Введение к работе
Актуальность темы. Перед современным материаловедением поставлены задачи создания новых технологических процессов получения композиционных материалов различного назначения с целью сокращения расхода сырья и энергоёмкости производства, повышения надёжности и люка службы машин и механизмов, сокращения импорта техники за счёт выпуска собственного конкурентоспособного оборудования.
На сегодняшний день нет материалов, которые бы занимали промежуточное положение между твёрдыми сплавами и сталями по своим двойствам и в первую очередь по твёрдости и износостойкости. Существующие карбидостали, которые получили распространение.в последние 10 -[ 5 лет, могли бы восполнить этот пробел/но обладают рядом существенных недостатков, такими как сравнительно высокая остаточная пористость, низкая эффективность термической обработки, сложность крепления к стальному корпусу инструмента и т. д.
Оптимизация химического состава и технологии получения изделий ; износостойкими вставками из карбидостали, лишённой указанных недостатков, позволит обеспечить долговечность и надёжность работы іеталей узлов трения и режущего инструмента, что обуславливает актуальность проведения исследований, направленных на решение этой про-элемы.
Цель и задачи исследования. Целью работы явилась разработка натериала на основе быстрорежущей стали 10Р6М5 с добавками карбида гитана и оптимизация технологических параметров его получения. Для достижения этой цели решались следующие задачи:
установление температурно-кинетических закономерностей изменения структуры и остаточной пористости материала при различном удержании карбидной фазы;
определение факторов, снижающих диффузионный обмен между упрочняющей фазой и связкой, и замедляющих рост кольцевой структуры сарбидного зерна;
определение роли механической активации и ультразвуковых солебаний в технологии получения карбидостали;
повышение эффективности термической обработки карбидостали;
разработка технологии получения деталей и инструмента с износо-тойкими вставками из карбидостали.
Научная новизна.
Получены закономерности совместного влияния легирования угле->одом, механической активации исходного порошка карбида титана и ультразвукового поля при спекании карбидостали на свойства сплава 0Р6М5 - 20 мас.% ТіС, с целью обеспечения уменьшения остаточной юристости, среднего размера карбидного зерна, равномерного распреде-іения карбидной фазы и снижения диффузионного взаимодействия кар-)ида титана с металлической связкой.
Впервые предложен метод определения оптимальной температуры спекания (Т ) карбидостали I0P6M5 - ТіС в зависимости от содержании карбида титана ( Стіс ) в интервале 5 - 40 мас.%, основанный на том, что данная зависимость описывается уравнением первого порядка (Т = к Стіс + А), в котором коэффициенты к и А определяются экспериментально.
Впервые построена математическая модель второго порядка зависимости твёрдости карбидостали 10Р6М5 - ТіС от основных технологических факторов: содержания карбида титана, температуры спекания и времени изотермической выдержки. Получено уравнение регрессии, определён оптимальный состав сплава 10Р6М5 - ТіС, обладающего твёрдостью 68 - 69 HRC3.
Впервые научно обосновано и осуществлено совмещение операций жидкофазного спекания карбидостали 10Р6М5 - 20 мас.% ТіС и её напайки к стальному корпусу инструмента, основанное на снижении температуры спекания на 10 - 15 град и уменьшении времени изотермической выдержки до 900 с воздействием ультразвука мощностью 0,4 кВт/кг, с целью сближения режимов данных операций.
Практическая ценность. В работе определены оптимальный состав и режимы получения карбидостали 10Р6М5 - ТіС с оптимальной структурой и остаточной пористостью менее 1 %. Предложен способ определения оптимальной температуры спекания карбидостали при различном содержании карбида титана. Построена математическая модель зависимости твёрдости карбидостали 10Р6М5 - ТіС от следующих факторов: содержания карбида титана, температуры спекания и времени изотермической выдержки, что позволяет оптимизировать процесс спекания с целью улучшения структуры композита. Предложенная технология с воздействием ультразвука позволяет спекать карбидосталь 10Р6М5 - 20 мас.% ТіС непосредственно на стальной подложке, за счёт снижения температуры спекания и времени изотермической выдержки . Повышена эффективность термической обработки карбидостали за счёт легирования исходной смеси порошков графитом и механической активацией товарного порошка карбида титана, обеспечена твёрдость 68 - 69 HRC3. Разработана новая технология получения неразъёмного соединения карбидостали to стальным корпусом инструмента методом контактно-реактивной пайки на стадии жидкофазного спекания.
Реализация результатов работы. Разработан технологический процесс изготовления ножей с износостойкими вставками из карбидостали 10Р6М5 - 20 мас.% ТіС к экструдерам фирмы "Farrel Bridge" для грануляции полиэтилена. Предложена новая схема армирования ножей, которая позволила увеличить средний ресурс работы на 20 %. Изготовлена опытно-промышленная партия ножей по данной технологии, которые прошли производственные испытания на ПО "Ставропольполимер" г. Будённовска. Испытания показали, что средний ресурс работы ножей, изготовленных по предложенной технологии составляет 1320 часов, что соответству-
ет стойкости импортных ножей. Стоимость импортных ножей выше себестоимости разработанных в 5 - 6 раз. Годовая потребность в ножах данного типа только одного НПО "Ставропольполимер" составляет 250 штук, ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения в производство данных ножей - 35 млн. руб., при использовании в производстве ножей трёх типов - свыше 100 млн. руб. в год.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на Международном научном семинаре "Механохимия и механоак-тивация" ( Санкт - Петербург, 1995 г.) и ежегодных научных конференциях Пятигорской Государственной Фармацевтической Академии ( Пятигорск, 1992, 1993, 1995 г.г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе получен патент на изобретение.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений, содержит 137 страниц машинописного теста, 36 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 115 наименований.