях ОАО «КамАЗ», ОАО «Автонормаль» информационного массива по стали 35 селект. Вариации е химического состава приведены в таблицах 2.2, 2.3

Исследовались также перспективные для получения высокопрочного крепежа боросодержащие стали 17Г2Р, 20Г2Р [101]. Стали для исследований на металлургических заводах производились как по традиционной схеме производства (разливка в слитки, зачистка поверхности слитка и подката), так и на установках непрерывной разливки (УНРС) после выплавки в дуговых электропечах.

Анализ элементов серных отпечатков после их травления показал удовлетворительную макроструктуру. Внутренние дефекты незначительны и представлены в виде единичных ликвационных полосок и слабовыраженной осевой химической неоднородностью не выше 1,5-2 баллов. Загрязненность плавок незначительна 0,0025-0,007%. Это включения простых и сложных по составу окислов и сульфидов.

Металл после разливки подвергался горячей прокатке на стане «750» на квадрат 100 100 мм, затем на стане «280» прокатывали на диаметр 16 мм. Микроструктура металла в горячекатаном состоянии состоит из феррита и пластинчатого перлита. Величина действительного зерна 6-8 балл (ГОСТ 639-82), толщина обезуглероженного слоя не превышала 0,05 мм (Рис 2.1).

Микроструктура сталей (х100): а) 40ХН2МА; б) 35 селект; в) 38ХГМА; г)40Х, в состоянии поставки – горячекатаная температура конца прокатки 1010-10300С. 2.2. Экспериментальные методики.

Определение механических свойств. Оценку влияния маршрутов и режимов ТМО и ТО на технологические и эксплуатационные свойства проводили с использованием механических испытаний на растяжение [102]. Определялись: предел прочности; условный предел текучести; относительное удлинение; относительное сужение. Из исследуемых сталей в состоянии поставки, после ТМО и ТО изготавливались цилиндрические образцы (рис. 2.2) в соответствии с ГОСТ 1497-84.

Испытание на растяжение проводили на прессе ZD 100 оснащенном устройствами для растяжения, сжатия и изгиба и силоизмерителем с записью текущего значения силы. Температура проведения испытаний составила 200С, скорость деформации =0,00075с.

Влияние накопленной при холодной деформации «поврежденности» на механические свойства сталей после термообработки

Экспериментально установлено, что при холодном деформировании после образования шейки, касательная (линия 3, рис. 3.14) к кривой упрочнения о, (А{) практически может заменить кривую [135]. Поэтому для построения кривой упрочнения достаточно определить следующие показатели свойств: предел текучести исходного материала os; временное сопротивление ств и равномерное сужение Лу. Перечисленные показатели являются характерными точками на кривой упрочнения. Участок до образования шейки - это кривая плавно соединяющая точку crs с точкой (рис. 3.14). Участок после образования шейки может быть с приемлемой точностью заменен касательной, проходящей через точку В.

Большинство материалов при растяжении разрушается раньше, чем полностью исчерпывается площадь поперечного сечения 0 Ч 1. По мере роста холодной деформации пластичность уменьшается. Вначале это происходит за счет равномерной деформации у после чего происходит локализация и деформация сосредотачивается в некотором микрообъеме вплоть до наступления в нем разрушения образца.

Если материал наклепать до растяжения волочением на степень деформации при : у, то в результате упрочнения, равномерное удлинение уменьшится у у-є1, локализованное удлинение останется прежним , предел текучести повысится . Кривая упрочнения укоротится и примет вид (кривая 4 на рис 3.14). При наклепе например выдавливанием до деформации равной єп= у равномерное удлинение при растяжении будет отсутствовать, полное удлинение уменьшится на величину є11, а предел текучести станет равным истинному напряжению в шейке. Кривая упрочнения (кривая 6 рис. 3.14) также укоротится на величину П При приложении к предварительно наклепанному волочением образцу нагрузки обратного знака (сжатие), вследствие проявления эффекта Баушингера происходит некоторое разупрочнение материала с уменьшением предела текучести (TSБ CTS. Кривая упрочнения (кривая 5, рис. 3.14), построенная по результатам испытания на сжатие вначале будет ниже кривой упрочнения - 4 построенной при растяжении, а впоследствии она будет проходить выше, когда влияние эффекта разупрочнения нивелируется.

Аддитивность логарифмической деформации позволяет вычислить по кривым упрочнения предел текучести (Ts наклепанного материала, когда наклеп производится последовательно на различных переходах (например калибровка подката волочением и последующее выдавливание). Для выявления механических свойств в этом случае необходимо вычислить интенсивность деформаций при каждом переходе, сложить их, после чего на кривой упрочнения 2 (рис. 3.14) определить интенсивность напряжений, соответствующую суммарной интенсивности деформаций. Это и будет пределом текучести наклепанного на всех переходах материала.

При другом сочетании переходов штамповки (волочение-осадка) следует пользоваться кривой упрочнения 5 - учитывающей эффект Баушингера, проявляющийся при смене направления нагрузки с растяжения при волочении на сжатие при осадке.

На рис. 3.15, приведены кривые упрочнения сталей 40ХН2МА и перспективной для производства крепежа повышенной прочности двухфазной феррито-мартенситной стали 06ХГР [136]. Стали после горячей прокатки и холодной калибровки с обжатием 18-25% подвергались термообработке. Сталь 40ХН2МА: отжигу на зернистый перлит.

Проволоку на стали 06ХГР нагревали в проходной печи до 760К7 0 , выдерживали» 10 мин, подстуживали на воздухе 650-700оС, охлаждали в воде обеспечивая получение феррито-мартенситной структуры.

Влияние холодной калибровки горячекатанного подката на положение кривых упрочнения феррито-мартенситной стали 06ХГР (0.04-0.08% С; 1.1-1.3%Мn; 0.17-0.45%Si; 0.5-0.7% Сr; 0.01-0.02%В) 1 - =25%, 2 – =18%; стали 40ХН2МА 3 – =0; 4 – %=18; 5 - =25%.

В процессе холодной калибровки стали 06ХГР S повышался на 65-80 МПа на 1% деформации (кривые 1,2). Это существенно выше упрочнения присущего сравниваемой стали 40ХН2МА (кривые 3,4,5).

Дискретность нагружения сказывается на положении кривых упрочнения. При дискретном деформировании ( =0,1 на каждой ступени) кривые упрочнения для всех видов термообработки стали 40Х (рис. 3.16) (отжиг, нормализация, термоулучшение tотп=600оС) располагаются выше чем при непрерывном нагружении. Наибольшее упрочнение присуще термоулучшенной стали, наименьшее – отожженной. Аналогичное влияние термообработки на упрочнение проявляется и для стали 40ХН2МА (рис. 3.17). Деформационное упрочнение металла учитывается также при расчете давления на инструмент при ХВ изделий. От его величины зависит стойкость оснастки, а соответственно эффективность ХВ.

Регламент выбора пригодной марки стали с учетом влияния е прочностных характеристик на стойкость инструмента следует из рис. 3.18. С учетом рекомендаций [123-126] пригодные для холодной высадки стали в конкретных технологических условиях должны иметь кривые упрочнения располагающиеся ниже кривой разделяющей области применения холодной и полугорячей высадки при допустимом (менее 3000 МПа) давлении на инструмент.

Влияние маршрутов и режимов тепловой и деформационной обработки на технологические свойства сталей для холодной высадки

С уменьшением значений К (возрастание уровня сжимающих напряжений в образцах при испытаниях) пластичность сталей со всеми структурными состояниями монотонно растет, но отношение ЛПз/ЛПп уменьшается. При К= -1 ЛПз/ЛПп = , , что свидетельствует о снижении чувствительности пластичности стали к структурному состоянию по мере уменьшения К. Экстраполируя кривые пластичности для разных структурных состояний стали можно получит значение КПР при котором кривые пластичности сойдутся в одну линию, а пластичность стали станет нечувствительной к структурному состоянию.

Исследовано на сталях 35 селект, 40ХН2МА влияния параметра накопленного при холодной пластической деформации на изменение комплекса механических свойств стали (о"ог, о", б ф) - пределы текучести и прочности, относительное удлинение, сужение, после рекристаллизационного отжига. Установлено, что в интервале значений 0,07 - 0,15, соответствующих диапазону критических деформаций КР, значения свойств снижаются относительно исходного состояния в среднем на 10-20% из-за аномального роста зерна пр =КР. В диапазоне 0,15-0,7 они растут достигая максимума при 0,5, а при 0,7 резко падают. Это связано с образованием в зоне разрушения образца пор критического размера не «залечиваемых» диффузионными процессами массопереноса. происходящими при отжиге. Соответственно рациональный интервал использования ресурса пластичности сталей при формообразовании деталей ХВ составляет 0,2 0,7.

С учетом особенностей многопереходных технологических процессов холодной высадки сформулированы требования к построению кривых упрочнения сталей, которые используются при оценке деформационного наклепа и давления на инструментальную оснастку.

Предложена методика научно-обоснованного выбора сталей для бездефектной (без разрушения) ХВ деталей с улучшенными эксплуатационными свойствами и алгоритм ее реализации, которые опирались на разработанный метод прогнозирования повреждаемости стали для путей деформирования, характеризующих конкретные условия ХВ деталей и зависимость комплекса физико-механических свойств сталей после отжига от накопленного при холодной деформации уровня .

Разработана классификация укрупненных технологических маршрутов производства и потребления металла в машиностроении, а также поставленных им в соответствии способов улучшения свойств сталей на каждом этапе технологического передела: плавке, кристаллизации слитков, горячей прокатке, штамповке, черновой и чистовой (финишной) механообработке. Обобщение данных на примере стали 30ХГСА показало, что целенаправленным выбором маршрутов и режимов технологических процессов на каждом этапе передела в отдельности, а лучше используя совокупный потенциал формирования качества металла, можно существенно улучшать комплекс технологических и эксплуатационных свойств сталей. Показано, что целенаправленным выбором маршрутов и режимов технологических процессов на каждом этапе передела в отдельности, а лучше используя совокупный потенциал формирования качества металла можно существенно улучшать комплекс технологических и эксплуатационных свойств сталей. Степень изменения свойств предложено характеризовать коэффициентом изменения качества металла КИК определяемым как КИК=СТ/СЛ отношение значения свойства после технологического воздействия на этапе технологического передела металла, к значению этого свойства в литом состоянии. Пластическая деформация в сочетании с различными вариантами упрочняющей термообработки (нормализация, термоулучшение, ВТМО, НТМО и т.п. значительно повышают прочностные характеристики КИК(о-- 1.3 5.6; КИК(а02 1.1-5-3.5; КИК(ав)«1.1- 3.4; КИК(КСУ)« 1.5-6.4; КИК(ф)« 1.6-2.4.

Наибольшие значения свойств соответствуют выполнению формообразующих операций пластической деформацией в режиме низко- или высокотемпературной термомеханической обработки.

Исследовано влияние маршрутов и режимов разупрочняющей термообработки, подготовки стали к ХВ на технологические свойства. Выявлены параметры управления целенаправленное воздействие на которые позволяет улучшать структуру и повышать технологические свойства сталей. На этапе выплавки стали – снижение вредных примесей фосфора и серы (не более 0,02) и поддержание кремния на нижнем уровне после сфероидизующего отжига позволяет снизить 02 в среднем на 50 МПа по сравнению со сталью имеющей среднемарочный состав, модифицирование бором дополнительно снижает 02 на 10-15%, а характеристики пластичности повышает на 5-7%; на этапе прокатки – снижение температуры конца прокатки на 30-500С до 980-10000С и ускоренное охлаждение подката до 760-7900С уменьшает степень развития «видманштетта» на 1 балл, приводит к измельчению зерна до 6-8 балла и формированию тонкодисперсного перлита 3-4 балла, что способствует повышению пластичности на 7-9%; на этапе подготовки подката к ХВ – холодная деформация волочением на 15-20% ускоряет процесс сфероидизации карбидов, обеспечивает однородную структуру с глобулярными карбидами средней величины. Реализация интегрированного теплового и деформационного воздействия на различных этапах технологического передела стали позволило обеспечить прирост пластичности на 40-60 процентов и разупрочнить сталь на 20-25%, что благотворно сказалось на стойкости инструмента для ХВ и обеспечило бездефектное производство деталей крепежа повышенной прочности.

На основе выполненных монгофакторных экспериментов полученные регрессионные модели устанавливающие влияние маршрутов и режимов подготовки стали к ХВ на комплекс ее прочностных и пластических свойств. Установлено, что наиболее значимое влияние оказывает температура конца прокатки степень обжатия подката при холодной калибровке волочением, температура и продолжительность сфероидизирующего отжига.