автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Разработка и внедрение в производство литого инструмента из быстрорежущих сталей модифицированных редкоземельными элементами и халькогенами

РОСТОВСКИЙ-НА-Д(Ш ОРЦЕЖ ТРУДОВСГ'О ФАСНОГО ЗРлЧ'УИ ИЕКТИГ/Т СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ншнос1ро£!ев1

На правах рукописи Для сл.у«;эбг.ого польаоиан.ш

Экз. г? О (] У (;

БАРАННИКОВ Михаил Михайлович

РАЗРАБОТКА II ЕНЭДРЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВО ЛИТОГО

ИНСТРУМЕНТА КЗ ШСТРСРЕЗУЩ!« СТШЙ, МСЩКЗДРСВАНЭДХ РЩОЗЕКЕЯЬШКИ ЗШЕНТАШ

и шыюгашм

Специальность 05.02.01 - "Иатериалоредтиз

в ысшиноотроеиии"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технически наук

Ростов-на-Дону 1392

Работа выпсш1йне иа кафедре "Металловедение" Ростовского-на--Дояу ордена Трудового Кроеного Знамени института сельскохозяйственного ншиноетроения.

Научный руководитель: доктор технических ноук, профессор П7СТ0В0ЙТ В.Н.

Офпцисльние оппоненты ¡Доктор технических наук, профессор ЛЕВЧЕНКО Л.П.

Кандидат технических наук, доцент КУРДШОВ В.А.

Чбдущее предприятие - Ростовский-на-Дону завод специнстру-

ыонта и технологической оснастки П/0 "Ростсельмаш"

Защита диссертации состоится '15" декабря _ IS9 2 г. п _ _ чес. на заседания специализированного совета К 063.27.01 Роетовскиго-на-Дону института сельскохозяйственного магатостроеяпя по адресу: 344700, г.Ростов-па-Дону, ГСП-8, пя. Гагарина, I.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского--иа-Дону института сельскохозяйственного машиностроения.

Автореферат разослан " 1Ъ " ноября _ Ю92 г.

Ученый секретарь специализированного Совета

к.т.н., доцент / Иипулин А.И.

СЩЛЯ ХАРШШВТЯКй. ГАВОТЫ

¿к^алькость^тсги. Обработка резшях:? г^удноабрайетзр.ае!::*?: сталей к сплавов требует от инструментов наличия высоких оксплу-атацпонко-технологичесхий свойств, реиущпй кксгруиеит йзгозеулз-вазт, в оснопном, из быстрорвнущи" сталей, как наиболее отвзча"-Ц5п: откм требованиям.Однако совершенствование кпотруисптодьтк материалов из бнстрорезувдах сталей сдергивается дгфицдгг иольф-реиоБОГо сырья

В наетоядае время более 705? объема шпуска разувдего инструмента осуществляется путем механической обработки заготогюк быа?-рори^уйгей стали, подвергнутой горячей деформации и отзшгу. При отои но некое 60-65$ иасси заготовок пдет п отхода. Значительно экокодамнее производить ингтрушьнт иетодои литья, которая обеспечивает лпбуа елокнуэ конфигурация, упрощает трхнологя» изготовления, сокращает в несколько роз время на подготовку производства. При ето« существенно снижается расход материала.

Вместа с тем литая сталь имеет пошзениуп хрупкость, что снимет срок слугбы инструмента, работающего в услогпдх интепеяв-кого изнаавваняя и динс&чргсекого нагруяеиая. Поэтому заслуживает внимании применение особой технологии производства ре-^гего инструмента с применение:.! иикролагяравания быстрореяунцк сталей здпгл-ческими элемента«!, обеспечивающими ситифр;ткциокннй аффект в контактной зоне. Однако применение этой технологии в промлиениоста крайне ограничена.

В связи с этим актуальным является изучен:« возможности производства литого рездчвго инструмента микродётерозанкого повар::-востно-активннми элементами, приводящими к образованию вмгсений, фактически но влияющих ка прочнсстнцо характеристики, но существенно улучшающих аксплуатационно-технологпческио свойства инструмента.

Работа исполнена в соответствии с научной программой РИСХМ "Новые материалы и современные технологии их обработка" по заданию ряда машиностроительных зоведоз Соверо-Кевказского преждлец-ного рзглона.

Дель_и_задачи исследования. Целью робота является соя-мяте возможностей повывения эффективности производства и эксплуатьцкя литого реяущого инструмента из сталей, модифицированных хальноге-нами и редкоземельными элемента;,ст.

При ото;.; решались следующие задачи:

- определение эффективных типов и оптимальных концорур^пЯй гадролегирзлаг.ж добяеок серы, селена, теллура, РЗМ и влияния их комплексных микродобавок на'структуру ¡1 свойства быстрорежущих сталей;

- исследование влияния микродобавок серы, селена, теллуру, РЗМ я их комплексной казфодобавки на эксплуатационно-технологические свойства литого рекущего Инструмента ка стали Р6М5;

- изучение особенностей структурного сегтонкия и характеристик механических свойств литой быстрорежущей стаям, микролегированной серой, селеном, теллуром, гадолинием и их комплексными микродобавками;

- внедрение в производство литого режуцего кнструезнта с ле~ гяруздими микродобавками для обработки труднообрсбатывавшх материалов.

Научная новизна к т^чкав йеэуль£в£ы± На уровне рабочей гипотезы сформулированы модельные представления об эффекте внутренней смазки при микрологчровг.и;.'н серой, селекок, теллуром и гадолпнвем оо счет формирования и регонерацхи смазочного слоя ь зонах З-рикцк-онного взаимодействуя контактирующих поверхностей обрабатываемого материала й инструмента;

- обосновано эффективное влияние микродобавок серы (0,13^и?с.) солона (0,21% мае.), теллура (0,35;"? г.-ас.), гадолиния (0,1555 мае.)

и их комплексного микролегирования в бнетророяуцих сталях на склонность я мелкозернистости, снижение количества остаточного аустенн-та, улучшение плифуемости, уые"'.асч;:о шероховатости обработанной поверхности, уменьшении силы резания и способности формирования хрупкой струшси, легко удаляемой из зоны резания;

- установлено, что сульфидные включения в литых (.'уетрорекущих сталях содержат, в основном, марганец, гром, ванадий, келезо и нй-аначительио молибден и вольфрам;

- установлено, что на прочностше свойства литых быстрорету-п;'лх сталей никролегнруяцие добавки сера, селена, теллура, гадолиния и их комплексное микролегирование фактически не оказывают влияние ;

- выявлен механизм формирования и регенерации в контактной зоне смазывающего слоя за счет микролегированкя серой и показано,что ».нтифрикгаонньШ эффект обеспечивается, £ основном, по механизму сокрытия, срезания и распределения включений по поверхности тления и частично по механизму восходящей диффузии;

- изучено влияние «жаролерироватг гадсяшгаш, .торбши и гочь* мнем на структуру и свойства латвх бнетрореггурах сталей, свойства получены при микролерироващп стея:. гадолинием г количестве 0,15-5-0,30$ »гас. Выявлено отрицательное влияние «а сзгг» комплекс свойств указагашх РЗМ при введении их сшго 0,40? кас.

Практаческая_пенность. Установлена тзхкологическка к вюкоа-ческио преимущества литого режущего инструмента из сталей, гткро-легкроввшшх серой', селеном, теллуре?.!, гадолиннон »» их ч.^^гагг использованием, определен» еффв5:гдвкыэ типа и оптимальные иссщ««-• рацки микролегирующих добавок в бястрорежукзгх сталях, показ ¡чш г>ф-фективность использования ¡.сикроязгироваиия гадолинием, тгрс';;г.:? и гольмием литнх быстрорежущих сталей.

реализация результатов р.аботи^ Созданы рабочие технологически о схем; по производству литого инструмента из бистрорзжучкх сталей по замкнутому ц'.шлу с использованием шиздзего из строп реку-цаго инструмента к других отходов бистрорекукшх стало Г:,

Внедрение в производство перечислению: работ осуществлялись в следущей последовательности:

Т, Результаты работа аспояюозакн на Ззлекокуиавоы заводе "СтраГщормаиавтомзтикз" при производстве литого режущего пнетру-нзнта (пластинки для сборида роэцоп, кенцвсае фрези, зенкера) на цсслвдуамаЯ быстроре;5ущаП стали типа Р6И6 аигфояогироеанной 0, серн п 193? году- Суииарнн!! окоясиичеокяй эффект бнп подсчитан аа два года выпуска в 1987 ц 1983 годах и составив 24,0 тысячи рублей.

Технология производства литого реющего инструмента (пм-етююк для сборнях резцов, торцевая фрез, оверл.гдакзров, метчиков) |:э исследуемой Сиотрорегсуц-чй стали РШ5 вквдрша на Таганрогской о вроде "Кроснмй гидропресс" а 1935 года, Сушарнай ввоно:гачй-стмЬ а5факт составил за 195Ь, 1389 годи а»,0 тасяч рублеН.

3. Технология производства лиг»« торцедос фва, разверток, зе»«юроа рна,арена в 1990 году ¡т Ростовской заводе "Грет«*. Э;ш-номяцескиЯ эЦевт ооставия 40 сиояз руйлей,

4. Технология производства лг.тих черзячшлг подулымк строгальных модулышх реацов, долбяяов внедрена в 1390 году, па Таганрогском кокбайновон зароде коотоз. ЭконотаческиЯ зйзкг- па два года составил Й5,0 тиояч рублей,

б. Технология провасодатва литого р^гупегэ инструмента (торцевав >Треэм, зенкера, сверла, метчики) внэдрегш на Таганрогской заводе "Прибой* в 1391 году. Зкочоюшвскиа еф$зк* составил 26,0

тысяч рубле Г:.

Общий скоиомлческий эффект от внедрения результатов работы в производства на указа ¡лад предприятиях, подтвержденный актами, составил 175,0 г-'зяч рублей. Долевое участие аатора в экономическом эффекте составляет 75,0 тысяч рублей (все в ценах до 1992 г.).

Рекомендации по производству литого инструмента из разработанных быстрорежущих сталей с использованием вышедших из строя ре-яущих инструментов и другах отходов быстрорежущих сталей могут быть приманена и на другах родственных машиностроительных заводах.

Аппобарш т>аботы_;_ Основные положения и отдельные разделы диссертации докладывались и обсуздались на:

1. Республиканском семинаре "Разработка, производство и приме-ненке инструментальных материалов", Институт проблем материаловедения АН УССР, Киев, 1387.

2. Зональной конференции "Новые материалы для станкоинстру-ыентвльного производства и прогрессивные метода их упрочнения", Пензенский политехнический институт, Пенза, 1987.

3. Научно-техническом семинаре "Ресурсосберегающие технологии современного производства", Севастополь, 1989.

4. Научно-техническом семинаре "Опыт применения отделочно-уп-рочнякдей и финишной обработки деталей маяин, механизмов и приборов", Днепропетровск, 1985.

5. Научно-техническом семинаре "Технологические методы повышения износостойкости и усталостной прочности конструкционных материалов", Хмельницкий, 1989.

6. Межотраслевом научно-течническом семинаре ."Пути повышения стойкости и качества металлообрабатывающего инструмента",'Москва, 1989.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 2 статьи и получено четыре авторских свидетельства на изобретение.

Стдукт^ра и .объем дабота^ Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения с материалами о внедрении; объем диссертации 170 страниц машинописного текста, содержащий 46 рисунков, 22 таблицы, список использованной литературы включает Ш наименования.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАЕМ ЛИТОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Рассмотрены способы производства и эксплуатационные особенности литого режущего инструмента из быстрорежущих сталей. Экономи-

ческая целесообразность изготовления днтиго рекущего инструмента подтверждается аноноклей материала, снипением трудоемкости изготовления инструмента я высвобождением станочного парка, павгаеин-еи стойкости инструмента.

Имея тз своем распоряненки одно и то не количество гшдкой быстрорежущей стали при непосредственной отливке инструмента, полно п 1,5 - 2 раза увеличить выпуск ревущего инструмента. Прс.'да-яекнне предприятия, имеющие а споен распорялеши цох няп уцэеток литого инструмента, могу? построить производство режущего инструменте фактически по замкнутому циклу, используя оясоду быстрорежущей стали, расходуя липь неболыяоо количество ферросплавов (2-23) на корректировку кихтових материалов, сохраняя при зтсгл дефипртко легкрукзкз добавки. При тсчишс методах отлияки р-о-нуцого инструмента, «зхвпичсская обработка инструмента мо»е? быть сведена только к влкфэаяшт и заточке. Отпадает необходимость в проведении суягчйв-с;-зго отаига пород механической обработкой, литой ннс^рунеит ют.ст эксплуатироваться без операции закалки.

Еол?э зтфзктипнш:, как по прсетоте палучзния фзр:.ги, так и по точности отаквок, явяяется метод литья в сбочочковие фор:."л о вс-польпошзнием цирксноаого концентрата г квпоотво наполнителя форггн.

Порспактипшял методом поггзснця эксплуатационного ресурса питого рокугэго инструмента является 'яшрологлрэпзидае бистророзупгяЯ

отзлг! яглтзаш олсмэнгзмп, ссздгжойст сптифрнкцнсиипй о^тягс: в контактной ясно.

Для про; «зленного огпожгя и внедрения п иоталлообрзботку сыстрорехуслх сталей с анп'.фрикцноишлни с«ойстза?гл необходимо оп-т:ш»э2!роэать «та п шщраурщт ¿:пфодобязк' для ирлмеивния р коп-крот!г.1х зкепдуатоцношлд'х уеяст<:;;гг, обосновать природу асазшзгхзиго действия какрздобаг-ок' уссзанк« элементов п рстго гргшчного ККЯ па 2СМ?ЗЬТ№ГХ: пепоргГОСТЯХ, рзорйбсТйТб ТСХИОЛОГИЧЗСПМ роко-

кондяцгш,

ШЕГНЛТЛ, ОБОРУДОЗ/ЛЗ, 1!ЕТСДП1[А ГН'СВЩЖ! (ВДЗДОДЯП

В к&чеотм олытеих были отобрашд быстрорс-этив стали тзлуч.сго прокзводйтеа и сыплпвяевд п л^бора?срно-пропзг,одстшп!ш: усгоэгхг.

В настся^с-з ср'зпя многие вйдя ре:.-уг,их инструментои изго?аэ?тг-хдотая из С:.1строр0куг.кх стэлей и, п тон число, около 80?> к» огонов-нолегироганной вэльфрсиомолибденовой сачли РШ5 (ГС2Т 19205-7,')),

Быстрорежущая вольфрамомолибденовая сталь Р6М5 была принята к исследованию в качестве базовой. Дополнительно для исследований были приняты быстрорежущие стали АР6М5, P6M5S3 и Р6М5К5 (ГОСТ 19265-73).

Ti! пи_ми идо л е ги^у ющих_до б £ в о к_;_ На основании проведенного анализа патентно-литературных и производственных данных установлено, что основными микродобавками, улучшающими обрабатываемость конструкционных сталей и повышающими износостойкость инструмента in быстрорежущей стали являются поверхностно-активные элементы.

В качестве типов микродобавок для изучения их влияния на комплекс свойств быстрорежущих сталей выбраны:

- сера элементарная молотая ГОСТ 127-64 ( в = 99,3%);

- сульфид марганца (лигатура Mn£ = 20%);

- селенид марганца (лигатура MaSe= 15$);

- селен технический CT-I ( Se = 99$) и СТ-2 (97,5% селена), сю ГОСТ 10298-69;

- теллур технический T-AI (99,93$, теллура), по ГОСТу 9514-60;

Из редкоземельных элементов были выбраны гадолиний, тербий и

гольмий. Изучали в работе влияние как отдельных микродобавок, так и их комплеасные составы.

Выплавку опытных быстрорежущих сталей проводили на высокочастотной установке МГП-Ю2А в кислом 150 кг тигле из отходов сталей и вышедшего из строя инструмента. Раскислялась сталь ферромарганцем и ферросилицием в тигле, после чего разливалась по ковшам, в которых дополнительно раскислялась алюминием или силикокальцием. Гадолиний, гольмий, тербий в количествах 0,0540,40% мае.вводились в ковш на штанге после раскисления стали алюминием или силикокальцием. Микродобавки на основе серы, селена, теллура и соответствующие комплексные составы вводили в расплавленный металл в виде мелкодисперсных порошков в специальных контейнерах.

Опытные образцы из быстрорежущей стали марки Р6М5 получали методом литья по выплавляемым моделям и в оболочковые формы на прошявденной центробежной плавильно-заливочной установке.

Стойкостные испытания режущих пластин с микродобавками проводили по методикам торцевого и продольного точения на универсальном токарно-винторезном станке I6K20 с бесступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя. За критерий стойкости при торцевом точении принимали диаметр, на котором наступал катастрофический износ кромки резца за один проход, а при продольном точении соответственно величину ленточки износа по задней грани за нормируемое время на

выбранных режимах резания. В качестве обрабатываемого материала для торцевого точения использовали диски диаметром 300 мм из сталей 45, 12X171,f и I2XI8KI0TJI, а для продольного точения - заготовки с размерами: диаметр 115 мм и длина 500 мм из стали I2XI6HI0TJI и 45Х.

Обрабатываемость резанием определяли по периоду стойкости ре-кущего инструмента, иероховатости, силам резания и характеру струа-кообраэования при продольном точении стали РШ5 резцом из сплава TI5K6.

Шлифуемость быстрорежущих сталей оценивали по изменениям удельного расхода эльбсра в шлифовальном круге и количества аусте-нита в поверхностном слое. Эксперименты проводили на плоскоалифо-вальном станке модели ЗГ71 на закаленных образцах с размерами 10x10 х55 с использованием эльборовых кругов типа ЛИ1.

Химический состав исследуемых сталей определяли методами спектрального и химического (весового) анализов в соответствии с ГОСТами: 12344-66, 12345-66; 12316-66; 12348-83, 12350-66, 12351-66, 12353-66, 12354-66, 12357-66; 12363-66, 24018.4-80. Определение остаточного содержания РЗМ проводилось методом эмиссионного спектрального анализа. Качественная оценка распределения серы в слитках производилась снятием серных отпечатков по методу Баумана, Состав неметаллических включений в стали определялся методом химического анализа с применением анодного растворения образца. Влияние легирующих микродобавок на структуру и морфологические тита звтек-тик исследовали с помощью металлографического и ректгеноструктурно-го анализов на микроскопах МШ-8,. " MeopHot "-2I" и автоматическом структурном анализаторе " ЕР1ШЛМТ " ♦ Качественный и количественный фазовый состав, период кристаллической решетки аустенита и мартенсита, а также концентрацию углерода.в мартенсите определяли методами рентгеноструктурного анализа с использованием дифрокто-метра ДР0Н-2.0. Микротвердость структурных составляющих литой стали измеряли на приборе ШТ-З. Твердость измеряли на приборах ТК-2М и ТШ-2М,

Точность экспериментов оценивали по величине доверительного интервала и среднеквадратичной погрешности измерений. Используемое оборудование и приборы обеспечивали достаточную достоверность экспериментальных данных.

ИССДЕДОЗАВЕ ВЛИЯНИЯ ЖКРОДОБАШ СЕРЫ, СЕЛЕНА, ТЕЛЛУРА И ИХ КОШЛЕКСНСЙ (ЙКРСЩОВАВШ НЛ СВОЙСТВА ЛИТОЙ ШСТРОРШЩЗЙ СТАЛИ Р6М5

В работ© представлены результата ооттшэации составов литой быстрорежущей стали РоМ5 по структуре и эксплуатационно-технологическим свойствам, характер распределения, размеры и геометрия включений сульфидов, соленидов и теллуридов в стали, которые зависят от типа микродобавки, концентрация целевого иикролегирую-щего элемента и способа его введения. Микродобавки 0,10^0,25% мае. сера в литую быстрорежущую столь способствуют образованию вкляче-ний неправильной формы, расположенных преимущественно по границам дендритов. При введении 0,12*0,24$ мае.селена совместно с 0,11 -г

0,22% мае.г серы в виде лигатур марганца ( Ин£ , ИпЗз ) образуются равномерно распределенные по сечению шлифа округлой и неправильной формы включэшт. Теллур в с-гагдо наблюдается о виде темных включений округлой формы» располагавшихся в мездендритках пространствах. При введении серы ( ЙдВ ) я теллура, последний наблюдается в вид® округлых частиц преимущественно в контакте с сульфидами.

Механические свойства а красностойкость исследуемой быстрорежущей стали с добавками сульфида марганца.при содержании серы 0,10^0,25% мае. остаются на допустимом уровне. С увеличением содержания сери красностойкость незначительно повышается. Повышение твердости на 142 единицы в микролегированной стали объясняется характером изменения макро- и микроструктуры за счет модифицирующего воздействия микродобавок. Сера относится к сильным ферритизагорам и с железом образует твердые растворы внедрения. Частотно замещай углерод в ос-железе, этот элемент сильнее искапает кристаллическую решетку за счет больших атомных радиусов и тем самым в большей степени упрочняет ферритную матрицу, что и определяет повышение вторичной твердости быстрорежущих сталей. Микродобавки'серы 0,10*0,25%мас, способствуют измельчению зерен аустенита и понижению устойчивости переохлажденного аустенита. Глубина обезуглероженного слоя у микролегированных серой сталей по сравнению с базовой значительно не изменяется (рис. I).

Наиболее важным критерием оценки быстрорежущих сталей является комплекс свойств, определяющий производительность и стойкость режущего инструмента. Относительную эффективность микродобавок и влия-

60 sg

53 57

ti^'

Lo «•■«■"'O'-'

КС

ж,

"Ti1""

0,3

Pv3

ai

C¡3 ü Í0

8

ij'l..

ib.

p,' tUJ

P.O 15 10

Cb, г

03

tW

0,3 0Д

Рис«,

ato o,i5 aao

Coí?op:ucitua JC, %

I. Влияние концентрации серн ( МпЗ } на структуру и к хашпеские свойства литой оысгрореяущай стали гЫо;

по-

КС - ударная вязкость; Кр - красностойкость; Еэ - балл зерна; Ао - аустенлт остаточный; Со - слой осезуглеро-яенныи

ние их концентраций на режущие свойства литой быстрорежущей стали Р6М5 определяли из серии опытов методом торцевого точеккя.

Для всех зависимостей, полученных при "точении сталей <15, 12.Х17М, 12ХЮНЮТЛ характерно получение максимумов предельно допустимых скоростей резания, соответствующих определенна« уровням концентрации микролегирующих добавок. С увеличении.! содержания серы до 0,13*0,17$мас.режущие свойства стали Р6М5 повышаются на 10-» -»1555. Однако при содержания серы более 0,20;? мае.эффективность их становится незначительной. Влияние селена на режущие свойства при тех же условиях испытаний и концентрации 0,15-Ю,21* нас.проявляется 5 меньшей мере чем серы. Для теллура оптимальными концентрациями являются 0,25*0,35£мас (рис. 2).

12X1?М По'ъ&С

">л я*

/О

ЦС5 то 0,15 0,20 алз ед

Рис. 2, Влияние концентрации легирующих микродобавок па реьту-

пио свойства инстр.......— """ ......—"-----------и------

РШ5 при. торцевом

пио свойства инструментов из центробсшнолитой стали щевом точении: о д-Мл2с; п-Т1г

С целью установления влияния микродобавок на показатель относительной стойкости была проведена серия опытов при продольной то--гстг.т стали 45Х инструментами на оптимально микрологировааной серой, салено:,:, теллуром стала Р6!!5, Сравнительный анализ полученных экспериментальных да!шых показа«, что интенсивность изменения периода стойкости микрологированного инструмента о зависимости от скорости резания проявляется в большой степени чем базового инструмента (рис. 3). Характерно также, что эффективность микродобавок заметнее проявляется с пошзэннвм скорости резания а пределах 0,Си5,0 и/с. На низких скоростях разания .в пределах 0,4 м/с влияния микродобавок не продышатся.

Оценка,влияния микродобавок на обрабатываемость резанием ч характер стружкообраэовения были проведены на литой быстрорежущей стали Р6М5 с различными вариантами микролегирован.ия 0,10*0,40/£мас. серы. Анализ экспериментальных данных показал, что с повышением содержания серы форма стружки при точении изменяется от длинно-спиральной к дробленно-элементной, проходя стадии петлеобразной и элементно-связанной. Характерное изменение стружкообразования происходит с одновременным уменьшением составляющей силы резания Ре

(рис. 4) по мере повышения концен-

гис.о. влияние скорости реза- тпяпии ™н пп о ДГ/Ямяг ПяльипП-ния на стойкость режущих ин- трацли серы до и,<щшас. дальнеи-

струментов из быстрорежущей шее повышение содержания серы не стали Р6М5, микролегиров.анной пкя..,йярт мияниа на т)ОГ,йсс серой, селеном, теллуром:V = оказывает влияние на процесс

=0,4+1,0 м/с; а = 0,2 мм/об; струякообразования, а значение ве-

беэ=Сб1;'Ма -Тба1ов1яГД-ОЛ355 личины силы Р» ™сла пз"

мае. серы; о-0,21%мас. селе- риода стабилизации незначительно на; п-0,35%мас. теллура. увеличивается до первоначального значения, соответствущего базовой стали. Класс шероховатости й* с увеличением содержания серы до 0,б0/?мас. во всем диапазоне скоростей резания сохраняет тенденцию к повышению, в основном, за счет стабилизации высоты и шага микр-неровностей. Скорость резания и подача оказывают незначительное влияние на характер струякообразования. Степень дробления стружки оцен:шяли с помощью объемного коэффициента ьО , представляющего отношение объема стружки к объему снятого металла.

Результаты испытаний быстрорежущих сталей с микродобавками серы на шлифуемость по методике удельного расхода эльбора удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. С повышением содержания серы шлифуемость стали повышается. Образцы с микродобавками серы имеют на 10$ лучшую шлифуемость по сравнению с базовыми сталями (по критерию 1 /с^, ).

По результатам проведенных испытаний была составлена и реализована программа статистической оптимизации состава литой быстро-

010 У %

ОМА О □ *<1/т11«»л пля А

M

4

ч

П

»T«

ti

\

fi

ÍV-

'•v.J.. I

¡

í

i! Л

0,?

0,6 Û5

¡O

?Ci

5Й 20

P

'v3

í.5

I'.:.

4Í 0,?. Ü3 oji {iß n,ç

4. Влияние шкредобавок серы на технологические свойства ли! otf f«CYpopa:,T¿i9í) стали PSÍ5; - лзяое по эедной поггохнсстп K'ÍC'Í'P¿:!.!S!ÍTÜ{ Rü - aiCQTt» 1.п»ФО}1апо8ностей;

H&- c'.ssa .резания; - обьташий козйицзши? trèpyutai.

ргод»;зй стая. Гяшта ситшизгфуея» варзиотром tíu.ra тбрана прэ-дслшо додустацэч скорость рс^ш-шя при '.торцовой точеши стали Iír47ii!, Исзодя i:a цъмй !мтг'.«г.»зш*те, в- гичзствз ¿suropoe экспзри-Мирана ллт.рушан; »акрэдоС-арки finí; , и тогшерйтура

-еустегщзйгу.я tj . Установлено, то егш с содегггтка О ,lï?> ыьс. сери и 0,Я15?и«с. сслсял И cv темдарйщ« JBöGcü fincar

CToiluoetb, тфег-дамзуо в 1,4« 1,6 рдз сгоГкоггь йарошП ста.>пь

• Пр&бФгсгкнур кипот^ку образошкд « рпгошргпря ey^gsjjmoii игсшш на BOHi'omoíl noscpxiiocwj шгатрумгн?« » моздю ош~

om "ckcíís-ги кг^иглфзестго р f.uí-fysacunoro eygfi&ffcan «a Ro~

ropxnocib. По ЦЗХШЩЧЗСКОЙ 0X0Kî> nc^WÄWKIf 05|?53.ЛГ.ТСЯ

посредствоя ерезедия вдюроежоав иимруиядаюмюго тгркеига еггодя-[."ii'i cspyzyiofî (по породней ROHepjtuocTj?) к оо'раЗатавашдш иогориалои (из оадкгй попэрхчости), ода рргпатся отсстсггсншии so Çopaspona-¡n:o граяютого esoa о«аокя в прадглах -глоэддки фрикционного коятак-«о поагрэдсса ииетрукснуа.

влияние ШР0ЛЕГИР09ЛШЯ РВДОЗЕМЕЛЬШШ ЖГАЯЯШ IIA структуру и свойства шстроршщей стали

В настоящее время недостаточно изучено иикролегирупцее влияние РЗМ на структуру и свойства литых быстрорежущих стилей, в частности, неизвестно индивидуальное влияние гадолиния, гольмия и тербия. С целью определения оптимальных количеств введения в литые быстрорежущие стали гадолиния, гольмия, тербия изучали их влияние на строение и свойства литой быстрорежущей стали Р6М5. При поучении структуры этой стали с микродобавками преаде всего определяли их влияние на величину первичного зерна. Установлено, что исследуемые добавки РЗМ не только измельчают первичное зерно стали Р6М5, но и изменяют.характер эвтектики, которая в стали без добавок имеет скелетообразное строение и образует сплошную сетку вокруг первичных зерен. При переходе в глубь отливки увеличивается размер первичного зерна и огрубляется эвтектическая сетка. Добавка 0,30^мас. гадолиния делает эвтектическую прослойку между зернами основного металла заметно тоньше. Сталь с добавками и,30!? мае. тербия и гольмия имеет те же структурные составляющие, что и предыдущая, но с более утонченной эвтектической сеткой. Увеличение добавок более 0,3($мас. приводит к огрублению эвтектической сетки, хотя величина первичного зерна продолжает уменьшаться.

Модифицирующее действие изучаемых присадок РЗМ осуществляется, видимо,, таким образом:

Благодаря меньшей растворимости РЗМ в & и у - твердых растворах, чем в расплаве, они адсорбируются на поверхности образовавшихся зародышей кристаллов твердой фазы. При этом уменьшается поверхностная энергия на границе тверда: и жидкой фаз, что приводит к уменьшению размеров критического зародыша, увеличению скорости зарождения новой (твердой) фазы, т.е. увеличению числа центров кристаллизации. В результате роста образующихся центров кгчеталлизации концентрация атомов модификатора на их поверхности растет, что в случае больших добавок (больше оптимальной) приводит к"перемодифи-цированию". А это приводит к снижению прочностных и эксплуатационных свойств.

В результате проведенных опытов установлено изменение свойств стали Р6М5 в зависимости от содержания гадолиния, гольмия и тербия. Их остаточное содержание по данным химического анализа в стали составляло 0,05; 0,15; 0,30; 0,40$ по массе Анализ полученных данных

показал, ч?о исследуекае РЗМ полояительно влияют на прочность ста^ яя при содериании 0,15*0,30$. Увеличение их содеряшш свыше 0,30$ змзп&аоу снижение прочностных характеристик. При этом заметно ска-аывается вл..яю13 режимов закалки.

исследование! КСШИЕИ31ЫХ микродобавок ПА сеойлва

шоторшярй стали ра-:5

Целью ко\'п.ча;;саого микролегирования является получение максимально большего числа характеристик н* уровне необходимых требований к ним вь счзт иайт-радкзации отрицательного влияния одного элемента, добавками другого алемзнта, влияние которого на эти свойства подокг. дельно.

Исходя из поставленной задачи проводили комплексное микролеги-рованнз литой бастрорелогЕ-сй стали Р6Й5 радолиниеа и серой в уста-новлонках ранее оитиуашмх пределах (гадолинля 0,15$ мае. сери одз&йс), При исслодоззнг.к структуру комплексно цикрологировакной стоил выявлено равномерное распределение структурах состэвляецих, ненетелдичосюю ввдочения тент $ор>{у глобулей, ряутри сульфидов находятся окисла гадо.т.кия, сыпокнивднз родь затравки ира кристаллизации.

Реэулья&е",? поразили, что отиоедгелыюя стойкость ин-

струисцтй с кикродойарваул гедоятыл 0,'П$Ыс и сера 0,13;^:,гас.ггри обработке стали ЩЛвНЮТ 5: здтиювето ен?л:;;д ВТ-5 в Т,25 раз выше стоййости инй':щшнх\т из ч5оасы>й о если. Чтпент опытной ста-xi: на иггйб в аоддасниоа и «п^дачю;. сосуоэдш '.юкаа&ли, что прочность ^тавч, .".•.чгиропзннс?; (мдогягдеи и серой, шас прочности стдзж без д-.бивок.

врлшбсв&в ?шазо&и№ шэдтут юде/додкнй

и шшо-экон^'-чйздо ттешгсь юдент их В ПРШО^Ж')

в ¡условиях ш««1.>су1>сйтли»'м оцчс^'-ф 1шд-{>е!?а технологи/!' изготовления литого ^^его' йг.сод^пчд из отседав ('нстроржхуц-зй стали гш5 и пояш&нтт сер«, сексла, теллура,

гэдшшик и юс кс^шаьоиадс щтелш^я, Цэлеоообрвзност* ксЯояьво-ьйипя о'х-ходов бусг^^'к^вй с(а.пи «од?»ещд80тоя расчетам^ гхоно-ьггческой персплаг:!1. отзгодоэ.

На гати аодедыс окодкш. «¡агиология отдашря ревучих иастрдоек-'гс-Е 55з иссяодуваих еистр&рьвуаив; стой. Инструменте, получэшгуе

методом литья имеют обозуглеройешгай слой 0,1*3,0 км, что входи? в пределы припуска на механическую обработку.' Производственна испытания литах реаучих инбтрумонтов из иселедузунх быстрорезустос сталей о условиях длительного прерывистого резания доказали своз работоспособность, показав етой^.ч-ть в дза раза преЕыаякдун стойкость инструментов г.з дефориировангай сталей.

При внедрении новой технологии сущостзенно зокрсвдатся прсиз-водст.ое;зшй цикл изготовления режуцзго инструмента, в 3 раза снижается трудоемкость изготовления, на С0-&Ъ% возрастает коэффициент использования материала, вследствие многократного меполь.-гвянкя металла в замкнутом технологической цикле, Ctoh?.,-ctô такого инструмента в 2.5 паза уменьшается. Изготовление инструмента по предложенной технологии экономит дефицитные легирующие с.-сиента и упрекает пооязводство.

ЕЫБСда ПО РАБОТЕ

1. Показана техническая возможность и эконоггичеекая целссообразность использования литого ренуцего инструмента с ма-:ролегиру>-"ппи добавка:-.« РЗМ к хедькогеиов вместо обычно применяют ь г.; чат про:аши;нн;>го производство Стптрореауцюс сталей, подааргаегос горячей деформации и откчгу перед изготовленном инструментов амхг-гпшеской об-^абогкай.

2. В результате статистической оптимизации состава литых бкег-pcpe;.'yc.iix сталей . становлено, что стали с содержанием 0,13^мао.серы> И,21?:изс.селена; 0,35#мас.теллура и закаленные от температуры 1250^' имеет стойкость, прегагегагасув в 1,4*1,5 раз сто.'-'несгь базовой стали.

3. Ьа уровне рабочей гипотезы обсуяденз модель структурного состояния литой быстрорежущей стали с тдифодобэвагш, обеспэчивкс-я-ми существовании еффекта "внутренней смазки", ответственного з& улучшение эксплугтационно-техно.тсгическнх свсРстз режущего инструмента.

-¿. Изучено влияние иккролегиуованип гадолинием, голнием, тербием на структуру и свойства литых быстрорежущих сталей. Наилучшие свойства получаны при иик-золегировзпии стали Рб''5 гадолинием в количество ОЛо^мас. Выявлено отрицательное гтияние ¿адолиния при гведении в сталь выше О.ЗО'Амгс. на вес:, комплекс свойств.

5. Экспериментально показано, что наиболее эффективно комплек-сноо микролегирование быстрорежущей стали, которое не снижал меха-чиччехих свойств, позволяет сократить нормы времени обработки на .15*

¡2(it is снизить рзсход peicyqoro инструмента в 1,5*2,0 раза.

б. Результата исследований внедрена на пяти каииностроитель-hi'.iii заводам при производстве литого регхущего инструмента с микроле-пфумфшц дс.'»явками. Обгдпй экономический эффект от внедрения разработок в производство, подтверждаемый расчетами и актами внедрения, составляет Ivb' тис.руб, Долевое участие автора - 75 тис.руб.

Основное содер.-.аикэ диссертационной работы отражено в следую-lüf-ix публикация;;:

1. Баранников И .К., Ткачук В.И., Федотов А.И. Структура к свойства литоП бысгроремущей стали Р6М5 с добавкам! редкоземельных металлов.// Тер:.!>;ческая обработка стали: Мелгауз.сб./РйОШ. Ростов н/Д. 1931. С. 09-103.

2. Баранников М.М., Мельниченко E.S., Макаренко Л.К.Эксплуатация рожущого инструмента из комплексно кикролегированшх быстрорз-одг.,: стадой//Ториичбскея обработка стали: Межвуз.сб./РКСХЫ. Ростов н/Д. 1991. С. I27-I3I.

3. A.C. 1537843 (СССР) Лигатура для выплавки, раскисления,ле-гкреъаш-ш Ii модифицировании вольфраыомолибденкобальтовой стали для рз&уцзго инструмента. Баранников H.A., Морозов М.Г., Баранников litt, Туров A.C. - Опубл. в БЛ1. 1939. $ 3-1.

4. A.C. 1294871 (СССР) Быстрорежущая сталь. Баранников Ii.М., Морозов К.Г., Баранников М.А. - Опубл. в Б.И. 1987. }? S.

Б. A.C. 1427489 (СССР) Быстрорежущая сталь. Баранников И.1,1., Афанасьев B.C., Макаренко А.К., Баранников М.А., Морозова М.Г. -ДСП. 1983.

6. A.C. 1429553 (СССР) Быстрорежущая сталь. Баранников М.М., Афанасьев В.А., Г'арапников М.А., Макаренко А.К., Морозов М.Г. ДСП. 19с ?.