Введение к работе
Актуальность. Магнитно-импульсная обработка (МИО) представляет собой комплексное воздействие на материал за счет магнитострикционных процессов и механических деформаций, тепловых и электромагнитных вихревых потоков, локализованных в местах концентраций магнитного потока, а также систему процессов, направленно ориентирующих "спин характеристики" внешних электронов атомов металлов пограничной зоны контакта зерен. В работах Постникова СИ., Малыгина В.Б., Македонски А.И., Бойко В.М. установлено, что МИО существенно влияет на состояние сталей разного класса. Вводимая при импульсной магнитной обработке энергия, как и тепловая, стимулирует сдвиговые и диффузионные релаксационные процессы, способствует переходу системы (сплава) из неравновесного в более стабильное состояние. Суммарные эффекты могут быть различными в зависимости от исходной структуры стали и сплава, от режимов магнитно-импульсного воздействия; в каждом конкретном случае имеется принципиальная возможность с помощью МИО управлять характеристиками сталей и сплавов в нужном направлении, получать новые состояния и свойства.
Однако, сведения по теории и практике МИО весьма ограничены, нередко противоречивы, не установлены закономерности изменения структуры и свойств сталей и сплавов в зависимости от параметров обработки, что затрудняет практическое внедрение МИО.
Работа выполнялась на основе программы «Развитие научного потенциала высшей школы», подпрограммы «Развитие инфраструктуры научно-технической и инновационной деятельности высшей школы и ее кадрового потенциала» и единого заказ-наряда Министерства образования и науки РФ «Разработка фундаментальных основ создания новых металлических, неметаллических и композиционных материалов» № 602.
Цель работы. Изучение возможностей направленного влияния МИО на характер структурных превращений сталей Р6М5, Р6М5К5, Р18, 9ХС, У10А, 65Г, 10 и формирование их физико - механических свойств.
Программа работы включала решение следующих задач:
1. Изучение влияния магнитно - импульсного воздействия на
сопротивление пластической деформации (СПД) быстрорежущих сталей,
получение уравнения связи между характеристиками СПД и параметрами
магнитно - импульсного воздействия с помощью регрессионного анализа.
Изучение влияния МИО на сопротивление зарождению трещин от отпечатков (при внедрении индентора) в инструментальной стали.
Выявления наиболее значимых параметров МИО для управления механическими характеристиками стали.
Изучение процессов распада мартенсита закаленных высокоуглеродистых сталей при МИО и низкотемпературном отпуске.
Расчет акустических характеристик термоупрочненной инструментальной стали и установление их взаимосвязи с анизотропией и упругими параметрами стали после магнитно-импульсной обработки.
Построение математической модели изменения физико-механических свойств холоднодеформированной стали для листовой штамповки при обработке импульсным магнитным полем.
Разработка мероприятий по выбору режимов магнитно - импульсного воздействия на быстрорежущие стали для направленного изменения характеристик, определяющих структурно-энергетическое состояние материала и стойкость инструмента.
Научная новизна состоит:
В получении данных о влиянии обработки импульсным магнитным полем на характеристики сопротивления пластической деформации и структурную неоднородность быстрорежущих сталей.
В сравнительном анализе влияния режимов отпуска и магнитно -импульсной обработки на процесс распада мартенсита в закаленной стали 65Г.
3. В сравнении суммарных эффектов изменения сопротивления
пластической деформации, полученных при МИО закаленных сталей 65Г и
У10А, с процессами, происходящими при низком отпуске.
4. В установлении влияния МИО на уменьшение степени повреждаемости
холоднодеформированной стали 10 по изменению плотности, величины
микронапряжений и размеров блоков мозаики.
5. В получении данных по сопротивлению микропластической
деформации и разрушению для стали У10А после закалки и последующей
магнитно-импульсной обработки.
6. В определении значимости влияния параметров обработки импульсным
магнитным полем на физико-механические свойства термоупрочненных сталей
методом регрессионного анализа.
7. В разработке режимов МИО для упрочнения сталей и сплавов, и
повышения стойкости инструмента (метчиков).
Практическая значимость данной работы заключается:
в построении зависимостей физико - механических свойств термоупрочненных сталей от параметров магнитно - импульсного воздействия;
- в получении коэффициентов регрессионной модели, определяющих
значимость параметров магнитно-импульсного воздействия;
- в использовании полученных зависимостей и регрессионных уравнений
для определения режимов МИО с целью управления комплексом
эксплуатационных характеристик изделий из сталей разного класса: для
режущего и штампового инструмента, пружин и рессор, крепежа, изделий,
получаемых с применением холодной пластической деформации;
- в апробировании разработанных режимов МИО на ОАО «ГАЗ» в
условиях инструментального производства, получении положительного
эффекта, выразившегося в повышении стойкости метчиков на 30%.
Основные положения, выносимые на защиту:
Закономерности влияния магнитно - импульсного воздействия на сопротивление пластической деформации (СПД) и трещиностойкость инструментальных сталей.
Уравнение связи между характеристиками СПД и параметрами магнитно - импульсного воздействия.
3. Установление возможности одновременного повышения сопротивления
пластической деформации и разрушению при действии инициированных МИО
механизмов, приводящих к релаксации и выравниванию внутренних
напряжений, выделению высоко дисперсной второй фазы.
4. Режимы магнитно - импульсного воздействия для направленного
изменения структурно - энергетического состояния сталей.
Личный вклад автора состоит в выборе научно-технического направления исследований, постановке задач исследований, анализе литературных источников, проведении экспериментов и интерпретации полученных результатов, проведении металлографических, физико-механических исследований.
Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью постановки решаемых задач и их физической обоснованностью, большим объемом экспериментальных данных и их статистической обработкой.
Апробация работы. Отдельные этапы и основное содержание работы докладывались на VI Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» 16 мая 2007 г.; VII Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» 15 мая 2008 г.; 14 Нижегородской сессии молодых ученых (Технические науки) 15-19 февраля 2009 г.; VIII Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» 15 мая 2009 г.; Всероссийской молодежной научно - технической конференции «Авто - НН - 2009» 19-20 ноября 2009 г.; 15 Нижегородской сессии молодых ученых (Технические науки) 15-19 февраля 2010 г.; IX Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» 21 мая 2010 г.; 16 Нижегородской сессии молодых ученых (Технические науки) 14-17 февраля 2011 г.
Публикации по теме диссертационной работы изложены в 16 работах, в том числе 3 из списка рекомендуемых изданий ВАК.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, списка литературы и приложений. Содержит текст на 158 страницах, 38 таблиц, 63 рисунка (включая фотографии микро- и макроструктур), список литературы из 89 наименований, приложения в виде таблиц, расчетов и двух актов внедрения.
