автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка и исследование экономнолегированных сталей типа 3Х2М(1-3)Ф(03,-4) для инструмента горячего формообразования

ленинградский государственный технический университет

На правах рукописи

АЛЕКСАНДРОВА Татьяна Валентиновна

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОНОМНОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ТИПА ЗХ2М(1-3)Ф(0,3-4) ДЛЯ ИНСТРУМЕНТА ГОРЯЧЕГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

Специальность 05.16.01— Металловедение и термическая обработка металлов

АВТО РЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЛЕНИНГРАД 1990

Работа выполнена на Государственном дважды ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции, ордена Красного Знамени и дважды ордена Трудового Красного Знамени ПО „Завод „Большевик".

Научный руководитель —доктор технических наук,

профессор Шахназаров Ю. В.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор Озерский А. Д. кандидат технических наук Тафт В. И.

Ведущее предприятие —НПО по исследованию и проектированию энергетического оборудования „ЦКТИ имени П. И. Ползунова".

Защита диссертации состоится , ^ » НО^рЛ- 1 эдр г> в час. . ^ мин. на заседании специализированного

совета Д 063.38.08 Ленинградского Государственного технического университета (195251, Ленинград, Политехническая ул., 29, Химический корпус, ауд. 51).

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Отзыв об автореферате в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью просим направлять на имя ученого секретаря специализированного совета.

Автореферат разослан „ № " О*^^**- 1990 г_

Ученый секретарь специализированного совета Д 063.38.08,

кандидат технических наук Ю. Г. СЕРГЕЕВ

(

ОБВД ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность теш. В настоящее время наряду о необходимым комплексом эксплуатационных и технологических свойств, предъявляемых к инструментальной оснастке, все большее значение приобретают требования экономического характера: возможно более низкая стоимость стали и недефицитность ее легирующих составляющих.

Так, недостатком традиционно применяемых для изготовления пресс-форм литья под давлением сталей 4Х5В2ФС, ЗХ2В8Ф, 4Х4ВМЗС, 4ХЖС, ЗХЗШФ и др. является повышенное содержание дорогих, остродефицитных элементов (W и Мо ). А применяешэ для изготовления штампов изотермического деформирования жаропрочные стали на основе f - Fe и сплавы на никельхромовой основе, как известно, обладают низкой технологичностью.

В связи о вышеизложенным, а также с учетом большого разнообразия эксплуатационных условий при осуществлении реальных технологических, процессов, встает вопрос о создании экономнолегиро-ванннх сталей, обладающих комплексом требуемых свойств.

Дать работы. Разработка состава и изучение свойств экономно-легированных сталей для инструмента горячего формообразования, обладающих высокой эксплуатационной стойкостью в сочетании с оптимальным комплексом физико-механических и технологических свойств.

Для достижения этой цели бшш поставлены следующие задачи:

1. Применительно к штампам дая изотерического деформирования изучить возможность использования стала со структурой 6 -эв-тектояда.

2. Применительно к пресс-формам литья под давлением изучить структуру и свойства среднеуглеродистых сталей Cr - Mo - V комплекса (типа ЗХ(1,5-7,0)Щ,0-3,0)Ф(0,3-1,0)) в условиях обычной, изотермической и ступенчатой закалок.

3. На основании полученных экспериментальных результатов и анализа литературных данних выбрать составы экономнолегированных сталей для инструмента горячего (Гормообразовалня. Изучить структурные изменения, отгг/скоустоГгптость и механические свойства стаж: оптимального состава.

4. Установить связь меяду параметрам! тонкой структуры в поверхности: слоях инструмента,' испытанного в различите пкеплуа-

тационншс условиях (при лигье стали, алюминиевых и медных сплавов), из разработанной стали и характером разрушения. Изучить особенности строения поверхности изломов различнолегированных сталей, полученных при статическом и т ермоцшошч ее ком нагрулсе-нии и при тешюсменах.

5, Осуществить промышленные испытания разработанных сталей.

• Научная новизна.

I , Установлен характер влияния содержания углерода (0,160,36 %) и ванадия (0,5-4,0 %) в сталях типа Х2МЗ на взаимосвязь меду формирующейся при закалке (950-1200 °0) структурой (мартенсит и мартенсит +■ 6 -эвтектовд), свойствами, отпускоус-тойчивостка и грещяностойкоогыо; показана принципиальная возможность использования сталей, содержащих определенное количество § -эвтектоида, для изготовления штампов изотермического деформирования алюминиевых и титановых сплавов (с градиентом температур)

2. Выявлено влияние содержания хрома (1,5-3,и %) и молибдена (1,0-2,0 %) в сталях типа 32? на взаимосвязь параметров тонкой структуры, отпускоустойчивости и степени развитая бейнитного превращения .

3. Установлена закономерность влияния содержания ванадия (0,3-1,5 %), температуры аустенитизации, ступенчатого охлазде-ния при закалке на параметры тонкой структуры мартенсита закалки и отпуска, отпускоустопчивость и сопротивление хрупкому и вязкому разрушению сталей типа Ъ72й.

4. Установлены зависимости изменения твердости, циклической и статической трещшостойкосги в зависимости от легирования хромом (1,5-7,0 %) и молибденом (1,СМ2,0 %) и температурно-времен-ными параметрами отпуска сталей типа 3£>. Выявлен характер распределения остаточной упругой деформации и предложена схема, объ-яснявдая процесс накопления ее в поверхности изломов при макро-вязком, макрохрупкои и усталостном разрушении.

5. Установлен характер структурно-фазовых изменений, происходящих при эксплуатации в поверхностных слоях инструмента из разработанной стали ЗХ2Ы1Ф, отработавшего ресурс в установках для литья под давлением алюминиевого сплава (АК5М2), латуни (ЩцА-57-3-1) и стали (ЭИ361Л), температура заливки 720, 1050 и 1500 °С, соответственно.

Практическая ценность. Разработаны новые экономнолегирован-

нне стали ЗХ2МГФ (a.c. 1079692) и ЗХЙМФ (а.с. 2375678).

Освоено металлургическое производство новнх сталей ЗХ2ГЯФ и ЗХ2МЗ. На их поставку разработаны и утвервдены технические условия "Поковки из инструментальной легированной стали" (ТУ 92-04.01.102-87). На 5-ти предприятиях различных отраслей промышленности выполнены опытно-промышленные испытания сталей ЗХ2ЫФ и ЗХ2ШФ. Стойкость инструмента, изготовленного из новых сталей, находятся на уровне стойкости инструмента, изготовленного из сталей 37J2M23> и ЗХ2В8Ф. Экономический эффект от внедрения стали ЗХ2МФ составит 134,050 тыс. руб.

Апробация работц. Материалы диссертации докладывались на: научно-технических семинарах "Повышение качества, наделшости и долговечности изделий из конструкционных, жаропрочных и инструментальных сталей и сплавов", г..Ленинград. 1381, 1986, 1987, 1988 г.г»; X Всесоюзном семинаре "Актуальные проблемы прочности", г. Тарту» 1985 г.; Всесоюзной конференции "Прикладная рентгенография металлов", 'г. Ленинград, 1986 г.; республиканских конференциях "Металловедение и термообработка сталей со специальными слоЛ'ства'.й", г. Краматорск, 1985 г., и "Повышение стойкости штамповой оснастки л инструмента", г. Улан-Удэ, 1989 г.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 14 печатных работах и двух авторских свидетельствах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и приложения, общим объемом /35" страниц, включая 63 рисунка, 13 таблиц и список литературы из 91 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Со введении обоснована актуальность теми й сформулирована • цель работы.

В первой главе проведен анализ литературных данных, посвященных разработке и исследованию свойств crajieit, применяемых для инструмента.горячего .формообразования, и перспективы их промышленного. использования, сформулированы задачи работы.

Во второй главе описаны материалы и методика исследований.

Выплавку опытных сталей осуществляли в от1<рнтых-индукционных печах емкостью 150 и 60 кГ. Опытно-промышленную выплавку.сталей проводили дуплекс-процессом -"Основная-кислая иаргсновскал

печь". !1ккро£рактограХйческое исследование проводили на микроскопах 1.1РЗМ-200-04 и М 535, о предварительным удалением окис-цых хшенок, образующихся на изломах образцов, испытанных при повышенных: температурах и б условиях термоциклов. Рентгенографические исследования проводили на дафрактометрах общего назначения ДРОН-2 и ДРСН-3. Анализ структурно изменений выполнялся путем регистрации и последующей обработки профилей дифракционных лищШ двух порядкоЕ дифракции: (ПО) и (220) с£--$азы и (III) и (222) азы. Методом гармонического анализа вычислялась дисперсия остаточной упругой деформации (<£2>^2 ), которая пропорциональна плотности дефектов в образцах. Для прицельной съемки изломов и рабочих слоев инструмента использовали комплект гониометрических приставок, которые позволяют с точностью до 0,1-ПГ^'м дерешцать относительно первичного пучка рентгеновской линии исследуемую поверхность образца в плоскости фокусировки. Структурные изменения материала под поверхностью разрушения исследовали {легодоы послойного стравливания, Грещиностоикость оценивали по значениям максимальной разрушающей нагрузки (Рс), определенной при статическом арехточечном изгибе образцов (10 х II х 55 мм) с предварительно нанесенной усталостной трещиной глубиной 1,5 мм, инициированной от острого надреза глубиной 1,5 г«. Циклическую трещиностойкость оценивали по числу циклов нагрунения, необходимых для развития исходной усталостной трещины дайной ~ 1,5 мм, до разрушения.

В главе третьей применительно к штампам для изотермического деформирования, изучено влияние ванадия (0,5-4,0 %) на закаливаемость в интервале У50-12Ш °С, структуру, механические свойства стали Сг - - Ио - V - легирующего комплекса с 0,10-0,36 % О при температурах отпуска 200-050 °С (в течение 3 ч), при отпуске 700 °С длительностью 0,5-9,0 ч и температурах испытания 20-700°С.

При.закалке от всех тешератур аусгенитизации при-охлаждении в каслз и водо наибольшее значение твердости ■•/ стали, содержащей I % У . Повышение содержания вгшадия до 4 % при том не комплексе легиругацкх не позволяет получить предельного значения твер-. достя для стали с ~0,3 % С , что связано с наличием в структуре этих сталей 6 -эвтектояда.

■ Показано, что даже при нагреве до субкрцтцческих тешератур (750-850 °С) металл с.о. структурой преглг/щеетвенно Ь -эвтектоида

заметно уступает по прочности и пластичности структуре выоохоот-йущвнного мартенсита. Аналогичное влияние на механические свойства оказывает формирующаяся структура при эакалке (5 -эвтоктоид или мартелсит) при повышенных температурах испытания.

Изучено влияние ванадия (0,5-2,0 %) при данном комплексе легирования на изменение твердости и трещиностойкости (Р0) при длительном отпуске 700 °С, Установлено, что монотонному понижению твердости в исследованном интервале выдержек сопутствует повышение Р0 для всех сталей/Однако обращает внимание несоответствие кинетики разупрочнения и изменения величины Рс: большие значения Р0 характерны для сталей с меньшим содержанием ванадия и углерода, что является следствием различной кинетики процессов карйидообразования в процессе отпуска, определяемых различной степенью легирования исследованных сталеЕ.

Показано, что увеличение Рс у стали о меньшим содержанием ванадия и углерода (0,5 % V и 0,16 % 0 ) соответствует переходу от макрохрупкого излома к макровяэкому, а у остальных сталей с увеличением Рс излом остается иакрохрупким, но увеличиваются боковые скосы. *

Проведено опробование трех штампов изотермического деформирования алюминиевых и титановых сплавов (с градиентом температур). Показана принципиальная возможность использования сталей, содержащих определенное количество 6 -звтектовда, дня изготовления штампов изотермического деформирования.

В главе четвертой изложена результаты исследования структуры, отпускоуотойчквосгн и овоИств в условиях обкчной, изотергли-ческой и ступенчатой закалок дня средаеуглероднотых сталей с 0,25-0,35 % С , 1,5-7,0 % СГ , 1,0-3,0 % Мо и 0,3-1,0 % V применительно к пресс-формам литья под давлением.

Установлено, что увеличение содержания хрома от 1,5 до 3,0 % и молибдена от I до 2 % в исследованных.сталях способствует повышению ■твердости после закалки с выдержкой при 360. °С, что свидетельствует о различной степени развитая беШштного превращения.

Показана, что хром И молийдэн, подавляя бе:пШтпое преврале-нио (хром в два раза сильнес), ослаблю)? о'г^елт. елнлшя исходной структуры при высоком отпуске:- при содержании 2-3 % Мо и

% О ■ . выравнивание твердости с исходными нзртсноитда- •'.

бейнигной и ыартенситной структурами происходит при температуре 530-550 °0, а при содержании -1,5 i Но и '1,5 % Сг - при 590-600 °С. Увеличение длительности изотершческой вцдершся усиливает этот эффект.

Известно (Рахштадг А,Г., Ланская К.А.), что ступенчатая закалка с вцдергжой в субкритической области температур способствует повышению твердости и огдуокоустойчивости.

Исследовали сопротивление разрушение, отпускоустойчивость и структурные изменения после обычной и ступенчатой закалок с выдержкой при 650 °С сталей типа 3X2iJíX,5$(ü,3-I,5).

Лт сравнения проведено исследование стали, содер:кащей 0,19$ азот, - 3X4Ù'3AI'3,

•• . После обычной и ступенчатой закалок от 1050 и 1150 °С у воех исследованных сталей формируется структура мартенсита.

Зщфект повышения твердости обнаружен только в случае высокотемпературной ступенчатой закажа (1X50 °С) по сравнению с обич-ной, что наиболее сильно продляется у сталн с 0,7 % V .

■Установлено, что устойчивость против разупрочнения при отпуске (2Ü0-65U °С) у мартенсита, получаемого в результате высоко-тешературной (1150 °С) ступенчатой закалки, несколько выше, чем у мартенсита, полученного после обычной закалки. Показано, что при отпуске 500-550 °G ударная вязкость мартенсита, полученного После ступенчатой закалки, заметно ниже, чем после обытаой закалки, а при отпуске 650 °С значения ударной вязкости йглеат близкие значения. Прочность при температуре 500 °С, независимо от режима предшествующей закалки, практически одинакова.

Глава пятая посвящена изучению влияния тешературно-времен-ных параметров отпуска на уровень твердости и трещиностойкости (Р„) при испытании на статический изгиб сталей типа 3X(l,5-?}M(I,5-2)§ и изменении циклической трещиностойкости (Np) tipa.циклическом нагрулсении сталей типа ЗХ(3-7)М2Ф при температуре испытания 300 °С. и при тешгосменах (300^150 °0).

Установлено, что при увеличении нродолжитатьности отпуска ( f отц) при .620 °С близкому уровню твердости во всем исследованном интернате выдержек -соогветствует резкое увеличение величины Рс * Излом образцов' при всех выдбршах имеет глакрохрупкое строение.

При отпуске 650 °С значительному понижению твердости соот-ветстаует практически неизменная величина.Рс. Исломн - макройязкие.

Рентгенографически установлено, что после всех рекимов отпуска на кривых изменения <£,>'л от расстояния (I ) от вершины исходной усталостной тре'днны характерно наличие минимумов. Минимумы во всех случаях находятся На расстоянии 2-3 мм от нее (рис. I). Можно полагать', что минимумы связаны с эволюцией напряженного состояния: правее минимумов, т.е. за нейтральной линией при изгибе, металл от Начала нагружения до разрушения, испытывает сжимающие напряжения, сменяющиеся растягивающими. Из условий нагружения при изгибе в области минимумов знак напряжений г растягивающих - не изменяется.

Установлена корреляция мезду сопротивлением разрушению (Рс) и остаточной упругой деформацией ( <г8>'/1 ): малоразличащимся значениям Рс при отпуске 620 °С в течение 3 и 5 ч соответствуют близколекащие кривые <&*> , а резкому росту Рс при увеличении Г отп до 9 ч отвечает значительное уменьшение уровня <£е>1/*.

Таким образом, при разупрочнении повышению сопротивления хрупкому разрушению (Р0) соответствует уменьшение уровня <б1>^. Тогда следует ожидать усиление этих эффектов при попншении Р0 за счет отпуска при 650 °С, т.е. при вязком разрушении. Однако при примерю одинаковом зйа,чениа <&'>4,г наблюдается значительная разница в Рс и твердости.

Причину близкого уровня и одинакового характера изменения <6*>4/* при вязком и хрупком разрушении мокно связать с тем, что в обоих случаях формирование» берегов магистральной трещины происходит после исчерпания пластичности, независимо от ее уровня, что определяет одинаковый микромеханизм разрушения - слиянйем пор, что согласуется с данными электрокномякрсскопического анализа.

При циклическом нагруиении при постоянной температуре (300 °С) и теплосменах (300=150 °С) в изломах сталей обнаружены зоны различной окраски, аналогичные по цвету наблюдаемый в свеких изломах, разрушенных пресс-форд. Визуально по цвету могло выделить три зоны, отвечающие трем стадиям развития устатостного разрушения: зона зарозздения треидаш, зона усталостного разрушения и зона долома. Установлено, чго замена постошшой температуры па теплосмены неоднозначно влияет на величину N р. ^

Рентгенографически вияълено^ что характер зависимости <£*>/г при циклическом нагрукшии идентичен загпсимоста <бг>'А при. статическом нагру:,;еш1н 1:01: при нссгаяшюй температура испытания,

4.0

за

6.0

50

так и в условиях тепло-смен (рис. I). Однако абсолютное значение ве-чины <$1>4/> во всех зовах излома при теплосме-нах у обеих отелей вше, чем при постоянной температуре испытания.

Таким образом, показано, что остаточная •_. ущ^ая деформация может быть количественной мерой оценки строения разных зов излома при вязком, полухрупком и усталостном разрушении. Для каддого из них необходим дифференцированный подход, т.к. указанные параметры определяются структурным состоянием самых поверхностных слоев берегов магистральной трещйны, а макростроение Излома и сопротивление разрушению зависят, главным образом, от депортированного объема.

Глава шестая посвящена исследованию влияния технологических параметров на структуру, механические свойства и

стойкость деталей пресс-форм из разработанной стали ЗХ2Ы1Ф.

Исследованы структурные изменения, происходящие при эксплуатации в поверхностных слоях инструмента - плункера, отработавшего ресурс в установке литья под давлением алюминиевого сгаюва (AK5Í.I2) и стали (OHSGIJÍ), (температура заливки 720 и .1501) °С, соответственно), а таксе втулки в установке гкидкой штамповки латуни

% M

\ А А

У

6

\ 1 I \ ; /

Л i V' V ( \\! \ \! § i р /ч

S -

в

Рис. I Зависимость дисперсии упругой деформации (<с*>'/1 ) от расстояния от исходной трещины (£ ) стали ЗХЕ,5М1,5Ф, отпуск 650 С (цифры -длительность отпуска) при статическом нагруженш (а ) и стали ЗХ7гл25 при циклическом нагрукении (500^100 кГ) в условиях теплосыен (300=» 150 С) (I) и при постоянной температуре испытания ( 300 0 С ), (2). (О

(ЫЯцА-57-3-1), (те»-пература заливки 1050 °С).

Показано, что несмотря на различные темйературно-силовые условия эксплуатации инструмента при литье латуни и алюминия наиболее неоднородное структурно-напряженное состояние фиксируется у рабочей поверхности, где, вероятно, происходит зарождение трещины.

Наибольшее изменение твердости и

<€»¿V

4

2

«v « 4 2 г.* ао га 1 р ! \ т! 1 а*. *н п1ч

' К

li ' ;¡ ■ч" п

im jan i*«

■ j* i ¡'

/vsj ГШ X —

0.« «.В

S « Ь,<т.

«ИМ IWS «ИМ

»,151»

Рис. 2 Зависимость мякротеердости (И) (I), параметра кристаллической решетки «t -чТазы (а«.) (2) и х-Ф&зы (а*-) 13). количества остаточного аустенита (т) (4) и дисперсии остаточной упругой деформации <*- -фазы () 15) и г -фазы (6) от расстояния от рабочей поверхности инструмента* отработавшего ресурс при литье стали ЭЙ961Л

структуры в поверхностном слое происходит при литье стали. Кривая твердости в поверхностном слое имеет слокный вид (рио. 2), наибольшая твердость - у рабочей поверхности. Сло.'? о повышенной твердостью состоит из ~ 70 % аустенита, количество которого резко , уменьшается по мере удаления от ^рабочей поверхности.

Показано, что резкому уменьшении количества аустенита соответствует возрастание величины*«*/''* в У"-фазе, что связано с увеличением внутренних напряжений, при этом, вероятно, в объемах аустенита происходит концентрация упругой энергии. Ыояно предйолояить, что достижение "критической" степени деформации приведет к зарождению в нем микротреццш - эффективного механизма релаксации внутренних локальных напряжений.

ВЫВОДЫ

I. Применительно к пггашам изотермического деформирования изучены механический свойства и параметру структуры при субкритй-ческом нагреве сталей типа 3X21.13 с близкой к равновесной Ы. -фазой, полненной при кристаллизации ( Ь-эптектовд) я после отпуска (мартенсит) ; соотношение ы. -Таз различной природы регулиройали содер-

жанием ванадия (0,5-4,0 %).

Установлено, что структура металла, содержащего преимущественно 6 -эвтектояд), в выоокоотпущенном состоянии заметно уступает по прочности я пластичности структуре высокоотпущенного мартенсита. Вместе с тем, производственным натурными испытаниями показана принципиальная возможность использования сталей со структурой - мартенсит + 6 -эвтектоид для изготовления штампов изотермического деформирования алюминиевых и титановых сплавов (с градиентом температур). .

2. Исходя из противоречивости литературных данных, исследованы устойчивость против разупрочнения и изменение параметров структуры при отпуске сталей.типа 31(1,5-3М 1,0-2,0)3? со структурой мартенсита и бейнита (различное соотношение их регулировали продолжительностью выдержи при изотермической закалке в промежуточной области и содержанием хрома и молибдена).

Показано, что различие в отпускоустойчивости обусловлено степенью развития бёйнитного. превращения при закалке* Хром и молибден, подавляя бейнитное превращение (хром в два раза сильнее), ослабляат эффект влияния исходной структуры при высоком отпуске.

Установлено, что при содержания 2-3 % Мо и 1,5-2,0 %Сг вы--равниваниё твердости с исходными мартенситно-бейнитной к мартен-ситной структурами лроисходат при температуре 530-550 °С, а при содержании -1,5 % Ие и «1,5 % .Сг при 530-600 °С. Увеличение длительности изотермической выдержки усиливает этот эффект. Наличие нбмартенситных продуктов существенно поникает ударную вязкость в высокоотпуценКом состоянии (500-550 сС), не оказывая заметного влияния на прочность при повышенных температурах (500 °С).

3. Сопоставлены свойства, характеристики структуры и отпуско-устоИчивосгь сталей типа ЗХ2МФ(0,3-1,5) со структурой мартенсита, полученного в результате обычной и ступенчатой закалки (с выдержкой в метастабильной области).

Показано, что в известный эффект повышения твердости мартенсита, полученного ступенчатой закаткой, выражен наиболее сильно в стали, содерглщей ~ 0,7 % ванадия. Определяющач роль ванадия подтверждается отсутствием этого эффекта после низкотешературной запаяют (1050 °С)а тагс.х> неизменностью величины эффекта в ззот-содсрзде;; стали ("0,1у %).

Установлено, что устойчивость против разупрочнения при от-

пуске (200-650 °С) у мартенсита, получаемого в результате высокотемпературной (1150 °С) ступенчатой аакалт, несколько выше, что. наиболее выражено у стали о -0,7 %\j , при этом, независимо.от режима закалки, характеристики тонкой структуры в процессе отпусков изменяются практически одинаково.

Показано, что при хрупком разрушении (отпуск 500-550 °С) ударная вязкость мартенсита, полеченного после ступенчатой закалки, заметно ниже, чем после обычной закатки, а при вязкой разрушении (отпуск &50 °С) значения ударной вязкости тлеют близкие значения. Режим предпествулцей закалки не оказывает влияния на высокотемпературную (50Ü °С) прочность.

4. Изучено изменение твердости и максимальной разрушающей нагрузки (Рс) при испцташга на статический изгиб сталей типа ЗХ(I,5-7)М(I,5-2)у в процессе длительного отпуска при 620 и

650 °С и изменение количества циклов до разрушения ( М ) при ци-. кяическои наррулешш образцов из сталей иша 3X(3~7)M2g npi температуре испитаяня 300 °С и в условиях теплосмеи (300=150 °С).

Установлено, -что при увеличении продолжительности отпуска при 620 °с близкому уровню твердости во всем исследованном интервале Bunepaets соответствует резкое увеличение величины Рс, а при отпуске 650 °С значительному понижению твердости соответствует практически неизменность Рс, что является следогнием перехода от хрупкого (620 °С) разрушения к вязкому (650 °С).

Показано, что при циклическом нагру:::<знии замена постоянной температуры испытания на термоциклы неоднозначно влияет на величину М р1. приводит к ее росту в случае менее теплостойкой стали, для которой усталостные свойства лимитируются прочностью (которые выше при более низких температурах), и к снижению - в случае более теплостойкой стали, для Которой лимитирующей, вероятно, является пластичность.

5, 0 целью количественной оценки строения изломов исследовано макро- и микростроенне, распределение остаточной упругой деформации в поверхности изломов образцов при статическом и циклическом нагрукении.

Предложена схема, объясняющая процесс накопления остаточной упругой деформации в поверхности разрушения при статическом и циклическом иагрухенш.

■ Показано, что остаточная упругая деформация может быть ксипт-

честБбнной мерой оценки строения разных зон излома при вязком, полухрупком и усталостном разрушении. Для каждого из них необходим дифференцированный подход, так как указанные параметры определяются структурным состоянием сашх поверхностных слоев беретов магистральной трещины, а макростроение излома и сопротивление разрушению зависят, главным образом, от деформированного объема.

Установлено, что изменения Р и N. в зависимости от темпе-

у

ратурно-временных параметров отпуска и легирования коррелируют о изменением величины остаточной упругой деформации в поверхности излома.

6. Исследованы структурно-Лазовые изменения, происходящие при эксплуатации в Поверхностных слоях инструмента, изготовленного из разработанной стали 3üí,ll'¿ и отработавшего ресурс в установках для литья под давлением алюминиевого сплава (AK5L12), латуни (ШдА-57-3-1) и стали (ЭИ961Л), {температуры заливки -720, ~ 1050 и -15Ш °С, соответственно).

Установлено, что несмотря на различные температурио-силовыо условия эксплуатации инструмента при литье лату!Ш и алюминия наиболее неоднородное структурно-напряженное состояние в поверхностном слое фиксируется непосредственно у рабочей поверхности инструмента , где происходит зарождение трещин. При литье стали зарождение шкротрендан в поверхностном слое происходит на некоторой глубине от рабочей поверхности (0,?,0-0,25 мм), что часто.наблюдается у отработавшего'ресурс инструменте.. Предложена схема, объясняющая процесс образования, микротрещин в поверхностных слоях инструмента горячего формообразования при эксплуатации.

7. Освоено металлургическое производство новых сталей ЗХ2М1Ф й 3£Ш*.На их поставку разработаны и утверждены технические условия "Поковки из инструментальной легированной стали"

(ТУ y¿-U4. ül. IQ2-B7). . . •

Доведены промышленные испытания - 70 т стали, на пяти предприятиях различных отраслей пресс-форш использовались при литье под давлением алюминиевых и медных сплавов. Стойкость инструмента, изготовленного из новых сталей, п раза превышает стойкость инструмента из . стали Зл2ьШ й. находится на уровне стали з;<2Ваз. Годовой экояошчесйШ аффект от внедрения ciara ЗХ21Д5? взамен стати на ¡10 "оавсд "Большевик"составит 134,050 тш.ру!

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

X I. Александрова Т.В., Шахназаров Ю,В. Механические свойства высокованадиевых (1-4 %) сталей для штампов изотермического деформирования. - В сб. Повышение качества, надежности и долговечности изделий из конструкционных, жаропрочных и инструментальных сталей и сплавов. Л.: ЛДНГП, 1931, с. 54-58.

2. Александрова Т.В., Бярахтик Б.К., Ковалева А.И., Шахназаров Ю.В. Рентгенографические исследования различных зон поверхности термоусталостного разрушения. - В сб. Физика и технология обработки поверхности металлов. 1,: 'ЭТИ, 1984, -с. 93-94,

3. Шахназаров Ю.В., Сорокина Л Л,, Ыуравлев A.C., Александрова Т.В., Варахтин Б.К. Экономно-легированные -стали дом инструмента горячего и холодного формообразования. - Труды ЛШ, 1985, № 404, с. 17-21.

4. Александрова Т.Е., Барахтин Б,К., Шаймуханов Р.Б., Шахназаров Ю.В. Субструктурная стабильность стали ЗХ2МФ для инструмента горячего деформирования. - В сб. Субструктурное упрочнение металлов и дифракционные' методы исследования. Киев; Наукова думка, 1935, с. I83-1¿4.

5. Александрова Т.З., Ковалева А.И., ¡Варахтин Б .К., Ершова E.H., Шахназаров Ю.В. Фазовые и структурные изменения в пря-повсрхностных слоях инструмента горячего.деформирования. - В сб. Физика а технология упрочнения поверхности-металлов. I.: ФТИ, 1985, с. 30-35. '

6. Барахтин Б.К., Сорокина Л.Н.,, .-Александрова Т.В., ¡Лака-ров В.В., Шахназаров Ю.В. Остаточная .упругая деформация на поверхности излома, как критерий свойств «еталей о различным содержанием углерода. - В сб. Актуальные 'проблемы прочности. Тарту: ТГУ, 1985, с. 9-10.

7. Александрова Т.В., Ковалева,А;И», Барахтин Б.К., Шахназаров D.B. Струдтурные превращения ."в (рабочих'слоях деталей'из стали ЗХ2!-Я,5Ф для пресс-форм литая ;под давлением -алюминиевых, медных к железных сплавов. - В сб.. -Металловедение и термическая обработка сталей со специальными свойствами. Краматорск; РДЭНТП, 1985,с,93-94.

0. Александрова Т.В., £арах№Л-Б.К., Дахказаров Ю.В. Опга-шзашя -состава стали горячего Формообразования- по данпш рентгеновской ¿фактографии. - В сб. Прикладная 'рентгенография шэтаяов.

Л.: Ш, 1986, с. 47.

9. Александрова Т.В., Барахтин Б.К., Шахназаров Ю.В. Сталь типа ЗХ2Ш доя пресс-йорм литья под давлением. - В сб. Повышение качества, надежности и долговечности изделий из конструкционных, жаропрочных, порошковых и инструментальных сталей и сплавов. Д.: ДЦНТП, 1986, с. 48-51.

10. Александрова Т.В., Барахтин Б.К., Петров П.П., Шахназаров Ю.Б. Строение изломов инструментальных сталей после термоциклического нагруженжя. - В сб. Оптимизация структуры и свойств сталей и-сплавов". 31.: ДЩГД, 1987, с. 29-32.

11. Александрова Т.В., Барахтин Б.К., Орлов Е.Д., Шахназаров 10.В. Оптимизация состава и термической обработки стали дая инструмента горячего деформирования по данныл исследования поверхности излома. Л.: ДЦНТП, 1987, с. 14-16.

12. Александрова Т.В., Барахтин Б.К., Журавлев A.C., Ор- . лов Е.Д. Структурные превращения в экономнолегированных инструментальных сталях для горячего и холодного формообразования. -В сб. Штамповые стали для горячего и холодного деформирования. Л.: ЗДШ1, IS88, о. 44-4?. '

13. Александрова Т.В., Шахназаров Ю.В.," Рахманова Ej[>. 0т-' пускоустойчйЁОСть сталей пресс-форм литья под давлением типа . ЗХ2М1,5Ф при немартенситной прокаливаемости. - В сб. Штамповые стали для горячего й холодного деформирования. Л.: ДЦНТП, 1988, с. 51-55.

14. Александрова Т.В.Шахназаров Ю.В., Рахманова Е.Ф., 'Орлов Е.Д. Структурные превращения, отпускоуотойчивость и промышленное опробование сталей для пресб-форм литья под давлением. -В .сб. Повышение стойкости шташговой оснастки и инструмента. Улан-Удэ.: ВСТИ, 1939, с. 4-8.

15. A.c. & 1079692 (СССР). Сталь/ Александрова Т.В., Шахназаров Ю.В. , Орлов Е.Д. и др. - Бюллетень Изобретений', 1984, № 10. .

16. A.c. № 1375678 (СССР). Сталь/ Александрова Т.В., Шахназаров Ю.В., Корошайлов В.Г.,и др. - Бюллетень изобретений,. 1988, »5 7. ■ .