Введение к работе
Актуальность работы. Научно-технический прогресс в машиностроении неразрывно связан с созданием новых технологических процессов обработки конструкционных материалов (резание, штамповка и прессование), новых инструментальных материалов и эффективных методов поверхностного упрочнения металлообрабатывающего инструмента.
Известно, что инструментальные стали содержат дорогостоящие компоненты: вольфрам, молибден, кобальт и ванадий. Экономия таких дорогих инструментальных материалов путем повышения надежности и долговечности металлообрабатывающего инструмента является одной из главных проблем в современном машиностроении.
Проблема надежности и долговечности металлообрабатывающего инструмента в настоящее время в основном решается за счёт конструктор-ско-технологических разработок, создания новых высокоэффективных инструментальных материалов, упрочнения рабочих частей наплавкой высокоиз-носостойкими наплавочными материалами, разработкой прогрессивных методов термической и химико-термической обработки и нанесения на рабочие поверхности инструмента твердых покрытий.
Повышение стойкости штампов и пресс-форм, с путём разработки и внедрения новых высокоизносостойких сталей, с точки зрения экономической целесообразности, почти исчерпало свои потенциальные возможности.
Наплавка изношенных штампов позволяет значительно экономить дорогостоящие инструментальные стали. Однако в настоящее время для этих целей применяют в качестве наплавочного материала существующие инструментальные материалы. Мало работ по созданию новых высокоизно-со- и теплостойких наплавочных материалов.
Значительное повышение стойкости штампов достигается при выборе эффективных наплавочных материалов. Износо-, тепло- и разгаростой-кость наплавочного материала должна быть значительно выше, чем у основного материала штампа. Поэтому в большинстве случаев оправдана наплавка износостойкими сплавами, в структуре которых присутствуют первичные карбиды. Исследование и разработка недорогих высокованадиевых наплавочных материалов для штампов представляется особенно важным при решении задач повышения стойкости штампов и экономии инструментальных сталей.
Однако, решая вышеперечисленные задачи повышения эффективности и стойкости инструмента с использованием новых наплавочных материалов остаются, в настоящее время мало изученными изменения структуры и свойств, протекающие на рабочих поверхностях инструмента и зависящие от параметров циклических температурно-силовых воздействий (ЦТСВ) и
химического состава смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). Сочетание ЦТСВ и присутствие активной по отношению к материалу СОЖ приводит к существенным изменениям структуры и свойств рабочих поверхностей инструмента и является дополнительным резервом повышения его стойкости.
Цель работы. Целью исследования является повышение стойкости штампов горячего деформирования и пресс-форм литья под давлением, за счет использования ннзковолфрамовых, пысокованадиевых наплавочных материалов, а также за счёт улучшения структуры и свойств в процессе эксплуатации с использованием эффективных смазочных материалов и многокомпонентного диффузионного насыщения, совмещаемого с термической обработкой.
Для достижения этой цели в работе были поставлены следующие задачи:
разработка и исследование высокованадиевых литых наплавочных материалов из отходов, быстрорежущих сталей для наплавки рабочих частей металлообрабатывающего инструмента;
выработка рекомендаций для практического применения новых наплавочных материалов;
исследование закономерностей изменения структуры и свойств рабочих поверхностей инструмента в процессе эксплуатации в зависимости от химического состава СОЖ;
разработка химического состава смазки для упрочнения рабочих частей наплавленных штампов и пресс-форм в процессе эксплуатации;
выработка рекомендаций для практического применения высокоэффективных многокомпонентных упрочняющих покрытий для металлообрабатывающего инструмента, в том числе наплавленного.
Научная новизна.
Обоснован химический состав новых высокоизносостойких эвтектических сплавов для наплавки рабочих частей металлообрабатывающего инструмента. Разработашл высокованадиевые наплавочные материалы, обеспечивающие высокий комплекс эксплуатационных свойств (износостойкость, пластичность, разгаростойкость, твердость и теплостойкость).
Установлен механизм изменения структуры и свойств рабочих поверхностей штампов и пресс-форм в процессе эксплуатации, с добавкой в СОЖ азото- и серосодержащих компонентов, обеспечивающих дополнительное повышение износостойкости и разгаростойкости рабочих поверхностей инструмента.
Разработаны высокоэффективные составы смазки для сульфокарбонит-рировапия штампов и пресс-форм в процессе эксплуатации, приводящие
к образованию на рабочих поверхностях карбонитридов и сульфидных
фаз. Разработан состав пасты для боросульфокарбонитрирования штампов
горячего деформирования и пресс-форм, обеспечивающий повышение
износостойкости и рагаростойкости диффузиошю-упрочненных слоев. Практическая значимость. Разработаны маловольфрамовые высокованадиевые наплавочные материалы с использованием отходов из быстрорежущих сталей, значительно повышающие эффективность и эксплуатационные свойства штампов при меньшей себестоимости. Оптимальные составы новых наплавочных материалов прошли апробирование в транснациональной финансово-промышленной группе ОАО «Сибагромаш».
Разработанные составы для сульфокарбонитрирования штампов и пресс-форм при эксплуатации и боросульфокарбонитрирования в процессе термической обработке прошли широкое промышленное апробирование, подготовлена техническая документация для внедрения в ОАО «Алттрак» и в ОАО «Алтайский завод тракторного электрооборудования». На защиту выносятся:
теоретическое обоснование новых высокоизносостойких наплавочных материалов для металлообрабатывающего инструмента;
разработанные составы маловольфрамовых, высокованадиевых сплавов, получаемых из отходов инструмента для наплавки металлообрабатывающего инструмента;
рекомендации для практігческого применения новых наплавочных материалов;
способы повышения износостойкости и разгаростойкости штампов и пресс-форм за счет сульфокарбонптріфования инструмента в процессе эксплуатации;
состав насты для боросульфокарбонитрирования штампов и пресс-форм в процессе термігческой обработки;
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывали и обсуждали па:
1) научно-технической конференции студентов и аспирантов,
г. Рубцовск, 1998 г.;
2) международной научно-технической конференции «Вузовская
наука в современном міфе», г. Рубцовск, 1999 г.;
-
международном симпозиуме «Сибконверс - 99», г. Томск, 1999 г.;
-
международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития литейного производства», г. Барнаул, 1999 г.;
-
научно-технической конференции студентов и аспирантов, г. Рубцовск, 1999 г.;
-
международной научно-технической конференции аспирантов, студентов и молодых учёных, г. Томск, 2000 г.;
-
III научно-технической конференции студентов и аспирантов «Проблемы социального и научно-технического развития в современном мире», г. Рубцовск, 2000 г;
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 17 печатных работах.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из общей характеристики работы (введение), пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 125 наименований, 44 рисунков, 14 таблиц и 5 приложений. Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста.