автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Модифицирование штамповых сталей для горячего деформирования высокодисперсными порошками

КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Быконя Людмила Александровна

МОДИФИЦИРОВАНИЕ ШТАМПОБЫХ СТАЛЕЙ ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОКОДЙПЕРСНЬШ ПОРОШКАМИ

05.16.06 - порошковая металлургия и композиционные материалы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск - 1*995

Работа выполнена в Красноярском государственном техническом университете •

Научные руководители - кандидат технических наук, профессор Борисов В.Н.

кандидат технический наук, доцент Токмин A.M.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Крушенко Г. Г.

кандидат технических наук, доценту Неребоева А.А.'

Ведущая организация - АО Красноярский металлургический завод

Защита диссертации состоится 28 декабря 1995 года в 12 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 064.54.02 при Красноярском государственном техническом университете по адресу: 660074, Красноярск, ул. Киренского 26, ауд. Г 5-22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного технического университета.

Автореферат разослан 28 ноября 1995 года.

Еаш отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, с заверенной подписью составителя просим направить в адрес диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета,' кандидат технических наук, доцент

Сильченко П.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Применение высокоэффективных способов горячего деформирования и горячего прессования сплавов требует использования штампових сталей, сохраняющих высокуэ теплостойкость с повышенной вязкостью и разгаростоШсостыо. Необходимо такте учитывать все повышающиеся требования к качеству выпускаемой продукции и, прежде всего, к чистоте поверхностей и точности профиля.

Для прессования алюминиевых сплавов в мировой практике и в нашей стране используются экономнолегированные стали типа 4Х5МФС. Зта сталь имеет достаточную теплостойкость и разгаростойкость. но применение этой стали, полученной по обычной технологии /даже с «использованием ЭШЛ/ не обеспечивает в ряде случаев требований по качеству продукции.

Возможность получения сложного инструмента методами литья позволит повысить коэффициент использования металла, уменьшить трудоемкость и т.д.

Сдерживающими причинами получения заготовок методами .питья являются неоднородность и пористость отливок.

Существуют различные способы воздействия на структуру отливок: воздействие на жидкий металл в процессе его кристаллизации, например, литье под давлением или центробежное литье ( эти способы ограничены формой и размерами изделий), введение в жидкий металл модификаторов, макро- и микрохолодильников, которые обеспечивают- получение более однородной структуры по всему сечению отливок, воздействие на металл в процессе кристаллизации, вибрацией.

В следствии этого вопросы строения гадких металлов и сплавов с учетом неоднородности строения жидких металлов, состоящих из зон со структурой близкой к кристаллической (кластеры) и разупо-рядоченных зон с хаотическим расположением атомов, и рассмотрение с этих позиций процессов кристаллизации и модифицирования, исследования процессов модифицирования металлов и сплавов, воздействующих на морфологию жидкости с применением в качестве модификаторов порошковых материалов, открывающих большие возможности для получения качественных слитков и отливок приобрело в настоящее время особую актуальность.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.■ Разработка и опробывание промышленной технояо-гик'модифицированил комплексными порошковыми модификаторами теплостойких сталей для штампов горячего деформирования при электрошлаковом переплаве и электрошлаковом кокильном литье.

В связи с этим поставлены и решены следующие задачи: -

1. Исследование влияния комплексных модификаторов на структуру и свойства литых штамповых сталей.

2. Изучение морфологии карбидных фаз в литом металле, роль которых во многом определяет высокое сопротивление пластической деформации при нагреве стали для прессования.

3. Определение основных положений модифицирования штамповых сталей, при котором монет быть обеспечено сочетание высокой теплостойкости с повышенной вязкостью и длительая интенсивность взаимодействия с деформируемым металлом.

4. Определение основных параметров термической обработки, которые могут обеспечить получение высокого комплекса эксплуатационных свойств.

5. ¿.Опробывание результатов исследований в заводских условиях и рекомендация ппромышленности комплексных модификаторов определенного состава, технологии их получения я термической обра- . ботки модифицированных и литых сталей, областей применения, для которых обеспечивается повышение стойкости штампов, горячего прессования. ■ ...

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:

1. Изучены основные закономерности.воздействия комплексных модификаторов, состоящих из модификаторов 1.' рода и элементов, ■ являющихся демодификаторами П рода, на структуру штамповых сталей. полученных . ЭШП и ЭКЛ.. Установлено, что создание стабильных и повышенных механических свойств штамповых сталей достигается при использовании модификаторов, состоящих из УДП Т1СН + порошки МО (Сг) + Се. ..' .'V

2. Показано, что определящам фактором воздействия на жидкий металл является присутствие в жидкой ванне УДП карбонитридов титана, являющимися соизмеримыми ¡с размерами кластеров, а также наличие в межкластерных объемах молибдена или фока, влияющих на механизм взаимодействия кластеров. -1.'":

3. Определены оптимальные соотношения компонентов яри К0}Ш-лексном модифицировании штамповых сталей для горячего дефррмиро-

вания и закономерности их влияния на первичную структуру литого металла и окончательное строение готового инструмента.

4. Определено влияние предварительной термической обработки слитков ЭШП и отливок ЭКЛ, а также окончательной термической обработки готового инструмента на механические свойства. Из-за значительного измельчения строения слитков и отливок после модифицирования и раскисления, режимы термообработки могут отличаться от обычно применяемых для данных сталей режимов.

5. Впервые показана возможность применения бесфтористого боросодержащего флюса при ЭШП штамповых сталей. Установлено оптимальное" соотношение составляющих, обеспечивающих получение механических свойств, соответствующих предъявляемым требованиям.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Установлен состав комплексных модификаторов и отработана технология их компактировакия для модифицирования штамповых с;алей для горячего деформирования, полученных ЭШП и ЭКЛ.

Использование модифицирования для 21ИП и ЭКЛ обеспечивает улучшение технологических свойств штамповых сталей, а также приводят к повышению стойкости инструмента при прессовании алюминиевых сплавов.

Промышленные испытания установили повышение стойкости прессового инструмента. Модифицированная сталь 4Х5МФС принята для широкого опробывания для обработки алюминиевых сплавов.

Рекомендован состав бесфтористого боросодержащего флюса для ЭМ! штамповых сталей, применение которого обеспечивает дополнительное модифицирование бором.

■ РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. На основании результатов и рекомендаций, содержащихся в работе, на АС "Красноярский металлургический завод" опробовано модифицированние штамповых сталей при ЭШП и ЭКЛ. Разработана технологическая инструкция по предварительной и окончательной термической обработке. Прессовый инструмент, изготовленный из опытной марки •стали, прошел производственные испытания при прессовании алюминиевых сплавов.

ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ полученных положений, выводов и рекомендаций подтверждается удовлетворительной схожестью данных теоретического анализа и экспериментальными значениями, а также результатами опытных промышленных опробований.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы доложены и обсуждены на:

'/п Всесоюзной конференции "Современные проблемы электрометаллургии стали" в Челябинске в 1990 году, VI Всесоюзной конференции "Текстура и рекристаллизация в металлах и°сплавах" в Свердловске в 1990 году, Международной научно-технической конференции "Проблемы обеспечения качества деталей в машиностроении" в Красноярске з 1994 году. Республиканской научно-технической конференции "Материалы и упрочняющие технологии - 94" в Курске в 1394 году.

СТРУКТУРА К ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, со!;:; глав, общих сыбодов, списка литературы, содержащего 135 наименований. Основной материал изложен на 150 страницах машинописного текста, включая 20 таблиц и 55 рисунков.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации имеется 11 публикаций, в том числе 9 тезисов докладов на конференциях и 2 труда международных конференций.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В клаве первой рассматриваются особенности управления первичной структурой и свойствами сталей. Из существующие в последнее Бремя концепций жидкого строения металлов предпочтение отдается кваг'.гаогакрнсталлпческой структуре гкдкостей. Данное строение представляет собой своеобразное состояние двух структурных составляющих: кластеров (микрогруппировок с упорядоченным расположением атомов, близких к таковому в кристаллических телах) и разупорядоченной зоны, образующей в расплавах непрерывную трехмерную ячеистую сеть, обволакивающую кластеры.

Исходя из модели поликристаллической структуры кидких металлов, воздействие примесей на процесс ■ за^эоздения кристаллов . заключается в их влияйГш на размеры и устойчивость кластеров перед началом кристаллизации.

Возможность модифицирования металлов и сплавов рассматривается с учетом влияния модифицирующих добавок на структуру расплава. Все многообразие модифицирующих добавок сведено к двум основным группам. К модификаторам I рода относятся те, которые образуют в расплаве высокодасперсионную взвесь'. Ко второй группе (модификаторы П рода) относятся элементы,или их соединения, которые адсорбируются на границах зарождающихся кластеров и тормозят их рост.

Для повышения пластичности и вязкости штаиповых сталей рекомендуется применять в качестве модифицирующих добавок Се, В. Ът, 1Ш, Мо, Сг, V. а таете карбиды и нитриды титана и циркония. Следует учитывать, что в последнее время существуют технологии, позволяющие получить фракции различной дисперсности как металлов. так и нитридов, карбидов и карбонитрнлов..

Разработаны также технологические приемы введения порошков или всех фракций в жидкий металл, например с использованием затравок. лент, прутков и т. д.

Модифицирование знвительно изменяет строение литого металла и морфологию различных Фаз. Это дает возможность изменять параметры предварительной я окончательной термической обработки полученной стали с наиболее высоким комплексом Физико-механических свойств.

Использование электрошлакового переплава также приводит к изменению состава, отроения и свойств сталей, а применение электрошлакового кокильного литья позволяет получать отливки, имеющие достаточно высокие механические свойства.

В главе второй рассматривается обоснование выбора модификаторов для штамповых сталей при ЭШП. В настоящее время определена группа'элементов благоприятно влияв,цих на структуру и свойства штамповых сталей. Среди этих элементов находится церий и другие РЗМ. оказывающие рафинирующее действие на границы зерен.

Вызывают интерес такие элементы как Т1. КЪ, Та, НГ, которые являются очень активными по отношению к углероду, азоту и кислороду н образуют химические соединения с ними, являющиеся иноку-ляторами.

Развитие теории модифицирования привело к появлению модифицирования "нерастворимыми примесями". Однако такой способ до недавнего времени широко не применялся из-за неравномерности распределения этих частиц в объеме металла. Применение ультрадисперсных частиц размерами около десяти тысяч Ангстрем позволяет в значительной степени улучшить их распределение за счет броуновского движения и уменьшения влияния гравитационных сил.

В качестве модификаторов I рода, которые могут образовывать поликластеры наибольших размеров наиболее целесообразно использовать нитриды титана и циркония, а также карбиды и карбонитриды этих элементов.

Модификаторы и демодификаторы П рода, растворимые преимущественно в зоне активированных атомов и малорастворимые в кластерах, относятся к веществам изменяющим про°цесс кристаллизации без изменения строения кластеров. К модификаторам П рода относятся Ti, Zr. Се и др., а к демодификаторам Mo, W, Сг. Та, Ш> и др.

Следует отметить, что церий, являясь модификатором второго рода, одновременно оказывает благоприятное влияние на морфологию неметаллических включений.

В главе третьей приводится методика исследования^. Электрошлаковый переплав электродов выполнялся на установке ОБ 16-03 с использованием медного водоохлаждаемого неподвижного кристаллизатора диаметром 200 мм и высотой 1500 мм. Электроды изготавливались из стали 4Х5МФС, 4Х5В2ФС. Для переплава использовался флюс АНФ-6. Электрошлаковый кокильный переплав осуществлялся на установке ОБ 16-03 с использованием тигля 150 кг.

После переплава слитки и отливки охлаждались замедленно в песке, а после подвергались отжигу по общепринятому для этих сталей режиму.

Из слитков вырезались темплеты толщиной 60 мм из нижней, средней и верхней частей. Механические свойства определялись на образцах, вырезанныз из темплетов в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Ковку выполняли по режиму, принятому для итамповых сталей высокой теплостойкости: с нагревом 1180-1200 С и деформацией при температурах 1180-950 С. Степень деформации изменялась от 1,3 до 5. Охлаждение поковок - замедленное ( в песке).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРЙОГО И ФАЗОВОГО СОСТАВА СТАЛЕЙ. Макроструктуру слитков изучали при увеличении до 20 раз.

Микроструктуру и «величину зерен изучали при увеличении от 800 до 1000 раз. Границы зерен сталей с небольшим содержанием углерода и содержали;. хром, молибден выявлялась' электролитическим травлением, шлифов в 1-2% водном растворе щавелевой кислоты при плотности тока 0,2 - 0,4 a/ct/и выдеркке 1-30 сек. Закалка образцов выполнялась в. соляной ванне, причем образец бил. предварительно протравлен.. ■

Количественный металлографический анализ выполняли-на оптическом микроскопе Неофот-2 при увеличении 2000 раз ( с'имерсией).

Рентгеноспектральный анализ с целью изучения кристаллогра-

фической и механической текстуры выполняли на рентгеновском диф-рактометре ДРОН-2 (под руководством к.т.н. И.П.Талашкевича).

Электронномикроскллический и фрактографический анализы выполняли на растровом электронном микроскопе РЭМ-200.

Микрорентгеноспектральный анализ для изучения распределения элементов в фазах выполняли на электронном микроскопе РЭМ-200.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ. _ Твердость определяли по Бринела после отжига и по Роквеллу (с нагрузкой 1500 МПа после закалки и отпуска.

Микротвердость определяли на приборе ПМТ-З с нагрузкой 1 МПа.

Прочностные свойства и пластичность определяли согласно ГОСТ растяжением Гагаринских образцов при 20°С.

Ударную вязкость определяли на образцах с надрезом (по Ме-наже)она копре с малой мовдостью 150 Дж при температурах 20е С и 400° С.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОМ СВОЙСТВ. Теплостойкость характеризовали по температуре нагрева (4 часа) после которой сталь сохраняла тзердость HRC 45.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для изучения влияния различных комплексных йодификаторов на структуру и свойства, штампо-вых сталей при ЭШП переплав осуществляли нь лабораторной установке. Диаметр кристаллизатора составлял 50 мм, высота слитка 200 мм. Модифицирование осуществлялось с помощью дозатора, куда перед началом плавки с-асыпали брикетированные комплексные модификаторы (табл.1). П процессе плавки через три минуты модификаторы подавались на шлак. Поскольку удельный., вес, который составляет 5 г/см? значительно превосходит плотность шлака, то гранулы легко попадают в жидкий металл.

Таблица 1

Состав комплексных порошковых модификаторов (%), принятых для модифицирования

ПСЫ МО V СГ Се

Т1СН+СГ 25 - - 75 -

Т1Си+Сг+Се 25 - - 65 10

Т1СН+ЫО 25 75 - - -

ИС1!*Мо+Се 25 65 - - 10 '

Т1СН+У 25 - 75 - -

ТЮМ+Се 25 - 65 - 10

В главе четвертой производится исследование итамповых сталей. полученных ЭШП и ЭКЛ. Для исследования структуры и свойств итамповых сталей после ЭШП были были получены слитки из стали 4Х51ВС диаметром 200 и 300 мм. Причем одна часть электродов подвергались ЗИЯ1 после ковки, а-другие очищались от окалины.

Химический состав стали (табл.2) практически не изменился по отношения к переплавляемым электродам.

Таблица 2

Химический состав слитков, полученных от переплавления электродов с окалиной и без окалины

С Мп Б ; Р Сг N1 Си \1 Т1 V Мо

эл-д 0,42 1,07 0,47 0,01 0,025 5,16 0.28 0.21 0.1 0.1 0,95 1.36

о

сталь 0,41 0.9 0,4 0,006 0,015 5,3 0.3 0,17 0,05 0.005 0,94 1.3 ЭШП 0,39 0.9 0.4 0,006 0,025 5,1 0.5 0.20 0,05 0,005 0,96 1,3

Макроструктура слитков характеризуется достаточно высокой плотностью и имеет явно выраженное направленное строение. Однако, на всем протяжении от переферии до центра слитка обнаружено наличие газоусадочных пор, причем их количество увеличивается к центру слитка.

Значительное количество пор и характер их распределения

свидетельствует не об идеальных условиях кристаллизации стали в процессе Э111П. Это является следствйем большой глубины металлической ванны и двухфазной зоны. Подтверждение глубокой двухфазной зоны и значительной междендритной сегрегации дает распределение карбидной фазы. Они распределены неравномерно, четко прослеживается их скопление в междендритных пространствах. Наличие значительных ликвационных объемов обусловлено равноосной дендритной структурой, которая образуется тогда, когда градиент температуры (в) мал, а йкорость роста (Ю высока. С увеличением отношения в/й форма дендритов становится более четкой. В пограничных районах градиент температур выше, чем во внутренних. Это приводит*к формированию четкой дендритной структуры.

3 осевой части слитка в средней и верхней зонах формируется структура с практически равноосными кристаллами. Это приводит к возникновению характерных дефектов - усадочной пористости. Она отличается своеобразной формой, повторяющей очертания дендритов.

Таблица 3

Механические свойства стали 4Х5М£С

Н!?С после закалки НКС после ' отпуска "и МПа ЫПа 9 с* л к си Мдяс/м2 кси Мдк/м2 350ЙС

1. н 52 4в 1350 1170 4,2- 0,14 0,31

с 50 44 1210 1030 6,0 0,12 0,30

в 50 45 1280 1090 4.8 0,12 0.30

2. Н 51 45 1590 1400 2,2 0.14 0.31

С 51 45 1300 1210 5,1 0.14 0. 28

В 50 45 1430 1200 5,4 0,13 0,30

кова-

ный 54 47 1760 1530 3,8 0.43 0,51

Механические свойства металла ЭШП. прежде всего КСЧ имеют низкие значения по сравнению с коваными заготовками (табл.3).

Фрактографические исследования указывают, чтд разрушение носит преимущественно хрупкий характер. Разрушение идет по скоп-

лению карбидов и пор, являющихся концентраторами напряжения и инициирующими образование и распространение трещин.

Раскисление сталей при ЭШП может в значительной степени повлиять на процессы кристаллизации и на формирующиеся свойства. Для этой цели были выбраны следующие раскислители.

1. Алюминий 0,1 - 0,15%

2. Силикокальций 0,15 - 0.2%

3. Графит (окалина) -0,2%

4. Комплексный раскислитель на;основе РЗМ - 0,2%

5. Добавление флюса ФК-1 10%

Состав ФК -1: А1а03- 9.19%. СаГ - 19,62%. Г? О - 69.38%.

БЮ^ - 0,83%, С - 0,25%.

Применение этих раскислителей практически не повлияло на ликвационные процессы, за исключением комплексного раскислителя на основе РЗМ. В случае его применения ударная вязкость достигает 0,35 Мдж/м* Применение же графита с окалиной приводит к снижению свойств по сравнению с нераскисленным металлом. Это следствие усиления процессов ликвации из-за малого коэффициента распределения углерода, что приводит к увеличению его содержания в междендритных участках. Ударная вязкость в данном случае не превышает 0,05 Мдж/м.'2

На поверхности разрушения обнаружены разветвленные усадочные поры, ветви несросшихся дендритов. . имеющих гладкую поверхность. Образование таких дефектов происходит за счет обогащения междендритньх участков элементами, приводящими к повышению сил поверхностного натяжения. При кристаллизации происходит "стягивание" ветвей дендритов и они приобретают округлую форму.

Микрорентгеноспектральный анализ указывает на скопление карбидов в междендритных областях.

Установлено, что механические свойства штамповых сталей при ЭШП определяются сложными процессами, протекающими при кристаллизации. Известно, что можно в значительной степени воздействовать на кинетику кристаллизации используя модифицирование жидкого металла.

На основании предварительных исследований были разработаны комплексные порошковые модификаторы и технология их приготовления в виде компактных изделий.

Для модифицирования штамповых сталей при ЭШП и ЭКЛ были выб-

раны модификаторы: T1CN <УДП) 25% + Мо 65% + Се 10% и T1CN (УДП) + Сг 65% + Се 10%.

Микроструктура модифицированных слитков в значительной степени отличается от обычных. Слиток модифицированный T1CN (УДП) + Сг + Се имеет более дисперсное строение, но сохраняет столбчатое строение, а в слитке модифицированном T1CN (УДП) + Мо + Се формируется дисперсная структура без видимых столбчатых кристаллов. Редкие карбиды, расположенные в ^междендритных участках имеют благоприятную округлую форму.

Данные рентгеноспектрального анализа указывают, что модифицирован^ препятствует формированию кристаллографической и механической текстуры.

Механические свойства модифицированной стали 4Х5МФС имеют высокйе значения. Так ударная вязкость достигает 0,5 Мдж/м, эти значения находятся на уровне, полученном после значительной горячей пластической деформации.

В главе пятой рассмотрено влияние режимов предварительной и окончательной термической обработки на свойства штамповых сталей после ЭШП. Во' всех слитках ЭШП, исключая модифицированные, в процессе замедленного охлаждения происходит значительное выделение избыточных фаз в меадендритных участках. . Повышение скорости охлаждения способствует значительному повышению взаимной растворимости элементов, что приводит к сохранению пересыщенных твердых' растворов. Повышение скорости охлаждения приводит к измельчению структуры.

Подтверздено, что ускоренное охлаждение на воздухе слитков ЭШ из стали 4ХШФС до температур 350°С и последующего замедленного охлаждения в песке приводят к уменьшении ликвации. Механические свойства становятся более вксокимй и однородными по сечению. Ударная вязкость стали, раскисленной комплексным раскисли-телем, достигает 0,25 Мдз/А сердцевине и 0,3 Пя"/.мгна перефе-рии.

Исследование влияния ТЦО (верхняя температура 840 С а нижняя 720 в С) показало, что даге пятикратное термоциклирование не приводит к заметному повышению свойств, т.к. микроструктура и кристаллографическая текстура практически не меняются. Поэтому во всех исследованиях применялся изотермический <r^®ir, применяемый для штамповых сталей.

При нагреве стали под закалку, зерно сохраняется мелкое N10 при температуре до 1070°С. Причем величина зерна тем меньше, чем сильнее проявляется ликвация. Однако, в этом случае наблюдаются небольшие области, в которых присутствуют более крупный зерна N8 -7. Это, конечно, сказывается на структурночувствнтельных механических свойствах. Модифицированная сталь имеет более равномерное зерно (N10) при нагреве до 105СРС.

Характер изменения твердости _для всех иселедованых сталей ■аналогичен: твердость повышается яри .нагреве до температур 1020-1070 С, а затем немного снижается. Это связано с уменьшением карбидной фазы и увеличением доли остаточного аустенита.

Твердость стали 4Х5В2ФС после ЭШП и ЭКЛ в процессе закалки изменяется аналогично. Минимальные значения твердости получаются при закалке от 1050°С и их уровень ниже, чем в случае закалки кованых сталей.

В процессе отпуска во всех сталях протекают процессы дисперсионного твердения, вызываемые выделением специальных карбидов из мартенсита и остаточного аустенита.

Интенсивность процесса, характеризуемая возрастанием твердости, мало различается для всех сталей. Прирост твердости по сравнению с закаленным состоянием составляет НЕС 3-5. Температуры развития дисперсионного твердения примерно одинаковы. Так у модифицированных сталей они составляют 560-570"С, а у других 55С-560е С. Соответственно с этим несколько изменяются температуры отпуска, для получения твердости ИКС 46-48, '' необходимых для штампов прессования. На основании этого положения еозможно установление оптимальности содержания составляющих комплексных модификаторов.

В главе шестой показаны закономерности Формирования структуры ии в процессе горячей пластической деформации слитков ЭШП. При разработке опытной технологии изготовления прессового инструмента учитывалось, что ряд инструментов может быть получены при осадке заготовок, полученных разрезкой слитка. Причем степень деформации может быть очень низкой Кос 1,3.

Установлено, что даже небольшая степень деформации приводит к значительному повышению механических свойств. Однако, у слитков. полученных без модифицирования сохраняется значительная анизотропия. Так ударная вязкость зоны со значительной деформа-

идей почти в два раза превосходит этот показатель в сердцевине поковки после осадки.

Механические свойства стали, подвергнутой значительной пластической деформации (К=3) обладают высокой изотропией и меют высокий комплекс свойств. Такая деформация приводит к устранению кристаллографической и механической текстуры.

Установлено, что после горячей пластической деформации модифицированных слитков даке при Кос=1,3 Формируется полностью изотропная структура "с высоким комплексом механических свойств. Эта свойства превосходят значения, получекнные по обычной традиционной технологии.

Достаточно высокие свойства после горячей пластической деформации формируются и 'у сталей, подвергнутых раскислению.

В главе седьмой дана разработка бесфтористого кальций-бо-ратного флюса для штамповых сталей. Разработка бесфтористого флюса позволяет значительно уменьшить токсичность образующихся газов, а наличие бора может вызвать модифицирование при опреде-леных условиях.

Анализ электропроводности борсодеркащего флюса (СаО -63%, В£03- 27й, 310^ -10") указывает на его близкие значения для стандартного флюса АНФ-6. Это' позволило рассчитывать на возможность проведения ЗИЛ с использованием в качестве флюса борного концентрата.

С целью предварительной оценки количества бора, которое может перейти в сталь в процессе плавки, экспериментально определили активность оксида бора в шлаке. Величина активности бора В О рассчитанная по полученным данным составила 1,543 10 .

После ЗШП стали 5ХНМ с использование борсодеркащего флюса, количество бора находилось в пределах рассчетного и составило 0,015%.

Структура слитка имеет большое количество дефектов в виде крупных усадочных и газовых пор.

Механические свойства после горячей пластической деформации несколько, ниже, чем свойства, полученные с использование флюса АНФ-6. Однако, представляет интерес проведение работ в этом направлении.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Основным фактором формирования структуры слитка ЭШП и отливок ЭКЛ является различие значений G/R по сечению и высоте слитка и отливок ЭКЛ, что приводит к возникновению неоднородной структуры, которая может изменяться от ярко выраженной столбчатой до равноосной дендритной, а это в свою очередь, вызывает развитие ликвационных процессов и возникнвение.газоусадочных пор, отрицательно влияющих на физико-мехДнические- свойства.

2. Определяющее влияние на механические свойства слитков ЭШП и отливок ЭКЛ оказывают размеры, форма и распределение карбидной фазы. При малых скоростях кристаллизации формируются крупные и разветвленные карбиды, располагающиеся в медоеных участках дендритов.

3. Раскисление сталей при ' ЭШП практически не влияет на свойства металла, лишь раскисление комплексным раскислителем на основе РЗМ приводит к некоторому повышению пластических характеристик и ударной вязкости до 0,25 Ыдк/м? Положительное влияние раскисления металла Al. Sica, комплексным раскислителем) проявляется после горячей пластической деформации даже при небольших значениях коэффициента усадки К »1,3.

4. Изучены основные закономерности, воздействия на кинетику кристаллизации штамповых сталей УДП модификаторов первого рода (ГШ!), гранулированных модификаторов второго рода (Се), порошковых демодификаторов второго »рода №о. Сг. - V). Разработаны комплексные .модификаторы, состоящие из T1CN (УДП) Z5% + Mo 65% + Се T1CW (УДП) 25% + Сг 65% + Се 10%.

5. разработана технология получения Компактных кодификаторов, состоящих из TICK (УДП), порошков Мо, Сг и гранулы Се. Ком-пактирование выполняется на прессе с небольшим усилием, а обез-гаяшвание ведется в вакуумной печи с темвературой 500°С.

6. Применение модифицирования в процессе Э!Ш и ЭКЛ штамповых сталей препятствует формированию кристаллографической и механической текстуры, воздействуя на кластеры и межкластерные объемы, значительно влияя на процесс кристаллизации и морфологию дендритного строения и неметаллических включений.

Механические свойства возрастают и достигают значений, соответствующих лучшим показателям предварительно проконаного металла.

' 7, Установлены следующие преимущества модифицированных сталей: а/ повышается ударная вязкость -0,5 Мдж/м? б/ изотропность свойств по всему сечению слитков и отливок, в/ больший эффект дисперсионного твердения за счет более равномерного распределения карбидной фазы, г/более высокая температура пика вторичной твердости и как следствие повышение теплостойкости (на 10 С), д/поЕЫшение пластичности при комнатной и повышенных температурах.

8.'Установление малой склонности к росту зерна при нагреве , под закалку штамповых сталей посйэ ЭШП. Определение оптимальных

реиимрв предварительной и окончательной термической обработки, обспечивающей получение наилучшего комплекса механических свойств. Показано, что ускоренное охлаждение слитков ЭШП и отливок ЗКЛ до 300°С уменьшает ликвационные явления и способствует формированию более.однородной структуры.

9. На основании исследований бесфтористых флюсов установили состав бесфтористого флюса для ЭШП. содержащего СаО - 63%, В20^-27%, S102- 107». Применение этого флюса при Э!Ш стали 5ХКМ указывает на возможность его использования. При этом происходит модифицирование стали бором что может.быть перспективным при совместном модифицировании комплексны:! иодификатром.

,10. Прокшленное опробование штамповых сталей ЭШП подтвердило повышение стойкости матриц модифицированной стали 4Х5МФС в 1.5 раза, кроне того улучпялось качество поверхности прессовок.

Основные результаты диссертации отражены в следующих публикациях

1. Токмин A.M..Иордан й.К.,Бш«шя.Л. А. Эдактроалаковое кокильное жтье стали 4X5""С // Тезисы докладов Региональной научно-технической конференции. Барнаул, 1988 р.

Г 2. Иордан Н.К..Токмин A.M. .Быконя Л. А. Структурные дефекты . стали 4Х5МФС, полученной электрошлаковым кокильным литьем //Те. зисы докладов V Республиканской конференции н Неметаллические включения и газы". Запорожье, 1988 г. ;

3. Токмин A.M..Иордан Н.К.,Быконя Л.А. Влияние скоростей кристаллизации наструктуру и свойства стали 4Х5КФС //Тезисы докладов XV научно-технической конференции Западного Урала "Проблемы производства отливок". Пермь, 1989 г.

4. Иордан Н.К. .Токмин A.M. .Быконя Л. А. Использование специального способа литья для получения деталей из жаропрочных сплавов // Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции "Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки". Запорожье. 1989 г.

5. Иордан Н. К.,ТокминА.М..Быконя Л. А. Повышение свойст заготовок прессового инструмента // Тезисы докладов П Республиканской конференции "Повышение качества и экономичности литья". Одесса. 1990 г.

6. Туговиков А. В.. Буль И. А.. Кашин В. И., Алферов В. Н..Маркова А.И. .Токмин A.M..Быконя Л. А. Опробывание бесфтористого каль-ций-боратного флюса для стали ЭШП // Тезисы докладов vn Всесоюзной конференции "Современные проблемы электрометаллургии стали" .Челябинск. 1990 г.

7. Туговиков A.B. .Буль И. А., Кашин В. И. .Алферов В. Н. .Маркова А.И..Токмин A.M..Быконя Л.А. Распределение бора между шлаком и сталями при ЭШП //X Всесоюзная конференция "Физико-химические основы металлургических процессов",М.: Черметинформация, ч.3. .1901 г.

8. Иордан Н. К. .Токмин A.M. .Быконя Л. А. Влияние модифицирования на кристаллографическую и механическую текстуры при ЭКЛ и ЭШП // Тезисы докладов VI, Всесоюзной конференции "Текстура и рекристаллизация в металлах и сплавах", Свердловск, 1991 г.

9. Талашкевич И.П..Быконя Л.А. Процессы самоорганизации при осадке // Тезисы докладов научно-технической конференции с международным участием "Проблемы техники и технологии 21 • века". Красноярск, КГТУ. 1994 г. •

10. Токмин А..М..Темных В.И..Быконя Л.А.,Синичкин A.M. Влияние условий выплавки и термической обработки на свойства' литых штам-повых сталей // Труды Международной научно-технической конференции "Проблемы обеспечения качества деталей в машиностроении". Красноярск, 1994 г.

11. Токмин A.M. Иордан Н.К. .Быконя Л. А. Влияние модифицирования на структуру и свойства втамповой стали 4Х5МФС при электрошлаковом кокильном литье // Труды Республиканской научно-технической конференции "Материалы и упрочняйте технологии -94", Курск, 1994 г.

Подписано к почат.ч 27.11.95

Тарах IOO эка'/ Заказ » 851. Отпечвтаяо на типографииКГТУ 660074, Красноя.рск,ул.Киренского 26