Введение к работе
Актуальность темы. Холодная штамповка - один из наибо-в прогрессивных способов получения деталей. В производст-прёдмётов народного потребления штампуемые в холодном стоянии детали составляют до 95-98 %. Поэтому особое вникне уделяется повышению наделетости и долговечности штам-яго инструмента. Для изготовления штампов применяют в ос-e;ou высоколегированные стали, которые содержат дорогосто-ие и дефицитные элементы вольфрам, молибден, а также хром значительном количестве и другие. Поэтому ваглное значение развитии экономики страны имен? новые, экономнолегирован-э инструменталыше стали, созданные на базе углеродистых и зколегированных, способные обеспечить эксплуатационную на-шость штампового инструмента-холодного деформирования.
Разработано большое количество способов повышения экс-^атационной надежности инструментальных сталей для шташо-?о инструмента холодного деформирования - химико-термичес-і обработка, поверхностная закалка, наплавка, поверхност-і обработка механическими и физическими методами и др. Но іболее перспективным из них является микролегирование, по-шщее общую прочность и износостойкость инструментальных шей. Известно, что малые добавки некоторых элементов могут иэывать существенное влияние на структурное состояние ста-I, а следовательно - на изменение их свойств. Кроме того, фолегирование легко выполняется технологически и позволя-экономить дефицитные и дорогостоящие легирующие элементы. ібходимо отметить, что эффективность влияния микродобавок іисит не только от вводимого элемента и его количества, но т режима термической обработки.
С этой точки зрения-представляет интерес микролегирование ибденом, ванадием, бором, кальцием, алюминием, экономное ирование хромом углеродистых и низколегированных инстру-тальных сталей для штампового инструмента холодного дефор-ования. Указанные микродобавки воздействуют на структуру войства сталей комплексно - за счет сочетания модифициру-го, рафинирующего и легирующего эффекта. По данной проблеме выполнен ряд экспериментальных и тео-
- A -
ретических работ, однако многие аспекты ее еще окончательно не решены. Это, в частности, вопросы микролегирования инструментальных высокоуглеродастых /0,8-0,9'.% С/ сталей на про-каливаемость, механические свойства, процессы карбвдообразо-вания и перераспределения элементов при термической обработке, строение изломов и износостойкость.
Дальнейшее изучение влияния микродобавок и режимов термической обработки на процеосы, протекавдие в углеродистых и низколегированных инструментальных сталях, весьма актуально для разработки научно обоснованных рекомендаций по повышению свойств этих сталей.
Цель и задачи исследования. Основная цель работы - изучение природы и закономерностей влияния малых добавок алюминия, молибдена, ванадия, бора, кальция и хрома, на конотруктиі нуго прочность углеродистых и низколегированных инструментальных сталей в термообработанном состоянии и разработка рекомендаций по эффективному комплексному микролегированио и рз-жимам термической обработки для повышения прочности, износостойкости и долговечности штампов холодного деформирования из этих сталей.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
изучить влияние микродобавок алюминия, молибдена, ванадия, бора, кальция и хрома на рост зерна аустенита и структурное состояние сталей;
изучить влияние микродобавок на прокаливаемость исследуемых сталей;
выявить влияние вводимых элементов на карбидную фазу и перераспределение элементов мевду структурними составляющими;
установить закономерности влияния микролегированпя и режимов термической обработки на ыеханическио свойства и износостойкость сталей;
выявить взаимосвязь между структурным состоянием и характером разрушения сталей с ьикродобавкаш;
установить механизм влияния микродобавок и рекимов термической обработки на повышение свойств и работоспособности сталей;
- разработать рзксмзлдации по оптимальному яомплексно- микрологированию алюминием, молибденом, ванадием, бором, дьцкем, легированию хромом и термической обработке для по-еєния прочности, износостойкости и долговечности штампов лодного деформирования из углеродистых и низколегированных втрумектальных сталей.
Научная новизна. Выявлены особенности и установлены за-«о:.;йриости влияния микродобавок алюминия, молибдена, вана-[я, бора, кальция и хрома на структуру, рост зерна аустени-., прокаливаемость, механические свойства, износостойкость характер разрушения исследустх сталей после термической іработки.
Установлено, что наиболее высокое сочетание свойств ста-!Й У8 и 9ХС после термической обработки достигается при оп-нальном комплексном микролегировании.
Определена роль легирования хромом в формировании сво-тв микролегированных сталей. Показано, что хром в количест-! 0,45 5» увеличивает неоднородность расположения структур-ос составляющих и плотность зернограничных карбидов и тем мым обусловливает снижение предела прочности при изгибе и арной вязкости.
Выявлено, что вводимые микродобавки неоднозначно влияют . прокаливаемость исследуемых сталей. Наиболее эффективное вышение прокаливаемости достигается при экономном легирова-и стали 9ХС комплексом элементов /0,30# Мо+ 0,20 V + 003?« В + 0,10* Са + О.СБЯД/ /: твердость НЙСЭЫ сохра-:ется на глубине 55 мм от закаливаемого торца.
Показано, что микродобавки уменьшают деформацию сталей еле закалки и отпуска.
Впервые установлена взаимосвязь мезду микростроением лома и сопротивлением разрушению микролегированных ста-й. Молибден, ванадий, бор, алюминий и кальций в комплексе :особствуют образованию в микроизломе ямочного микрорельв-. шеокоэнергоемкого типа, что оказывает влияние на повыше-S ударной вязкости исследуемых сталей. Хром способствует явлению локальных дисперсных образований окольного типа,
- Є -
что приводит к снижению пластичности.
Показано, что с повышением температуры закалка увеличивается однородность, диоперсность и равномерность расположения структурных составляющих, уменьшается количество карбидов, а это приводит к повышению свойств /ударной вязкости, износостойкость и др./.
Предложен механизм влияния микродобавок алюминия, молибдена, ванадия, бора, кальция, легирования хромом и режимов термообработки на повышение свойств и работоспособности углеродистых и низколегированных сталей для штампового инструмента холодного дефорлирования.
Практическая ценность. На основании проведенных исследований даны практические рекомендации по повышению работоспособности углеродистых и низколегированных инструментальных сталей для штампового инструмента холодного деформирования путем оптимального комплексного микролегирования алюминием, молибденом, ванадием, бором, кальцием и повышения температуры закалки, что является важным для расширения области применения этих сталей.
На основании сталей У8 и 9ХС разработаны и предложены новые стали, микролегированные алюминием, молибденом, ванадием, бором, кальцием, с повышенной ударной вязкостью, пределом прочности при изгибе, прокаливаемостью и износостойкостью.
В работе защищаются:
1. Закономерности влияния микродобавок алюминия, молиб
дена, ванадия, бора, кальция и хрома на структуру, свойства,
износостойкость и характер разрушения исследуемых сталей в
термообработанном состоянии, в частности:
влияние микродобавок на перераспределение элементов между твердым раствором и карбидной фазой, химический и фазовый состав исследуемых стаЛей;
взаимосвязь между строением излома и сопротивлением . хрупкому разрушению микролегированных сталей;
вывод о том, что введение в углеродистые микролегиро-. ванные стали хрома отрицательно влияет на ударную вязкость
и предел прочности при изгибе.
2. Влияние микролегирования-на прокаливаемоеть, изно-
состсйкость, изменение даиан обраэцоз и гешгостсй кость иссло-дуекых сталей.
-
Механизм влияния ксыплэксного микролегирования алюминием, молибденом, ванадием, бором, кальцием и экономного легирования хромом на повышение свойств и работоспособность исследуемых оталей яссле термообработки.
-
Рекомендации по оптимальному комплексному микроле-r-тюванию и термической обработке для повышения свойств и ра*?їоспособности исследуемых углеродистых и низколегированных инструментальных сталей для штампового инструмента холодного деформирования.
Апробация работы. Ochosuib результаты работы доложены и обсуждены на ХХХХШ /октябрь 1986 г./, ХХХХІУ /октябрь 1987 г./ научно-технических конференциях Львовского ордена Ленина политехнического института им. Ленинского комсомола; на Ш /ноябрь 1986 г./ Всесоюзной научно-технической конференции Запорожского ордена "Знак Почета" машиностроительного института им. В.Я.Чубаря.
Публикации. Результаты исследований изложены в трех статьях и одном положительном решении о выдаче авторского свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы /145 наименований/, приложения^ Изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 122 рисунка и 21 таблицу.
