автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Пути повышения эксплуатационной стойкости металлообрабатывающего инструмента

На правах рукописи

Салканов Ъ1£ркма:-: Салман сгль:

УДК 621.9.02; 621.89

Пути повышения эксплуатационной стойкости металлообрабатызак5Ш,его инструмента

Специальность 05.16.01 - металловедение и термическая

обработка металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новокузнецк 1997

Работа выполнена в Рубцовском индустриальном институте Алтайского государственного технического университета

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Моисеев В.Ф. доктор технических наук, профессор Софрошенков А.Ф. доктор физико-математических наук, профессор Неверов В.В.

Ведущее предприятие: ОАО " Алттрак " г. Рубцовск.

Защита состоится '24 декабря 1997 г. в 10.00 час. на заседании диссертационного совета Д 063.99.01 при Сибирской государственной горно-металлургической академии по адресу: 654007, г. Новокузнецк Кемеровской области, ул. Кирова, 42, ауд. ЗП

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии - — Автореферат разослан '21 ноября 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н. доцент

А.Л. Николаев

Общая характеристика заботь:

Актуальность работы. К ключевой позиции в развит;;]! металлообрабатывающих отраслей можно отнести проблему псзьт^'е-ния эксплуатационной стойкости металлообрабатывающего инструмента. Эта проблема приобретает особую значимость в связи с современными тенденциями систематическим удорожанием инструментальных материалов п энергоносителе", повышением быстроходности технологического оборудования, интенсификацией циклических температурно-силовых воздействий (ЦТСВ) на инструмент, увеличением надежности инструмента, предназначенного для использования на автоматических линиях и т.п. Проблему эксплуатационной стойкости металлообрабатывающего инструмента в настоящее время решают путем разработки новых инструментальных материалов, методами термической обработки, поверхностного упрочнения и конс.трукторско - технологическими разработками инструмента, а также нанесением на поверхности различных покрытий. При этом изменения структуры и свойств, неизбежно происходящие в условиях эксплуатации и зависящие от параметров ЦТСВ и состава смазочно - охлаждающих жидкостей (СО/К), исследованы недостаточно.

Исследование диффузионных явлений, протекающих в рабочих зонах при эксплуатации таких инструментов, как штампы горячего деформирования, пресс-формы литья под давлением и режущие инструменты, которые в процессе работы выделяют большое количество тепла, представляется особенно важным при решении зада-7 по повышению долговечности инструмента.

В литературе имеются ограниченные данные об образовании вторичных структур и свойств на контактных поверхностях инструмента при взаимодействии с продуктами трнбодеструкцшг СО Ж в условиях ЦТСВ на контактные поверхности. Научный подход к решению проблемы предполагает наличие информации о кинетических и термодинамических закономерностях превращений в контактных поверхностях инструмента при взаимодействии между продуктами трибодеструкции СОЖ и поверхностных слоев инструмента.

Действие СОЖ в этом плане значительно шире, чем известные ее смазочно - охлаждающие функции. СОЖ, в зависимости от ее химического состава, значительно изменяет энергетику технологических процессов обработки металлов, стимулирует структурные превращения, приводя контактные и приконтактные поверхности инструмента в качественно новое состояние.

Таким образом, изучение вышеперечисленных процессов позволит осуществить непрерывное упрочнение контактных поверхностей инструмента в процессе работы без дополнительных капитальных, трудовых и энергозатрат.

Выполненные научные работы, в основном, посвящены анализу диффузионных явлений, протекающих в рабочей зоне металлообрабатывающего инструмента в условиях ЦТСВ под влиянием продуктов разложения СОЖ. Эти исследования составили научную базу для разработки новых технологических процессов упрочнения режущего, штампового и прессового инструмента.

Цель работы. Целью настоящей работы является изучение триботехнических, химических и диффузионных процессов, происходящих в контактных поверхностях инструмента в процессе работы под воздействием смазочных материалов и продуктов их трибоде-струкции, и выработка новых подходов для повышения эксплуатационной стойкости металлообрабатывающего инструмента.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:

- исследовать взаимодействие материала инструмента с продуктами трибодеструкции СО Ж;

- изучить закономерности структурно-фазовых и химических превращений в контактных поверхностях инструмента и механизм их преобразования под влиянием химического состава СОЖ;

- выявить возможности регулирования диффузионных процессов, протекающих в контактных поверхностях инструмента, с целью изменения термодинамических условий для образования более тепло- и износостойких фаз;

- получить более подробные данные о закономерностях влияния химического состава СОЖ и режимов работы инструмента на микротвердость и теплостойкость поверхностных слоев инструмента, а следовательно, и на повышение его эксплуатационной стойкости;

- разработать методы повышения качества контактных поверхностных слоев инструмента с учетом условий работы л применяемых СО Ж;

- разработать рекомендации и предложения, направленные на повышение эксплуатационной стойкости металлообрабатывающего инструмента на основе анализа выполненных теоретических исследований.

Научная новизна работы

1 Развитие теории образование вторичных структур и свойств рабочей поверхности инструмента при эксплуатации в виде следующего научного положения: повышение разгаростойкости и сопротивления тепловому износу достигается в результате образования на поверхности более пластичных, износо- и теплостойких нитридных и карбонитридных фаз вместо хрупких карбидов и оксидов.

2 Повышение износостойкости и уменьшение коэффициента трения режущих деталей вырубных штампов из нетепло- и полутеплостойких сталей достигается путем их карбонитрнровання при температурах 250-300 °С.

3 Впервые установлено влияние предварительной термической обработки на уменьшение деформации штамповых сталей после азотирования за счет благоприятного распределения и уменьшения количества 7 ' -фазы в азотированном слое.

Практическое значение и реализация работы

Разработаны способы упрочнения металлообрабатывающего инструмента, и на них получены авторские свидетельства:

а) режущего инструмента в процессе резания;

б) ступенчатая изотермическая обработка режущего инструмента из быстрорежущей стали;

в) твердосплавного инструмента путем насыщения поверхностных слоев азотом при закалке и старении;

г) бороазотирование штампов горячего деформирования:

д) низкотемпературного карбонитрирования (250-300 °С) режущих деталей вырубных штампов;

е) предварительное карбонитрирование режущих деталей вырубных штампов; а также

ж) разработан состав для упрочнения инструмента в процессе резания.

Большая часть из них внедрена на десятках машиностроительных предприятий России, Белоруссии, Украины и Азербайджана с общим экономическим эффектом более 2,5 млн руб. в цепах 19811989 гг. Остальные способы прошли производственные апробирования на многих предприятиях Алтайского края и Азербайджана.

Внедрение способа бороазотирования штамповых сталей в малосерийном производстве на АО "Алттрак" в 1996 г. дало экономическую эффективность 07,5 млн руб.

Автор защищает следующие основные положения:

1) повышение эксплуатационных свойств инструмента достигается при создании в структуре поверхностных слоев нитридных и карбонитридных фаз по сравнению с карбидами и оксидами;

2) теоретические исследования о влиянии состава смазочного материала на физико-механические свойства контактных поверхностей инструмента в процессе эксплуатации;

з) улучшение структуры и свойств азотированного слоя штамповых сталей под влиянием предварительной термической обработки (ПТО), а также уменьшение деформаций после поверхностного упрочнения;

4) принципы подбора из известных методов поверхностного упрочнения и разработку новых методов с учетом триботехнических явлений в зависимости от типа и условий работы инструмента;

5) технологию упрочнения режущего инструмента при эксплуатации;

6) технологию ступенчатой изотермической обработки режущего инструмента;

7) технологию комплексного упрочнения твердосплавного инструмента;

8) технологию низкотемпературного карбонитрирования режущих деталей вырубных штампов; *

9) технологию высокотемпературного предварительного карбонитрирования деталей вырубных штампов;

10) технологию бороазотирования штампов горячего деформирования;

Апробация работы. Основные результаты и положения, представленные к защите, докладывались и обсуждались на III и V заседаниях Всесоюзных семинаров "Физико - технологические проблемы поверхности металлов" (Ленинград, 1984 г. и г. Махачкала, 1989 г.); Международных научно-технических конференциях: "Проблемы автоматизации и технологии в машиностроении" (г. Рубцовск. 1994 г.) "Авангардные технологии, оборудование, инструмент и компьютеризация производства оптико-электронных приборов в машиностроении" (г. Новосибирск, 1995 г.); '"Актуальные проблемы металлургии в машиностроении" (г. Новокузнецк, 1997 г.); Всесоюзных научно-технических конференциях: "Состояние и перспективы совершенствования разработки и производства асинхронных двигателей (г. Владимир, 1985 г.); "Развитие производительных сил Сибири и задачи ускорения научно-технического прогресса" (г. Новосибирск, 1985 г.); "Новые материалы и упрочняющие технологии на основе прогрессивных методов термической и химико-термической обработки в автостроении" (г. Тольятти, 1986 г.); "Повышение надежности и долговечности материалов и деталей машин на основе новых методов термической и химико-термической обработок" (Москва, 1988 г.); "Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и химико - термической обработок деталей маи:нн и инструмента" (г. Пенза, 1990 г.); "Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа" (г. Днепропетровск, 1?8'2 г.) ; региональных научно - технических конференциях: I, II. III "Пути повышения качества и надежности инструмента" (г. Рубцовск, 1985, 1987 гг., г. Барнаул, 1989 г.); "Повышение технического уровня сельскохозяйственного машиностроения" (г. Рубцовск, 1959 г.); "Ресурсосбережение на основе научно-технического прогресса" (г. Рубцовск, 1986 г.); "Современные методы повышения эффективности машиностроения" (г. Рубцовск, 1991 г.); "Прогрессивные методы повышения прочности и долговечности конструкционных материалов" (г. Баку, 1984 г.); "Пути повышения надежности и долговечности соединений типа вал-втулка и инструмента" (г. Баку, 1950 г.); "Модификация поверхности конструкционных материалов с целью повышения износостойкости и долговечности деталей машин (г. Благовещенск, 1992 г.); симпозиум "Прогрессивные технологии в машиностроении" (г. Рубцовск, 1995 г.): III Юбилейной научно-практической конференции (г. Бийск, 1995 г.).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 56 публикациях, одной монографии, 48 статьях в центральных журналах и сборниках, получено 7 авторских свидетельств СССР.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из общей характеристики работы (введения), шести глав, общих выводов, списка использованной литературы из 273 наименований, 94 рисунков, 37 таблиц и 18 приложений. Диссертация изложена на 268 страницах машинописного текста.

В настоящей работе обобщены результаты исследований, выполненных самостоятельно, а также с сотрудниками Рубцовского индустриального института, Московского технологического университета "Станкин" (Москва), СКТБ металловедения с опытным заводом АН Азерб. ССР (г. Баку), ВНИПТЭМ (г. Владимир), заводами АО "Алттрак", АО "АЗТЭ" (г. Рубцовск), "Точмаш" (г. Новосибирск), им. Хруничева (Москва) и др.

Автору принадлежит постановка проблемы, задач экспериментальных исследований, разработка метода проведения эксперимента и математических моделей определения температурных полей в контактных зонах инструмента, обработка и анализ данных, непосредственное участие во внедрении результатов работы.

Общее содержание работы

Во введении - общей характеристике работы - дана оценка современного состояния исследуемой проблемы, показаны актуальность, цель и научная новизна работы, а также практическая ценность полученных результатов.

В первом разделе приведен критический обзор литературных источников по составлению математических моделей для регулирования температуры и диффузионных процессов на контактных поверхностях прессового,штампового и режущего инструмента в граничных условиях первого рода. ЦТСВ на контактные поверхности металлообрабатывающего инструмента при эксплуатации способствуют структурным трансформациям и образованию усталостных раз-гарных трещин. А характер структурных трансформаций в основном зависит от диффузионных процессов,протекающих в контактных поверхностях инструмента. Установлено, что при температурах

нагрева контактных поверхностей инструмента до 500°С- преобладает абразивный и адгезионный износ,при дальнейшем повышении температуры механизм износа изменяется и переходит к диффузионному износу. Поддержание температуры в интервале 500-600 "С. соответствующем температурам карбонитрацин и азотирования, и применение смазочного материала с добавками углеродо- и азотсодержащих компонентов принципиально изменяет диффузионный механизм на контактных поверхностях с образованием теплостойких нитридов и карбонитридов,вместо хрупких карбидов и окислов. При повышении температуры нагрева контактных поверхностей инструмента выше температуры теплостойкости материала инструмента ускоряется образование усталостных разгарных трещин, следовательно, инструменты преждевременно выходят из строя. Следовательно, для образования тепло- и износостойких фаз рабочей поверхности инструмента при эксплуатации и получении эффекта упрочнения требуется: а) регулирование температуры в рабочих поверхностях инструмента в интервале, соответствующем протеканию процессов азотирования или карбонитрации ( 550-620 °С ); б) добавка в СОЖ азотосодержащего компонента. Исходя из этих соображений, с помощью дифференциальных уравнений теплопроводности, составлены математические модели для определения температуры контактных поверхностей пресс-форм, штампов горячего деформирования и режущего инструмента. Известно, что температура нагрева рабочих поверхностей зависит от многих факторов, и поэтому математические модели составлены с некоторыми погрешностями, без учета незначительных факторов. Экспериментальные исследования подтверждают, что ошибка расчета температуры поверхностных слоев инструмента и смазки составляет от 5 до 10% от действительности. В данном случае не преследуется определение точной температуры поверхности раздела формы и смазки, важно, чтобы она попадала в интервал температур, характерных для кар-бонитрировання.

Во втором разделе рассмотрены пути повышения стойкости пресс-форм литья под давлением, штампов горячего деформирования и режущего инструмента из быстрорежущей стали при эксплуатации путем регулирования диффузионных процессов в рабочей зоне инструмента.

С целью изменения механизма диффузии от хемосорбции к адсорбции в рабочей зоне инструмента исследовано влияние добавок в СО/К азотосодержащих компонентов. При трибодеструкции такого смазочного материала в рабочей зоне создается атмосфера с углеродным и азотным потенциалами. При этом азот, диффундируя в материал инструмента вместе с углеродом, понижает температурную область существования 7 -железа, характерную для карбони-трации, термодинамические условия способствуют образованию более тепло- и износостойких фаз вместо хрупких цементитных. В качестве азото- и углеродосодержащих компонентов выбраны карбамид и триэтаноламин.

На рисунке 1 показана микроструктура азотированного образца - "свидетеля" - совместно с пресс-формой из стали 45ХМФС для производства детали - задней крышки генератора. В структуре отчетливо видны е - фазы и прожилки 7' - фазы по границам зерен и внутри них. По мере работы пресс-формы, с применением смазочного материала без азотосодержащего компонента, под влиянием ЦТСВ увеличивается подвижность атомов азота в азотированной поверхности.

Основные структурные изменения при эксплуатации в материале пресс-формы состоят, во-первых, в полном исчезновении азотированного упрочненного слоя, а во-вторых, в образовании на поверхности тонкого нетравящегося белого слоя (рисунок 2). Однозначное объяснение образования белого слоя в контактных поверхностях пресс-форм литья под давлением в публикациях отсутствует.

По данным рентгеноструктурного анализа этот слой преимущественно состоит из карбида цементитного типа с ромбической решеткой. Микротвердость на поверхности составила НУ 12000 МПа.

Таким образом, при длительной работе на нагретых поверхностях пресс-формы накапливается углерод, который является продуктом трибодеструкции смазочного материала. Термодинамические условия не позволяют осуществиться диффузии накопленных атомов углерода в глубь металлической основы формы.

Рисунок 1 - Микроструктура азотированного образца стали

4Х5МФС. РЭМх500

Рисунок 2 - Белый цементнт-ный слой на контактной поверхности пресс-формы после выхода ее из строя. РЭМхоОО

В таких условиях в дефектах упаковки, по вакансиям, границам зерен и т.д. протекают химические реакции с образованием цементита. Моделирование процесса прессования на образцах из стал» 4Х5МФС показали, что в начальный период микротвердость значительно больше у образцов, обработанных маслом, чем у образцов, смазывающихся смазкой с добавками карбамида и триэтаноламина, и составляет НУ 12000 МПа. С течением времени и увеличением числа циклов интенсивность падения микротвердости первых увеличивается и после 12 часов (600 циклов) "работы-' она меньше, чем у последних (рисунок 3). Повышение микротвердости образцов для всех опытных составов смазок наблюдалось после 300-500 циклов нагревов и охлаждений. Из рисунка 3 видно, что дальнейшее увеличение циклов до 700 при температуре "прессования" алюминиевого сплава АЛ-7 резко снижает интенсивность падения .микротвердости образцов с повышением концентрации карбамида в масле. При добавке до 10 % карбамида в масло микротвердость образцов почти не падает, что подтверждается повышением теплостойкости поверхностных слоев. Повышение концентрации корбомида более 10

% практически не влияет на результаты эксперемента. Микротвердость образцов, смазанных раствором, содержащим 3 и 10 % карбамида, соответствует микротвердости азотированной стали 4Х5МФС (7600-9200 МНа). Полученные данные подтверждают, что в хрупких поверхностях с высокой твердостью образование очагов разрушения происходит в более благоприятных условиях. А добавка в состав смазки азотосодержащих компонентов способствует значительному уменьшению твердости, увеличению вязкости и теплостойкости рабочих поверхностей пресс-форм. Это, в свою очередь, приводит к задержке или уменьшению интенсивности образования разгарных усталостных трещин, т.е. повышению стойкости пресс-форм.

Исследования пресс-форм после выхода из строя (смазка ЛД без добавок) показали, что при ЦТСВ в поверхностных микрообъемах, где имеются дефекты, создается концентрация напряжений, приводящая к образованию очагов разрушения. При попадании смазки и продуктов ее разложения на эти участки проявляется эффект Ре-биндера, интенсифицируются процессы микропластических деформаций. На рисунке 4 приведена микроструктура одного из таких очагов разрушения.

При дальнейшей работе пресс-формы пары смазки и другие продукты ее трибодеструкции проникают в такие микрощели, развивается эффект Ребиндера и образуются "магистральные" трещины (рисунок 5).

На рисунке 6 приведена микроструктура материала пресс-формы из стали 4Х5МФС после выхода ее из строя при производстве отливок из сплава АЛ-7 с применением смазки масла ЛД, добавками 3 % карбамида и 0,3 % триэтаноламина.

В структуре не наблюдается белый слой, совместная диффузия азота и углерода на поверхностных микрообъемах формы приводит к дополнительному легированию мартенсита и образованию карбонитридных и нитридных фаз, что значительно задерживает образование и рост усталостных разгарных трещин и обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости пресс-форм.

На рисунке 7 приведена зависимость температуры поверхности раздела формы и смазки Тф.см от среднеустановившейся температуры формы Тф и толщины стенки отливки при Тотл = 973 К. Пунктирной линией приведен оптимальный температурный интервал, в

котором при эксплуатации пресс-формы на контактных поверхностях формы образуются тепло- и износостойкие фазы. 12 ООО т

т

^10000--8000 4

ь-о

о

'о. бооа ■+

Ш

4000'" 2 2000

Ьл

к 2[\,

Рисунок 3 - Микротвердость (а) и теплостойкость (б) образцов из стали 4Х5МФС, обработанных после 400 (а) и 700 (б) циклов смазки. Составы смазок: 1 - масло ЛД; 2 - масло ЛД+1 % карбамида;

3 - то же+3 % карбамида; 4 - то же+10 % карбамида

Рисунок 4 - Очаг разрушения на поверхности формы. РЭМхЮОО

Рисунок 5 - ''Магистральная" трещина на поверхности формы. РЭМх1500

Проведенные производственные апробирования пресс-форм литья под давлением при производстве отливок из сплава А Л-7 для детали задней крышки генератора в условиях Алтайского завода тракторного электрооборудовния подтвердили эффективность использования смазочного материала с добавками углеродо- и азотосодержа-щих компонентов. Испытания показали, что стойкость пресс-форм, обрабатываемых по предлагаемой технологии, составляет 308200 отливок, а при использовании смазки ЛД - 120000. Таким образом, повышение стойкости пресс-форм составляет 2,5 раза и более по сравнению с технологией проиводства отливок, применяемой на заводе.

Такие же изменения структуры и свойств рабочих поверхностей характерны для штампов горячего деформирования.

При работе штампа за счет диффузии уменьшается концентрация углерода на контактных поверхностях, из-за ее диффузии из слоев, примыкающих к рабочим поверхностям, в заготовку и атмосферу. Такие диффузионные процессы приводят к снижению количества карбидов вблизи рабочих поверхностей штампа, и следовательно, к его разупрочнению.

С целью определения влияния состава смазочного материала на изменение свойств поверхностных слоев были проведены экспериментальные исследования по моделированию процесса штамповки в лабораторных условиях.

В качестве "штампа" и "поковки" использовались образцы из стали 5ХНМ. Учет фактора давления, характерного для штамповки, значительно затруднял бы проведение эксперимента, и поэтому было корректировано время контакта "штампа" с "поковкой". Такой подход к эксперименту позволяет определять степень упрочнения (или разупрочнения) рабочих поверхностей "штампов" со значительными погрешностями в сторону ее уменьшения и оценивать характер упрочнения в зависимости от длительности работы "штампа".

Образцы подвергали термической обработке на твердость Н11С 40...45. За базовый вариант СОЖ был принят 10 -процентный водный раствор поваренной соли. В качестве упрочняющей добавки был использован карбамид - 1,0; 2,0 и 3,0 % и 0,01 % карбоксиме-тилцеллюлоза (КМЦ).

Рисунок б - Микроструктура материала, пресс-формы из стали 4Х5МФС после выхода ее из строя. Смазка- ЛД+3% карбамида, -)- О,Л % триэтано-ламина. РЗМхМОО

_ "г- ——..

- ^ м Ш шеюг «*4 X

- -Т" -- --

Ср«?> /а» 9Всгтио&(вел

0,001 0,001 0,005 н?з г-573 1, М< 3-673 4-773

Токцин* <$"/

Рисунок 7 - 'Зависимость температуры контакта на поверхности раздела формы н смазки (7фсм) от среднеустано-пившейся температуры формы (Т'ф) и толщины стенки отливки ((З'огл) при ГОТл = 973А'

Анализ результатов показывает, что при "штамповке" с использованием охлаждающей жидкости, без добавок углерод о- и аэотосо-держащих компонентов, происходит монотонное разупрочнение рабочих поверхностей "штампа" из-за длительного нагрева, что характерно для полутеплостойких сталей (один цикл равен 108 "штамповкам" ). С увеличением времени нагрева и числа "штамповок" микротвердость понижается и после шестого цикла "штамповок" (один цикл соответствует двум часам работы), она составляет НУ 3360 (кр.1) против исходной НУ 3960 МПа (рисунок 8).

Добавка карбамида и КМЦ к водному раствору вызывает упрочнение контактных поверхностей образцов. Наибольшее увеличение микротвердости до НУ 5660 МПа наблюдается после двух часов нагрева 108 "штамповок" при добавке карбамида 3.0 % (рисунок 8,

кр.4). При дальнейшей "штамповке" она падает монотонно и после 12 часов работы 664 " ^тамповок" составляет НУ 4900 МПа, что значительно выше первоначальной микротвердости.

Это показывает, что разупрочнение материала рабочих частей "штампа" замедляется, и как следствие, сопротивление материала пластическим деформациям увеличивается. Это способствует повышению износостойкости поверхностей штампа, а следовательно, и эксплуатационной стойкости.

В структуре упрочненных образцов не обнаружено диффузионного слоя. Это можно объяснить тем, что при насыщении азотом при температуре 500 —600°С на поверхности формируется диффузионный слой, состоящий из незначительного количества супермелких карбонитридных фаз и высокоазотистого твердого раствора (мартенсита), который обычным травлением не выявляется. Слой фиксируется но характеру распределения микротвердости по глубине образцов. Это позволяет значительно замедлить образование усталостных разгарных трещин и разрушение рабочих поверхностей штампа, следовательно,' повысить эксплуатационную стойкость инструмента без дополнительных капитальных, энерго- и трудозатрат. При повышении температуры нагрева рабочих поверхностей штампа свыше 600°С твердость образующихся карбонитридных и о! -фаз уменьшается и наблюдается ускорение диффузионного износа рабочих поверхностей штампа. Дальнейшее повышение температуры нагрева рабочих поверхностей штампов приводит к интенсификации диффузионного изнашивания и преждевременному выходу из строя. ,

Производственные апробирования предлагаемой технологии упрочнения штампов в процессе штамповки, проведенные в кузнечных цехах N1 и N2 Алтайского тракторного завода, показали, что данная технология конкурентоспособна и успешно может заменить такие дорогостоящие технологические процессы, как азотирование, цианирование и т.п. {

Стойкость штампов при штамповке кулачка из стали 50Г на прессе повышалась в 1,7 раза по сравнению с неазотированными и незначительно (на 10 %) - с предварительно азотированными штампами. Повышение стойкости штампов наблюдается и при штамповке на молотах. Приведен статический анализ стойкости испытаний штампов при эксплуатации.

«и

с:

3:

£ я»

э'

о

на о. •и

^ 1

5 4000

i

Н '2 '3 ■* ^ 'Ь числа иинйоб

Рисунок 8 - Изменение микротвердости обрабатываемой поверхности образца от состава СОЖ и числа циклов "штамповок": 1-10 - процентный водный раствор поваренной соли; 2 - то же + 1,0 %;

3 - то же + 2,0 %; 4 - то же+3,0 % карбамида ( в составах 2. 3, 4 добавляется 0,01 % КМЦ )

Снижения воздействия диффузионного механизма изнашивания режущего инструмента можно добиться путем непрерывной подачи в зону контакта углерода, азота и других элементов. С это!! целью предлагается добавление в СОЖ углеродо- и азотосодержащих компонентов. При испарении СОЖ на нагретых поверхностях резца под воздействием сил трения происходит трнбодеструкция СОЖ с выделением активных атомов углерода и азота.

При использовании стандартных СОЖ. без добавок, на новых ювенильных поверхностях с высокой плотностью дислокаций и вакансии и при отсутствии термодинамических условий протекания диффузионных процессов адсорбции атомов не происходит, а действует хемосорбционный механизм. Следовательно, на таких поверхностях, имеющих структурно - неравновесные дефекты, протекают химические реакции с образованием карбидов цементлтного типа.

Толщина таких карбидных слоев достигает нескольких микрометров. Они обладают высокой твердостью и хрупкостью, что приводит к выкрашиванию их в процессе резания. В результате на режущих кромках инструмента образуются '"очаги" микротрещин.

При эксплуатации инструмента эти "очаги" развиваются, что способствует интенсивному износу и преждевременому выходу из строя инструмента. |

Моделирование процессов влияния СОЖ на рабочие поверхности материала инструмента, пренебрегая сложными процессами ЦТСВ в условиях трения и износа, проводилось на образцах из стали Р6М5. Образцы поддерживали при температуре 500-600 °С, через каждые 5 минут смазывая различными составами СОЖ. Микротвердость поверхностных слоев образцов монотонно возрастает с повышением концентрации карбамида в СОЖ и числа циклов (один цикл нагрева и охлаждения составил 30 смазок и 2,5 часа времени). Микротвердость упрочненных поверхностей достигает НУ 10000 МПа при введении в СОЖ 5,0 % карбамида, а у образцов, смазанных стандартной СОЖ, уже после третьего цикла смазки начинает снижаться и после шести циклов (15 часов) она составляет НУ 7800 МПа против исходной НУ 8500 МПа.

В микроструктуре упрочненного слоя отсутствует карбонитрид-ная е - фаза, однако на поверхности наблюдается темнотравящийся слой. РентгеноструктурныЙ анализ подтвердил, что слой состоит из сверхмелких карбонитридных частиц, легированных азотом мартенсита ( рисунок 10, а ). А на образце, смазанном СОЖ (стандартной) на поверхности наблюдается белый цементитный слой ( рисунок 10, -б).

Таким образом, введение азотосодержащего компонента в состав СОЖ усиливает адсорбционные процессы с образованием более прочных, тепло- и износостойких фаз вместо хрупких химических соединений.

Теплостойкость упрочненных слоев образцов определялась при температурах нагрева 620; 640 и 660°С в течение 4 часов. При повышении концентрации карбамида до 5,0 % микротвердость образцов составляет при: 620°С - НУ 8650, 640°С - НУ 8200 МПа (НЯСЭ 65,0), и наконец, при 660 °С она снижается до НУ 6950 МПа (НЕСЭ 58).

Поверхностная микротвердость образцов, обработанных со стандартной СОЖ, начинает снижаться уже при нагреве до б20"С до НУ 7200 МПа, и при 660 "С - до НУ 5200 МПа.

Рисунок 9 - Микроструктура поверхностных слоев стали Р6М5 после упрочнения составами СОЖ: а) - стандартная СОЖ (5.9 -процентный водный раствор эмульсола ЭТ-2) + 5,0 % карбамида; б) - то же без карбамида

Таким образом, теплостойкость поверхностных слоев образцов повышается от 620 до 650 "С при обработке СОЖ с пятипроцентным содержанием карбамида, что способствует повышению износостойкости инструмента при эксплуатации.

Используя расчетные данные, с помощью математической модели можно определить средние температуры нагрева контактных поверхностей резца при различных вариантах охлаждения (рисунок 9 ). Как видно из рисунка 9, резание с указанными режимами со скоростью более 0,45-0,5 м/с сопровождается нагревом резца до температуры распада мартенсита материала инструмента, при этом наблюдаются признаки диффузионного изнашивания. При малых скоростях резания (менее 0,25 м/с) происходит усталостно-адгезионное изнашивание.

В производственных условиях при обработке однотипных деталей и материалов большими сериями в установившихся режимах резания большинство этих факторов являются постоянными. С экономической точки зрения целесообразно поддерживать температуру

резания в интервале диффузионного упрочнения инструмента. Результаты проведенных расчетов незначительно отличаются от экспериментальных, что согласуется со многими литературными данными.

Производственное апробирование данной технологии , проведенное в цехе М1 Алтайского тракторного завода при сверлении стали 25ХГТ, с твердостью Ш1С 32...35, показали повышение стойкости в 1,5 раза, а метчиков при резьбонарезании - более, чем в 2 раза, по сравнению с существующей технологией резания при использовании в качестве СО Ж УКРИНОЛа-1. При резании стали 40Х, в виде поставки, повышение стойкости составляет 1,4 раза.

Рисунок 10 - Зависимость механизма изнашивания контактных поверхностей резца от скорости резания (температуры): 1 - средняя температура контактных поверхностей резца при смазывающих действиях СОЖ; 2 - то же при охлаждении высоконапорной струей СОЖ с добавками карбамида

Режимы резания: I = 0,002 м, Б = 0,0002 м/об. Контактные площадки /„ = 0,0014 м; 1д = 0,0001 м, коэффициент усадки к = 1,8 без охлаждения и к = 1,7 с охлаждением; обрабатываемый материал - сталь 40, твердость НВ 1870 МПа, сгв = 600 МПа.

Проведен статический анализ результатов апробирований инструментов.Многочисленные производственные испытания различных инструментов из быстрорежущих сталей показали значительное повышение стойкости инструментов на заводах Бакинского электромашиностроительного и кондиционерного и внедрены на Алтайском заводе тракторного электрооборудования.

500

В третьем разделе приведены теоретические обоснования упрочнения режущего инструмента из быстрорежущей стали и тверд го сплава, штампов горячего и холодного деформирования, а также пресс-форм литья иод давлением.

Методы поверхностного упрочнения и нанесения на металлическую поверхность инструмента высокотвердых тонких химических соединений не дают значительных результатов, если матричные слои материала инструмента не обладают высокими физико-механическими свойствами.

Значительная разница по твердости между матричными слоями и покрытиями ослабляет связь между ними, что способствует выкрашиванию рабочих поверхностей инструмента.

Даны краткие сведения о методах упрочнения металлообрабатывающего инструмента с переходными промежуточными упрочненными зонами, что усиливает связь между матрицей упрочненных поверхностных слоев материала инструмента и покрытиями.

Четвертый раздел посвящен исследованию и разработке способов упрочнения материала инструмента из быстрорежущих сталей и твердых сплавов на повышенные твердость и теплостойкость с сохранением достаточной прочности и вязкости.

Известно, что для изготовления режущего инструмента в настоящее время широко применяется экономнолегированная быстрорежущая сталь марки Р6М5. Однако сравнительно низкие твердость, теплостойкость и износостойкость этой стали не позволяют решить поставленную задачу. Покрытия из нитридов и карбонитри-дов титана (легированные элементами IV - VI групп) обеспечивают повышение стойкости инструмента в 4-6 раз, что значительно превосходит влияние термической (1,5 раза) и химико-термической (2 раза) обработки. Для решения поставленной задачи разработан способ ступенчатой изотермической обработки режущего инструмента. Сущность данного способа состоит в том, что после подогрева под закалку заготовки инструмента на балл 10-11 производили двухступенчатую изотермическую выдержку. Первая изотермическая выдержка производится в селитре при температуре (450 ± 20)° С с выдержкой 30-60 с, а далее заготовки переносят в ванну БНК с температурой (620±20)°С, длительность выдержек при этом составляет 15-30 мин, охлаждение производится в масле или же на воздухе.

Охлаждение заготовки при кратковременной изотермической выдержке создает резкий градиент температуры в сердцевине и на поверхности материала, создаются сжимающие напряжения на поверхности материала, что приводит к метастабилыюму состоянию. Переохлажденный аустенит наклёпывается, происходит пластическая деформация материала заготовки и увеличивается плотность дислокаций.

Для сплавов на основе железа характерно появление сжимающих напряжений при изменении числа электронов и их энергии. В отличие от тепловых и фазовых напряжений они постоянно сжимают решетку и при изменении температуры их реализация определяется сопротивлением пластической деформации стали при этих температурах. Как известно, температура рекристаллизации железа около 450 °С. Следовательно, по этой причине максимальный наклеп достигается при 450 °С. При второй изотермической выдержке (020 ± 20)"С, в течение 15-30 мин начинается выделение супердисперсных карбидов ванадия с преобладающей ковалентной связью. Согласно предположению Оравана, движущиеся дислокации при приближении к таким твердым дисперсным частицам будут выгибаться между ними, а изогнутые участки дислокаций, соединяясь с ними, образуют вокруг каждой частицы остаточную дислокационную петлю. Твердые карбидные частицы (УС) действуют как препятствия, задерживающие движение дислокаций, и вызывают интенсивное деформационное упрочнение, а сами твердые частицы обладают высокой твердостью, что способствует резкому повышению износостойкости.

Изучение микроструктуры на сканирующем электронном микроскопе при больших увеличениях показало, что углерод, в основном, расходуется для образования супердисперных карбидов ванадия с размерами 5,0-10,0 им. Хотя доля таких карбидов незначительна, но их количество больше, что заметно влияет на теплостойкость материала.

Твердость образцов после закалки по стандартному режиму с непрерывным охлаждением в масле составляла Я/2СЭ63, а при ступенчатой изотермической обработки она повысилась до #71СЭ66. Рентгеноструктурный анализ показал, что остаточный аустенит после ступенчатой изотермической закалки составил 14 % против 29 %,

закаленных по стандартному режиму. После первого отпуска в структуре не обнаружен остаточный аустенит.

Снижение концентрации углерода в твердом растворе приводит к уменьшению количества остаточного аустенита после закалки. После ступенчатой изотермической закалки концентрация углерода в мартенсите уменьшается до 0,32 % против 0,5 % - без изотермической обработки. Количество ванадия в твердом растворе уменьшается от 1,2 % до 0,4 % соответственно.

После отпуска концентрации углерода и ванадия в твердом растворе составили 0,22 % С, 0,7 % V - после стандартной обработки и 0,12 % С и 0,2 % V - после ступенчатой изотермической обработки.

Твердость после двухкратного отпуска составляет НЯСЭ68 против #ЯСЭ66, а теплостойкость при нагреве до 620 °С, 4 часа ЯЯСЭ61,5 против НЯСЭ 60.

Испытания на прочность при изгибе и ударной вязкости показали, что несмотря на значительное повышение твердости, прочность и ударная вязкость сохраняются на достаточно высоком уровне и почти одинакова в обоих случаях, т.е. а = 3850 — 3900 МПа и абм = 0,34 — 0,35 МДж/м2, что объясняется уменьшением содержания углерода в мартенсите.

Износостойкость этих образцов ( исследовались на машине трения СМТ-1) после ступенчатой изотермической обработки повышается на 33 % против обработанных по стандартному реж иму. Следовательно, повышение износостойкости, твердости и теплостойкости материала инструмента способствует значительному повышению эксплуатационных характеристик режущего инструмента. Наиболее высокие результаты достигаются при комплексном упрочнении инструмента, т.е. после ступенчатой изотермической обработки, нанесением на поверхность металлической основы инструмента тонких твердых покрытий.

На основании этих результатов стала возможной термическая обработка порошковой быстрорежущей стали с повышенных температур (на 9-10 балл зерна) на повышенные твердость и теплостойкость с сохранением прочностных характеристик на достаточном уровне. Данный способ обработки технологичен и внедрен в производство на десятках машиностроительных предприятий России, Белоруссии, Украины и Азербайджана.

Для улучшения свойств матричных слоев твердосплавного инструмента и повышения эффективности нанесения на них износостойких покрытий разработан способ комплексного упрочнения твердосплавного инструмента. Сущность технологии состоит в том, что для улучшения прочности и ударной вязкости инструмент подвергают закалке с нагревом в соляной ванне и охлаждением в масле. А для улучшения износостойкости насыщают его поверхность нитри-дообразующими элементами в процессе закалки, совмещенной с термической обработкой. При дальнейшем старении при температуре 700-750 "С происходит дисперсионное твердение на поверхностных слоях.

Дополнительное незначительное повышение прочности и вязкости матричных и микротвердости поверхностных слоев улучшает связь нанесенного поверхностного слоя нитридов титана с матрицей инструмента, что подтверждает более значительное повышение стойкости при использовании этих инструментов с износостойкими покрытиями.

Фасонные резцы, изготовленные из твердого сплава ВК8, после обработки по данной технологии в условиях ПО "Азерэлектромаш" (г. Баку) показали повышение стойкости в 1,8-2,0 раза при обработке резанием вала электродвигателя модели 4А132 из стали 40Х и сейчас внедрены в производство.

На Бакинском заводе бытовых кондиционеров внедрены в производство вырубные штампы с режущими деталями из сплава ВК20, упрочненные по данной технологии, для вырубки листов магнито-проводов электродвигателя вентилятора с повышением стойкости в 1,5 раза по сравнению с аналогичными неупрочненными из того же сплава.

Пятый раздел посвящен исследованию структуры и свойств материалов пресс-форм литья под давлением и штампов горячего деформирования и новым методам их упрочнения.

Метод поверхностного упрочнения, за счет которого обеспечивается совершенно новое состояние материала и контактной поверхности, является одним из эффективных направлений повышения срока службы дорогостоящих штампов и пресс-форм. Исходя из этих соображений, были проведены анализы микроструктур, изломов, физических и механических свойств сталей 4Х5МФС и 4Х5МФ1С, получающихся в технологической цепи: ковка - отжиг - закалка -

отпуск - поверхностное упрочнение. Цель анализа - установление взаимосвязи между структурой, полученной на самом первом этапе изготовления пресс-форм - ковкой, и структурой, полученной после финишной операции - азотированием.

Несоблюдение температурного режима ковки и недостаточная степень деформации приводит к получению полосчатой микроструктуры. При нагреве в процессе последующей термообработки наследственность выражается в эффекте восстановления крупного зерна исходной структуры, что определяется металлографически: хрупкий излом и наличие специфических "блесток" (нафталинистый излом). Полученная ориентировочная структура в 3-4 раза снижает ударную вязкость стали, что оказывает значительное влияние на разгаростойкость рабочих поверхностей пресс-форм и штампов. Применение изотермического отжига не устраняет полосчатость микроструктуры.

Увеличение зерна при ковке с повышенных температур способствует выделению хрупкой ннтрндной фазы по границам бывших зерен аустеннта в виде сплошной утолщенной сетки и повышает деформацию после азотирования, что образует сколы и отшелушивание азотированного диффузионного слоя при эксплуатации.

Предварительная термообработка (ПТО), включающая закалку из межкритического интервала температур (Ас1 — Ас3) и высокого отпуска, способствует измельчению зерна и увеличению дисперсности структуры. Исследование физических свойств показало, что после ПТО и последующей закалки твердый раствор становился более насыщенным, наблюдалось некоторое повышение твердости и уменьшение количества остаточного аустенита. Несмотря на более высокую твердость в закаленном состоянии, после отпуска она наиболее снижается в варианте с ПТО, ударная вязкость при этом возрастает.

После ПТО, последующей термообработки и азотирования наблюдается более благоприятное распределение 7' -фазы, которая располагается в виде разорванной сетки по границам зерен, и дисперсное распределение включений внутри зерен (рисунок 11), Наблюдается тенденция к снижению микротвердости под влиянием ПТО, что объясняется характером микроструктуры азотированного слоя.

Изучено также влияцие ПТО на деформацию после азотирования. С повышением температуры отпуска, т.е. снижением твердости, деформация уменьшается, причем после ПТО она значительно меньше. Это объясняется уменьшением количества благоприятного распределения -/' -фазы, которая,вызывает изменения в процессе азотирования. Такое влияние на структуру и деформацию под влиянием ПТО после термической обработки и азотирования изучено впервые и требует дополнительных исследований.

Рисунок 11 - Микроструктура стали 4Х5МФС после ПТО, термообработки и азотирования. РЭМх500

Поскольку азотирование стали приводит к изменению размеров пресс-форм, требуется шлифование, в процессе которого часть азотированного слоя может быть удалена.

Установлено, что неазотированная поверхность, как и ожидалось, активнее взаимодействует с расплавом, потеря массы значительно больше, чем при взаимодействии расплава с азотированной поверхностью. При твердости ниже НГ1С 40 потеря массы резко возрастает. ПТО не показывает преимуществ в отношении потери массы - все определяется твердостью стали. Таким образом, следует рекомендовать объемную термическую обработку пресс-форм на твердость не ниже НДС 40 и вести исследования по изысканию способов более эффективного поверхностного упрочнения.

Исследование разгаростойкости показало, что образцы, подвергнутые ПТО, имели более высокие значения разгаростойкости. В этом случае разгаростойкость определяется отсутствием фазовых превращений, строением металлической основы, природой и дисперсностью карбидов. Более высокая разгарная стойкость сталей, подвергнутых ПТО, обусловлена повышенной ударной вязкостью.

Данная технология внедрена на Алтайском заводе тракторного электрооборудования (г. Рубцовск).

Разработанный способ бороазотирования штампов горячего деформирования включает в себя после оксидирования одновременное азотирование и борирование из обмазки в процессе нагрева изделия иод закалку. Таким образом, создается переходный промежуточный слой между более мягкой матрицей штампового материал." и твердым боридным слоем, что улучшает связь между ними.

Диффузионная зона состоит из однофазного борида Fe?B толщиной 60-80 мкм, с микротвердостью 13500-14500 МПа, это значительно ниже по сравнению с другими методами борирования. микротвердость которых достигает 21000 МПа. Ниже боридного слоя образуется азотированный слой толщиной 0,20-0,30 мм с микротвердостью 9400 МПа. Азотированный слой играет промежуточную роль между твердым боридным покрытием и матрицей материала штампа.

Способ бороазотирования апробирован на многих машиностроительных предприятиях и внедрен в производство в условиях кузнечного цеха N 2 АО "Алттрак-' с 1991 года.

Шестой раздел посвящен разработке методов поверхностного упрочнения режущих деталей вырубных штампов из полутеплостойких сталей. Для режущих деталей вырубных штампов нельзя применить в качестве финишных методов упрочнения процессы азотирования, цианирования, карбонитрацнн и т.п., т.к. все они выполняются в температурных интервалах 500-600 ° С. При этом значительно снижается твердость сердцевины материала детали. Термообработка на вторичную твердость сталей типа Х12.М. Х1201 и других резко снижает ударную вязкость н прочность материала инструмента.

Предварительные методы химико-термической обработки таких деталей затрудняются из-за деформации и короблений при окончательной термообработке. При шлифовании упрочненный слой частично или полностью снимается, что не гарантирует повышения эксплуатационной стойкости штампов.

Впервые разработан способ поверхностного упрочнен:'.л режущих деталей при температуре 250-300 0 С. Как известно, при таких температурах диффузия в объеме кристаллической решетки прекращается, а в структурных неравновесных дефектах (избыточных

вакансиях, дислокациях на границах зерен и внешних поверхностях кристаллов), полученных после термообработки и шлифования, диффузия протекает химическим путем с образованием химических соединений тина карбонитридов и нитридов.

Для осуществления упрочнения применяют сметанообразную пасту из карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и карбамида.

В зависимости от температуры и длительности выдержки образуется нетравящийся тонкий слой карбонитридов глубиной 5-10 мкм. Насыщение поверхности деталей азотом и углеродом совмещается с отпуском для снятия шлифовочных напряжений и почти не оказывает влияния на механические свойства материала детали.

Насыщенный слой состоит из мелкодисперсных карбонитридов Мз(СЖ), в результате чего значительно уменьшается коэффициент трения между инструментом и обрабатываемым материалом и повышается износостойкость поверхностных слоев. Измерение микротвердости на поперечных шлифах провести не удалось из-за незначительной глубины слоя. Микротвердость на поверхности детали из стали Х12М составила Нцп = 8400 МПа, а на сердцевине - 6700 - 6900 МПа.

Штампы с упрочненными этим способом режущими деталями прошли производственные испытания на Бакинском электромашиностроительном заводе ПО "Азерэлектромаш" при вырубке магни-топроводов электродвигателей 4А 132/4 на прессах - автоматах А2 -200 со скоростью 130-175 удар./мин, из электротехнических сталей 2011, 2211, 2212 (толщина листа 0,5 мм). Результаты испытаний показали повышение стойкости в 1,3-1,6 раза по сравнению со стойкостью аналогичных штампов с неупрочненными режущими деталями.

Предварительный способ упрочнения предназначен для режущих деталей вырубных штампов на большую глубину, что позволяет сохранить необходимую толщину упрочненного слоя после закалки, отпуска и шлифования. Упрочнение производится в температурном интервале от 780 до 1050 0 С, в качестве насыщающей среды применяют пасту, состоящую из КМЦ и карбамида. Выдержка определяется в зависимости от требуемой толщины упрочненного слоя. Закалка производится на 30-50 "С ниже оптимальных температур, охлаждение в масле, отпуск при (200±20)°С, 1,5 часа.

После насыщения глубина диффузионного слоя составляет от 0,3 до 0,6 мм в зависимости от температуры и выдержки. После закалки толщина диффузионного слоя увеличивается до 2.5 мм. мл-кротвердость поверхностных слоев плавно изменяется от 11400 МПа до 6130 МПа - в матричных слоях. После шлифования на окончательные размеры (припуск 0,25 мм) микротвердость поверхностных слоев составляет 8900 - 9400 МПа.

Штампы с режущими деталями из стали Х12Ф1 с применением данной технологии прошли производственные апробирования з условиях Бакинского электромашиностроительного завода ПО " Азер-электромаш" при вырубке магнитопроводов электродвигателей из электротехнических сталей и показали повышение стойкости в 1.31,4 раза по сравнению с аналогичными штампами с упрочненными режущими деталями по заводской технологии.

Основные выводы из диссертации

1. Разработанный способ упрочнения инструмента и состав для образования в рабочей зоне атмосферы с азотным и углеродным потенциалами способстуют получению на контактных поверхностях интрумента более стойких фаз.

2. Создание структуры на контактных поверхностях инструмента при эксплуатации, состоящей из нитридов, карбонитридов и азотированного мартенсита, путем введения в СОЖ азотосодержащего компонента позволяет повысить стойкость инструмента в 1,2-1,6 г яз. по сравнению со структурой, содержащей карбиды и окислы.

3. Образование при эксплуатации более тепло- и износостойких фаз достигается при соблюдении рабочих температур на контактных поверхностях инструмента в интервале 500-600 °С.

4. Уменьшение дефектов штампов горячего деформирования и повышения стойкости и стабильности свойств после азотирования, достигается при предварительной термической обработке (ПТО), закалка из межкрнсталических температур и высокого отпуск; за счет благоприятного распределения и уменьшения количества фазы.

5. Высокая твердость и теплостойкость быстрорежущей стали при сохранении достаточной прочности и ударной вязкости (повышение стойкости режущего инструмента в 1,4-1,8 раза) достигается путем дополнительного эффекта дисперсионного твердения (при

уменьшении концентрации углерода в твердом растворе) при ступенчатой изотермической обработке но режиму: нагрев под закалку на 10-11 баллов, кратковременное охлаждение при 450 °С, изотермическая выдержка при 620 °С и двухкратный отпуск при 560 °С, по одному часу.

6. Повышение микротвердости, прочности и ударной вязкости (стойкости режущего инструмента в 1,5-1,8 раза и вырубных штампов в 1,5 раза) достигается при карбонитрировании твердосплавного инструмента в процессе закалки и старения по режиму: подогрев и насыщение азотом и углеродом при температуре 500-600 °С, закалка 1180-1220 °С и старение при 650-750 °С.

7. Повышение стойкости штампов горячего деформирования в 1,8-2,0 раза достигается в результате уменьшения выкрашивания и сколов за счет образования однофазного (ГеъВ) боридного и нижеследующего азотированного слоев при бороазотирвоании в процессе закалки.

8. Повышение износостойкости и уменьшение коэффициента трения (стойкости вырубных штампов в 1,4-1,6 раз) достигается в результате низкотемпературного карбонитрирования (250-300 °С) режущих деталей из нетепло- и полутеплостойких сталей.

9. Повышение стойкости вырубных штампов в 1,5-1,7 раза обеспечивается за счет устранения сколов и выкрашиваний при отсутствии хрупких фаз на рабочих поверхностях путем предварительного глубокого карбонитрирования, закалки и шлифования.

10. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения новых технологий составляет 2,5 млн руб. в ценах 1985-1990 гг., личный вклад автора составляет 2 млн рублей, а в 1996 г. - 67,5 млн руб., из них 50 млн руб. - личный вклад автора.

Основные работы, опубликованные по теме диссертации

1 Салманов Н.С. Пути повышения стойкости металлообрабатывающего инструмента на основе анализа триботехнических явлений. Барнаул, Издательство АлтГТУ, 1996, 260 с.

2 Калашникова Н.Ф., Салманов Н.С., Тубаткииа Л.И. Стойкость пресс-форм литья под давлением. //Автомобильная промышленность, 1988, N1, с. 28-29.

3 Геллер Ю.А., Кремнев Л.С., Салманов Н.С. Структура н свойства быстрорежущих сталей в зависимости от скорости охлаждения в температурном интервале первичной кристаллизации. //МИТОМ, 1979, N 6, с. 44-46.

4 Geller Ju.A., Cremnov L.S., Salmanov N.S. Struktur und Ei-denschaften von durch Sintern rerstaubter Pulver hergestelten Schnel-larbeitsstahlen. Technisch-Wissenschafliechefur grundsatz und Querschnittsfragen, die Technik, Berlin, 1976, N 7, p.465-466.

5 Салманов U.C. О некоторых аспектах воздействия смазочного материала на свойства контактных поверхностей штампов горячего деформирования. //Известия вузов. Черная металлургия, 1997, N2. с.45-48.

6 Салманов Н.С. Эксплуатационная стойкость пресс-форм литья под давлением. //Литейное производство, 1997, N1, с. 21.

7 Салманов Н.С. Бороазотнрованне штампов горячего деформирования. //Известия вузов. Черная металлургия, 1997, N2, с. 70.

8 Салманов Н.С. Особенности термической обработки пресс-форм лптья под давлением из стали 4Х5МФС. //Литейное производство, 1997, N2, с.19-20.

9 Геллер Ю.А., Кремнев Л.С., Салманов II.C. Рациональное применение кобальтовых быстрорежущих сталей с высокими вторичной твердостью и теплостойкостью. Металлорежущий и контрольно - измерительный инструмент. НПИМаш, 1975, N7, с.15-21.

10 Геллер Ю.А., Кремнев Л.С., Салманов Н.С. Кобальтовые быстрорежущие стали с высокими режущими свойствами. //Известия вузов. Машиностроение, 1975, N9, с. 128-132.

11 Салманов Н.С. О структурных трансформациях на контактных поверхностях пресс-форм литья под давлением при эксплуатации. //Известия вузов. Черная металлургия, 1997, N4, с. 57-60.

12 Салманов Н.С. О предварительной термической обработке (НТО) штамиовых сталей. //Известия вузов. Черная металлургия, 1997, N4, с.52-54.

13 Салманов U.C. Наследственность исходной структуры стали 4Х5МФ1С после финишной термической обработки. //МиТОМ, 1997, N5, с.11-14.

14 Салманов Н. С. Упрочнение твердосплавного инструмента. // Станки и инструмент, 1997, N6, с.28-30.

15 Салманов Н.С. Упрочнение режущих деталей вырубных штампов методом низкотемпературного карбонитрирвоания //Известия вузов. Черная металлургия, 1997, N6, с. 38 - 39.

16 Салманов Н.С., Усова B.JI. О самоорганизации структуры и свойств на контактных поверхностях металлообрабатывающего инструмента при эксплуатации. //Известия вузов. Черная металлургия, N6, с. 69 - 73.

17 A.c. 797244 СССР. Способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали. //Н.М. Сулейманов, А.Н. Муталибов, Н.С. Салманов и др. N 2745508: Заявл. 4.04.1974 с грифом ДСП.

18 А. с. 1081221 СССР . Способ упрочнения инструмента в процессе резания. //Н. С. Салманов, Ф.М. Мамедов, Г.Г. Садыгов. N 3514249 Заявл. 24.11.1982. Опубл. 23.03.84. Бюлл. 11.

19 А. с. 1164290 . Способ упрочнения стальных деталей. //Н.С. Салманов, Ф.М. Мамедов, Г.Г. Садыгов и др. Заявл. 12.05.83 N 3590408. Опубл. 30.06.85. Бюлл.24.

20 A.c. 1208828. Состав для низкотемпературного карбонитри-рования стальных изделий. //Н.С. Салманов, Ф.М. Мамедов, Т.А. Бахишев. Заявл. 4.03.83 N 3609910 с грифом ДСП.

21 A.c. 1340219. Состав для упрочнения режущего инструмента в процессе резания. //Н.С. Салманов, Г.А. Околович, В.Б. Бутыгин. Заявл. N 3767202 от 26.06.1984 с грифом ДСП.

22 A.c. 1350190. Способ упрочнения штампов из инструментальных сталей //Г.А. Околович, Н.С. Салманов, В.Б. Бутыгин и др. Заявл. 16.07.86 N 4096624, опубл. 07.11.87. Бюлл. N41.

23 А. с. 1425250 . Способ упрочнения твердосплавного инструмента. //Н. С. Салманов, Г.Г. Садыгов, А.Г. Шахмаров. и др. N 4125490, заявл. от 01.10.86 опубл. 23.09.88. Бюлл. N35.

24 Околович Г.А., Салманов Н.С., Терентьев С.Д. Повышение стойкости и надежности инструмента. //Сб. докладов Всесоюзной НТК " Развитие производственных сил Сибири и задачи ускорения научно-технического прогресса". Новосибирск, 1985, с. 85-89.

25 Салманов Н.С.. Термодинамическое моделирование процессов разрушения и упрочнения поверхности штампов горячего деформирования. // Труды Рубцовского индустриального института. 1995, вып.1. Технические науки, с. 160-173.

26 Салманов Н.С., Давришов М.Г. О некоторых аспектах разрушения рабочих поверхностей пресс-форм литья под давлением.

В кн. "Защитные покрытия. //Труды института химии ДВО АН СССР", Владивосток, 1991, с. 121-128.

27 Салманов U.C., Даврншов М.Г. Влияние смазки на рабочие поверхности штампов горячего деформирования. //В кн. "Повышение технического уровня тракторного и сельскохозяйственного машиностроения" , Барнаул, 1989,с. 111-115.

28 Салманов U.C. О перспективных методах термической обработки режущего инструмента. //Труды Рубцовского индустриального института. 1995, вып.1. Технические науки, с. 173-185.

29 Кремнев JI.C., Ковалев А.И., Салманов Н.С. Особенности структуры и свойств быстрорежущих сталей, полученных распылением порошков. //Материалы II Всесоюзной НТК "Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа". Днепропетровск, 1982, с. 214-215.

30 Салманов Н.С. Пути повышения эксплуатационной стойкости металлообрабатывающего инструмента. //Сборник докладов Международной НТК "Авангардные технологии, оборудование, инструмент и компьютеризация производства оптико-электронных приборов в машиностроении. Новосибирск, 1995. с. 101-109.

31 Салманов II.C. О регулировании диффузионных явлений в контактных зонах инструмента при резании. //Сб. материалов Международной НТК "Проблемы автоматизации и технологии в машиностроении". Рубцовск, 1994,с. 229-231.

32 Салманов Н.С., Усова В.Л. О самоорганизации структуры и свойств на контактные поверхности металлообрабатывающего инструмента при эксплуатации. //Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы материаловедения в металлургии", Новокузнецк, 1997, с.145.

33 Салманов Н.С. О моделировании температурных полей штампов горячего деформирования. //Сб. материалов Международной НТК "Проблемы автоматизации и технологии в машиностроении". Рубцовск, 1994, с. 231-233.

34 Салманов Н.С., Бутыгин В.В., Плеханов В.Г. и др. Упрочнение инструмента в процессе его работы. //Сб. материалов III заседания Всесоюзного семинара "Фнзико - технологические проблемы поверхности металлов." Ленинград, 1984, с. 82-83.

I i

|

35 Салманов H.C., Садыгов Г.Г., Мамедов Ф.М. и др. Способ упрочнения режущего инструмента в процессе резания. //Сб. материалов Всесоюзной НТК "Состояние и перспективы совершенствования, разработки и производства асинхронных двигателей", М.:Информэлектро, 1985, с. 155-156.

36 Салманов Н.С. Исследование оптимальных полей пресс-форм литья под давлением. //Сб. материалов Международной НТК "Проблемы автоматизации и технологии в машиностроении". Рубцовск, 1994, с. 233-235. '

37 Салманов II.С., Садыгов Г.Г., Мамедов Ф.М. и др. Высокотемпературное поверхностное упрочнение режущих деталей вырубных штампов. //Сб. материалов Всесоюзной НТК "Состояние и перспективы совершенствования, разработки и производства асинхронных двигателей", М.:Информэлектро, 1985, с. 156-157.

38 Салманов Н.С., Садыгов Г.Г., Мамедов Ф.М. и др. Низкотемпературное карбонитрирование рабочих частей технологической оснастки. //Сб. материалов Всесоюзной НТК "Состояние и перспективы совершенствования, разработки и производства асинхронных двигателей", М.:Информэлектро, 1985, с. 157.

39 Салманов Н.С., Мышлявцев A.B., Бутыгин В.Б. Математическое моделирование азотирования инструмента в процессе его работы. //Сб. материалов Всесоюзной НТК "Новые материалы и упрочняющие технологии на основе прогрессивных методов термической и химико-термической обработки в автостроении", Тольятти, 1986, с. 112-114. !

40 Салманов Н.С., Давришов М.Г., Клапотовский Г.А. Механизм разрушения рабочих поверхностей пресс-форм для литья под давлением //Сб. материалов Всесоюзной НТК "Повышение надежности и долговечности материалов и деталей машин на основе новых методов термической и химико-термической обработки". М., 1988, с. 95-96. ;

41 Салманов Н.С., Мамедов Ф.М., Садыгов Г.Г. и др. Упрочнение штампов горячего!деформирования в процессе штамповки. //Сб. материалов Всесоюзной НТК "Состояние и перспективы совершенствования, разработки и производства асинхронных двигателей", М.:11нформэлектро, 1985, с. 158.

42 Салманов Н.С., Осипов М.Ф. Роль трнботехнических явлений на разупрочнение и упрочнение режущего инструмента в процессе

резания. //Сб. материалов Всесоюзной НТК "Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и химико-термической обработки деталей машины и инструмента. М., 1989, с. 86.

43 Салманов Н.С., Осипов М.Ф., Колесников Е.В. Изотермическая обработка режущего инструмента с повышенными эксплуатационными свойствами. //Сб. материалов Всесоюзной НТК "Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и химико - термической обработки деталей машин". Пенза, 1990, с. 80.

44 Салманов Н.С. Пути повышения эксплуатационной стойкости металлообрабатывающего инструмента. //Тезисы докладов Международной НТК "Авангардныетехнологии, оборудование, инструмент и компьютеризация производства оптико-электронных приборов в машиностроении". Новосибирск, 1995, с.81-82.

45 Салманов II.С., Крепков А.Д. Предварительная карбонитра-ция режущих деталей штампов холодного деформирования. //Сб. материалов республиканской НТК "Пути повышения надежности соединений типа "вал-втулка" и инструмента" Баку, 1980, с.41-42.

46 Салманов Н.С., Мамедов Ф.М., Гаджиев A.M. Упрочнение режущего инструмента в процессе резания. //Сб. материалов республиканской научно-технической конференции "Прогрессивные способы повышения прочности, надежности и долговечности конструкционных материалов", Баку, 1984, с.84-86.

47 Салманов II.С. Упрочнение литого инструмента из быстрорежущей стали. //Сб. материалов симпозиума "Прогрессивные технологии в машиностроении". Рубцовск, 1995, с. 9-11.

48 Салманов II.С., Бутыгин В.Б., Вейнсов P.A. и др. Рациональные методы упрочнения инструмента //Сб. материалов зональной НТК "Пути повышения качества и надежности инструмента", Рубцовск, 1985, с. 14-15.

49 Салманов Н.С., Бутыгин В.Б., Ресурсосберегающие технологии в штамповочном производстве //Сб. материалов НТК "Ресурсосбережение на основе научно-технического прогресса", Рубцовск, 1986, с. 37-38.

50 Салманов Н.С., Вейисов P.A., Калашникова Н.Ф. и др. Диффузионное упрочнение инструмента в процессе его работы //Сб. материалов 2-й зональной НТК "Пути повышения качества и надежности инструмента", Рубцовск, 1987, с. 14-15.

51 Шахмаров А.Г., Салманов Н.С., Нагнмеков С.О. и др. Повышение эксплуатационных характеристик твердосплавных штампов //Сб. материалов региональной НТК "Повышение технического уровня тракторного и сельскохозяйственного машиностроения". Рубцовск, 1989, с. 5-6.

52 Салманов Н.С., Каткова Е.С. Диффузионные процессы, происходящие в зоне резания //Сб. материалов Ш зональной НТК "Пути повышения качества и надежности инструмента". Барнаул, 1989. с.111-112.

53 Салманов Н.С., Давришов М.Г.. Влияние трибохимических и трибофизических процессов на упрочнение и разупрочнение рабочих поверхностей пресс-форм литья под давлением //Сб. материалов IV региональной НТК "Современные методы повышения эффективности машиностроения". Рубцовск, 1991, с. 47-49.

54 Салманов Н.С. Комплексное упрочнение волочильного инструмента, изготовленного из отходов инструментальных сталей //Сб. материалов региональной НТК "Модификация поверхности конструкционных материалов с целью повышения износостойкости и долговечности деталей машин". Благовещенск, 1992, с. 19.

55 Салманов Н.С. Пути повышения стойкости инструмента //Тезисы докладов III Юбилейной научно-практической конференции. Бийск, 1995, с.120-121. .

56 Салманов Н.С. Рациональное использование металлообрабатывающего инструмента // Тезисы докладов симпозиума " Прогрессивные технологии в машиностроениии". Рубцовск, 1995. с. 13 - 16.

Подписано к печати 19.11.97. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 2,13. Тираж 120 экз. Заказ N 97-8. Per. N 7 Отпечатано в РИО Рубцовского индустриального института. 658207, Рубцовск, ул. Тракторная, 2/6.