автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Повышение работоспособности быстрорежущей стали методами лазерной и криогенной обработки

На правах рукописи

БАРАБОНОВА Инна Александровна

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ МЕТОДАМИ ЛАЗЕРНОЙ И КРИОГЕННОЙ ОБРАБОТКИ

05.16.01 — Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005548426

21 МАЯ 2314

Курск 2014

005548426

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тверской государственный технический университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

кандидат физико-математических наук, доцент Афанасьева Людмила Евгеньевна

Чеглов Александр Егорович - доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Липецкий государственный технический университет, профессор кафедры физического материаловедения

Ведущая организация:

Алехин Юрий Георгиевич — кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО Курская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора И.И. Иванова, заведующий кафедрой "Технология металлов и ремонт машин"

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

Защита диссертации состоится «27» июня 2014 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.105.01 при Юго-Западном государственном университете по адресу: 305040, г. Курск, улица 50 лет Октября, 94 (конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте Юго-Западного государственного университета: www.swsu.ru.

Автореферат разослан «13» мая 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.105.01

Борис Владимирович Лушников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Повышение работоспособности быстрорежущих сталей и разработка новых ресурсосберегающих технологий изготовления инструмента относится к числу актуальных и практически важных проблем, изучению которых уделяется большое внимание во всех промышленно развитых странах. Решение возникающих при этом задач возможно за счет совершенствования структурного состояния быстрорежущих сталей - достижения двухфазной структуры закаленной стали, увеличения концентрации углерода и легирующих компонентов в твердом растворе, упрочнения мартенсита высокодисперсными карбидами при термической обработке.

Одним из способов экономного использования быстрорежущих сталей является изготовление биметаллического инструмента с применением наплавки. Однако широкое применение наплавки при производстве инструмента сдерживается высокой трудоемкостью механической обработки наплавленного металла с твердостью 62 ... 65 НЯС. Припуски на механическую обработку при изготовлении инструмента можно удалять с помощью газолазерной резки, которая сочетает высокие показатели производительности процесса с точностью и высоким качеством реза. При газолазерной резке образуется зона термического влияния, в которой происходит высокоскоростная закалка поверхностных слоев. В зоне оплавления и зоне закалки из твердой фазы возможно пересыщение аустенита углеродом и легирующими компонентами за счет полного или частичного растворения карбидов. В результате в структуре может содержаться повышенное (до 80 %) количество остаточного аустенита. В переходной зоне, где нагрев ниже точки Ас1, в предварительно закаленной и отпущенной стали происходит снижение микротвердости и разупрочнение мартенсита, связанное с образованием структур отпуска.

Снижение содержания остаточного аустенита при высокотемпературном отпуске приводит к дальнейшему разупрочнению переходной зоны. Кроме того, высокотемпературный отпуск приводит к уменьшению концентрации углерода и легирующих компонентов в мартенсите, что вызывает его разупрочнение. В представленной работе выполнены исследования по повышению работоспособности наплавленной быстрорежущей стали после газолазерной резки за счет совершенствования структурного и фазового состояния, повышения концентрации легирующих компонентов в твердом растворе, снижения количества остаточного аустенита в зоне закалки и минимизации процессов разупрочнения переходной зоны.

Эффективным способом превращения остаточного аустенита в мартенсит при сохранении легирующих компонентов в твердом растворе является криогенная обработка. Этот вид обработки представляет собой продолжение процессов закалки за счет возобновления мартенситного превращения остаточного аустенита при охлаждении стали до температуры Мк.

Высокую теплостойкость быстрорежущие стали приобретают за счет дисперсионного твердения при многократном отпуске при температуре 560 °С. Проведение отпуска на вторичную твердость без разупрочнения переходной зоны

может быть осуществлено с помощью лазерного отпуска. Лазерное излучение является энергетическим инструментом, способным обеспечить стабильные предсказуемые энергетические параметры для термической обработки материалов. При лазерном упрочнении необходимо обеспечить равномерный подвод тепла в зону обработки для получения упрочнённого поверхностного слоя требуемой глубины с однородной структурой и микротвердостью. В работе для этой цели предлагается использовать многоканальный (40 лучей) СОг лазер.

Таким образом, тема диссертационной работы - повышение работоспособности быстрорежущей стали методами лазерной и криогенной обработки является актуальной как в научном, так и в практическом отношении.

Основанием для выполнения работы являлось выполнение ГК № 10027р /16821 «Разработка способа изготовления разделительного штампа с применением высокоскоростной кристаллизации при лазерной обработке» по программе «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («У.М.Н.И.К.») Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» (2010-2011 гг.); соглашения № 14.В37.21.1278 «Структурно-фазовые превращения в инструментальных сплавах и функциональных материалах при лазерной обработке поверхности» и соглашения № 14.132.21.1394 «Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ градиентно-упрочненной инструментальной стали» (2011-2013 гг.) по ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.».

Цель работы

Теоретически и экспериментально обосновать повышение работоспособности быстрорежущей стали за счет совершенствования структурного состояния методами лазерной и криогенной обработки.

Основные задачи работы

1. Выполнить анализ литературных источников в области повышения работоспособности быстрорежущей стали за счет совершенствования структурного состояния методами лазерной и криогенной обработки.

2. Рассчитать изменение температуры в зоне термического влияния при газолазерной резке и выяснить роль технологических условий резки на формирование зоны термического влияния в быстрорежущих сталях. Исследовать микроструктуру, фазовый состав, распределение микротвердости в зоне термического влияния быстрорежущих сталей после газолазерной резки и криогенной обработки.

3. Исследовать влияние режимов лазерного отпуска на упрочнение мартенсита закаленной стали при исключении разупрочнения стали в переходной зоне.

4. Научно обосновать новую технологию упрочнения наплавленных быстрорежущей сталью режущих кромок разделительных штампов координатно-револьверных прессов с применением газолазерной резки как разделительной и упрочняющей обработки, криогенной обработки и лазерного отпуска. Изготовить опытно-промышленную партию пуансонов и матриц разделительных штампов координатно-револьверных прессов и провести производственные испытания.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту

1. Теоретически обоснован метод совершенствования структурного состояния быстрорежущих сталей после газолазерной резки, основанный на криогенной обработке и лазерном отпуске, обеспечивающий повышение работоспособности и уровня эксплуатационных свойств быстрорежущих сталей и приводящий к увеличению ресурса работы штампов координатно-револьверных прессов в 1,5-1,6 раз.

2. Установлены закономерности формирования микроструктуры и распределения микротвердости в зоне термического влияния при газолазерной резке, криогенной обработке и лазерном отпуске. Криогенная обработка позволяет сохранить в быстрорежущей стали высоколегированный твердый раствор при снижении количества остаточного аустенита с 50-60% до 7-9%. Сталь приобретает повышенные значения микротвердости до 10000-10200 МПа.

3. Теоретически обосновано и практически реализовано выполнение после криогенной обработки лазерного отпуска. Расчет максимально достижимой глубины отпуска в интервале температур 600-550 °С совпадает с экспериментальными результатами с погрешностью менее 10 %.

4. Обобщены и развиты представления о влиянии технологических параметров газолазерной резки быстрорежущих сталей на качество поверхности реза. Экспериментально найдены критические скорости газолазерной резки, при которых шероховатость поверхности реза минимизирована (Яа = 0,6... 1,2 мкм), что позволяет отказаться от операции шлифования рабочих поверхностей пуансонов и матриц координатно-револьверных прессов.

Практическая значимость работы

1. Разработана новая ресурсосберегающая технология упрочнения наплавленных быстрорежущей сталью режущих кромок разделительных штампов координатно-револьверных прессов с применением газолазерной резки как разделительной и упрочняющей обработки, криогенной обработки и лазерного отпуска.

2. Разработанная технология обеспечивает повышение микротвердости НУ0 2 наплавленной быстрорежущей стали в зоне закалки до 10000.;. 10200 МПа. Шероховатость рабочей поверхности пуансонов и матриц составила Яа-0,6... 1,2 мкм, что позволило отказаться от дальнейшей механической обработки упрочненной поверхности.

3. Эксплуатационная стойкость экспериментальной партии разделительных штампов повышена в 1,5-1,6 раз по сравнению с типовой технологией.

4. Разработанная технология упрочнения быстрорежущих сталей передана на ОАО «Электромеханика» (г. Ржев Тверской области) и обособленное подразделение предприятия ООО «Центр лазерных технологий» (г. Владимир) для внедрения в производство.

5. Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе по дисциплинам «Материаловедение» и «Технология конструкционных материалов» при подготовке бакалавров по техническим направлениям в Тверском государственном техническом университете.

Методы исследований

Основные задачи работы решались на основе экспериментальных и теоретических методов исследования. Газолазерную резку, криогенную обработку и лазерный отпуск выполняли в производственных условиях. В лабораторных условиях выполняли механические испытания, металлографические исследования, электронно-микроскопический, рентгеноспектральный микроанализ,

рентгеноструктурный фазовый анализ. При обработке экспериментальных данных использовали статистические методы. Расчеты распределения температуры выполнялись с использованием системы компьютерной математики Maple.

Достоверность результатов исследований, основных положений и выводов

Достоверность результатов обеспечена применением стандартных и современных методов металлографических исследований, апробированных методов механических испытаний, а также большим объемом экспериментального материала с использованием статистической обработки результатов измерений. Все теоретические расчеты неоднократно проверялись экспериментально. Погрешность расчетов не превышала 10 %. Научные положения и выводы по работе имеют теоретическое обоснование и не противоречат известным научным представлениям и результатам.

Соответствие диссертации паспорту специальности научных работников

Диссертация соответствует пунктам 2,3,4,6,7,8 паспорта специальности 05.16.01 Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов.

Личный вклад автора

Автор участвовала в планировании и постановке экспериментов, обработке и анализе полученных результатов. Выполняла подготовку образцов, количественный и качественный металлографический анализ микроструктуры, исследовала механические свойства быстрорежущих сталей. Автором предложена для внедрения в производство новая технология упрочнения наплавленных быстрорежущей сталью режущих кромок разделительных штампов координатно-револьверны?^ прессов с применением газолазерной резки как разделительной и упрочняющей обработки, криогенной обработки и лазерного отпуска. Стойкость экспериментальной партии разделительных штампов, упрочненных по новой технологии, повышена в 1,5-1,6 раз по сравнению с типовой технологией.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались и обсуждались на: Х-ой, ХИ-ой международной научно-практической конференции «Технология ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки» (Санкт-Петербург, 2008, 2010); VI-ой международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2008); студенческой научно-технической конференции «Проблемы машиностроения» (Тверь, ТГТУ, 2009); областной научно-технической конференции молодых ученых «Физика, химия и новые технологии» (Тверь, 2009, 2010); IX-ой, XIV международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности»

(Санкт-Петербург, 2010; 2012); II Всероссийском Форуме «Умное производство: высокотехнологичная промышленность в России. Задачи и перспективы» (Завидово, Тверская обл, 2011); VII международной конференции «Лучевые технологии и применение лазеров» (Санкт-Петербург, 2012); Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием «Инновации в материаловедении» (Москва, 2013); XIII-й международной научно-технической конференции «Инженерия поверхности и реновация изделий» (Крым, Ялта, 2013).

- По теме диссертации автор награждена дипломом за участие в смене Зворыкинского проекта «Инновации и техническое творчество» форума «Селигер-2010»; ректоратом ГОУ ВПО «ТГТУ» грамотой за достигнутые успехи в научной работе и учебе (Тверь, 2011 г.); удостоена гранта по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («У.М.Н.И.К.») (Тверь, 2010-2011 гг.); награждена медалью «За лучшую научную студенческую работу» по итогам открытого конкурса на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в ВУЗах Российской Федерации (2010 г.).

- «Способ изготовления разделительного штампа с применением лазерной размерной и упрочняющей обработки» отмечен дипломом и бронзовой медалью на XV Юбилейном международном Салоне изобретений и инновационных технологий «АРХИМЕД-2012» г. Москва. Автор работы является лауреатом стипендии Президента Российской Федерации, направленной на проведение перспективных научных исследований и разработок по приоритетному направлению модернизации российской экономики (2012-2014 г.).

Публикации

Основные научные результаты диссертации опубликованы в 23 печатных работах, включая 5 статей в рецензируемых журналах и изданиях, рекомендованных к размещению публикаций Высшей аттестационной комиссией (ВАК). Получен 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и общих выводов. Общий объем работы составляет 148 страниц машинописного текста, включая 59 рисунков и 16 таблиц. Список литературы содержит 128 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, отражена научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту, сведения об апробации работы, о личном вкладе соискателя, структуре и объёме работы.

Глава первая представляет собой литературный обзор, в котором рассматриваются пути повышения работоспособности быстрорежущих сталей методами лазерной и криогенной обработки за счет совершенствования их структурного состояния. Дана характеристика быстрорежущих сталей. Рассмотрены основные теоретические представления о процессе разделения материалов лучом непрерывного лазера, особенности расчета параметров тепловых полей при лазерной обработке и структура зоны термического влияния,

перспективы применения обработки холодом после газолазерной резки быстрорежущих сталей.

Во второй главе описываются методики проведения экспериментальных исследований. В работе использовали быстрорежущие стали марок Р2М8 после наплавки и низкотемпературного отпуска и Р6М5 после закалки и трехкратного отпуска.

Газолазерную резку выполняли на базе ОАО «Тверской вагоностроительный завод» на технологическом лазерном комплексе BySprint 3015 компании Bystronic, в качестве вспомогательного газа использовали азот. Лазерный отпуск выполняли на автоматизированном лазерном технологическом комплексе АЛТКУ-3 отечественного производства. Для анализа качества поверхности газолазерного реза применяли цифровой измеритель шероховатости TIME Group Inc. Модель TR-200. Высотные, шаговые и интегральные параметры шероховатости поверхности реза определяли согласно ГОСТ 2789-73. Контроль технологической прочности сталей при газолазерной резке осуществляли визуально и методами металлографического анализа с помощью макро и микрошлифов, методом серийных сечений. Серию параллельных, близко расположенных сечений получали многократным повторением операций - полировка - травление -фотографирование. Общее число микрофотографий от 50 до 150.

Исследование микроструктуры стали выполняли методами оптической и растровой электронной микроскопии с использованием компьютерной установки на базе металлографического микроскопа МИМ-8 с цифровой видеокамерой и универсального микроскопа JEOL 6610LV (Япония). Для количественного анализа микроструктур применяли методы стереометрической металлографии и цифровой обработки изображений. Для изучения распределения легирующих компонентов в плоскости шлифов использовали энергодисперсионный спектрометр INCA Energy++ фирмы Oxford Instruments.

Фазовый состав стали определяли методом рентгеноструктурного анализа на дифрактометре ДРОН-4-07 с использованием монохроматизированного кобальтового Ка-излучепия. Микротвердость измеряли на отечественном микротвердомере ПМТ-3 согласно ГОСТ 2999-75. Полученные экспериментальные данные были подвергнуты статистической обработке.

Третья глава посвящена анализу микроструктуры, фазового состава, распределения микротвердости быстрорежущих сталей в зоне термического влияния после газолазерной резки, криогенной обработки и лазерного отпуска.

При газолазерной резке происходит высокоскоростной нагрев и охлаждение металла в поверхностных слоях реза. Формируется зона термического влияния (ЗТВ) со слоистым строением. На рис. 1 представлена микроструктура наплавленной быстрорежущей стали марки Р2М8 в характерных зонах лазерного воздействия. Зона оплавления глубиной 5-7 мкм имеет ячеистое строение с размером ячеек 1 -3 мкм (рис. 2). В центральной части ячеек структура — мартенсит, по границам, где количество легирующих компонентов выше, чем в центральной части структура аустенит и вновь выделившиеся из расплава первичные карбиды в виде тонких прослоек. Микротвердость стали в этом слое около 8500 МПа.

основной металл переходная зона зона закалки

Рис. 2 Микроструктура наплавленной быстрорежущей стали Р2М8 в зоне закалки из жидкой фазы. Продольный срез. Растровая электронная микроскопия

В третьем слое температура нагрева не превышала критическую Ась Это переходная зона (рис. 3,6). В этой зоне возможно снижение твердости по причине распада мартенсита. Степень разупрочнения зависит от режимов газолазерной резки. Микротвердость стали в переходной зоне около 7500 МПа. Микроструктура быстрорежущей стали после наплавки и низкотемпературного отпуска представляет собой игольчатый мартенсит, остаточный аустенит и карбиды (рис. 3,в).

Поверхность газолазерного реза характеризуется определенной микрогеометрией, которая представляется совокупностью периодически повторяющихся неровностей: волнистость, шероховатость. Скорость резки является одним из основных параметров, определяющих процесс формирования реза. В работе экспериментально найдена критическая скорость резки быстрорежущих сталей (—1,5 м/мин), при которой шероховатость поверхности реза минимизирована, что позволяет отказаться от операции шлифования рабочих поверхностей инструментов.

Рис. 1 Микроструктура наплавленной быстрорежущей стали Р2М8 в характерных зонах лазерного воздействия. Оптическая микроскопия

Второй слой представляет собой зону закалки из твердой фазы толщиной около 150 мкм (рис. 3,а). Нижняя граница этого слоя определяется нагревом до критической температуры Ас]. В этой зоне происходит повторная закалка матрицы. Структура стали в этом слое остаточный аустенит, мартенсит и нерастворённые первичные карбиды.

V.» Ч • " ■

. ■ 'Г- " 5 '

£>л ЧЧа. , ' " ' Т

И: - _ Г Г' ' * О- .х,* "

■ . - - о *' а

© • • . • ♦ .«?-,

: - а , Ш о

V ^ - " «х- •

^ ' / -

■О V'.' ' ' „ >' > *

. ; л. . 'А ю мкм >

Рис. 3 Микроструктура быстрорежущей стали Р2М8 в ЗТВ: а - оплавленная зона и зона закалки из твердой фазы; б - переходная зона; в — основной металл

По данным рентгеноструктурного фазового анализа (рис. 4, а) в зоне закалки из твердой фазы содержится 50-60 % остаточного аустенита. Повышенное количество остаточного аустенита в зоне закалки недопустимо и требует поиск решений по уменьшению его содержания.

I, имп/с

1600-,

1200-

800-

400-

О

я

а)

~1 1 Г"

1600-,

1200-

800-

400

тш^М

б)

—р—1—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

23, град

Рис. 4 Дифрактограммы быстрорежущей стали в зоне закалки из твердой фазы, а) после газолазерной резки; б) после газолазерной резки и обработки холодом

Эффективным способом превращения остаточного аустенита в мартенсит при сохранении легирующих компонентов в твердом растворе является криогенная обработка. Этот вид обработки представляет собой продолжение процессов закалки за счет возобновления мартенситного превращения остаточного аустенита при охлаждении стали до температуры Мк. По данным рентгеноструктурного фазового анализа (рис. 4, б) в зоне закалки после криогенной обработки количество остаточного аустенита снижается до 7-9 %.

В работе изучали, как влияет величина промежутка времени между газолазерной резкой и криогенной обработкой на полноту фазового превращения остаточного аустенита. Экспериментально показано, что временной интервал до 3 часов между газолазерной резкой и криогенной обработкой не влияет на полноту превращения. Увеличение временного интервала до 1 месяца приводит к снижению микротвердости стали в зоне закалки на 500 МПа, что свидетельствует о некоторой стабилизации аустенита.

На рис. 5 представлена микроструктура быстрорежущей стали Р2М8 в зоне термического влияния после газолазерной резки и криогенно обработки.

Рис. 5 Микроструктура быстрорежущей стали Р2М8 в зоне термического влияния: левая колонка-после газолазерной резки; правая — после газолазерной резки и обработки холодом, а, г - оплавленная зона и зона закалки из твердой фазы; б, д - переходная зона; в, е — основной металл

Основное свойство быстрорежущей стали - высокая теплостойкость. Это свойство сталь приобретает благодаря дисперсионному твердению при многократном отпуске 560 °С. Так как криогенная обработка позволила устранить основное количество остаточного аустенита, то с целью повышения теплостойкости стали в поверхностных слоях газолазерного реза, в работе

предлагается применить однократный лазерный отпуск. При выполнении лазерного отпуска в оплавленной зоне и зоне закалки происходит упрочнение мартенсита высокодисперсными карбидами без дополнительного разупрочнения переходной зоны. Таким образом, обеспечивается протекание фазовых и структурных превращений только в закаленном лазером слое (0,1 — 0,2 мм) и исключается протекание видимых превращений в переходной зоне.

В четвертой главе описана новая технология упрочнения наплавленных быстрорежущей сталью режущих кромок разделительных штампов координатно-револьверных прессов с применением газолазерной резки как разделительной и упрочняющей обработки, криогенной обработки и лазерного отпуска.

Цель разработки технологии заключалась в реализации результатов исследований, позволяющих повысить работоспособность разделительных штампов координатно-револьверных прессов методами лазерной и криогенной обработки за счет совершенствования их структурного состояния.

Ранее автором разработана технология изготовления пуансонов и матриц разделительных штампов, включающая совместную наплавку пуансонов и матриц с последующим разделением заготовок газолазерной резкой, позволяющая не только сократить расход дорогостоящей стали, но и упрочнить боковые поверхности пуансонов и матриц на высоту, равную суммарной величине всех переточек, при высокой технологичности процесса и качестве упрочненного слоя (патент 2361712 РФ). На рис. 6 представлена модель совместно наплавленных пуансона и матрицы после механической обработки шлифованием передних поверхностей (а) и разделение пуансона и матрицы с помощью газолазерной резки (б).

Рис. 7. Схема выполнения лазерного отпуска

В предлагаемой технологии упрочнения наплавленных быстрорежущей сталью режущих кромок пуансонов и матриц разделительных штампов после

Рис. 6. Модель совместно наплавленных пуансона и матрицы

после механической обработки наплавленных поверхностей (а) и разделение пуансона и матрицы с помощью газолазерной резки (б)

газолазерной резки необходимо выполнить криогенную обработку и лазерный отпуск, схема выполнения которого показана на рис. 7. Для разработки технологии упрочнения пуансонов и матриц разделительных штампов необходимо выяснить роль технологических параметров газолазерной резки (Р - мощности лазерного излучения и V - скорости газолазерной резки) на условия формирования зоны термического влияния. В работе выполнены расчеты распределения температуры в зоне термического влияния при газолазерной резке быстрорежущих сталей на различных режимах, результаты которых представлены на рис. 8 и в таблицах 1 и 2. На протяженность зоны термического воздействия заметное влияние оказывает скорость резки. Так, при изменении V от 0,03 до 0,05 м/с при постоянной мощности излучения, протяженность зоны термического влияния уменьшается до 60 %

При повышении мощности излучения, происходит нагрев расплавленного металла до более высоких температур, который выносится из зоны резки вспомогательным газом, при этом протяженность зоны термического влияния изменяется незначительно. Например, если скорость газолазерной резки постоянна, и равна 0,043 м/с, то увеличение мощности излучения от 2 кВт до 4 кВт приводит к увеличению протяженности зоны термического влияния на 2 %.

Газолазерную резку наплавленной быстрорежущей стали выполняли на следующих режимах: скорость резки V = 1500 мм/мин, мощность излучения Р = 4400 Вт, расстояние между фокальной точкой и поверхностью заготовки/= 1,0 мм, давление вспомогательного газа азота Р = 16-105 Па. Шероховатость рабочей поверхности пуансонов и матриц составила Яа=1,2± 0,05 мкм (7 класс шероховатости по ГОСТ 2789-73), что позволило отказаться от дальнейшей механической обработки упрочненной поверхности.

Т,°С

Рис. 8. Изменение температуры в зоне термического влияния при газолазерной резке быстрорежущей стали с мощностью излучения 2кВт

(нижний график); 3 кВт (средний) и 4 кВт (верхний)

о.ооов V 0.0008^ 0.00 0.0012 0.0014 л, м 0.0016

0.0018 0.002

0.045 0 04 у, м/с

Таблица 1 Влияние скорости газолазерной резки на размер ЗТВ (Р = 3 кВт)

Скорость резки, м/с ЗТВ, мкм Зона закалки, мкм Переходная зона, мкм

0,05 424 141 282

0,04 525 170 354

0,03 669 223 446

0,02 969 307 662

0,01 1838 577 1260

Таблица 2 Влияние мощности газолазерной резки на размер ЗТВ (у = 0,043 м/с)

Мощность резки, кВт ЗТВ,мкм Зона закалки, мкм Переходная зона, мкм

1 436 139 296

2 474 151 323

3 481 154 327

4 484 153 331

5 492 161 331

Сразу после газолазерной резки пуансоны и матрицы погружали в жидкий азот на 10 минут. Как показали исследования, криогенная обработка снижает количество остаточного аустенита в зоне закалки до 7-9 %. Наблюдается значительное повышение микротвердости во всех участках зоны термического влияния и в основном металле (рис. 9).

HV, МПа

Рис. 9. Распределение микротвердости в наплавленной быстрорежущей стали Р2М8 в зоне термического влияния после газолазерной резки

50 100 150 200 250 300 350 400 450 Расстояние от поверхности реза, мкм

Это вызвано тем, что наплавленная быстрорежущая сталь после низкотемпературного отпуска содержит повышенное количество остаточного аустенита, следовательно, при криогенной обработке происходит превращение остаточного аустенита в мартенсит не только в зоне оплавления и закалки, но и в зоне отпуска и основном металле. При выполнении лазерного отпуска необходимо обеспечить максимальное дисперсионное упрочнение мартенсита в закалённом слое при отсутствии разупрочнения в переходной зоне. Для решения этой задачи необходимо знать глубину зоны закалки и на основании этого выбирать режимы выполнения лазерного отпуска.

Радиус пятна, м Скорость сканирования, м/с

0,015 0,02 0,025 0,03

0,001 87 75 67 62

0,002 123 107 95 87

0,003 150 (155)* 130(140)* 117(120)* 107 (100)*

0,004 174 151 136 123

0,005 194 169 151 138

0,006 213 185 165 151

*в скобках даны результаты эксперимента

без обработки холодом •— с обработкой холодом

9000

8500

8000-

7500-

10000

9500

На рис. 10 и в таблице 3 представлены значения максимально достижимой глубины отпуска г, мкм.

Рис. 11. Микроструктура наплавленной быстрорежущей стали после лазерного отпуска

0.014 0.01В 0.022 0.026 0.03 V, м/с

Рис. 10. Расчетные значения глубины отпуска ъ, м. (Линии - расчет, точки -эксперимент)

0.00016 0.00014 0.00012 0.0001

Анализ данных рис. 10 и таблицы 3 показал, что выполнение лазерного отпуска на требуемую глубину возможно на различных режимах. Выбор нужных режимов лазерной обработки необходимо осуществлять в соответствии с технологическими возможностями используемых лазерных комплексов. В работе лазерный отпуск пуансонов и матриц выполняли с помощью непрерывного излучения СОг лазера, на режимах, обеспечивающих максимальное дисперсионное упрочнение мартенсита в закалённом слое при отсутствии разупрочнения в переходной зоне (Р = 0,5 кВт, \ = 0,015 м/с, г = 3 мм). Микроструктура наплавленной быстрорежущей стали после лазерной закалки, криогенной обработки и лазерного отпуска быстрорежущей стали Р2М8 представлена на рис. 11. Структура — мартенсит, остаточный аустенит и карбиды. В результате выполнения лазерного отпуска микротвердость возросла на 200-250 МПа, что свидетельствует о прохождении процессов дисперсионного твердения в быстрорежущей стали.

Разработанная технология позволила повысить микротвердость наплавленной быстрорежущей стали в зоне закалки до 10000... 10200 МПа Шероховатость рабочей поверхности пуансонов и матриц составила Ка 0,6-1,2 мкм, что позволило отказаться от дальнейшей механической обработки упрочненной поверхности. Проведенные производственные испытания опытно-промышленной партии пуансонов и матриц разделительных штампов координатно-револьверных прессов показали повышение предельной стойкости инструмента относительно нормативной в 1,5-1,6 раз.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан метод совершенствования структурного состояния быстрорежущих сталей после газолазерной резки, основанный на криогенной обработке и лазерном отпуске, обеспечивающий повышение работоспособности и уровня эксплуатационных свойств быстрорежущих сталей за счет снижения

количества остаточного аустенита, достижения высокой концентрации углерода и легирующих компонентов в твердом растворе и упрочнения высокодисперсными карбидами.

2. Методами металлографического и рентгеноструктурного анализа изучено строение и фазовый состав быстрорежущих сталей в зоне термического влияния после газолазерной резки. Показано, что зона термического влияния имеет слоистое строение, содержание остаточного аустенита в зоне закалки превышает 50-60 %. Оценена эффективность применения криогенной обработки на полноту превращения остаточного аустенита в мартенсит в зоне термического влияния. По данным рентгеноструктурного фазового анализа количество остаточного аустенита после криогенной обработки снижается до 7-9 %. Временной интервал до 3 часов между газолазерной резкой и криогенной обработкой не влияет на полноту превращения остаточного аустенита в мартенсит.

3. Рассчитаны режимы и экспериментально реализовано проведение после газолазерной резки и криогенной обработки лазерного отпуска быстрорежущей стали. Показано, что после отпуска микротвердость возрастает на 200-250 МПа, что свидетельствует о прохождении процессов дисперсионного твердения. Расчет режимов выполнения лазерного отпуска в интервале температур 600-550 °С совпадает с экспериментальными результатами с погрешностью менее 10 %.

4. Рассчитано изменение температуры в зоне термического влияния при газолазерной резке. Выполнен анализ влияния технологических параметров мощности лазерного излучения Р и скорости газолазерной резки v на формирование зоны термического влияния. Показано, что наибольшее влияние на размер зоны термического влияния оказывает скорость газолазерной резки.

5. Обобщены и развиты представления о влиянии технологических параметров газолазерной резки быстрорежущих сталей на качество поверхности реза. Экспериментально найдены критические скорости газолазерной резки, при которых шероховатость поверхности реза минимизирована (Ra = 0,6... 1,2 мкм), что позволяет отказаться от операции шлифования рабочих поверхностей пуансонов и матриц координатно-револьверных прессов.

6. Предложена новая ресурсосберегающая технология упрочнения наплавленных быстрорежущей сталью режущих кромок разделительных штампов координатно-револьверных прессов с применением газолазерной резки как разделительной и упрочняющей обработки, криогенной обработки и лазерного отпуска. Изготовлена опытно-промышленная партия пуансонов и матриц и проведены производственные испытания. Установлено повышение предельной стойкости инструмента относительно нормативной в 1,5-1,6 раз.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК: 1. Барабонова, И.А. Градиентное упрочнение наплавленной быстрорежущей стали газолазерной резкой [Текст] / И.А. Барабонова, Л.Е. Афанасьева, Е.В. Ботянов, Г.В. Раткевич // Упрочняющие технологии и покрытия. 2013. № 9. С. 1316.

2. Афанасьева, JI.E. Структурные фазовые превращения в быстрорежущей стали при лазерной закалке с оплавлением поверхности многоканальным СО2 лазером [Текст] / JI.E. Афанасьева, И.А. Барабонова, Е.В. Ботянов, Г.В. Раткевич, P.M. Гречишкин // Упрочняющие технологии и покрытия. 2013. № 8. С. 10-13.

3. Афанасьева, JI.E. Технологическая прочность наплавленной быстрорежущей стали при газолазерной резке [Текст] / JI.E. Афанасьева, И.А. Барабонова, Н.С. Зубков, М.С. Разумов // «Металловедение и термическая обработка металлов», 2009. №7. С. 36-38.

4. Афанасьева, JI.E. Об особенностях поверхности инструментальной стали после газолазерной резки [Текст] / JI.E. Афанасьева, И.А. Барабонова, П.О. Зоренко, Н.С. Зубков, P.M. Гречишкин // Металлургия машиностроения. 2011. №6. С. 36-38.

5. Афанасьева, JI.E. Влияние газолазерной резки на структуру и свойства машиностроительных сталей [Текст] / JI.E. Афанасьева, И.А. Барабонова, Н.С. Зубков, В.Н. Гадалов, В.Г. Сальников, Д.Н. Романенко // Заготовительные производства в машиностроении. 2012. №3. С. 37-39.

Статьи и материалы конференций:

6. Барабонова, И.А. Технологическая прочность быстрорежущей стали при газолазерной резке [Текст] / И.А. Барабонова, М.Н. Елицкий, JI.E. Афанасьева, Н.С. Зубков // Материалы 10-ой Международной научно-практической конференции «Технология ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки». Санкт-Петербург. 2008. С. 37-41.

7. Афанасьева, JI.E. Шероховатость поверхности газолазерного реза инструментальной стали [Текст] / JI.E. Афанасьева, И.А. Барабонова, П.О. Зоренко, Н.С. Зубков, М.В. Новоселова, P.M. Гречишкин // Сборник трудов девятой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». Санкт-Петербург. 2010. С. 179-183.

8. Барабонова, И.А. Способ изготовления разделительного штампа с применением лазерной размерной и упрочняющей обработки [Текст] / И.А. Барабонова // Умное производство. 2012. №1 (17). С. 15-18.

9. Барабонова, И.А. Морфология поверхности, структура и свойства наплавленной быстрорежущей стали при газолазерной резке [Текст] / И.А. Барабонова, JI.E. Афанасьева // Материалы 13-й международной научно-технической конференции «Инженерия поверхности и реновация изделий». Крым. г.Ялта. 2013. С. 29-31.

10. Барабонова, И.А. Фазовые превращения в быстрорежущей стали при газолазерной резке, криогенной обработке и лазерном отпуске [Текст] / И.А. Барабонова // Вестник ТвГУ. Серия «Физика». 2013. Выпуск 21. С. 94-104.

11. Пат. 2361712 Российская Федерация, МПК В23Р15/00. Способ изготовления разделительного штампа [Текст] / Зубков Н.С., Водопьянова В.П., Разумов М.С., Барабонова И.А.; заявитель и патентообладатель Тверской государственный технический университет (RU) - №2008111395/02; заявл. 24.03.2004; опубл. 20.07.2009, Бюл. № 20.- 6 с.

Подписано в печать 22.04.2014. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л.. 1,0 Тираж 120 экз. Заказ 158.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором в Центре инженерной печати МИП ООО «Наукоемкие технологии» при ГБОУ ВПО «ТвГТУ» 170023, Тверская область, г. Тверь, ул. Маршала Конева, 12, к. 435

ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

04201459536

БАРАБОНОВА Инна Александровна

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ МЕТОДАМИ ЛАЗЕРНОЙ И КРИОГЕННОЙ ОБРАБОТКИ

Специальность 05.16.01 - Металловедение и термическая обработка металлов

и сплавов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель-

доцент, кандидат физико-математических наук, Афанасьева Людмила Евгеньевна

Тверь 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................. 4

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.................................................. 11

1.1. Характеристика быстрорежущих сталей и пути повышения работоспособности за счет совершенствования их структурного состояния. 11

1.2. Виды лазерной обработки и строение зоны лазерного воздействия.... 24

1.3. Закономерности процесса газолазерной резки стали................... 27

1.4. Распределение температуры в зоне термического влияния при газолазерной резке........................................................................... 30

1.5. Перспективы применения обработки холодом после газолазерной

резки быстрорежущей стали............................................................. 40

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ОБЗОРУ И ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ......................................................................... 49

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА...................... 52

2.1. Получение образцов............................................................... 52

2.2. Макроструктура наплавленной быстрорежущей стали.................... 58

2.3. Структурные и фазовые исследования........................................ 60

2.3.1. Оптическая микроскопия и принципы цифровой обработки изображений микроструктур...................................................... 60

2.3.2. Растровая электронная микроскопия и рентгено-спектральный микроанализ быстрорежущей стали............................................. 66

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ МИКРОСТРУКТУРЫ, ФАЗОВОГО СОСТАВА, РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОТВЕРДОСТИ В ЗОНЕ ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ ГАЗОЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ, КРИОГЕННОЙ ОБРАБОТКИ И ЛАЗЕРНОГО ОТПУСКА............ 70

3.1. Строение зоны термического влияния при газолазерной резке быстрорежущей стали...................................................................... 70

3.2. Распределение микротвердости быстрорежущей стали в зоне

лазерного воздействия..................................................................... 78

3.3. Качество поверхности газолазерного реза быстрорежущей стали...... 83

3.4. Влияние криогенной обработки на структуру и микротвердость быстрорежущей стали после ГЛР....................................................... 94

3.5. Упрочнение быстрорежущей стали с помощью лазерного отпуска..... 100

Выводы по главе........................................................................ 102

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ПУАНСОНОВ И МАТРИЦ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ШТАМПОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛАЗЕРНОЙ И КРИОГЕННОЙ ОБРАБОТКИ.............................................................................................. 103

4.1. Условия работы вырубных штампов, пути повышения работоспособности штампового инструмента....................................... 103

4.2. Эффективность применения наплавки и газолазерной резки при изготовлении биметаллического инструмента....................................... 106

4.2.1. Обоснование выбора материала для изготовления штампового инструмента.......................................................................... 106

4.2.2. Преимущества ГЛР при разделении быстрорежущих сталей...... 109

4.2.3. Расчет распределения температуры в зоне термического влияния при газолазерной резке................................................. 111

4.3. Технология изготовления и упрочнения пуансонов и матриц разделительных штампов................................................................. 114

Выводы по главе........................................................................ 129

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ........................................................................ 130

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ....................................... 132

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................. 146

Приложение А........................................................................... 146

Приложение Б........................................................................... 147

Приложение В........................................................................... 148

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Повышение работоспособности быстрорежущих сталей и разработка новых ресурсосберегающих технологий изготовления инструмента относится к числу актуальных и практически важных проблем, изучению которых уделяется большое внимание во всех промышленно развитых странах. Решение возникающих при этом задач возможно за счет совершенствования структурного состояния быстрорежущих сталей - достижения двухфазной структуры закаленной стали, растворения карбидов, увеличения концентрации углерода и легирующих компонентов в твердом растворе, упрочнения мартенсита высокодисперсными карбидами при термической обработке.

Одним из способов экономного использования быстрорежущих сталей является изготовление биметаллического инструмента с применением наплавки. Однако широкое применение наплавки при производстве инструмента сдерживается высокой трудоемкостью механической обработки наплавленного металла с твердостью 62 ... 65 НЯС. Припуски на механическую обработку при изготовлении инструмента можно удалять с помощью газолазерной резки, которая сочетает высокие показатели производительности процесса с точностью и высоким качеством реза. При газолазерной резке образуется зона термического влияния, в которой происходит высокоскоростная закалка поверхностных слоев. В зоне оплавления и зоне закалки из твердой фазы возможно пересыщение аустенита углеродом и легирующими компонентами за счет полного или частичного растворения карбидов. В результате в структуре может содержаться повышенное (до 80 %) количество остаточного аустенита. В переходной зоне, где нагрев ниже точки Ас1, в предварительно закаленной и отпущенной стали происходит снижение микротвердости и разупрочнение мартенсита, связанное с образованием структур отпуска.

Снижение содержания остаточного аустенита при высокотемпературном отпуске приводит к дальнейшему разупрочнению переходной зоны. Кроме того, высокотемпературный отпуск приводит к уменьшению концентрации углерода и

легирующих компонентов в мартенсите, что вызывает его разупрочнение. В представленной работе выполнены исследования по повышению работоспособности наплавленной быстрорежущей стали после газолазерной резки за счет совершенствования структурного и фазового состояния, повышения концентрации легирующих компонентов в твердом растворе, снижения количества остаточного аустенита в зоне закалки и минимизации процессов разупрочнения переходной зоны.

Эффективным способом превращения остаточного аустенита в мартенсит при сохранении легирующих компонентов в твердом растворе является криогенная обработка. Этот вид обработки представляет собой продолжение процессов закалки за счет возобновления мартенситного превращения остаточного аустенита при охлаждении стали ниже температур Мк.

Высокую теплостойкость быстрорежущие стали приобретают за счет дисперсионного твердения при многократном отпуске при температуре 560 °С. Проведение отпуска на вторичную твердость без разупрочнения переходной зоны может быть осуществлено с помощью лазерного отпуска. Лазерное излучение является энергетическим инструментом, способным обеспечить стабильные предсказуемые энергетические параметры для термической обработки материалов. При лазерном упрочнении необходимо обеспечить равномерный подвод тепла в зону обработки для получения упрочнённого поверхностного слоя требуемой глубины с однородной структурой и микротвердостью. В работе для этой цели предлагается использовать многоканальный (40 лучей) СО2 лазер.

Таким образом, тема диссертационной работы - повышение работоспособности быстрорежущей стали методами лазерной и криогенной обработки является актуальной как в научном, так и в практическом отношении.

Основанием для выполнения работы являлось выполнение ГК № Ю027р /16821 «Разработка способа изготовления разделительного штампа с применением высокоскоростной кристаллизации при лазерной обработке» по программе «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («У.М.Н.И.К.») Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической

сфере» (2010-2011 гг.); соглашения № 14.В37.21.1278 «Структурно-фазовые превращения в инструментальных сплавах и функциональных материалах при лазерной обработке поверхности» и соглашения № 14.132.21.1394 «Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ градиентно-упрочненной инструментальной стали» по ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.» (2011-2013 гг.).

Цель работы. Теоретически и экспериментально обосновать повышение работоспособности быстрорежущей стали за счет совершенствования структурного состояния методами лазерной и криогенной обработки. Основные задачи работы

1. Выполнить анализ литературных источников в области повышения работоспособности быстрорежущей стали за счет совершенствования структурного состояния методами лазерной и криогенной обработки.

2. Рассчитать изменение температуры в зоне термического влияния при газолазерной резке и выяснить роль технологических условий резки на формирование зоны термического влияния в быстрорежущих сталях. Исследовать микроструктуру, фазовый состав, распределение микротвердости в зоне термического влияния быстрорежущих сталей после газолазерной резки и криогенной обработки.

3. Исследовать влияние режимов лазерного отпуска на упрочнение мартенсита закаленной стали при исключении разупрочнения стали в переходной зоне.

4. Научно обосновать новую технологию упрочнения наплавленных быстрорежущей сталью режущих кромок разделительных штампов координатно-револьверных прессов с применением газолазерной резки как разделительной и упрочняющей обработки, криогенной обработки и лазерного отпуска. Изготовить опытно-промышленную партию пуансонов и матриц разделительных штампов координатно-револьверных прессов и провести производственные испытания. Научная новизна и положения, выносимые на защиту

1. Теоретически обоснован метод совершенствования структурного состояния быстрорежущих сталей после газолазерной резки, основанный на криогенной

обработке и лазерном отпуске, обеспечивающий повышение работоспособности и уровня эксплуатационных свойств быстрорежущих сталей и приводящий к увеличению ресурса работы штампов координатно-револьверных прессов в 1,51,6 раз.

2. Установлены закономерности формирования микроструктуры и распределения микротвердости в зоне термического влияния при газолазерной резке, криогенной обработке и лазерном отпуске. Криогенная обработка позволяет сохранить в быстрорежущей стали высоколегированный твердый раствор при снижении количества остаточного аустенита с 50-60% до 7-9%. Сталь приобретает повышенные значения микротвердости до 10000-10200 МПа.

3. Теоретически обосновано и практически реализовано выполнение после криогенной обработки лазерного отпуска. Расчет максимально достижимой глубины отпуска в интервале температур 600-550 °С совпадает с экспериментальными результатами с погрешностью менее 10 %.

4. Обобщены и развиты представления о влиянии технологических параметров газолазерной резки быстрорежущих сталей на качество поверхности реза. Экспериментально найдены критические скорости газолазерной резки, при которых шероховатость поверхности реза минимизирована (Ка = 0,6...1,2 мкм), что позволяет отказаться от операции шлифования рабочих поверхностей пуансонов и матриц координатно-револьверных прессов.

Практическая значимость работы

1. Разработана новая ресурсосберегающая технология упрочнения наплавленных быстрорежущей сталью режущих кромок разделительных штампов координатно-револьверных прессов с применением газолазерной резки как разделительной и упрочняющей обработки, криогенной обработки и лазерного отпуска.

2. Разработанная технология обеспечивает повышение микротвердости НУ0>2 наплавленной быстрорежущей стали в зоне закалки до 10000... 10200 МПа. Шероховатость рабочей поверхности пуансонов и матриц составила Яа = 0,6.. .1,2

мкм, что позволило отказаться от дальнейшей механической обработки упрочненной поверхности.

3. Эксплуатационная стойкость экспериментальной партии разделительных штампов повышена в 1,5-1,6 раз по сравнению с типовой технологией.

4. Разработанная технология упрочнения быстрорежущих сталей передана на ОАО «Электромеханика» (г. Ржев Тверской области) и в обособленное подразделение предприятия ООО «Центр лазерных технологий» (г. Владимир) для внедрения в производство.

5. Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе по дисциплинам «Материаловедение», «Технологические процессы в машиностроении» и «Технология конструкционных материалов» при подготовке бакалавров по техническим направлениям в Тверском государственном техническом университете.

Методы исследований. Основные задачи работы решались на основе экспериментальных и теоретических методов исследования. Газолазерную резку, криогенную обработку и лазерный отпуск выполняли в производственных условиях. В лабораторных условиях выполняли механические испытания, металлографические исследования, электронно-микроскопический и спектрометрический и фазовый анализ. При обработке экспериментальных данных использовали статистические методы. Расчеты распределения температуры выполнялись с использованием системы компьютерной математики Maple.

Достоверность результатов исследований, основных положений и выводов

Достоверность результатов обеспечена применением стандартных и современных методов металлографических исследований, апробированных методов механических испытаний, а также большим объемом экспериментального материала с использованием статистической обработки результатов измерений. Все теоретические расчеты неоднократно проверялись экспериментально. Погрешность расчетов не превышала 10 %. Научные

положения и выводы по работе имеют теоретическое обоснование и не противоречат известным научным представлениям и результатам.

Соответствие диссертации паспорту специальности научных работников

Диссертация соответствует пунктам 2,3,4,6,7,8 паспорта специальности 05.16.01 Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов. Личный вклад автора. Автор участвовала в планировании и постановке экспериментов, обработке и анализе полученных результатов. Выполняла подготовку образцов, количественный и качественный металлографический анализ микроструктуры, исследовала механические свойства быстрорежущих сталей. Автором предложена для внедрения в производство новая технология упрочнения наплавленных быстрорежущей сталью режущих кромок разделительных штампов координатно-револьверных прессов с применением газолазерной резки как разделительной и упрочняющей обработки, криогенной обработки и лазерного отпуска. Стойкость экспериментальной партии разделительных штампов, упрочненных по новой технологии, повышена в 1,5-1,6 раз по сравнению с типовой технологией.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на: Х-ой, ХП-ой международной научно-практической конференции «Технология ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки» (Санкт-Петербург, 2008, 2010); У1-ой международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2008); студенческой научно-технической конференции «Проблемы машиностроения» (Тверь, ТГТУ, 2009); областной научно-технической конференции молодых ученых «Физика, химия и новые технологии» (Тверь, 2009, 2010); 1Х-ой, XIV международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2010; 2012); II Всероссийском Форуме «Умное производство: высокотехнологичная промышленность в России. Задачи и

перспективы» (Завидово, Тверская обл, 2011); VII Международной конференции «Лучевые технологии и применение лазеров» (Санкт-Петербург, 2012); Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием «Инновации в материаловедении» (Москва, 2013); XIII-й международной научно-технической конференции «Инженерия поверхности и реновация изделий» (Крым, Ялта, 2013).

- По теме диссертации автор награждена дипломом за участие в смене Зворыкинского проекта «Инновации и техническое творчество» форума «Селигер-2010»; ректоратом ГОУ ВПО «ТГТУ» грамотой за достигнутые успехи в научной работе и учебе (Тверь, 2011 г.); удостоена гранта по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («У.М.Н.И.К.») (Тверь, 2010-2011 гг.); награждена медалью «За лучшую научную студенческую работу» по итогам открытого конкурса на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в ВУЗа