автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии наплавки металлорежущего инструмента повышенной надежности

. ____и /1__________________________________________На правах, рукописи

Б УДК 621.791.927.5

САФОНОВ Евгений Петрович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАПЛАВКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТИ

Специальность 05.03.06 - Технология и машины

сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Липецк -1998

Работа выполнена в Липецком государственном техническом университете Научный руководитель - доктор технических ыук,

™—Л------г л гт---

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Ф.Н. Рыжков

кандидат технических наук, профессор Э.Б. Дорофеев

Ведущее предприятие - Воронежское акционерное самолетостроительное общество

Защита состоится « 2 » О ? 1998 года часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 064.22.01 в ЛГТУ по адресу: 398055, г. Липецк, ул. Московская, 30

Ваши отзывы (в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью) просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛГТУ. Автореферат разослан « •/» С> £ 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

В.В. Карих

Актуальность работы.

Создание высокопроизводительного, прогрессивного и

•чт.лттт гттгтплшп »IЛ^лттллапя гтттлпл ТГТ1(*гПЧГ»1а1ГГО ООПаотг»СТ ЛТГИЛТ» тто лгилпичу

задач машиностроения. Проблема повышения производительности режущего инструмента решается главным образом за счет разработки новых и совершенствования традиционных инструментальных материалов, которые благодаря улучшению характеристик (твердости,

износостойкости и др.) позволяют повысить режимы резания. Рациональнее использование инструментальных материалов, особенно вольфрамсодержащих высоколегированных инструментальных сталей, обеспечивает сборный и составной инструмент.

Современное металлорежущее оборудование, особенно автоматизированное, имеет высокую стоимость и полноценное его использование зависит от режущего инструмента, в связи с чем повышены требования к его надежности. Вопросы надежности составного инструмента решаются комплексно как за счет конструкции, так и за счет технологии его изгетовлетптя, контроля качества, направленных на обеспечение требуемой прочности соединения и работоспособности инструмента в целом.

В настоящее время разработаны разнообразные технологические варианты получения неразъемных соединений. Особый интерес представляют конструкции и технологии изготовления биметаллического инструмента, поскольку эги вопросы мало исследованы.

Цель работы.

Разработка высокоэффективной ресурсосберегающей технологии

изготовления токарных пластинчатых отрезных и прорезных резцов повышенной надежности.

Основные задачи работы.

Разработать способ наплавки металлорежущего инструмента, обеспечивающий получение наплавленного и основного металла в закаленном состоянии.

Исследовать возможность применения эффекта сверхпластичности при полиморфном у-а превращении для снижения уровня остаточных напряжений при наплавке металлорежущего инструмента.

Разработать эффективную ресурсосберегающую технологию наплавки.

Установить взаимосвязь между содержанием основных легирующих элементов и вторичной твердостью наплавленного металла, позволяющую заранее прогнозировать значения твердости.

Установить взаимосвязь между температурой и длительностью выдержки при отпуске наплавленного металла, позволяющую сократить продолжительность отпуска за счет применения повышенных скоростей и

т точ гтчпп т ичтппо ——-.........I—IV----Г----

Разрабо гать эффективную ресурсосберегающую технологию термической обработки металлорежущего инструмента.

Разработать эффективную ресурсосберегающую технологию изготовления токарных пластинчатых отрезных резцов с наплавленной режущей частью повышенной надежности.

Научная новизна.

Установлена возможность снижения уровня остаточных напряжений в наплавленном металле при использовании эффекта сверхпластичности при мартенситном превращении.

Установлена взаимосвязь между содержанием основных легирующих элементов и вторичной твердостью наплавленного металла.

Предложена методика оценки влияния термической обработки на фазовый состав наплавленного металла на основе теплостойких сталей высокой твердости.

Установлена взаимосвязь между температурой и длительностью выдержки при отпуске наплавленного металла, позволяющая сократить продолжительность отпуска за счет применения более высоких температур нагрева.

Разработан способ наплавки металлорежущего инструмента, обеспечивающий получение наплавленного и основного металла в закаленном состоянии.

Практическая ценность работы.

Разработана эффективная ресурсосберегающая технология наплавки и термической обработки наплавленного металлорежущего инструмента.

Предложена технология изготовления наплавленного металлорежущего инструмента повышенной надежности с применением дуговой наплавки режущих частей теплостойкими сталями высокой твердости.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференции «Пути развития сварочных технологий на предприятиях г. Москвы.», 1997г., г. Москва; на конференции «Восстановление и упрочнение деталей - современный и эффективный способ повышения надежности машин», 1997 г., г. Москва; на научно-технической конференции «Современные технологии в машиностроении»,

1998 г., г.- Пенза; на научном семинаре кафедры сварки , Липецкий государственный технический университет, г. Липецк.

Ili'i» mivnmm

По результатам диссертации опубликовано 6 работ, подана заявка на выдачу патента.

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключали и приложения. Общий объем работы составляет 137 страниц машинописного текста, включая 21 рисунок и 15 таблиц. Список литературы содержит 129 наименований, в том числе 9 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ рассмотрены состояние и перспективы совершенствования технологии изготовления токарных пластинчатых отрезных и прорезных резцов.

Анализ существующих технологий изготовления биметаллического сварного инструмента с применением стыковой сварки оплавлением и последующей термической обработкой показал нецелесообразность ее дальнейшей разработки применительно к токарным пластинчатым отрезным и прорезным резцам.

На основании рассмотренных особенностей конструкции резцов, требований, предъявляемых к ним, и анализа причин их отказов было выявлено, что предпочтительно изготавливать резцы биметаллическими с применением дуговой наплавки режущих частей высоколегированными и н струм е тал ьн ы м и сталями на корпус из низколегированной конструкционной стали.

Способ наплавки должен обеспечивать закалку наплавленного и основного металлов. Термическая обработка - ограничиваться проведением общего (низкотемпературного) для инструмента и локального (высокотемпературного) для наплавленного металла режущей части.

На основании анализа сформулированы цель и задачи исследования.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена разработке высокоэффективной ресурсосберегающей технологии наплавки металлорежущего инструмента. В результате анализа существующих способов сварки (наплавки) закаливающихся сталей установлено, что при наплавке металлорежущего инструмента целесообразным является обеспечение высоких скоростей охлаждения в высокотемпературной области для получения

мелкозернистой первичной структуры, повышения химической однородности наплавленного металла,' предотвращения образования горячих трещин. В температурном интервале минимальной устойчивости

яустенитя прептгп'ггитет.нее няттичгий кыг.пкгг* г.кппогугой пупяж'прния г. целью сохранения высоколегированного твердого раствора и замедленное охлаждение при температурах вышг точки начала мартенситного превращения до окончания процесса наплавки. Затем охлаждение с протеканием мартенситного превращения во всем объеме наплавленного металла. Основной задачей является снижение уровня растягивающих напряжений в низкотемпературной области и предотвращение их роста при окончательном охлаждении.

Идея применения мартенситного превращения для релаксации напряжений в высокопрочных сталях была впервые реализована В.Заксом и И. Паркером. Эффект увеличения пластичности в теплостойких сталях высокой твердости при температурах на 59...800 ниже Aj впервые был обнаружен и исследован А.П. Гуляевым. Однако, практические пути использования этого явления не разработаны, так как возможность горячей деформации в области резко повышенной пластичности затруднена из-за узкого температурного интервала. Использование повышенной пластичности при маргенситном превращении нашло применение при правке изделий в момент закалки.

Для разработки способа наплавки с получением наплавленного металла в закаленном состоянии с низким уровнем остаточных напряжений была рассмотрена возможность релаксации последних при а-у-превращении. Испытания проводили в условиях идентичности напряженно-деформированного состояния при растяжении образцов из кованой отожженной стали Р18. Релаксацию напряжений определяли при условии постоянства длины образца, сохраняемой при изменении температуры. Условия нагрева и охлаждения имитировали сварочный термический цикл. Нагрев проводили в вакуумной камере установки ИМАШ-20-75 до температуры, обеспечивающей растворение карбидов и переход легирующих элементов в твердый раствор. После нагрева и вдержки производили охлаждение образца со скоростями выше критических скоростей закалки. Выбор таких скоростей охлаждения обеспечивал сохранение высоколегированного твердого раствора аустенита и исключал протекание диффузионных превращений в перлитной области. Дополнительно были изготовлены образцы из нержавеющей стали 08X17Т, относящейся к ферритному классу и не испытывающей полиморфных превращений в процессе нагрева и охлаждения. Анализ полученных данных (рис.1) показал, что при охлаждении жестко закрепленных образцов из стали Р18 и 08X17Т наблюдается рост растягивающих напряжений.

<э,МПр 300

200

m

о 200 m m юо юоо r.x

Рис. I Формирование временных напряжений в образцах при их охлаждении

Для стали 08X17Т рост растягивающих напряжений происходит при охлаждении до комнатных температур. При этом интенсивность роста увеличивается по мере снижения температуры, что, вероятно, связано с повышением прочностных и снижением пластических характеристик металла. Для стали Р18 рост напряжений при охлаждении происходит до температур близких к началу мартенситного превращения. Дальнейшее охлаждение приводит к резкому снижению уровня растягивающих напряжений, что подтверждает наличие эффекта сверхпластичности при полиморфном превращении.

При разработке способа наплавки обеспечение высоких скоростей охлаждения необходимо для получения оптимального комплекса свойств теплостойких сталей высокой твердости. Однако, повышение скоростей охлаждения приводит увеличению нарастания сварочных напряжений и деформаций, при этом возрастает вероятность образования закалочных трещин. Устранение этого противоречия следует искать в повышении деформационной способности металла при его охлаждении. Деформационная способность определяется в основном величиной зерна, количеством и формой карбидов и их расположением. Вероятно, с уменьшением количества карбидной фазы, размеров карбидов и увеличением равномерности их распределения пластичность аустенита будет возрастать.

Были выполнены исследования влияния легированности аустенита на релаксационнугаспособность металла при мартенситном превращении с

использованием аналогичной методики. Достижение различной степени легированности аустенита осуществляли изменением скорости охлаждения сталей с температур закалки. После нагрева до заданной температуры и

т>ттч/»т^ж/.т™ о топди;1д 1П £ обГ123ЦЫ ОХЛ2ЖД?_ЧИ При жнптои чякрапчении

Установлено (рис.2), что снижение легированное™ твердого раствора сдвигает температурный интервал интенсивной релаксации напряжений вправо. Начало процесса релаксации и его окончание протекает при более высоких температурах. Повышение легированное™ аустенита приводит к уменьшению уровня растягивающих напряжений на конец процесса релаксации, при этом снижается уровень остаточных напряжений.

<э,№ 300

200 ; m

О

Ш, 0С/с

/ J -я 1-ци, 2-ZI 3-/0, ? 7 0

i 3

f

2оо m 600 m юоо т,°с

Рис.2 Влияние скорости охлаждения на формирование растягивающих напряжений в стали Р18

Аналогичные данные были получены при уменьшении легированности аустенита путем понижения температуры нагрева образцов(рис.З).

Результаты исследований позволили установить возможности снижения уровня временных растягивающих напряжений в теплостойких сталях высокой твердости в процессе протекания мартенситного превращения и управления формированием напряжений независимо от их уровня на момент начала превращения.

На основании проведенного анализа существующих способов наплавки и выполненных исследований был разработ, н способ наплавки металлорежущего инструмента, обеспе' _ >*ий получение

наплавленного и основного металла в закаленном состоянии с низким------------

уровнем остаточных напряжений.

б.НПа 300

200

m

О 200 № 600 800 1000 Т,°С

Рис. 3 Влияние температуры нагрева стали Р18 на формирование растягивающих напряжений при охлаждении

Реализация предложенного способа осуществлялась при наплавке дутой косвенного действия порошковой проволокой (ПП-90Х4В18Ф; ПП-90Х4В9М4К6Ф) в защитной среде аргона кассетным способом . Перед наплавкой выполняли подогрев заготовок до температуры 870...880°С.

Параметры режима наплавки (1св= 120...130 A.; U = 22.. 24 В; ин = 36 м/ч.) выбирались из условия качественного формирования наплавленного металла и обеспечения высоких скоростей охлаждения в области минимальной устойчивости аустенита и замедленных в интервале 400...200°С. Релаксацию временных напряжений предполагалось осуществлять за счет частичного протекания мартенситного превращения. Охлаждение образцов проводили в масле. Поскольку химические составы наплавленного металла по содержанию основных легирующих элементов близки к составам пластически деформированных сталей Р18 и Р9М4К6 (табл.1), режимы термической обработки выбирали исходя из рекомендаций для данных сталей. Влияние наплавки и термической обработки на твердость и содержание остаточного аустенита в наплавленном металле приведены в табл. 2.

Твердость металла после наплавки в обеих случаях оказалась меньше, чем у термически обработанного, что обусловлено более высоким содержанием остаточного аустенита. Возможность достаточно полного

Т on 'H, то" ?.- то'

\ 3-70 0°

чу V

г

превращения остаточного аустенита и повышения вторичной твердости до значений, характерных для термически обработанных сталей, была рассмотрена далее.

Таблица 1

Химический состав наплавленного металла, в % по массе

Наплавленный металл С V? Мо V Сг Со

90Х4В18Ф 0,86 17,0 - - 3,84 -

90Х4В9М4К6 0,90 9,27 3,62 3,64 3,8 6,0

Таблица 2

Влияние наплавки и термической обработки на твердость и содержание остаточного аустенита в наплавленном металле

Наплавленный металл Состояние металла Твердость, НЯС Уост., % по массе

90Х4В18Ф После наплавки 52...54 62...65

После наплавки, отжига и закалки 59...60 ОО

90Х4В9М4К6 После наплавки 60...61 46...50

После наплавки, отжига и закалки 67...67,5 32...38

Для подтверждения наличия механизма релаксации напряжений в наплавленном металле при мартенситном превращении использовали «метод канавки» О.Н. Михайлова. Исследования проводились на дисках 100мм, Н=20мм) из стали 30ХГСА, наплавленных порошковой проволокой 90Х4В9М4К6Ф. Выбор диска в качестве объекта исследования обуславливался задачей обеспечения наиболее жестких условий для релаксации напряжений. Установлено (рис.4), что наплавленные образцы имеют низкий уровень и благоприятное распределение остаточных напряжений, заключающееся в наличии сжимающих напряжений в поверхностном наплавленном слое с плавным переходом в растягивающие в основном металле.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена разработке технологии термической обработки наплавленного металлорежущего инструмента. На основании литературного анализа и с учетом проведенных исследований было установлено, что для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик наплавленного и основного металла целесообразно

ограничивать термическую обработку проведением общего низкотемпературного отпуска всего инструмента и локального высокотемпературного для наплавленного металла режущей части.

(овМПр 200

О

-200 -т

-600

Рис. 4 Эшора тангенциальных остаточных напряжений в диске

Для определения взаимосвязи между содержанием легирующих элементов и вторичной твердостью наплавленного металла после отпуска были проведены исследования с применением многофакгорного шшгарования экспериментов (табл.3, табл.4).

Таблица 3

Интервалы варьирования и кодовые обозначения натуральных переменных,

в % по массе

Натуральные переменные С Сг V А1

Основной уровень, % 0,75 3,5 14 0,4 0,8

Интервал варьирования, % 0,15 0,5 4 0,2 0,2

Верхний уровень, % 0,9 4,0 18 0,6 1,0

Нижний уровень, % 0,6 3,0 10 0,2 0,6

Кодовое обозначение натуральных переменных Х[ х2 хз Х4 х5

1Г> П -

о г

40 20 30 № 7,мм

-+9-

Таблица 4

Матрица планирования и результаты опытов

№ образца Планирование т_______ X иу^иу«и после отпуска, ЖС

Хо XI х2 Хз Х4 х5 У

1 + - - - - - 59,2 0,15

2 + + + - - - 62,6 0,17

3 + - - + + - 61,7 0,10

4 + + - + - + 63,4 0,17

5 + - + + - + 63,1 0,18

6 + + - - + + 61,2 0,12

7 + - + - + + 62,4 0,19

8 + + + + + - 66,3 0,15

9 + 0 0 0 0 0 62,8 0,14

Коэфф. регрессии 62,49 0,89 1,11 1,14 0,41 0,04 -

Зависимость вторичной твердости от содержания легирующих элементов в наплавленном металле выражалась уравнением:

у =45,46 + 5,93[С] + 2,22[Сг] + 0,285[Л¥] + 2,05[У].

Установлено, что вторичная твердость наплавленного металла возрастает с увеличением концентрации легирующих элементов. Изменяя химический состав наплавленного металла в исследованном диапазоне, можно регулировать твердость от НЛС 60 до НЯС 66.

Оценка структуры, фазового состава наплавленного металла дает возможность не только характеризовать качество, но и наметить пути управления структурными и фазовыми превращениями с целью получения инструмента с заданными свойствами. Регулирование теплового воздействия совместно с выбором рациональной системы легирования позволяет в широких пределах изменять фазовый состав и структуру наплавленного металла, а следовательно, и эксплуатационные свойства. Все эти задачи решаются с помощью методов металловедения. Однако, металловедение наплавленного металла имеет ряд специфических особенностей по сравнению с "классическими" методами. Это связано с тем, что процессы карбидообразования, превращения аустенита и другие изменения при тепловом воздействии на металла не являются изолированными. Они неразрывно связаны со строением твердого

раствора, распределением легирующих элементов по фазам, скоростью диффузионных процессов, внутренними напряжениями и деформациями. Фазовые превращения при наплавке и последующей термической

06pZ5wT*iv, »1 mijr i^viui(i/\ ииарллчч/пгш

необходимо рассматривать в их взаимосвязи, анализируя по возможности большее количество экспериментальных данных, полученных различными методами и дающих информацию о различных сторонах процесса.

Для решения поставленных в работе задач были выбраны критерии оценки состояния наплавленного металла в зависимости от условий термической обработки. При закалке теплостойких сталей высокой твердости требуется обеспечить максимальную легированность твердого раствора и сохранить мелкозернистую структуру, что позволит получить высокую вторичную твердость, теплостойкость, прочность и износостойкость этих сталей после отпуска. Отпуск должен обеспечивать развитие процессов дисперсионного твердения и достаточно полное превращение остаточного аустенита. Выбор рациональной схемы термической обработки возможен на основании сравнения распределения легирующих элементов между твердым раствором и карбидной фазой, фазового состава, величины зерна, распределения избыточной карбидной фазы у наплавленного металла, и у аналогичных по химическому составу теплостойких сталей высокой твердости после полного цикла термической обработки.

В литературе значительное количество работ посвящено изучению влияния термической обработки на структуру и фазовый состав литых и пластически деформированных теплостойких сталей высокой твердости. Для наплавленного металла на основе сталей данного класса такие сведения ограничены. Поэтому с целью сравнения получаемых экспериментальных данных с результатами других исследований, а также с целью оценки достоверности результатов, проводились параллельные анализы на образцах сталей Р18 и Р9М4К6, изготовленных из проката промышленной выплавки.

Для изучения характера распределения легирующих элементов между фазами и определения легированное™ твердого раствора наплавленного металла использовали рентгеновский и физико-химический фазовый анализы.

Отпуск на вторичную твердость является длительной операцией термической обработки для теплостойких сталей высокой твердости. Длительность отпуска металлорежущего инструмента в целом составляет 2...4 часа. Известно, что все превращения при отпуске сталей определяются элементарными актами диффузии углерода и легирующих элементов. Диффузионная подвижность атомов зависит от природы элемента и температуры. С увеличением температуры отпуска скорость

диффузионных процессов возрастает. Скорость снятия пересыщения а- и у- фаз и скорость зарождения упрочняющих карбидных фаз также увеличиваются. В этом случае для наплавленного металла, также как и для иолучсниш и классическим (металлурхическим) способом должна существовать взаимосвязь между температурой и продолжительностью отпуска. Были проведены исследования пэ определению взаимосвязи этих параметров. На рис.5 приведены длительности выдержек и температуры, обеспечивающие получение вторичной твердости у наплавленного металла 90Х4В18Ф и 90Х4В9М4К6Ф.

т;с 520 600 580 560 540

/ 2 3 45 Ю 20 40 60 %нш

Рис.5 Зависимость длительности выдержки от температуры трехкратного отпуска наплавленного металла 90Х4Р18Ф (НЛС > 65), двухкратного для наплавленного металла 90Х4Р9М4К6Ф (НЯС ^ 67).

Содержание элементов и железа в карбонитридной фазе после обработки на вторичную твердость по установленным режимам оказалось практически одинаковым (табл. 5).

Изменение параметра решеток в зависимости от режимов отпуска (табл. 6) не выходит за пределы точности измерения. Двухкратный отпуск приводит к полному распаду остаточного аустенита у наплавленного металла 90Х4В9М4К6Ф. У наплавленного металла 90Х4В18Ф достаточно полное превращение остаточного аустенита обеспечивается при трехкратном

отпуске. V

В результате исследований установлено, что предложенные режимы отпуска обеспечивают практически одинаковое содержание легирующих

— элементов в-карбидной фазе, одинаковый параметр решеток а- фазы,

одинаковую твердость и достаточно полное превращение" остаточного-------------

аустенита. Это свидетельствует о равноценности влияния исследованных пежимгж птаускя ня препрятеття п наплавленном металле.

Таблица 5

Влияние режимов отпуска на содержание легирующих элементов в карбидной фазе наплавленного металла

Терми- Легирую- Режимы отпуска и содержание л.э.,

Марка ческая щие в % по массе

стали обработка элементы 560°С 580°С 600°С 620°С

60 мин 20 мин 7 мин 2,5 мин

трехкрат- Сг 2,08 2,04 2,04 2,12

Р18 ный XV 10,13 10,18 10,58 10,43

отпуск Бе 4,21 4,32 4,21 4,34

двух- Сг 1,04 0,87 1,11 0,87

Р9М4К6Ф кратный \У 2,18 1,94 2,65 2,58

отпуск Мо 2,27 2,91 2,94 2,62

Ре 1,23 1,09 1,33 1,20

Таблица 6

Влияние режимов отпуска на параметр решеток а- фазы наплавленного металла

Марка стали Термическая обработка Режимы отпуска и параметр решеток, нм

560°С 60 мин 580°С 20 мин 600°С 7 мин 620°С 2,5 мин

Р18 трехкратный отпуск 0,2867 0,2869 0,2869 0,2874

Р9М4К6Ф двухкратный отпуск 0,2871 0,2872 0,2868 0,2869

Возможность скоростного отпуска наплавленного металлорежущего инструмента можно реализовать в том случае, если обеспечить прогрев до температуры отпуска не всего наплавленного металла, а только режущего клина. Это предопределяет наличие некоторого градиента температур по сечению тела инструмента.

Уменьшение легировашгости твердого раствора, снижение содержания остаточного аустенита от режущей части к зоне сплавления обуславливает различие режимов отпуска для отдельных участков

режущей части. В этом случае должна существовать зависимость между временем выдержки и температурой при одинаковой кратности отпуска отдельных участков инструмента.

Так, ™ри лпууьрятнлм пггпус.кр. ппитр.т.нп(ута ямдепжек- и темпеляттаы отпусков, обеспечивающие достаточно полное развитие процессов дисперсионного твердения в наплавленном металле режущей части, максимальны и уменьшаются к зоне сплавления с низколегированным корпусом (рис.6)

ГС

600

520

500 -

о /о го зо 40 50 г, мин

Рис.6 Режимы отпуска, обеспечивающие получение максимальной вторичной твердости для отдельных участков наплавленного металла

(90Х4Р9М4К6Ф) 1,2,3,4 - расстояние от поверхности 1,5; 2; 3; 4 мм, соответственно.

Анализ дилатометрических кривых, записанных при многократном отпуске образцов, вырезанных из низколегированного корпуса инструмента (сталь ЗОХГСА) в участках, прилегающих к зоне сплавления показал, что фазовые превращения в них завершаются уже в процессе нагрева до 450...500°С при однократном отпуске. Следовательно, наличие некоторого градиента температур по сечению инструмента при отпуске не должно снижать прочностные характеристики режущей части и низколегированного корпуса, что исключает необходимость прогрева до температуры отпуска всего объема металла и позволяет применять для отпуска повышенные скорости нагрева.

Л

ч

ч<3 V

Таким образом, применение повышенных скоростей нагрева, уменьшение длительности выдержки при отпуске позволит выполнять термическую обработку для повышения вторичной твердости составного

мет2ллоре??сущсго и51струм^нт? б*?? па-;\'!тппщтгии<1 кгттггя в мяттсимяттт.тто

короткие сроки.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена разработке технологии изготовления металлорежущего инструмента с использованием дуговой наплавки режущих частей.

Предлагаемая технология изготовления металлорежущего инструмента, на наш взгляд, обладает рядом преимуществ. Во-первых, применение наплавки позволяет рационально подойти к вопросу использования высоколегированных инструментальных сталей, содержащих такие дефицитные легирующие элементы, как вольфрам, молибден, кобальт. Ео-вторых, предложенный способ наплавки позволяет совмещать операцию наплавки с закалкой наплавленного и основного металлов. Разработанный способ наплавки предполагает получение минимальных припусков на последующую механическую обработку. Последняя ограничивается шлифовкой и заточкой наплавленного и термически обработанного металлорежущего инструмента. Обработка резанием, как в случае изготовления сварного инструмента, в предлагаемой технологии исключена. Технологический процесс содержит меньше вспомогательных операций из-за отсутствия их необходимости.

Предлагаемые режимы высокотемпературного скоростного отпуска позволяют, во-первых, снизить время на проведение термической обработки, во-вторых, избежать разупрочнения материала корпуса инструмента.

Важно отметить, что предлагаемый способ наплавки и термической обработки обеспечивает не только получение высоких эксплуатационных характеристик наплавленных режущих частей, но и оптимальные характеристики конструкционной низколегированной стали.

Испытания опытно-промышленной партии резцов с наплавленной режущей частью проводились в условиях Инструментального завода ОАО «ГАЗ». Испытания осуществляли в соответствии с ГОСТ 10047-62 (СТ СЭВ 199-75) Резцы из быстрорежущей стали. Технические требования. Установлено, что резцы, изготовленные по разработанной технологии по стойкости в 1,5...2 раза превосходят имеющиеся аналоги.

Себестоимость резца, изготовленного по предложенной технологии в 1,6 раза меньше, чем у инструмента, изготовленного по заводской технологии. Ожидаемый экономический эффект от применения разработанной технологии составит не менее двух тысяч семисот рублей на 1000 единиц в ценах 1998 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

1. Анализ требований, предъявляемых к токарным пластинчатым

«/4 X« И^/и^/Ч'-лиа»! рУОЦШи^ 114, «V * 1 1 '111 11Л ИЛ

показал целесообразность применения биметаллической конструкции резца с наплавленной режущей частью на основе теплостойких сталей высокой твердости и корпусом из конструкционной низколегированной стали.

2. Разработан способ наплавки металлорежущего инструмента, обеспечивающий получение наплавленного и основного металла в закаленном состоянии.

3. Снижение уровня остаточных напряжений в наплавленном металле возможно при использовании эффекта сверхпластичности при полиморфном у-а превращении.

4. Разработана эффективная ресурсосберегающая технология наплавки дугой косвенного действия порошковой проволокой в защитной среде аргона кассетным способом.

5. Установлено, что для получения высоких эксплуатационных характеристик наплавленного и основного металла следует ограничивать термическую обработку проведением общего низкотемпературного отпуска для всего инструмента и локального высокотемпературного для наплавленного металла режущей части.

6. Установлена взаимосвязь между содержанием основных легирующих элементов и вторичной твердостью наплавленного металла, позволяющая заранее прогнозировать значения твердости.

7. Установлена взаимосвязь между температурой и длительностью выдержки при отпуске наплавленного металла, позволяющая сократить продолжительность отпуска за счет применения повышенных скоростей и более высоких температур нагрева.

8. Разработана эффективная ресурсосберегающая технология термической обработки металлорежущего инструмента.

9. Разработана эффективная ресурсосберегающая технология изготовления токарных пластинчатых отрезных резцов с наплавленной режущей частью повышенной надежности.

10. Резцы, изготовленные по предложенной технологии имеют высокие характеристики твердости, теплостойкости, износостойкости, низкий уровень и благоприятное распределение остаточных напряжений в наплавленном поверхностном слое с плавным переходом их в растягивающие в основном металле корпуса инструмента.

11. Результаты промышленных испытаний и расчеты экономической эффективности показали целесообразность применения разработанной технологии изготовления наплавленного металлорежущего инструмента.

Основное содержание диссертационной работы~~ изложено в ---------

следующих публикациях:

1.Г.Ф. Деев, E.H. Зубкова, Е.П. Сафонов. Влияние режимов отпуска па vuuhvijju iiuiuiuu;ivinicrc '»iCTCUTjTCi. / Тр. Л,гг:сц:согс r'oc^'.iici.pCTüsiiiicrci технического университета и Липецкого эколого-гуманитарного университета. - Липецк, 1997,- С.63-65.

2. Г.Ф. Деев, E.H. Зубкова, Е.П. Сафонов. Оптимизация свойств наплавленного металла за счет термической обработки: Тез. докл. к конф. Пути развития сварочных технологий на предприятиях г. Москвы.- М., 1997,- С.81.

3. Г.Ф. Деев, E.H. Зубкова, Е.П. Сафонов. Теплостойкость наплавленного металлорежущего инструмента.: Тез. докл. к конф. Восстановление и упрочнение деталей - современный и эффективный способ повышения надежности машин .- М., 1997.- С.148-149.

4. Г.Ф. Деев, E.H. Зубкова, Е.П. Сафонов. Ресурсосберегающая технология изготовления наплавленного металлорежущего инструмента./ Современные технологии в машиностроении: Сб. материалов научно-технической конференции. - Пенза, 1998,- С. 56-57.

5. Г.Ф. Деев, E.H. Зубкова, Е.П. Сафонов. Технология наплавки и термической обработки наплавленного металлорежущего инструмента. / Тр. Липецкого государственного технического университета и Липецкого эколого-гуманитарного университета. - Липецк, 1998,- С. 24-27.

6. Заявка на выдачу патента № 98100876/02. Способ наплавки. Авт. Деев Г.Ф., Зубкова E.H., Сафонов Е.П. Заявлено от 5.01.98.

7. Г.Ф. Деев, E.H. Зубкова, Е.П. Сафонов. Исследование влияния легирующих элементов на вторичную твердость наплавленного металла: Тез. докл. к конф. Повышение эффективности металлургического производства,-Липецк, 1998,-С. 18.