автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование и разработка эффективной технологии производства трехслойного биметаллического проката для самозатачивающегося почворежущего инструмента

На правах рукописи

#

Со /

ВОРОНИН Андрей Витальевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ТРЕХСЛОЙНОГО БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОКАТА ДЛЯ САМОЗАТАЧИВАЮЩЕГОСЯ ПОЧВОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Специальность 05.16.05 - "Обработка металлов давлением"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

ВОРОНИН Андрей Витальевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ТРЕХСЛОЙНОГО БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОКАТА ДЛЯ САМОЗАТАЧИВАЮЩЕГОСЯ ПОЧВОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Специальность 05.16.05 - "Обработка металлов давлением"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре пластической деформации специальных сплавов Московского Государственного института стали и сплавов (Технологического университета).

Научные руководители: кандидат технических наук, доцент ОСАДЧИЙ В.А. доктор технических наук, профессор ЖАДАН В. Т.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ЛУКАШКИН Н.Д. кандидат технических наук, старший научный сотрудник. КАРЕЛИН Ф. Р.

Ведущее предприятие: АО "Электросталь"

Защита диссертации состоится "8 "ОЛ^зблД 1998г. в Ю часов на заседании диссертационного совета Д 053.08.02 в Московском Государственном институте стали и .сплавов (Технологическом университете) по адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект. дом 4.

436

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Государственного института стали и сплавов (Технологического университета).

Автореферат разослан "2.7" 1998 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета, ( РОМАНЦЕВ Б. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение срока службы деталей машин и инструмента, работающих в условиях абразивного износа, относится к числу важнейших проблем современной металлургии и машиностроения. С целью обеспечения самозатачивания лезвия и повышения долговечности наиболее изнашиваемые поверхности почворежущих деталей наплавляют износостойкими материала)™ карбидного класса. Тем не менее, осуществить наплавку плоских деталей типа дисков толщиной менее- 4 мм, технически сложно, так как возникающие при местном нагреве напряжения приводят к остаточным деформациям зоны упрочнения, которые значительно превышают допустимые по условиям изготовления:

Наиболее эффективным способом получения самозатачивающегося тонколистового инструмента является его изготовление из биметаллического проката композиции углеродистая сталь + высокохромис тая инструментальная сталь + углеродистая сталь. Благодаря симметричному расположению слоев исключается поводка биметаллической детали при термообработке, и появляется возможность механической обработки режущей части инструмента с двух сторон. В связи с этим разработка технологии производства трехслойных листов и полос указанной композиции является весьма актуальной задачей.

Цель работы. Разработка и опробование технологии получения трехслойных биметаллических полос для изготовления тонколистовых почворежущих деталей" с высоким уровнем служебных свойств. Для достижения данной цели в работе поставлены следующие задачи:

1. Разработать методику расчета'параметров деформации биметалла с некомпактным порошковым слоем при продольной прокатке.

2. Исследовать сопротивление деформации и пластичность ком-

понентов износостойкого биметалла в широком интервале изменения термомеханических параметров.

3. Провести опробование, способов получения и горячей прокатки трехслойных слитков со свободно засыпанным порошковым слоем.

4. Исследовать влияние термической обработки на механические и технологические свойства трёхслойных полос.

5. Разработать промышленную технологию производства трёхслойных биметаллических листов и полос.

Научная новизна. Разработана методика расчёта температур-но-деформационного режима прокатки биметаллических слитков с некомпактным порошковым слоем.

Установлено влияние деформационно-скоростных параметров на сопротивление деформации износостойкого порошкового сплава в интервале температур горячей обработки давлением.

Определено влияние расположения вставки-контейнера в биметаллическом слитке на неравномерность деформации порошкового слоя при прокатке трёхслойных полос. Получена зависимость относительной плотности порошкового компонента от общей вытяжки при горячей прокатке биметалла с некомпактным слоем.

Установлено влияние степени деформации и термообработки на структуру зоны соединения порошкового и монолитных слоёв износостойкого биметалла.

Получены зависимости геометрических размеров вставки-контейнера от соответствующих размеров получаемых слоистых слитков.

Практическая ценность. Разработан новый технологический процесс производства трёхслойных биметаллических полос для получения самозатачивающегося тонколистового инструмента. Проведен ные на Кировоградском машиностроительном заводе ресурсные испы

тания изделий - трехслойных дисков сошников зерновых сеялок показали более высокий уровень служебных свойств по сравнению серийно производимыми аналогами из стали 65Г.

Реализация работы. Результаты экспериментальных и теоретических исследований использованы при разработке и опробовании технологии производства трёхслойного биметалла и получения износостойких изделий в условиях опытно-промышленного производства ЦНИИЧермета, ВИСХОМа, а также на машиностроительном заводе по выпуску посевных машин "Красная звезда" г.Кировоград.

Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены на 7-ой Всесоюзной научно-технической конференции "Горячее прессование в порошковой металлургии", Новочеркасск, 1988 г.; на Всесоюзной научно-технической конференции "Обобщение опыта работы молодых учёных, инженеров и рабочих отрасли по экономии материальных и энергетических ресурсов", Донецк, 1989 г.; региональном научно-техническом семинаре "Применение порошковых материалов для упрочняющих и восстанавливающих покрытий", Магнитогорск-Челябинск, 1991 г.; научной конференции студентов и молодых ученых МИСиС, Москва, 1992 г.; научных семинарах кафедры пластической деформации специальных сплавов.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 8 печатных работах.

Объбм работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и вы-

к

водов, изложена на 140 страницах машинописного текста, влючарт 9 таблиц, 20 иллюстраций, 2 приложения, список использованных источников из 117 наименований.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Наиболее технологичным, производительным и экономически выгодным, способом производства трехслойной.износостойкой стали является горячая прокатка биметаллических слитков, изготовленных по схеме "твердое + жидкое". Однако, при получении промышленных трехслойных слитков с твердым сердечником из карбидных сталей из-за низких теплопроводности и вязко-прочностных свойств последних происходит разрушение вставки под воздействием термического удара при заливке жидкой углеродистой стали. В связи с этим целесообразно в качестве вставки применять металлический контей-> нер со свободно засыпанным порошком износостойкого сплава. Тем не менее, технология получения и дальнейшей прокатки биметалли-1 ческих слитков с некомпактным порошковым слоем не разработана.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ПРОКАТКЕ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛОС

В работе проведено теоретическое исследование процесса деформации при прокатке трехслойного биметалла с центральным некомпактным слоем износостойкого порошкового материала.

Компактирование свободно насыпанного порошкового слоя при прокатке биметалла, при условии равномерной деформации порошкового компонента многослойной заготовки, осуществляется в два этапа. Вначале происходит уплотнение порошковой массы без вытяжки можзлитных слобв, после которого наступает стадия совместной пластической деформации компонентов с дальнейшим компактировани-ем порошковой составляющей. Для определения плотности порошкового слоя, достигаемой при уплотнении, использовали известный рас-

четный метод, , основанный на равенстве давления уплотнения и течения порошкового материала в момент начала пластической деформации.

Принимали, что на первом этапе прокатки за счёт уплотнения порошкового' компонента деформация трёхслойной заготовки происходит только по высоте (осадка) без вытяжки и уширения. По мере увеличения плотности порошкового слоя давление металла на деформирующий инструмент возрастает, когда оно достигнет значения, достаточного для пластической деформации биметалла, начнётся-совместная осадка слоев. В результате аналитического исследования осадки биметалла при отсутствии внешнего и межслойного трения получено следующее' выражение:

2

бд \/3 ■ Р 03 . -:-1- ; (1)

т

(/¡Гр + - р

м т

где б3, бд - сопротивление деформации соответственно монолитного и компактного порошкового компонентов биметалла; р - относительная плотность порошкового слоя.

Если начальная плотность порошкового материала больше или равна плотности, определяемой по уравнению (1), то этап уплотнения отсутствует и сразу начинается пластическая деформация слоёв.

При совместной пластической деформации компонентов износостойкого биметалла твёрдый порошковый.слой подвергается действию вертикальных сжимающих напряжений со стороны валков и горизонтальных растягивающих напряжений со стороны мягких углеродистых слоев. Как известно, компактирование порошкового материала при обработке давлением происходит, если значение сродного напряжв-

ния (гидростатическое давление) является отрицательным. Для определение среднего напряжения порошкового слоя использовали метод совместного решения уравнений пластичности и равновесия элемента очага деформации при плоском деформированном состоянии без учета сил трения. Отсутствий сил трения является наиболее опасным с точки зрения недостаточного компактирования порошкового слоя и вероятности его разрушения.

В результате решения получено аналитическое выражение условия одновременного компактирования и равномерной деформации по,-рошкового слоя при прокатке биметалла:

3/2

> 1

(2)

Р

где Г), Ь - толщина соответственно порошкового и монолитных слобв.

Полученные зависимости (1) и (2) использовали для составления методики расчета режима обжатий при прокатке биметаллического слитка с центральным порошковым слоем.

Абсолютное обжатие для уплотнения порошкового материала, с учётом закона сохранения массы, составляет:

п

ЛЬуп

упл

Риг

1 -

Руп;

(3)

где 11нас - толщина, занимаемая свободно засыпанным порошком; Рнас> <У«л " относительная плотность соответственно свободно засыпаного порошка и порошкового слоя после уплотнения.

Обжатие слитка в первых проходах выбираем максималь-

Ь

бм

ным - ЛЬ„акс, исходя из условия захвата металла валками. Для заданных термомеханических параметров в первом проходе определяем

т и

сопротивление деформации компонентов биметалла - бз1 и б31. при помощи которых по формуле (1). производим расчет плотности по- ' рошкового компонента на момент начала совместной деформации слоев г РуПЛ. Подставляя полученное РуП1 и заданное значение Рнас в

п

выражение (3), вычисляем Дйупл. Далее определяем число проходов необходимое для уплотнения порошкового слоя:

п

» ■ «>

ЛЬмако

Значение к округляем до целого большего числа и рассчитывали толщину раската, плотность и температуру по проходам 1-1. ..к:

Ом бн Ои

Ь, - V, - ДПмаКс(1) (5)

1

Р1 ' Ркас + — ' (Рут " Рнас) : (б)

Цхо) ■ ь»х(1-1)+^пл(1-1г^»(1-1)-Л^1К1-1) : (7)

би бн

где 11,. 1, И, - толщина биметаллической полосы до и после 1-того прохода: f>^ - относительная плотность порошкового слоя после 1-того прохода: 1вх(1), Ц^,.,) - температура полосы на вхо^е перед Ьтым и предыдущем проходами; Лгпя (! _ 4 > - прирост температуры полосы вследствие пластической деформации; АЦ^-и, А^мко-п" падение температуры полосы вследствие контакта с валками и в межклетевом промежутке.

Вычисление Д1ПЯ, Дц, Д1ИК производим по известным эмпирическим зависимостям.

,. Расчет обжатий для последующих проходов 1-к+1...п, где п -общее число проходов при прокатке трехслойной полосы, выполняем по условиям захвата, прочности валков, мощности и крутящему моменту главного электродвигателя. По формулам (5) и (7) вычисляем соответственно толщину и температуру полосы, а также определяем

Т И

сопротивление деформации компонентов биметалла - б3, и б3,.

Изменение относительной плотности порошкового слоя в результате пластической деформации для проходов 1-к+1...п рассчитываем по известному выражению применительно к плоской продольной прокатке:

Р1 " Рут • ехр Скр • X,) ; (8)

где кр - коэффициент, зависящий от пористости порошкового материала; X, - значение общей вытяжки в 1-том проходе.

Для каждого 1-того прохода производим проверку выполнения неравенства (2).

. В соответствии с разработанной методикой была составлена и реализована на ЭВМ программа расчета режима горячей прокатки биметаллических слитков с засыпанным порошковым слоем. Программа позволяет рассчитывать относительную плотность порошкового слоя по проходам.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ И ПЛАСТИЧНОСТИ КОМПОНЕНТОВ ИЗНОСОСТОЙКОГО БИМЕТАЛЛА

С целью разработки температурно-деформационного режима прокатки износостойкого биметалла исследовали зависимости сопротив-

ления деформации и пластичности его компонентов при температурах горячей обработки давлением.

В качестве основного слоя биметалла использовали сталь 45, для износостойкого слоя - сплав 260Х20Н2, порошок которого получали методом распыления расплава водой в среде азота. Порошок имел неправильную остроугольную форму со средним размером частиц 175 мкм. Содержания кислорода в порошковом сплаве составляло менее 0,1%. Компактирование порошка осуществляли путём горячей экструзии в капсулах с 8-10 - кратной вытяжкой.

По результатам испытаний компонентов биметалла на статическое растяжение при повышенных температурах установлено, что при 800-900°С прочностные свойства компактного порошкового сплава в 2,0-2,1 раза больше стали 45, по мере увеличения температуры разница в прочностных свойствах исследуемых материалов постепенно уменьшается и при 1200°С практически'исчезает. Пластичность компактного сплава 260Х20Н2-МП достаточно высокая в интервале температур 900-1200°С - значение относительного сужения ф > 60%, относительное удлинение в 1,1-1,6 раза выше, чем у стали 45.

Исследование сопротивления деформации компактного сплава 260Х20Н2-МП и стали 45 проводили на кулачковом пластометре конструкции ЮУМЗ. Образцы указанных материалов 0 6 мм и высотой 9 мм испытывали на сжатие при 800, 900, 1000, 1100, и 1200°С. .Скорость деформации при-каждой температуре составляла 7 и 30 с"1, что соответствует интервалу средней скорости деформации при прокатке биметаллических полос. В пределах одного испытания скорость деформации выдерживали постоянной. Степень деформации образцов составляла е=0,5-0,6. Истинной значения сопротивления деформации определяли с учетом влияния контактных сил трения.

Анализ полученных "результатов показал, что в заданном те!..-

пературно-скоростном интервале при степени деформации 0.12-0,20 кривые упрочнения сплава 260Х20Н2-МП имеют явный максимум, что характерно для инструментальных ледебуритных сталей. Сопротивление деформации порошкового сплава выше чем стали 45 во всём интервале деформации, вместе с'тем, их различие уменьшается с ростом температуры и степени деформации. Так. при скорости деформаг ции 7 с"1 в интервале 800-900°С отношение сопротивления деформации сплава 260Х20Н2-МП к сопротивлению деформации стали 45 при е-0,12-0,13 имеет максимальное значение равное 2,25-2,45; а при е-0,50 оно снижается до 1,12-1,18. При 1200°С максимум наблюдается при е-0,12 и составляет 1,44; а при е-0,50 соответственно -1,21. Такое резкое уменьшение различия сопротивлений деформации исследуемых материалов с ростом степени обжатия связано с интенсивным разупрочнением порошкового хромоникелевого сплава.

Экспериментальные данные сопротивления деформации компонентов биметалла аппроксимировали при помощи известной формулы, учитывающей разупрочнение металла в процессе горячей деформации:

* е*. в*'.'**, в*1 : (9)

где е. 4 - степень и скорость деформации; I - температура.

Значение коэффициентов ао,...,^ определяли путём регрессионного анализа с использованием метода наименьших квадратов. Для сплава 260Х20Н2-МЛ получены следующие коэффициенты: ао-9008; а!-0,3440; аг—2,5719; а3-0,1160; а4—0,0028. Среднее квадрати-ческое отклонение относительной погрешности составило 11%.

Для стали 45 коэффициенты выбраны из имеющихся в технической литературе, расчёт по которым обеспечивал наилучшее схождение с полученными в настоящей работе экспериментальными данными.

4. РАЗРАБОТКА И ОПРОБОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ'ПОЛУЧЕНИЯ ТРЕХСЛОЙНОЙ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОЛОСЫ

Слоистые слитки получали путем запивки жидкой сталью 45 установленных в кокиле герметичных контейнеров со свободно засыпанным порошком сплава 260Х20Н2. Контейнеры были изготовлены из листовой стали 08кп толщиной 1,5 мм методом холодной штамповки и электросварки. Насыпная плотность порошка в контейнере составляла 3,0-3.7 т/м3. Контейнер размещали в кокиле при помощи крепежной арматуры, обеспечивающей заливку вставки со всех сторон.

Слитки после отделения прибыльной части имели размер 36x410x255 мм ("широкие"). С целью исследования влияния усадочных явлений на расположение порошкового слоя, часть контейнеров залили на 2/3 их высоты. Установлено, что применяемые контейнеры размером 15x410x205 мм в процессе усадки стали 45 теряли устойчивость, что приводило к искажению их Яормы в готовых слитках.

Получение слитков с равномерным расположением порошкового компонента достигали путем- снижения линейной усадки наружных слоев за счет уменьшения ширины отливки и вставки-контейнера. В данном случае размер слитков составил 36x240x255 мм ("узкие").

Нагретые до 1200°С слитки прокатывали на двухвалковом стане 600 в соответствии с рассчитанным по программе режимом обжатий в интервале температур 900-1200°С. Для исследования формоизменения и коилактирования порошкового слоя отбирали раскаты толщиной 16; 7,5 и 4 мм. Анализ темплетов показал, что при деформации "широких" слитков неравномерное расположение вставки-контейнера приводит к нарушению сплошности порошкового слоя в виде периодических разрывов по длине и ширине прокатаной полосы. В раскатах "узких" слитков расположение порошкового слоя в поперечном

и продольном направлениях равномерное без смещения и разрывов.

Измерение плотности сплава 260Х20Н2-МП проводили методом гидростатического взвешивания отоженных образцов, полученных путем удаления углеродистых слоев биметалла на абразивно-зачистном станке. По результатах! измерений, приведенных в таблице, установлено, что значительное увеличение плотности происходит на начальном этапе прокатки при общей вытяжке менее 4,5 , а для достижения 100« плотности порошкового слоя при прокатке слоистых слитков необходима общая вытяжка не менее 8.

Таблица

Влияние деформации на плотность сплава 260Х20Н2-МП

N режима Способ компактирования Общая вытяжка X Плотность т/м3 Относительная плотность р

1 Горячая экструзия 8,56 7.564 1,0

2 Горячая прокатка 2,08 6,711 0,887

3 Горячая прокатка 4.43 7,525 0, 995

4 Горячая прокатка 8,31 7,555 0, 999

Процесс уплотнения порошкового материала при прокатке может быть охарактеризован путём определения частных вытяжек. В связи с этим сравнивали теоретическую вытяжку X, рассчитанную по отношению площадей поперечного сечения трёхслойной биметаллической заготовки до и после деформ<^ии, с фактической вытяжкой х*, найденной по отношениям соответствующих длин раскатов. Установлено, что по мере увеличения относительной плотности центрального порошкового слоя отношение частных вытяжек Х*/Х возрастает и при общей вытяжке более 8 х*/х » 1, дальнейшего компактирования практически не происходит и материал ведёт себя как сплошной.

Среднее квадратическое отклонение расчетных значений относительной плотности порошкового слоя, полученных По разработанной программе, от экспериментальных данных составило №.

В результате измерения толщины слоев биметалла согласно нет м

равенству (2) получили, что бд / <3,67, таким образом в соответствии с результатами испытания сопротивления деформации составляющих выполняется условие равномерной деформации порошкового компонента при заданных термомеханических параметрах. Для экспериментального подтверждения данного факта были прокатаны образцы трехслойной полосы толщиной 4 мм за один проход со степенью деформации 20 и 40Ж при температуре 1100, 1000 и \900°С. Анализ темплетов показал, что расположение центрального порошкового слоя по длине и ширине прокатаных полос равномерное независимо от температуры и степени деформации.

Получение тонких трехслойных полос производили путем прокатки "узких" слитков по рассчитанному режиму обжатий с разбивкой ширины и промежуточным подогревом. После порезки готовые полосы имели размер 2,5x420x1500 мм. В результате исследования образцов биметалла установлено, что толщина слоя из сплава 260Х20Н2-МЛ на концах полосы составила - 0,80 мм, в середине - 0,70 мм, расположение внутреннего слоя в поперечном направлении равномерное без разрывов и смещений по сечению. Твердость центрального слоя в результате воздушной закалки от высокой температуры конца прокатки - 1000-1050°С составила НЙС 60-61.

5. ИСПЫТАНИЕ ТРЁХСЛОЙНЫХ ПОЛОС И ПОЛУЧЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИХ

В связи с разработкой технологии производства износостойкого биметалла исследовали структуру, механические и технологичес-

кие свойства трехслойных полос композиции сталь 45 + 260Х20Н2-МП+ + сталь 45 в горячекатаном состоянии и после термообработки.

Анализ микроструктуры биметалла после прокатки с вытяжкой 2,08 показал, что между порошковым слоем и материалом контейнера несплошностей и расслоения не обнаружено, профиль границы волнообразный, благодаря тему, что при деформации мягкая сталь 08кп вдавливается и заполняет неровности поверхности твердого порошкового сплава. Из-за недостачного компактирования в порошковом материале присутствовали поры. Надежного соединения стали 45 с контейнером не происходит, имеется местное первичное схватывание. Прокатка с вытяжкой 8,31, увеличивая площадь контакта, выравнивает границу раздела монолитных и порошкового слоев. В результате достаточной деформации и диффузии между сталями 45 и 08кп образуются общие зерна, поэтому четко выраженной границы между ними не наблюдалось, микроструктура углеродистых слоев феррито-перлитная. Структура сплава 260Х20Н2-МЛ представлена мелкодисперсными равномерно распределенными в аустенитно-мартен-ситной матрице карбидами со средним размером 1.5 мкм.

После отжига структура биметалла претерпела значительные изменения. На границе раздела слоев в углеродистых компонентах появились две четко выраженные обезуглероженные ферритные зоны. Первая, в зоне соединения с износостойким слоем, образовалась в результате восходящей диффузии углерода из стали 08кп в сплав 260Х20Н2тМП, которая обусловлена тем, что хром, входящий в состав порошкового сплава, является более сильным карбидообразующим элементом, чем железо в углеродистых сталях. Причиной появления второй зоны, со стороны основного слоя, является нормальная дифт Фузия углерода из стали 45 в сталь 08кп. Как показали исследования механических свойств износостойких биметаллов, диффузионные

процессы, происходящие при отжиге, значительно повышают прочность сцепления слоев.

Влияние термической обработки на свойства трехслойных полос изучали при помощи испытаний на статическое растяжение при комнатной температуре и твердости центрального слоя. Образцы биметалла и его компонентов испытывали после таких видов термообработки как отжиг, закалка, закалка + отпуск.

В результате исследования установлено, что наибольшие значения прочностных и пластических характеристик (бо-г-655 МПа, ■бц-820 МПа. Ô5-1,2%) закалённый на воздухе от 1000°С биметалл приобретает после отпуска при 300°С. Изменение твердости сплава 260Х20Н2-МП от температуры отпуска подобно инструментальным сталям типа XI2М. Твердость центрального слоя после закалки составила HRC 60-61, отпуск при 200^0 не вызывал ее уменьшение. Твердость закаленного высокохромистого сплава после отпуска при 300-400°С снижалась до HRC 55-56 из-за частичного распада мартенсита, а при температуре отпуска 50сРс увеличивалась до HRC 59 (вторичное твердение), благодаря превращению остаточного аустег нита. Механические свойства биметалла после отжига составили - 6Ь,г-395 МПа, бц-565 МПа, Ô5-4.6%. При растяжении многосг лойных образцов разрушение их происходило без заметного шейкооб-разования в области равномерной деформации. Такой же характер разрушения наблюдали при растяжении монометаллических образцов сплава 260Х20Н2-МП. Полученные значения относительного удлинения биметалла и сплава 260Х20Н2-МП практически равны между собой.

Для оценки технологической пластичности трехслойных полос проводили испытания на загиб в холодном состоянии отожженных образцов вокруг оправки. Угол, при котором образцы разрушались, составил 147-155°. Прочность сцепления слоев была достаточна вы-

сокой, так как расслоений на испытанных образцах не обнаружили, а разрушение происходило по материалу центрального слоя.

Полученные биметаллические полосы по уровню механических и технологических свойств не уступали известной тонколистовой двухслойной стали 50 + сталь Х6Ф1 для почворежущих деталей, в то время как износостойкость 260Х20Н2-МЛ выше Х6Ф1 в 2,5-3,0 раза.

С целью проверки работоспособности трехслойного износостой,-кого биметалла 45-260Х20Н2г45 на Кировоградском заводе по выпуску посевных машин из тонких полос была изготовлена опытная парг тия дисков сошников зерновых сеялок. Биметаллические диски,прошт ли стендовые испытания, которые показали двухкратное увеличение ресурса детали по сравнению с серийными из стали 65Г, кроме того у трехслойных дисков происходило стабильное самозатачивание с сохранением формы лезвия в процессе работы.

6. РАЗРАБОТКА ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ТРЕХСЛОЙНЫХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛИСТОВ И ПОЛОС ..

В работе разработана технологическая схема получения тонких биметаллических листов и полос сталь 45 + 260Х20Н2-МП + сталь 45, которая включает в себя шесть основных этапов.

Первый этап -г получение порошка износостойкого сплава методом распыления расплава потоком газа или воды высокого давления в безокислительных средах, для последующего компактирования после рассева используют порошок Фракций 50-800 ,мкм.

Второй этап - изготовление вставки-контейнера с засыпанным порошком сплава 260Х20Н2. Материалом контейнера служит листовая низкоуглеродистая сталь толщиной 6-8 мм. Из подготовленных пластин при помощи электросварки получают прямоугольный контейнер

без крышки, который устанавливают на вибростол и заполняют порошком. Плотность засыпки порошка после виброуплотнения составляет 3,0-3,7 г/см3. Состав используемого оборудования аналогичен применяемому при засыпке порошка быстрорежущей стали в капсулы для газостатического прессования. После заполнения контейнер закрывают металлической крышкой и приваривают ее по периметру.

Третий этап - получение трехслойных слитков по схеме "твердое + жидкое". Толщину и ширину вставки-контейнера определяют соответственно по Формулам:

т

^к би

Пест " 2Ч + V —¡яг -и0 (10)

ОН

ь1ст - ь„ - 2-5% ; (11)

би би

Ь0, Ь„ - толщина и ширина трехслойного слитка в средней части:

б, - толщина стенки контейнера; к, - коэффициент, учитывающий не-

0м т

равномерность деформации слоев; Ь* - конечная толщина прокатываемой биметаллической полосы и центрального слоя; ^ - величина зазора между вставкой и стенкой узкой стороны изложницы.

В результате исследования послойной деформации компонентов при горячей прокатке биметалла 45-260Х20Н2-45 установлено, что кв»1,10-1,25, причем большие значения к, относятся к толстым листам, меньшие - к тонким. Величину $г выбирают исходя из условия предотвратить вытяжку стали' 45 в первых проходах прокатки слитка, для этого отношение У1,ст / Б должно быть более 2, где З-Б^Бг. Высоту вставки определяют с учетом обрези головной и донной частей слитка. Трехслойные слитки получают сифонным спо-

собом.

Четвертый этап - получение биметаллических заготовок (сутунки) путем прокатки слитков на универсальных станах. При помощи разработанной программы выполнен расчет режима прокатки биметаллического слитка композиции 45-260Х20Н2-45 с использованием технических характеристик универсального стана 1740, применяемого при производстве трехслойной износостойкой стали 60-10-60.

Полученные биметаллические сутунки толщиной 10 мм правят в горячем состоянии и подвергают абразивной зачистке.

Пятый этап - горячая прокатка заготовок на листы и полосы. Прокатку нагретых до 1100°С сутунок производят на двухвалковом двухклетьевом стане. Деформационный режим прокатки заготовок композиции 45-260Х20Н2-45 соответствует режиму обжатий сутунок из сталей типа У7-У13, ШХ15. Полосы толщиной от 2 до 2,5 мм прокатывают парой с дополнительным подогревом раскатов.

. Шестой этап - отделка трехслойных листов и полос. Полученные горячекатаные листы н полосы подвергают отжигу, посредством которого достигают снятие остаточных напряжений в слоях биметалла, снижение твердости внутреннего слоя, повышение прочности сцепления слоев. Далее листы и полосы подвергают правке и травлению. После промывки в горячей воде протравленные листы и полосы промасливают минеральным маслом.

С целью определения эффективности применения износостойкого биметалла сталь 45 + сплав 260Х20Н2-МП + сталь 45 произведен расчет ожидаемого годового экономического эффекта по замене серийно производимых монометаллических дисков сошника зерновой сеялки из стали 65Г на трехслойные. Расчет выполнен по стандартной методике для мероприятия, направленного на повышение долговечности сменяемых деталей. Ожидаемый годовой экономический эффект

применения трехслойных дисков для одного двудискового сошника составляет 160 тыс.руб (по ценам 1997 г).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основе теоретического исследования процесса прокатки биметалла с некомпактным порошковым слоем разработана методика расчета параметров деформации многослойного материала на стадиях уплотнения порошкового компонента и совместной деформации слоев. Составлена и реализована на ЭВМ программа расчета темпе-ратурно-деформационного режима прокатки трехслойных слитков с центральным порошковым слоем, которая позволяет рассчитывать относительную плотность порошкового компонента по проходам.

2. Выполнены экспериментальные исследования сопротивления деформации и пластичности компонентов износостойкого биметалла - сплава 260Х20Н2-МП и стали 45 в широком температурно-ско-ростном интервале деформации и установлены режимы горячей прокатки трехслойного биметалла.

3. В результате проведенных экспериментальных исследований способов получения и горячей прокатки трехслойных слитков с внутренним порошковым слоем изучены формоизменение и послойная деформация компонентов биметалла, а также установлено, что получение биметаллических полос с равномерным центральным слоем из порошкового сплава прежде всего зависит от формы и расположения вставки-контейнера в слитке.

4. В результате анализа изменения микроструктуры порошковой составляющей и измерений частных вытяжек изучено влияние

степени деформации на процесс компактирования порошкового ком-«

понента при прокатке трехслойного биметалла. Получена экспери-

ментальная зависимость относительной плотности порошкового слоя от общей вытяжки при горячей прокатке биметаллических заготовок

композиции сталь 45 + сплав 260Х20Н2-МП + сталь 45. которая

/

подтверждает достоверность разработанной в результате теоретического исследования методики.

5. На базе металлографического изучения структуры компонентов износостойкого биметалла в зоне их контакта и исследования механических свойств трехслойных полос после различных видов термообработки разработаны технологические режимы получения готовых изделий с высоким уровнем служебных свойств из биметаллического проката.

6. По действующей технологии на заводе сельхозмашин из горячекатаных трехслойных полос изготовлена опытно-промышленная партия дисков сошников, ресурсные стендовые испытания которых показали превосходство биметаллических изделий по износостойкости как минимум в 2 раза в сравнении с серийно производимыми монометаллическими дисками из стали 65Г, а также стабильное самозатачивание трехслойных дисков в процессе работы.

7. На основе комплексных экспериментально-теоретических исследований разработана технологическая схема процесса производства биметаллического проката, влвчающая следующие основные этапы: получение порошка износостойкого сплава; изготовление вставки-контейнера с порошком износостойкого сплава: получение трехслойных слитков по схеме "твердое + жидкое"; горячая прокатка биметаллических слитков на трехслойные листы и полосы; отделка горячекатаных листов и полос.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Исследование структуры и свойств порошкового износостойкого сплава / В.А. Осадчий, A.B. Румянцев, А.И. Михайлов, A.B. Воронин // Горячее прессование в порошковой металлургии: Тез. докл. 7 Всесоюзной научн. - техн. конф., июнь 1988 г. - Новочеркасск, 1988,- С. 231-233.

2. Совместимость компонентов износостойкого биметалла / М.Ю. Тиц, В.А. Осадчий. A.B. Румянцев, A.B. Воронин, С.И. Булат. 0.Г. Чернышев // Тракторы и сельскохозяйственные машины.- 1988.-N 9. - с. 45-48.

3. Исследование деформации биметалла с целью разработки экономичной технологии получения самозатачивающегося инструмента / В.А. Осадчий, A.B. Румянцев. А.И. Михайлов. A.B. Воронин // Обобщение опыта работы молодых ученых. инженеров и рабочих отрасли по экономии материальных и энергетических ресурсов: Тезисы докл. Всесоюзной научно-техн. конференции, 1989 г. - Донецк, 1989,-С. 99.

4. A.c. N 1687643, МКИ С22С37/10 (СССР). Износостойкий сплав / H.H. Киселев, С.И. Булат. В.А. Осадчий, A.B. Румянцев, A.B. Воронин. M.D. Тиц. Опубл. в Б.И. N 40, 1991.

5. Новый компактный сплав для плакирующего слоя износостойких биметаллов / H.H. Киселев. A.B. Румянцев, A.B. Воронин. В.В. Веселовский // Применение порошковых материалов для упрочняющих и восстанавливающих покрытий: Тезисы докл. регионального научно-техн. семинара. - Магнитогорск-Челябинск, 1991.- с. 17-19.

6. Влияние термообработки на механические свойства трехслойных биметаллических полос / A.B. Воронин. В.Т. Жадан, В.А. Осадчий, А. В. Румянцев // Известия вузов. Черная металлургия.-1992. - N 9.- С. 30-32.

7. Особенности определения пластических свойств биметаллов / А. В. Воронин, В. Т. Шадан. В. А. Осадчий. А. В. Румянцев // Известия вузов. Черная металлургия.- 1993.- N7.-0. 38-41.

8. Румянцев А. В.. Осадчий В. А.. Воронин А. В. Определение коэффициента трения при прокатке компактного высоколегированного чугуна // Известия вузов. Черная металлургия.- 1995,- N 3.- С.77.

Подписано в печать Объем п. л.

Заказ № -/,92' ЦснЬ "С" Тираж ЮР

Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет),

Ленинский проспект, 4 Типография МИСиС, Орджоникидзе, 8/9