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

/ч

&

^ На правах рукописи

^ УДК 621.791.927.5

ЗУБКОВА Елена Николаевна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАПЛАВКИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Специальность 05.03.06 - Технология и машины

сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Липецк-1997

Работа выполнена в Липецком Государственном техническом

университете

Научный руководитель -Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Г.Ф. Деев доктор технических наук, В.Я. Воротников

кандидат технических наук И.В. Сергеев

Ведущее предприятие - ОАО Инструментальный завод "Ижмаш"

Защита состоится "¿б"" 1997 года в // 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 печатью) просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛГТУ Автореферат разослан Лемуп- 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук,

доцент ____— В.В. Карих

Актуальность работы. Снижение износа и повышение стойкости режущего инструмента при обработке материалов остаются наиболее важными задачами машиностроения. Режущий инструмент является тем средством, без которого невозможно полностью реализовать заложенные в станках технологические возможности и достичь высоких технико-экономических показателей обработки деталей. Именно поэтому большое внимание уделяется совершенствованию режущего инструмента и инструментальных материалов.

Особенно актуальной стала проблема создания составного инструмента в связи с дефицитом инструментальных материалов, содержащих такие легирующие элементы, как вольфрам, кобальт и др. Создание новых и совершенствование существующих конструкций режущих инструментов, применение новых инструментальных материалов являются решающими факторами в повышении производительности труда при обработке деталей. Важная роль в этом вопросе принадлежит наплавке.

Цель работы. Разработка эффективной ресурсосберегающей технологии изготовления токарных отрезных резцов повышенной надежности с применением дуговой наплавки режущих частей теплостойкими сталями высокой твердости.

Основные задачи работы.

Провести анализ требований, предъявляемых к токарным отрезным резцам и существующих технологий их изготовления.

Исследовать влияние термического воздействия на разупрочнение теплостойких сталей высокой твердости.

Определить оптимальный термический цикл наплавки режущих частей резцов теплостойкими сталями без предварительного и сопутствующего подогревов.

Разработать наплавочные материалы, обеспечивающие получение износостойкого металла дополнительно легированного азотом,при отсутствии трещин и с хорошим формированием.

Разработать технологию наплавки теплостойких сталей высокой твердости с получением наплавленного металла в закаленном состоянии.

Исследовать процесс наплавки токарных отрезных резцов.

Исследовать основные свойства наплавленного металла.

Разработать технологию изготовления токарных отрезных резцов с наплавленной режущей частью.

Исследовать основные эксплуатационные свойства наплавленных резцов.

Провести производственные испытания резцов, изготовленных по разработанной технологии и оценить ее технико-экономическую эффективность.

Научная новизна. Установлена взаимосвязь между скоростью охлаждения в интервале температур минимальной устойчивости аустенита и концентрацией легирующих элементов в твердом растворе.

Разработаны составы порошковых проволок на основе теплостойких сталей высокой твердости для наплавки в защитно-легирующей среде азота, позволяющие получать в первом слое металл с требуемым химическим составом и эксплуатационными свойствами.

Научно обоснован термический цикл, позволяющий исключить образование холодных трещин без применения предварительного подогрева.

Разработан способ изготовления отрезного резца с применением наплавки. (Патент № 2078668)

Практическая ценность работы.

Разработана технология наплавки с получением металла в закаленном состоянии, исключающая применение последующих операций отжига и закалки.

Предложена эффективная ресурсосберегающая технология изготовления токарных отрезных резцов с применением дуговой наплавки режущих частей теплостойкими сталями высокой твердости.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференции молодых ученых и специалистов Тверского региона, 1995 г., г. Тверь; на международном научном конгрессе студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодежь и наука - третье тысячелетие", 1996 г., г. Москва; на международной научно-технической конференции "Прогрессивные методы получения и обработки материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин", 1996 г., г. Волгоград; на международной конференции "Повышение эффективности сварочного производства", 1996 г., г. Липецк; на 4- ой международной выставке "Оборудование, приборы и инструменты для металлообрабатывающей промышленности" "Металлообработка - 96", 1996 г., г. Москва; на VI областной научно-технической конференции "Повышение эффективности металлургического производства", 1997 г., г. Липецк; на XX юбилейной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников

университета, посвященная 75-летию вуза, 1997 г., г. Тверь; на научном семинаре кафедры сварки, Липецкий государственный технический университет, г. Липецк.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 11 работ (в том числе имеется патент и положительное решение на выдачу патента).

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Общий объем работы составляет 159 страниц машинописного текста, включая 34 рисунка и 39 таблиц. Список литературы содержит 101 наименование, в том числе 7 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ПЕРВАЯ ГЛАВА включает обзор работ в области изготовления металлорежущего инструмента, в том числе, с применением наплавки и критический анализ современного состояния теоретических и экспериментальных исследований по проблеме совершенствования металлорежущего инструмента.

Тяжелые условия работы инструмента, повышенный расход легирующих элементов интенсифицируют поиск новых, более надежных конструкций резцов и разработку эффективных ресурсосберегающих технологий их изготовления.

Наиболее перспективным направлением является изготовление резцов с наплавленной режущей частью. У истоков зарождения этого направления стояли И.И. Фрумин, М.И. Разиков.

Привлечение фундаментальных исследований таких крупных ученых, как Э. Гудремон, Ю.А. Геллер и др. позволяет по новому, с научно-обоснованных позиций подойти к решению задач, связанных с изготовлением наплавленного металлорежущего инструмента, отвечающего требованиям металлообработки.

Применение наплавки позволило решать многие проблемы: значительно снижать расход дефицитных легирующих элементов (вольфрама, кобальта и др.), и вместе с тем, обеспечивать возможность получения необходимого комплекса свойств инструментальных материалов: твердости, теплостойкости и приемлемых механических характеристик: прочности, вязкости; обеспечить получение прочной монолитной конструкции резца с высокой степенью надежности; осваивать новые возможности в области легирования и совершенствования структуры инструментальных сталей и др.

Широкое применение наплавки сдерживается по ряду причин и прежде всего из-за применения сложной термической обработки. Важно также отметить, что в литературе авторы ограничиваются описанием способов наплавки и термической обработки, опуская остальные операции технологического процесса изготовления металлорежущего инструмента. Большинство приводимых конструкций заготовок под наплавку нетехнологичны с позиций механической обработки. Это приводит к неоправданным затратам ресурсов и разработке малоэффективных технологических процессов.

На основании анализа сформулированы цель и задачи исследования.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ рассмотрены особенности наплавки теплостойких сталей высокой твердости. Установлено, что при изготовлении металлорежущего инструмента использование классических методов наплавки (с применением предварительного и сопутствующего подогревов, полной термической обработки, включающей отжиг, закалку и отпуск), труднореализуемо из-за высокой сложности получения требуемого комплекса свойств наплавленного и основного металлов, сложности термического оборудования и длительности процесса.

В исследованиях, выполненных Т.А. Ревисом и H.A. Лебедевым при производстве литого режущего инструмента из теплостойких сталей показано, что при высоких скоростях кристаллизации и последующем охлаждении возможно получение мелкозернистой структуры и достаточной степени легированности твердого раствора. Это позволяет отказаться от последующего отжига и закалки и ограничиться отпуском. Реализация указанных условий становится возможной при наплавке без предварительного подогрева и при малых значениях погонной энергии. Предотвращение образования трещин в результате формирования высокого уровня временных напряжений, образования малопластичных структур закалки, а также и под воздействием водорода может быть достигнуто путем сохранения аустенитной структуры наплавленного металла в процессе наплавки (М.И. Разиков). Аустенитная структура обеспечивает достаточно высокую пластичность металлу, снижает диффузионную подвижность водорода и тем самым повышает технологическую прочность. Охлаждение после наплавки приводит к протеканию бездиффузионного мартенситного превращения во всем объеме наплавленного металла и релаксации временных термических напряжений (Е.А. Кузьмак).

Для реализации рассмотренной схемы были проведены исследования по установлению закономерности изменения легированности твердого раствора при термическом воздействии с целью определения условий получения наплавленного металла в закаленном состоянии.

Исследования проводились путем моделирования термического цикла на установке тепловой микроскопии ИМАШ-20-75. Стандартные образцы подготавливали согласно методике, предложенной М.Г. Лозинским. В качестве материала для исследований были выбраны теплостойкие стали высокой твердости Р18 и Р6М5 в состоянии поставки. Образцы после нагрева, выдержки и охлаждения с различными скоростями подвергали рентгеноструктурному и физико-химическому анализу. Установлено, что снижение скорости охлаждения от 30 до 20°С/с практически не приводит к уменьшению содержания легирующих элементов в твердом растворе (табл.1). Снижение наблюдается при уменьшении скорости охлаждения с 10 до 2 °С/с для Р18 и с 15 до 10 °С/с для Р6М5.

Оценку допустимых скоростей охлаждения металла проводили путем сравнения значений твердости сталей Р18 и Р6М5 после охлаждения с различными скоростями, с твердостью этих сталей после закалки с оптимальных температур. Скорости охлаждения, обеспечивающие получение равной или более высокой твердости принимали за минимально допустимые.

Таблица 1

Влияние скорости охлаждения на перераспределение легирующих элементов между карбидной фазой (числитель) и твердым раствором (знаменатель) сталей Р18 и Р6М5

Легирующие Скорости охлаждения, °С/с

Сталь элементы,% по

массе 2 5 10 15 20 25 30

Р18 Сг 0,76 0,68 0,64 0,65 0,63 0,64 0,62

2,45 2,52 2,60 2,57 2,61 2,61 2,62

W 9,54 9,36 9,26 9,22 9,15 9,00 9,05

7,14 7,32 7,41 7,46 7,54 7,70 7,75

Р6М5 Сг 0,38 0,85 0,74 0,65 0,64 0,63 0,61

2,31 2,35 2,47 2,56 2,56 2,58 2,61

W 3,00 2,92 2,87 2,80 2,78 2,75 2,70

3,36 3,45 3,51 3,57 3,60 3,64 3,70

Mo 1,88 1.81 1,72 1,59 1,48 1,46 1,44

2,25 2,31 2,43 2,58 2,67 4,68 4,71

Установлено, что снижение твердости у Р18 наблюдается при охлаждении со скоростью менее 10 °С/с, а у Р6М5 при охлаждении со скоростью менее 15 °С/с. Трехкратный отпуск при 560 °С повышает твердость стали Р18 до HRC 64 при охлаждении ее со скоростью более 10...5 °С/с. Для Р6М5 этот интервал находится в пределах 15...10 °С/с.

Поскольку от скорости охлаждения зависит структура и свойства металла, то необходимо оценить приближенные значения скорости охлаждения при параметрах режима наплавки, обеспечивающих хорошее формирование наплавленного металла и стабильность процесса наплавки.

Расчет термического цикла выполняли на основе литературных данных по схеме точечного источника теплоты на поверхности полубесконечного тела.

со = - 2тЛ(Т-Т0)2 / (q/o), где X - коэффициент теплопроводности основного металла; Т0-начальная температура изделия; q/u- погонная энергия; и- скорость наплавки; q=r)UI;- эффективная тепловая мощность, где ri-эффективный КПД процесса нагрева, U- напряжение; I- сила тока.

За исходные данные были приняты: А= 0,38(Вт/см°С) для ЗОХГСА (основной металл), Т0=20°С, 0,8; и= 0,17(см/с), 1= 100...110 (А) и U=22...24(B). Поскольку интерес представляют со в области выделения легирующих элементов из твердого раствора, то температура принималась Т» 600 °С. Тогда со = 77°С.

Экспериментальные измерения скоростей охлаждения проводились при наплавке дугой прямого действия на постоянном токе обратной полярности в защитно-легирующей среде азота ванным способом на пластины из конструкционной легированной стали. В качестве наплавочных материалов использовали разработанные порошковые проволоки ПП-90Х4В18ФЮ и ПП-90Х4В6М5ФЮ.

Записанные термические циклы (рис.1, рис.2) в начале и конце наплавленного валика (соответственно А и В) позволили оценить скорости охлаждения наплавленного металла и время его пребывания в интервале температур выделения легирующих элементов из твердого раствора. Статистическая обработка экспериментальных данных проводилась с использованием электронных таблиц Microsoft Excel 5.0.

По данным полученных диаграмм (рис.3, рис.4) для точек А и В значения нормированных корреляционных моментов (н.к.м.) резко убывают приблизительно до 10-й секунды. Далее связь между сечениями случайных функций приближается к линейной, так как

н.к.м. близки к "1" и убывают слабо. Исходя из этого и с учетом убывающей зависимости между временем и температурой в качестве исходного выражения для аппроксимации значений оценок математического ожидания случайных функций для точек А и В было принято равенство:

Т= а + с * е4" - Ь * 1, где Т - температура, °С; I - время, е.; а, Ь, с, с! - постоянные коэффициенты.

С целью повышения точности аппроксимации было введено дополнительное слагаемое: т * е"м , где I - время; т, к - постоянные коэффициенты.

По программе, реализующей алгоритм метода наименьших квадратов для уравнения вида:

Т= а + с * е4" + т * е"к( - Ь * 1 были найдены постоянные коэффициенты а, Ь, с, с1, к, т и получены уравнения:

Тд = 340 - 6,5 * I + 630 * е-0'811 + 420 * е"°'105{;

Тв = 500 - 10 * 1 + 725 * е"0'421 + 420 * е"0'2'.

Графически аппроксимирующие функции представлены на рис.1, рис.2. Оба полученных выражения можно разделить на линейную и нелинейную (экспоненциальную) части. Нелинейная часть характеризует изменение температуры в точках А и В на этапе распространения теплоты резко выраженным волновым фронтом. Линейная составляющая - на этапе квазистационарного охлаждения.

Линейная составляющая уравнения для точки А характеризуется более низким значением в начальный момент времени и меньшей скоростью охлаждения по сравнению с уравнением для точки В. Это объясняется отсутствием подогрева в точке А в начальный момент времени, а также наличием источника тепла в процессе отсчета времени. Из графика записи термического цикла в точке А видно, что на конечном участке наплавки пластины (24с.) приращение температуры в начальной точке наплавки составляло около 240°С, что выше температур начала мартенситного превращения. Значит в процессе наплавки соблюдалось условие нахождения металла в аустенитном состоянии с целью предупреждения образования трещин.

Как видно, расчетные и экспериментальные данные удовлетворительно согласуются.. По принятой схеме расчета со « 77°С/с при Т = 600°С, а из анализа экспериментальных кривых термического цикла скорости охлаждения в интервале температур 800...600°С: сод« 67°С/с, сов « Ю0°С/с.

Время, с

Рис. 1 Изменение температуры в точке А

Рис. 2 Изменение температуры в точке В

Времж, с

12 18 20 24 28 32 Врем!, с

Рис.ЗДиаграмма нормированных корреляционных моментов в точке А

Время, с

Рис.4 Диаграмма нормированных корреляционных моментов в точке В

Приведенные значения скоростей охлаждения отвечают условиям получения высоколегированного твердого раствора.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена разработке технологии наплавки резцов.

На основании литературного анализа и с учетом предложенной схемы наплавки было установлено, что наиболее приемлемым для изготовления резцов следует считать процесс одноваликовой наплавки дугой прямого действия на постоянном токе обратной полярности ванным способом с применением водоохлаждаемого приспособления. В качестве наплавочных материалов использовать порошковые проволоки, на основе теплостойких сталей высокой твердости. Согласно литературным данным целесообразно применять в качестве защитно-легирующей Среды азот, поскольку его содержание способствует повышению устойчивости остаточного аустенита в процессе наплавки, а также позволяет повысить твердость и износостойкость наплавленного металла.

При разработке наплавочных материалов особое внимание уделялось вопросам формирования наплавленного валика, плотности наплавленного металла, отсутствию грубой крупнозернистой структуры и вопросам легирования наплавленного металла азотом.

Для подавления реакции окисления углерода в высокотемпературной зоне было предложено вводить в состав порошковой проволоки элементы, обладающие более высоким сродством к кислороду, чем углерод: титан, цирконий и алюминий.

Исследования по оценке возможности применения этих элементов показали, что применение титана и циркония затруднено по . технологическим причинам. Происходит нарушение формирования наплавленного слоя, образуются подвороты, несплавления. Наблюдение за процессом дуговой наплавки в азоте порошковой проволокой, содержащей от 0,2...1,5% титана выявили следующие основные негативные моменты. Образующийся на поверхности сварочной ванны достаточно подвижный шлак приводит к перемещению катодного пятна. При этом нарушается катодная очистка наплавляемой поверхности и ухудшается ее смачивание наплавляемым металлом. Аналогичная картина имела место при введении в состав порошковой проволоки циркония.

Введение алюминия позволило устранить технологические недостатки процесса наплавки, получить достаточно хорошее формирование наплавленного валика, однако наблюдалась некоторая пористость.

Для снижения пересыщения наплавленного металла газами и предотвращения пористости была рассмотрена возможность совместного введения алюминия и кремнефтористого натрия. В этом случае в процессе плавления порошковой проволоки водород образует нерастворимое соединение НЯ, а избыточный азот-нитриды.

Для выяснения влияния веществ на плотность и формирование наплавленного металла были изготовлены порошковые проволоки, в которых вариьировалось согласно матрице планирования эксперимента (табл. 2) содержание алюминия и кремнефтористого натрия и проведена наплавка образцов.

Для количественной оценки параметров оптимизации использовали ранговый подход. Плотность наплавленного металла (уО оценивалась при шлифовке образцов по четырехбальной шкале: сплошная пористость -1, много пор - 2, единичные поры - 3, нет пор -4. Качество формирования наплавленного слоя (у2) по трехбальной шкале: плохое - 1, удовлетворительное -2, хорошее -3.

Таблица 2

Матрица планирования эксперимента

№ п/п Х1 х2 У1 У2

1 -1 -1 1 1 1 1 2 2

2 +1 -1 3 • 3 2 2 3 3

3 -1 +1 2 2 3 1 2 2

4 +1 +1 4 4 4 3 3 3

Таблица 3

Области определения факторов

Код Фактор Основной Интервал Нижний Верхний

уровень варьиро- уровень уровень

факторов вания факторов факторов факторов

Х1 Содержание А1, % 0,8 0,6 0,2 1,4

х2 Содержание Ыа^Рб 0,8 0,6 0,2 1,4

За основные уровни факторов были приняты: %-ное содержание алюминия (Х1) и кремнефтористого натрия (х2) (табл.3),

которые приближенно обеспечивают качественный процесс получения наплавленного металла по предложенной технологии наплавки.

Были получены уравнения регрессии параметров оптимизации: У! = 2,5 + 0,83X1 + 0,67Х2 у2 = 2,25 + 0,58X1

Полученные регрессионные модели были признаны адекватными.

Установлено, что для получения плотного с хорошим формированием наплавленного металла необходимо вводить в порошковую проволоку алюминия 1,4...2,0%, кремнефтористого натрия 1,3...1,55%.

Практическая реализация разработанной технологии осуществлялась при наплавке образцов из конструкционной легированной стали на следующих режимах: 1=100...110 А, и=22..24В, с!ПОрошковойпроволоки=2мм, марки порошковых проволок: ПП-90Х4В18ФЮ, ПП-90Х4В6М5ФЮ, защитный газ - азот, расход азота - 15л/мин. Рекомендуемые скорости охлаждения в температурной области выделения легирующих элементов из твердого раствора аустенита для 90Х4В18ФЮ не менее 10°С/с, а для 90Х4В6М5ФЮ не менее 15°С/с.

Оценку состояния металла после наплавки проводили путем замера твердости и по результатам рентгеноструктурного и физико-химического фазового анализов (табл.4, табл.5). Исследования проводили с использованием установки ДРОН-20.

Таблица 4

Фазовый состав и твердость наплавленного металла

Металл Фазовый состав,% по массе Твердость, Н(ЧС

а У к

Наплавленный 90Х4В18АЮ 25...28 62...65 10 52...54

Наплавленный 90Х4В6М5ФЮ 52...55 43...46 2 55...57

Таблица 5

Сравнительное содержание легирующих элементов

в твердом растворе

Металл Состояние Содержание легирующих элементов в твердом р-ре,% по массе Источник

Сг W Mo V

Наплавленный 90Х4В18АЮ после наплавки 3,45 7,96 Настоящ. работа

Сталь Р18 после закалки 3,9 7,4 0,9 (Ю.А. Геллер)

Наплавленный 90Х4В6М5ФЮ после наплавки 3,65 2,83 3,05 1,28 Настоящ. работа

Сталь Р6М5 после закалки 4,2 2,2 2,7 1,3 (Ю.А. Геллер)

Пониженную твердость наплавленного металла можно объяснить более высоким по сравнению с обычными коваными сталями содержанием углерода и хрома, наличием азота, что способствует увеличению содержания остаточного аустенига.

Возможности полного превращения остаточного аустенита и повышение вторичной твердости наплавленного металла до значений, характерных для термически обработанных сталей данного класса, были исследованы при выполнении отпуска согласно рекомендациям работ Ю.А. Геллера.

Отпуск наплавленного метала выполнялся по режимам, принятым для сталей Р6М5 и Р18( Т = 560°С по 1 часу двухкратный для 90Х4В18ФЮ и четырехкратный для 90Х4В6М5ФЮ ). Результаты исследований показали, что остаточный аустенит превращается достаточно полно (табл. 6), а твердость повышается до значений, характерных для закаленных и отпущенных сталей Р6М5 и Р18.

Установлено, что наплавленный металл на основе теплостойких сталей высокой твердости имеет более легированный твердый раствор и более высокую вторичную твердость по сравнению с металлом аналогичного состава, прошедшим отжиг и закалку.

Таблица 6

Влияние кратности отпуска на твердость (числитель) и содержание остаточного аустенита _в наплавленном металле (знаменатель)_

Марка наплавленного металла Число отпусков, твердость, НР*С и содержание уост, в % по массе

после наплавки 1 2 3 4

90Х4В6М5ФЮ 56/45 61/41 64/15 - -

90Х4В18ФЮ 53/65 59/45 63/36 63/20 65/7

Металлографическими исследованиями выявлена

мелкозернистая структура (балл зерна 10 -12). Распределение карбонитридной фазы в наплавленном металле приближается к распределению, получаемому у теплостойких сталей высокой твердости, подвергнутых пластической деформации.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена разработке технологии изготовления токарных отрезных резцов с наплавленной режущей частью, позволяющая применять в качестве наплавочных материалов теплостойкие стали высокой твердости.

В основу проектирования технологического процесса изготовления резцов была заложена идея экономного расхода материалов (как теплостойких сталей, так и конструкционных), а следовательно, снижение себестоимости резцов при условии сохранения требуемой геометрии и эксплуатационных свойств.

Экономия обуславливалась рациональным подходом к выбору заготовок (обеспечением минимальных отходов металла при механической обработке) и рациональным построением технологического процесса.

Использование наплавки при изготовлении резцов позволило резко снизить затраты на теплостойкие стали высокой твердости. Во-первых, имеется возможность наплавлять только ту часть резца, которая будет задействована в процессе его эксплуатации. Во-вторых, при правильном выборе заготовки и применении ванного способа наплавки создаются условия для хорошего формирования наплавленной режущей части, что позволяет исключить последующую механическую обработку наплавленного металла лезвийным инструментом и ограничиться шлифовкой. Это важно не только с позиций экономии, но и по причине затрудненности обработки металла с высокой твердостью.

При наплавке по предложенному термическому циклу становиться возможным исключение энергоемких операций отжига и закалки.

Применение наплавки с учетом ее места и взаимосвязи с другими операциями технологического процесса позволило решать вопросы рационального и эффективного использования ресурсов.

Испытания опытно-промышленной партии резцов с наплавленной режущей частью были проведены в условиях Инструментального завода "Ижмаш". Испытания проводились в соответствии с ГОСТ10047-62 (СТ СЭВ 199-75) Резцы из быстрорежущей стали. Технические требования. Установлено, что стойкость резцов в 1,5...2 раза выше средней стойкости резцов, изготовленных по традиционной технологии.

Себестоимость резца, изготовленного по заводской технологии составляет 16402 руб, а себестоимость предлагаемого 5687 руб, что в 2,9 раз меньше. Ожидаемый экономический эффект от применения разработанной технологии составит не менее 10000000 руб. на 1 тысячу резцов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

1. Анализ требований, предъявляемых к токарным отрезным резцам, существующих технологий их изготовления, показал целесообразность изготовления биметаллической конструкции резца с режущей частью из теплостойкой стали высокой твердости и корпусом из низколегированной конструкционной стали.

2. Разработана технология наплавки теплостойких сталей высокой твердости, обеспечивающая получение наплавленного металла в закаленном состоянии с мелкозернистой структурой, более легированным вольфрамом (молибденом), чем после отжига и закалки, твердым раствором мартенсита закалки и низкой склонностью к образованию холодных трещин. Основой технологии является термический цикл, предусматривающий ограниченное время пребывания нагретого металла в области высоких температур, ускоренное охлаждение металла в интервале минимальной устойчивости аустенита, сохранение аустенитной структуры до завершения процесса наплавки.

3. На основании проведенных исследований установлены оптимальные значения скоростей охлаждения в температурном интервале минимальной устойчивости аустенита, которые для наплавленного металла на основе Р18 составляют не менее 10°С/с, а для наплавленного металла на основе Р6М5 не менее 15°С/с.

4. Предложенный к применению при изготовлении наплавленных резцов процесс одноваликовой наплавки дугой прямого действия на постоянном токе обратной полярности в защитно-легирующей среде азота достаточно технологичен, обеспечивает широкие возможности регулирования теплового воздействия на изделие и эффективное легирование наплавленного металла азотом.

5. Применение в качестве защитного газа азота позволяет легировать наплавленный металл в пределах 0,07...0,12%, обеспечивая повышение вторичной твердости, теплостойкости и износостойкости.

6. Разработаны порошковые проволоки на основе теплостойких сталей высокой твердости, позволяющие получать при дуговой наплавке в защитно-легирующей среде азота наплавленный металл, отвечающий требованиям, предъявляемым к режущим частям резца за счет введения в состав порошковых проволок алюминия в количестве 1,4...2,0% и кремнефтористого натрия в количестве 1,2...1,6%.

7. Предложены режимы наплавки из условия соблюдения заданного термического цикла, качественного формирования металла, необходимой геометрии наплавленного валика и устойчивости процесса наплавки.

8. Предложена эффективная, менее трудоемкая и энергоемкая технология изготовления наплавленных резцов, стойкость которых в 1,5 раза выше стойкости резцов, изготовленных по традиционной технологии. Ожидаемый экономический эффект от применения разработанной технологии изготовления токарных отрезных резцов с наплавленной режущей частью составит не менее 10000000 руб. на 1 тысячу резцов.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

1. В.А. Тютяев., E.H. Зубкова, В.П.Водопьянова. Наплавка рабочих частей токарных отрезных резцов порошковой проволокой. / Изготовление, восстановление и упрочнение металлорежущего инструмента: Тр. Тверского государственного технического университета.-Тверь, 1995,- Вып. 1.- С. 4-8.

2. E.H. Зубкова, В.А. Тютяев. Разработка наплавочных материалов для производства металлорежущего инструмента: Тез. докл. конференции молодых ученых и специалистов Тверского региона,- Тверь, 1995.- С. 83.

3. E.H. Зубкова, B.A. Тютяев, В.П. Водопьянова. Разработка прогрессивных инструментальных материалов: Тез. докл. Международн. конгресса Молодежь и наука - третье тысячелетие.-Москва, 1996.-С. 38-39.

4. E.H. Зубкова, В.А. Тютяев, В.П. Водопьянова. Разработка технологии изготовления металлорежущего инструмента повышенной производительности: Тез. докл. к межд. конф. Прогрессивные методы получения и обработки материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин.- Волгоград, 1996,- С. 108-109.

5. E.H. Зубкова, В.А. Тютяев. Анализ условий работы токарных отрезных резцов и обоснование эффективности применения наплавки при их изготовлении: Тез. докл. к межд. конф. Повышение эффективности сварочного производства,-Липецк, 1996,- С. 113-116.

6. Г.Ф.Деев, E.H. Зубкова. Разработка наплавочных материалов: Тез. докл. к межд. конф. Повышение эффективности металлургического производства.).-Липецк, 1997,- С. 36.

7. Г.Ф.Деев, E.H. Зубкова, Л.Л. Лаптев. Обеспечение качественного формирования теплостойких сталей высокой твердости при наплавке металлорежущего инструмента: Тез. докл. к XX научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников университета, посвященная 75-летию вуза.- Тверь, 1997,- С. 11.

8. Г.Ф. Деев, E.H. Зубкова., Л.Л. Лаптев. Обеспечение качественного формирования теплостойких сталей высокой твердости при изготовлении наплавленных резцов./ Тр. ЛГТУ, ЛЭГИ,-Липецк,- 1997. С.5-10.

9. Г.Ф.Деев, E.H. Зубкова. Наплавка резцов теплостойкими сталями высокой твердости / Изготовление, восстановление и упрочнение металлорежущего инструмента: Тр. Тверского государственного технического университета,- Тверь, 1997,- Вып. 2.-

10. Положительное решение на выдачу патента 95105054/08 РФ. Шихта порошковой проволоки / Зубкова E.H., Тютяев В.А. //

11. Патент № 2078668 (РФ.) Способ изготовления отрезного резца / Тютяев В.А., Зубкова E.H. // 27.02.96.

С. 16-18