Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Разработка и исследование порошковых композиций на основе быстрорежущей стали для режущего инструмента

Диссертация: Разработка и исследование порошковых композиций на основе быстрорежущей стали для режущего инструмента
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Личный вклад автора заключается в проведении основной части экспериментальных исследований по разработке технологии, получению и изучению наплавленных слоев. Автору принадлежит обоснование и разработка положений определяющих научную новизну и практическую ценность работы. В совместных публикациях, вклад авторов был примерно равным. Установлено, что при индукционной наплавке, за счет контроля… Читать ещё >

Разработка и исследование порошковых композиций на основе быстрорежущей стали для режущего инструмента (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 1. ОБЗОР ОСНОВНЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ С КАРБИДНЫМ И ОКСИДНЫМ УПРОЧНЕНИЕМ
    • 1. 1. Обзор современных инструментальных материалов
    • 1. 2. Общая характеристика карбидосталей
    • 1. 3. Характеристика различных методов получения композиционных материалов на основе сталей с карбидным упрочнением
    • 1. 4. Характеристика метода наплавки
      • 1. 4. 1. Особенности технологии плазменной наплавки
      • 1. 4. 2. Особенности технологии индукционной наплавки
    • 1. 5. Применение индукционного нагрева для наплавки металлов
  • Выводы
  • 2. ВЫБОР ИСПОЛЬЗУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
    • 2. 1. Выбор материала связующего
      • 2. 1. 1. Особенности упрочнения быстрорежущих сталей
    • 2. 2. Упрочняющие материалы
      • 2. 2. 1. Свойства тугоплавких карбидов
    • 2. 3. Состав наплавляемой композиции
    • 2. 4. Материал подложки
    • 2. 5. Выбор флюса
      • 2. 5. 1. Подбор флюса для проведения эксперимента
  • Выводы
  • 3. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
    • 3. 1. Оборудование и оснастка
    • 3. 2. Индукционный нагрев
      • 3. 2. 1. Кинетика индукционного нагрева легированной стали
    • 3. 3. Технология наплавки
    • 3. 4. Методика получения наплавленных слоев
    • 3. 5. Научное оборудование и методы исследования
      • 3. 5. 1. Металлографические исследования
      • 3. 5. 2. Определение твёрдости и микротвёрдости
      • 3. 5. 3. Рентгеновские исследования
      • 3. 5. 4. Термические исследования
  • Выводы
  • 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ ОБРАЗЦОВ
    • 4. 1. Металлографический анализ образцов
    • 4. 2. Рентгеновские исследования
    • 4. 3. Механические свойства
    • 4. 4. Термическая обработка
    • 4. 5. Исследование теплостойкости
    • 4. 6. Испытание стойкости инструмента
  • 5. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛ
    • 5. 1. Обоснование необходимости математической модели
    • 5. 2. Математическая модель
      • 5. 2. 1. Результаты, полученные при помощи математической модели
    • 5. 3. Экспериментальное подтверждение математической модели

Актуальность. Разнообразный спектр обрабатываемых материалов, обладающих различными физико-химическими и прочностными характеристиками, требует создания соответствующих материалов для изготовления (восстановления) инструментов, имеющих высокие эксплуатационные и технологические свойства.

Одним из способов получения инструментальных материалов на базе порошковых композиций является индукционная наплавка, позволяющая управлять процессами плавления и кристаллизации, что является одним из важнейших факторов, дающим возможность создавать инструменты с требуемыми физико-механическими и технологическими свойствами. Возможность получения инструмента с наплавленным рабочим слоем позволяет существенно снизить расход дорогих высоколегированных материалов и уменьшить трудоемкость их изготовления.

В этом случае, определяющее влияние на структуру материала и последующую термическую обработку инструмента оказывают условия его получения и исходное состояние порошков, в результате этого и в связи с исключением горячей пластической деформации из технологической цепи производства инструмента, становится возможным формирование заданной структуры и фазового состава. Поэтому применением порошковых композиций на основе быстрорежущей стали с карбидными и оксидными добавками для получения инструментов, позволяет совместить преимущества порошковой металлургии с достоинствами классической металлургии, что является актуальной задачей.

Работа проводилась согласно планам НИР КГТУ и поддержана грантом Красноярского краевого фонда науки по теме 15G235.

Целью работы является получение композиционного материала с разработкой технологии изготовления рабочей части инструмента путем наплавки порошка быстрорежущей стали 10Р6М5 с добавками WC, TiC и AI2O3.

Для достижения цели сформулированы следующие задачи:

1. Выбор порошковой композиции для получения инструмента, сочетающего высокую твердость и теплостойкость с повышенной прочностью (инструмента с расширенной областью применения).

2. Разработка технологии наплавки рабочей части инструмента порошковыми композициями для формирования структурного состояния, характерного для ускоренного охлаждения, обеспечивающего получение высококонцентрированного твердого раствора и формирование более дисперсной структуры.

3. Определение температурных режимов термической обработки, обеспечивающих получение наибольшей твердости и теплостойкости, за счет выделения карбидов из пересыщенных мартенсита и остаточного аустенита при дисперсионном твердении.

4. Экспериментально-промышленные испытания полученного инструмента.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту:

1. Установлено, что при введении добавок WC, TiC и АЬОз, в порошковую композицию в зависимости от времени нахождения их в расплаве, становится возможным осуществление требуемого распределения концентрации компонентов для создания структуры с заданным комплексом свойств.

2. Установлено, что при индукционной наплавке, за счет контроля времени нахождения компонентов в жидком состоянии, возможно оказывать воздействие на строение ледебурита, который может изменяться от развитого «скелетного» до дисперсного, с соответствующим изменением физико-механических характеристик слоев.

3. Показано, что искусственно созданное распределение порошковой быстрорежущей стали и добавок, входящих в состав порошковой композиции, удается сохранить при индукционной наплавке с удельной мощностью до 2 кВт/см2.

4. Установлено, что при охлаждении наплавляемого материала со скоростью до 100°С/с, формируется структурное состояние, позволяющее реализовать эффект дисперсионного твердения в процессе трехкратного отпуска при температуре 560 °C.

Практическая значимость работы.

Предложенные составы порошковых композиций, разработанная технология наплавки и последующей термической обработки позволяют производить режущие и другие инструменты, на основе порошков быстрорежущей стали 10Р6М5 с добавками WC, TiC и А120з, с твердостью более 70 HRC и теплостойкостью до 640 °C, что обеспечивает повышение стойкости режущего инструмента более чем в 1,5 раза по сравнению со стойкостью инструмента из стандартной стали Р6М5.

Достоверность полученных результатов подтверждается повторением опытов в сходных условиях, использованием различных методик исследования полученных композиционных материалов и непротиворечивостью исследованиям других авторов.

Личный вклад автора заключается в проведении основной части экспериментальных исследований по разработке технологии, получению и изучению наплавленных слоев. Автору принадлежит обоснование и разработка положений определяющих научную новизну и практическую ценность работы. В совместных публикациях, вклад авторов был примерно равным.

Апробация работы и публикации.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: «Достижения науки и техники — развитию Сибирских регионов» (Красноярск, 2003), «Новые перспективные материалы и технологии их получения» (Пенза 2004), «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2004), «Инновационное развитие регионов Сибири» (Красноярск, 2006) и на научно-техническом семинаре механико-технологического факультета КГТУ.

Основное содержание диссертации опубликовано в 7 статьях, одном тезисе конференций и одной депонированной работе.

Объем и структура работы.

Материалы диссертации изложены на 127 страницах основного текста, включающего 48 рисунков и 16 таблиц. Работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и двух приложений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Выбранные порошковые композиции и технология индукционной наплавки позволяют получать материалы с заданными строением и легированностью, так добавка: карбида вольфрама приводит к формированию ледебуритных карбидов скелетного типакарбида титана приводит к образованию-карбидов ледебуритного происхождения, имеющих дисперсное строениеоксида алюминия повышает дисперсность наплавленного слоя, что в совокупности позволяет расширить номенклатуру обрабатываемых материалов.

2. Разработанная технология наплавки инструментов, предлагаемыми порошковыми композициями с применением индукционного нагрева удельной.

Ф мощностью 1 -2 кВт/см2, позволяет реализовать эффект закалки за счет теплоотвода в подложку со скоростью до 100 °С/с.

3. Применение индукционной технологии наплавки дает возможность получения структур с различной легированностью и дисперсностью, при глубине переходной зоны не превышающей 2 мкм, что дает возможность получать наплавленные слои толщиной 1−6 мм за один проход индуктора.

4. Трехкратный отпуск при температуре 560 °C, позволяет получать твердость наплавок более 70 HRC с теплостойкостью до 640 °C за счет эффекта дисперсионного твердения.

4. Стойкость инструмента с наплавками из композиционного материала ® более чем в 1,5 раза выше по сравнению со стойкостью аналогичного инструмента из стали Р6М5.

Показать весь текст

Список литературы

  1. , Ю. А. Инструментальные стали / Ю. А. Геллер. М.: Металлургия, 1983.-527 с.
  2. Металловедение: Учеб. для вузов. / А. П. Гуляев. М.: Металлургия, 1977 — 647 с.
  3. Материаловедение: Учеб. для вузов. / Б. Н. Арзамасов, В. И. Макарова, Г. Г. Мухин, Н. М. Рыжов. М.: Изд во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002 — 648 с.
  4. , А. М. Инструментальные материалы: учеб. пособие / А. М. Ток-мин. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001.- 147 с.
  5. , Н. И. Выбор твердого сплава лезвийного режущего инструмента / Н. И. Зленко // Инженерный журнал 2000 — № 11 — с.
  6. , В. И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов / В. И. Третьяков. М.: Металлургия, 1976. — 528 с.
  7. Тонкая техническая керамика: справочник / ред. X. Янагида. М.: Металлургия, 1986. — 276 с.
  8. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: справочник / В. И. Баранчиков, А. В. Жаринов, Н. Д. Юдина, А. И. Садыхов. -М.: Машиностроение, 1990. 400 с.
  9. , Ю. Г. Карбидостали / Ю. Г. Гуревич, В. К. Нарва, Н. Р. Фраге. -М.: Металлургия, 1988. 144 с.
  10. , О. Н. Выбор стали и режима термической обработки для литой быстрорежущей стали / О. Н. Таничева // Металловедение и термическая обработка металлов 1968. — № 12. — С. 43−44.
  11. , А. С. Структура и свойства литой быстроохлажденной быстрорежущей стали Р6М5 / А. С. Чаус // Металловедение и термическая обработка металлов 2003. — № 5 — С.3−7.
  12. , М. Н. Новый высокованадиевый наплавочный материал для штампов горячего деформирования и пресс-форм / М. Н. Салманов, В. Н. Ша-балин, Н. С. Салманов, А. А. Кононов // Сварочное производство 2001. — № 10 — С.22−25.
  13. , А. М. Применение вторично переработанных карбидовольфрамо-вы порошковых материалов в составе наплавочного прутка / А. М. Ханов, М. Н. Игнатов, О. И. Ломовский // Сварочное производство 2000. — № 8 — С.43−45.
  14. , В. Н. Износостойкость наплавленного металла с повышенной долей карбидов титана / В. Н. Кальянов, А. Н. Петренко // Автоматическая сварка 2004. — № 12 — С.59−60.
  15. , О. С. Особенности легирования наплавленного металла карбидом титана при дуговой износостойкой наплавке / О. С. Каковкин, Ю. Д. Да-рахвелидзе, Г. Г. Старченко // Сварочное производство 1989. — № 5 — С.8−10.
  16. , В. А. Плазменные износостойкие покрытия с включением твердой смазки / В. А. Оковитый // Сварочное производство 2002. — № 6 -С.41−43.
  17. , А. И. Влияние легирующих элементов на структуру композиционного сплава на основе карбидов вольфрама / А. И. Белый, А. П. Жудра, В. И. Дзыкович // Автоматическая сварка 2002. — № 11 — С. 18−20.
  18. , А. И. Особенности раскисления металла сварочной ванны при плазменной наплавке композиционных материалов / А. И. Белый, А. П. Жудра, В. И. Дзыкович // Автоматическая сварка 2002. — № 10 — С.48−49.
  19. Сом, А. И. Плазменно-порошковая наплавка композиционных сплавов на базе литых карбидов вольфрама / А. И. Сом // Автоматическая сварка 2004. -№ 12 — С.49−53.
  20. , Е. Ф. Высокованадиевые сплавы для плазменно-порошковой наплавки инструментов / Е. Ф. Переплетчиков, И. А. Рябцев, Г. М. Гордань // Автоматическая сварка 2003. — № 3 — С.21−25.
  21. , В. Н. Индукционная наплавка твердых сплавов / В. Н. Ткачев, Б. М. Фиштейн, Н. В. Казинцев, Д. А. Алдырев. М.: Машиностроение, 1970. -183 с.
  22. , Ч. В. Влияние режимов индукционной наплавки на структуру и свойства наплавленного металла / Ч. В. Пулька, О. Н. Шаблий, А. С. Письменный // Автоматическая сварка 2004. — № 10 — С. 19−21.
  23. , А. П. Сварка, наплавка и резка металлов / А. П. Федин- Минск: Высшая школа, 1972. — 332 с.
  24. Бернштейн, М. JL Термомагнитная обработка некоторых сталей по способу Бассета / М. Л. Бернштейн // Металловедение и термическая обработка металлов 1968. — № 8 — С.5−10.
  25. , В. Д. Влияние магнитного поля на мартенситное превращение в стали / В. Д. Садовский // сб. науч. тр. Металловедение, М.: Наука, 1971—432с.
  26. , А. Е. Плазменная наплавка металлов / А. Е. Вайнерман. Л.: Машиностроение, 1969. — 192 с.
  27. , В. В. Пайка и наплавка при индукционном нагреве / В. В. Во-логдин. М.: Машиностроение, 1965 — 62 с.
  28. , С. Я. Наплавка металлов / С. Я. Шехтер, А. М. Резницкий. М.: Машиностроение, 1982. — 72 с.
  29. Наплавка металлов: карманный справочник рабочего / под ред. Б. А. Ку-лишенко. М.: Машиностроение, 1964. — 204 с.
  30. , Н. А. Наплавка деталей, работающих в условиях абразивного износа / Н. А. Гринберг // Автоматическая сварка 1967. — № 7 — С.55−58.
  31. Порошковая металлургия и напыленные покрытия: учеб. для вузов. / В. Н. Анциферов, Г. В. Бобров, JI. К. Дружинин- М.: Металлургия, 1987 — 792 с.
  32. , А. Е. Закономерности проявления сверхпластичности сталей Р6М5 и 10Р6М5-МП / А. Е. Гвоздев, А. В. Афанаскин, Е. А. Гвоздев // Металловедение и термическая обработка металлов 2002. — № 6 — С.32−36.
  33. , JI. С. Развитие теории легирования и разработка оптимальных составов теплостойких инструментальных-сталей : автореферат дис.. докт. техн. наук: 05.02.01 / Л. С. Кремнев. Москва: б. и., 1974.-22 с.
  34. Металловедение и термическая обработка: справочник / ред. М. JI. Бер-штейн, А. Г. Рахштадт- М.: Металлургия, 1983. — 367 с.
  35. , X. Д. Сплавы внедрения т.1 /X. Д. Гольдшмидт. М.: Мир, 1971.-424 с.
  36. , Т.Н. Карбиды/Т.Н. Косолапова.-М.:Металлургия, 1968.-211с.
  37. , Г. В. Физическое материаловедение карбидов / Г. В. Самсонов, Г. Ш. Упадахая, В. С. Нешпор. Киев: Наукова думка, 1974. — 455 с.
  38. , И. К. Диффузия вольфрама в аустените быстрорежущих сталей / И. К. Купалова, С. В. Земский // Металловедение и термическая обработка металлов 1968. — № 2 — С. 10−12.
  39. , И. К. Фазовый состав, структура и свойства быстрорежущей стали / И. К. Купалова // Материаловедение 1999. — № 12 — С. 34−44.
  40. , В. В. Шлифование металлов / В. В. Лоскутов. М.: Машиностроение, 1985. — 256 с.
  41. , А. А. К вопросу о силикокарбидной фазе в износостойких сплавах / А. А. Митяев, И. П. Волчок // Металловедение и термическая обработка металлов 2001 .-№ 10 — С. 24−27.
  42. А. С. Влияние модифицирования на структуру и свойства литых вольфрамомолибденовых быстрорежущих сталей / А. С. Чаус, Ф. И. Рудницкий // Металловедение и термическая обработка металлов 1989. — № 2 — С. 27−32.
  43. , Г. В. Твердые соединения тугоплавких металлов / Г. В. Самсонов, Я. С. Уманский. М.: Металлургиздат, 1957 — 237 с.
  44. , В. Н. Многокомпонентные сплавы титана / В. Н. Еременко. -Киев: Изд-во АН УССР, 1962. 76 с.
  45. , А. О. Износостойкие покрытия из порошкового самофлюсующегося сплава со сферическим релитом / А. О. Токарев // Сварочное производство 2000. — № 7 — С.37−38.
  46. , И. М. Износостойкие композиционные покрытия с наполнителями системы Fe-B-C / И. М. Спиридонова, Е. В. Суховая, С. Б. Пиляева // Автоматическая сварка 2003. — № 1 — С.31−34.
  47. Гун, Г. С. Упрочняющие и восстанавливающие покрытия / Г. С. Гун, А. М. Цун, В. В. Кривощапов, и др. Челябинск: Металлургия, 1991. — 160 с.
  48. , Е. Н. Изготовление металлорежущего инструмента методом наплавки / Е. Н. Зубкова // Сварочное производство 2002. — № 7 — С.34−35.
  49. , В. В. Пайка и наплавка при индукционном нагреве / В. В. Волошин. М. — JL: Машиностроение, 1965. — 92 с.
  50. , А. В. Справочник паяльщика / А. В. Лакедемонский, В. Е. Хряпин. М.: Машиностроение, 1967. — 48 с.
  51. , Н. Ф. Пайка металлов / Н. Ф. Лашко, С. В. Лашко. М.: Машиностроение, 1988.-375 с.
  52. , Н. Н. Основы выбора флюсов при сварки сталей / Н. Н. Потапов. М.: Машиностроение, 1979. — 168 с.
  53. , Д. И. Многократное восстановление инструментов / Д. И. Кузнецов, А. Л. Иткин. М.: Машгиз, 1961. — 237 с.
  54. , А. П. К вопросу выбора борсодержащих шихтовых материалов для сердечника порошковой проволоки / А. П. Жудра, С. Ю. Кривчиков, В. В. Петров // Автоматическая сварка 2004. — № 4 — С. 55−56.
  55. , Н. В. Метод расчетного определения фазового состава и структуры износостойких наплавочных сплавов / Н. В. Королев, О. В. Пименова, В. Н. Бороненков // Сварочное производство 2002. — № 4 — С. 11−16.
  56. , Б. П. Измерение и расчет температур плавления сварочных шлаков / Б. П. Бурылев, J1. П. Мойсов, Д. М. Лаптев // Сварочное производство -2002.-№ 2-С. 16−21.
  57. , В. В. Поведение водорода при сварке плавлением / В. В. Фролов. -М.: Машиностроение, 1966. 54 с.
  58. , С. Л. Оборудование термических цехов / С. Л. Рустем. М.: Машиностроение, 1971 — 150 с.
  59. , А. В. Индукторы для индукционного нагрева / А. В. Слухоц-кий. М.: Энергия, 1974 — 60 с.
  60. , И. Н. Физические основы электротермической обработки металлов и сплавов / И. Н. Кидин. М.: Металлургия, 1969 — 376 с.
  61. , X. Практическая металлография. Методы изготовления образцов- пер. с нем. / X. Вашуль М.: Металлургия, 1988. — 320с.
  62. , В. С. Металлографические реактивы / В. С. Коваленко. М.: Металлургия, 1973. — 112 с.
  63. В. С. Теория термической обработки металлов. Отжиг: учеб. пособие /B.C. Биронт. Красноярск: ГАЦМиЗ, 1997. — 208 с.
  64. , А. И. Эвтектические композиции / А. И. Сомов, М. А. Тихоновский. М.: Металлургия, 1975. — 304 с.
  65. , Дж. Упаковки шаров, решетки и группы, т. 1 / Дж. Конвей, Н. Слоэн.-М.: Мир, 1990.-415 с.
  66. Тот, Л. Ф. Расположения на плоскости на сфере и в пространстве-тер. с нем. / Л. Ф. Тот. -М.: Физ.-мат. лит., 1958.-363 с.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!