Введение к работе
) f $"& 5~
Актуальность работы. Современные инструментальные материалы в основном получают благодаря усложнению их химического состава и обработки. Необходимые свойства инструмента различного назначения обеспечивается путем комплексного дорогостоящего легирования дефицитными элементами (вольфрамом, молибденом, хромом, ванадием, кобальтом и др.).
Задачи создания ресурсосберегающей технологии получения инструмента, снижения его стоимости обусловливают поиск и разработку альтернативных сплавов. В инструментальной промышленности существует направление, в котором предпочтение отдается производству быстрорежущих сталей с повышенным содержанием углерода, так как этот недорогой элемент благоприятно сказывается на режущих свойствах. Все чаще при производстве железоуглеродистых сплавов с требуемыми свойствами используется замена дорогостоящих элементов на водород, азот и кислород. В основном применяется легирование азотом.
Значительное снижение себестоимости быстрорежущих сталей происходит при исключении деформации из процесса их обработки. Литые быстрорежущие стали могут обладать более высокой твердостью и теплостойкостью по сравнению с деформированными. При этом они немного уступают деформированным сталям в прочностных свойствах и ударной вязкости из-за карбидной неоднородности.
В течение длительного времени предпринималось много попыток использования чугуна в качестве материала для литого режущего инструмента, так как он имеет более низкую стоимость, чем у стали, и обладает хорошими литейными свойствами. В последнее время для обработки металлов стал находить применение специальный чугун, из которого графит удален с помощью карбидообразующих (хром, ванадий, вольфрам). Чугун может обладать более высокими режущими свойствами, чем у большинства инструментальных сталей, в том числе и быстрорежущих, но это достигается введением необходимого для повышения теплостойкости большого количества дорогостоящих элементов (до 50 мас.%).
Несмотря на то что специальный чугун может иметь более низкую стоимость, чем быстрорежущая сталь, получение из него инструмента многоцелевого назначения сдерживается следующими причинами: сложный дефицитный химический состав, очень низкая способность к пластической деформации, низкие прочностные свойства и ударная вязкость. Поэтому в настоящее время необходимо получить качественный и недорогой инструмент из нелегированного доменного чугуна с помощью прогрессивных способов обработки расплава, термической и химико-термической обработки.
Таким образом, проблемы применения доменного чугуна в качестве инструментального материала и повышение свойств известных инструментальных чугунов являются актуальными.
Работа выполнена в соответствии с программой Министерства образования России «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (подпрограмма 1.7 «Технология современного заготовительного производства») и комплексной региональной программой "Стабильное развитие Кузбасса: Человек - природа - ресурсы - прогресс".
Цель работы. Получение и термическая обработка литого режущего инструмента из доменного чугуна.
Задачи работы. 1. Повысить механические свойства доменного чугуна путем удаления графита и получения ледебуритной структуры с помощЫЁГpgopaР8$ЙнйЗРДШ?! ^ез
3 БИБЛИОТЕКА |
дорогостоящего легирования и модифицирования РЗМ (церий, лантан, мишметалл).
-
Разработать режим отжига, исключающий графитизацию и уменьшающий объемную долю цементита влитом чугунном инструменте.
-
І Іридать высокую твердость отожженному чуп иному инструменту с помощью закалки в средах, исключающих трещинообрачование.
-
Установить температуру отпуска для снятия закалочных напряжений без существенного снижения твердости литого чугунного инструмента.
-
Изучить возможность использования нетермообработанного чугунного инструмента для резания дерева и деревостружечных композиций.
-
Провести испытания по резанию термообработанным чугунным инструментом малоуглеродистой стали и серого чугуна.
Научная новизна.
1. Установлено, что без применения дорогостоящих химических элементов, путем
обработки расплава можно получить у доменного чугуна твердость уровня высоколегированных инструментальных чугунов и сталей и повысить его прочностные свойства (защищено патентами РФ №2151!98 и №2162109).
2. Получены значительные изменения количества, формы, характера распределения
и микротвердости эвтектического цементита в нелегированном белом чугуне при отсутствии графитизации.
3. Установлено, что нелегированный белый чугун способен твердеть на воздухе при
охлаждении с температур закалки, как и быстрорежущие стали.
4. Показано, что нелегированный белый чугун может иметь такую же или более
высокую стойкость к отпуску по сравнению с инструментальными сталями повышенной износостойкости (XI2, Х12М, Х6ВФ, 85Х6НФТ и др.), после отпуска при температурах 300 - 400С он может обладать такой же твердостью, как у инструмента из быстрорежущих сталей после окончательной термической обработки.
5. После цементации с добавками в карбюризатор водных растворов и последующей
закалки у чугунного инструмента при температурах испытания 600-700С -обнаружен такой же или более низкий коэффициент линейного расширения по сравнению с быстрорежущей сталью в состоянии окончательной термической обработки. Практическая значимость.
1. Разработаны способы обработки расплава полимером тетрафторэтилена, шлаком
синтетического силумина, термоциклическим воздействием, которые позволяют при одновременном повышении прочности получить твердость у доменного чугуна на уровне твердости дорогостоящих легированных чугунов и сталей.
2. Разработаны режимы термической обработки чугунного инструмента, не
приводящие к выделению графита, не вызывающие трещинообразования
(закалочная среда, защищенная патентом РФ №2130083), уменьшающие
количество хрупкой структурной составляющей - эвтектического цементита при
отсутствии графитизации и обеспечивающие твердость до 87 HRA, такую же как
у некоторых спеченных вольфрамокобальтовых и вольфрамотитанкобальтовых
твердых сплавов (ВК10, ВК15, ВК20, ВК25, Т5К12В, ТТ7К12) и теплостойкость
уровня инструментальных сплавов высокой износостойкости XI2, Х12М, Х6ВФ,
85Х6НФТ, 250Х25ВЗ.
3. Термическая обработка инструмента из нелегированного белого чугуна может
успешно проводится без применения соляных ванн при нагреве и охлаждении,
* іі * >. 4
«И» tBt *.'
ступенчатого охлаждения при отжиге и закалке и многократного отпуска,
применяющихся для легированных инструментальных сталей.
4. В результате работы из доменного чугуна получен режущий инструмент, более
низкой стоимости, чем применяемый в настоящее время, он может успешно
применяться для обработки дерева, деревостружечных композиций, мягких
полимерных материалов и т. п. Определены перспективы использования
инструмента из нелегированного белого чугуна для металлообработки.
Реализация результатов. В условиях ОАО «Кузнецкий машиностроительный
завод», ремонтно-механического цеха Абагурской аглофабрики установлена
возможность качественной токарной обработки термообработанными резцами из
нелегированного белого чугуна таких материалов как сталь 3 и серый чугун. С помощью
токов высокой частоты в отделении напайки ОАО «ЗСМК» получены качественные
паяные латунью соединения пластин из этого чугуна с державками из стали 45. В
условиях ООО «Мебельдрев» (Новокузнецкая мебельная фабрика) и ОАО
«Кузнецклеспром» показаны возможности замены инструментальных сталей и твердых
сплавов на нелегированный белый чугун при обработке ДСП и различных пород дерева.
На защиту выносятся:
-
Результаты влияния модифицирования полимером тетрафторэтилена, шлаком синтетического силумина и термоциклической обработки расплава на структуру и свойства доменного чугуна.
-
Свойства литого инструмента из нелегированного белого чугуна после различных режимов отжига, закалки и отпуска.
3. Результаты промышленной апробации литого режущего инструмента,
полученного по разработанным способам обработки расплава и термических
воздействий.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на 7 международных, 6 республиканских, 6 зональных научно-технических конференциях.
Публикации. По результатам выполненной диссертационной работы имеется 40 публикаций, в том числе 3 патента РФ на изобретения, 7 статей и 3 учебных пособия.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 237 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, общих выводов, приложения, содержит 75 таблиц, 55 рисунков и список литературы из 178 наименований.
