Введение к работе
Актуальность проблемы. Тенденции мирового и современного отечественного машиностроения направлены в сторону уменьшения доли механической обработки и увеличения доли получения изделий обработкой давлением. Для обеспечения заданных показателей на достаточном уровне в машиностроении используют автоматические технологические линии, в которых значительную часть составляют модули обработки металлов давлением. Например, в современном машиностроении широко используют холодную объемную штамповку (ХОШ). Инструмент, используемый в составе модуля холодной объемной штамповки, подвергается, как правило, поверхностной упрочняющей обработке с целью получения заданных механических и эксплуатационных свойств. Наиболее часто для данного вида инструмента в качестве поверхностной упрочняющей обработки применяют азотирование. Азотированные рабочие органы штампов холодного деформирования должны стабильно выдерживать жесткие условия работы в заданном режиме, обеспечивая тем самым надежность эксплуатации модуля и стабильную работу всей автоматической линии. При этом выход из строя оснастки для ХОШ, входящей в состав автоматической линии, вследствие неожиданного разрушения рабочего инструмента приведет к остановке всего производственного процесса и локальному созданию «узкого» места на предприятии. Причины встречающегося явления неожиданного разрушения рабочих органов штампов холодного деформирования не систематизированы, а порой описываются неоднозначно. Предпринимаемые меры по предотвращению описанного вида разрушения часто не достигают нужного результата.
Поэтому исследование влияния газового азотирования на свойства штамповой инструментальной стали XI2М, а также изучение причин хрупкого разрушения азотированного инструмента и разработка методик эффективного устранения охрупчивания являются весьма актуальными научными и производственными задачами.
Цель работы. Целью работы является изучение влияний водорода на формирование поверхностного упрочненного слоя и механические свойства азотированной стали Х12М.
Основные задачи диссертации. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:
1. Провести анализ существующих методов азотирования по критерию воздействия на механические и эксплуатационные свойства изделий;
2.Изучить и проанализировать причины разрушения инструмента для холодного деформирования металла, изготовленного из стали Х12М, после проведения газового азотирования в продуктах частичной диссоциации аммиака;
РОС. НАЦИОНАЛА j
6ИБЛИОТЕКЛ >
С.П«й»гЛл, I
-
Исследовать изменение механических свойств стали XI2М после газового азотирования;
-
Исследовать влияние старения на изменение механических свойств азотированной стали;
5. Разработать рациональные методы по повышению
эксплуатационных свойств инструмента из стали Х12М, азотированного в
продуктах частичной диссоциации аммиака;
6. Разработать методы по повышению интенсивности формирования
азотированного слоя.
Автор защищает:
1. Технологическую схему и основы регулирования повышения
механических свойств азотированной стали по окончании процесса
насыщения в аммиаке;
2, Технологическую схему и основы регулирования интенсификации
формирования азотированного слоя за счет предварительной имплантации
ионов титана в поверхность исследуемой стали Х12М.
Методы исследования. В работе использовали теоретические и экспериментальные методы исследования, такие как: статистический анализ, механические испытания на растяжение, механические испытания на ударный изгиб, стандартные методы определения химического состава стали и анализа ее структуры, определение количества выделяющейся по окончании процесса азотирования диффузионно-подвижной фракции водорода при помощи разработанного нами устройства, а также металлографический анализ микроструктуры образцов на различных этапах экспериментов.
Научная новизна. Выполнены экспериментальные исследования и проведен теоретический анализ влияния водорода на механические свойства стали Х12М и формирование поверхностного упрочненного слоя при газовом азотировании.
Показано, что при азотировании в продуктах частичной диссоциации аммиака,кроме азо^сталь насыщается водородом. Обладая более высокой диффузионной подвижностью, чем азот, водород проникает во внутреннюю зону изделия и оказывает отрицательное влияние на механические свойства. Устранение отрицательного влияния на механические свойства азотированной стали Х12М достигается путем комплексного воздействия искусственного и естественного старения.
Занимая более благоприятные каналы диффузии, водород тормозит диффузию азота, снижая скорость роста поверхностного нитридного слоя. На основании проведенных исследований установлено, что повышению скорости роста азотированного слоя способствует предварительная имплантация в поверхность ионов титана.
Практическая ценность работы заключается в разработке технологии, позволяющей интенсифицировать рост азотированного слоя за счет имплантации ионов титана перед процессом азотирования стали Х12М в аммиаке. Разработан технологический метод повышения
механических свойств азотированной стали, позволяющий гарантировать эксплуатационную стойкость штамповой оснастки. Наиболее высокие механические свойства азотированной стали Х12М могут быть достигнуты путем предварительного искусственного старения при температуре 200С в течение 3 часов и последующего естественного старения в течение 600 часов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на следующих конференциях: 1-вой Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Идеи молодых - новой России» (г. Тула, 2004 г.), 5-той Международной конференции «Механизмы внедрения новых направлений науки и технологий в системы образования» (г. Москва, 2004 г.), конференции молодых ученых и аспирантов МГИУ (г. Москва, 2004 г.), Международном научном симпозиуме, посвященном 140-летию МГТУ «МАМИ» (г. Москва, 2005 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы. Работа изложена на 191 странице машинописного текста, содержит 72 рисунка, 21 таблицу и 109 наименований литературных источников.
