автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Разработка технологии получения и оптимизация состава порошковых кальцийсодержащих сталей с улучшенной обрабатываемостью резанием

и 3 о I »

Министерство науки, высшей школы и технической политики РФ

Новочеркасск»» ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт имени Серго Орджоникидзе

На правах рукописи ШИШКА Василий Григорьевич

УДК 621.7(52

Разработка технологии получения и оптимизация состава порошковых кальцийсодержащих сталей с улучшенной обрабатываемостью резанием

Специальность 05.16.00 — «Порошковая металлургия и композиционные материалы»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новочеркасск 1292

Работа выполнена на кафедрах «Материаловедение и технология материалов» и «Технологии машиностроения» Новочеркасского ордена Трудового Красного Знамени" поли-' технического института имени Серго Орджоникидзе.

Научные руководители: док юр технических паук, профессор Гоголев А. Я.; доктор технических па\_к Дорофеев В. 10.

Официальные оппоненты: докчор технических наук, профессор Пустовойт В. Н.; кандидат технических наук Стопченко А. Ю.

Ведущее предприятие — НИПТМ, г. Ростов-п/Д.

Защита состоится марта 1992 г. па заседании

специализированного совета К. 063.30.10 в Новочеркасском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте по адресу: 316400, г. Новочеркасск, Ростовская обл. ГСГ1-1, ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «^ » феврали 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета к. т. п., доцент

Горшков С. А.

_ ОБЩАЯ. ХАРАКТЕШСтаКА РАБОТЫ

а..

' 'Актуальность теми. Одним из перспективных направлений деталей являются методы порошковой металлургии, Хи^гищйЛ' паяное место занимает горячая штамповка порис-~ ткх заготовок (Ш1Й), позволяющая получать пороаковые материалы' с высоко]! плотностью. Отработанные схемы формования дают возможность изготавливать изделия'слокной формы, максимально приближенные по размерам к готовым деталям. При этом существенно улучшаются такие показатели технологического процесса, как материало- и трудоемкость, а тзкже .уровень механизации и автоматизации основных технологических операций.

Однако повышение требований к точности изделий,' получаемых по технологии ШЬ, вызывает необходимость усложнения штампового оборудования, что ведет к его удорожат«. Кроме того, методами порошковой металлургии затруднительно получить некоторые элементы деталей г.:зкин (.например, резьбу, поперечные отверстия, канавки и др.). Поэтому технически и экономически оправданным кокет быть применение механической обработки на финпшых операциях технологического процесса получения изделия. Но принадлежность порошковых сталей к классу труднообрабатываемых существенно ухудшает показатели обработ-. кп резанием, сидкает эффективность применения автоматизированного ;.:оталлорз~ужего оборудования в условиях серийного ярзпзйодстря.

Та/.им образом, актуальной задачей является разработка по- _ рслковых сталей,ойеспечквакцих наряду с бцсокейя физико-мехз- ' глческг.м.л свойствам!: и улучшенные их технологические характеристики. Наиболее■перспективным для ее'ранения является .легирование сталей, сочетающееся с оптимизационным подходом к технологическому процессу получения материала. Такие методы рэпэ-л;:я аналогичных задач троко применяются в-мировой практике и позволяют в полной мерз использовать преимущества технологии •порошковой металлургии з различных отраслях, промышленности.

Работа выполнена в соответствии с заданиями единого плана проведения исследований, разработок и опктных работ «¡НТК "Порошковая металлургия" на 1у86-1У;Ю г.г. и 1£Ш г.

Цель л задачи работы. Целью работы являлась разработка технологи;; получения конструкционных порошкозах сталей с высо-

... . 2 кшш механическими и улучш'эншмя та&юлогячэсюши свойствамя.'-

Для достижения поставленной цели решались. следующие задачи:

- обоснование и выбор химических элементов я лигатур для улучшения обрабатываемости резанием высокоплотных порошковых сталей; ' '

- изучение влияния состава исходных компонентов я технологии получения порошковых"сталей-на их физяко-мехакяческие и' технологические свойства;

- исследование кинетики структурообразованяя порошкового материала с улучшенной обрабатываемостью резанием; :

- оптимизация и автоматизация расчета ренимов резакия исследуемих сталей;

- промышленная реализация результатов исследований.

Научная ногязна. Установлена возмокность получения высокоплотных порошковых конструкционных сталей с улучшенной обрабатываемостью резанием за счет легирования кальций- и кальций-фосфорсодержащими соединениями, разлагающимися на стадии спекания с образованием активных восстановительных элемеятоз пли сое;цшений. кальция, фосфора,- углерода, водорода. Показано, что наиболее эффективные соединения - карбид и гипофосфат кальция. _ - . '

Раскрыт механизм структурообразованяя сталей ири высокотемпературном нагреве,, в основе которого-лежат процессы взаимодействия мевду продуктами рззлояешш легирующих присадок я . прпыеснша элементами, присутствующий в состазе.оксидов, ■ сульфидов и алиг'ссидакатов, что обеспечивает рафинирование материала частиц, в первую очередь их поверхностных слоев, и улучшает условия шжча стачного сращивания. Последнее компан--. сярует отрицательное влияние-на физико-механические свойства увеличения. количества включений, локализующихся на меачас-тичнах контактных поверхностях/ обеспечквэюцях улучшение об- . . рабзтаваамоохв резанием. Показано,■что-эффективность'легиро--/ ваняя•определяется' размзрама, формой, локализацией й другими.V характераотишыг.кадьцяйсодергащах вюшч'енйй. ;.'

- - Подучены-ураваанля регрессии,, описывающие-параметры ■процесса резаняя.порошковых, внсокоплогных -конструкционных/^ ,.

кальцийсодергсапдх сталей. Предложена система технических ограничений процесса резания, положенная в основу его оптикизаця-онной математической модели, на оснобзнш: которой разработала программа для расчета на ЭВМ оптимальных ренинов резания.

Практическая ценность. Впервые получены пороиковые высокоплотные конструкционные калыздйсодеркаэде стали с улучшенной обрабатываемостью резанием. Установлено, что оптимальным язля-етсл содержание кальция в пределах 0,03-i0,06 мае./?, а в случае совместного легирования кальцием а фосфором - 0,03*0,06 и 0,05-0,10 иас.% соответственно.

Оптимизированы временной и температурный технологические параметры процесса получения материала. Получены.зависимости сэеямоз резания при точении, сверлении, фрезеровании от химического состава и технологических параметров получения стали.

Показано, что стали на основе распыленных порошков обладают в 2-3 раза лучшей обрабатываемостью резанием чем нз основе восстановленных, сравнимых с первыми по числу неметаллических примесей, в связи с особенностями состояния поверхности ■частиц, отрзкающимися на качестве'сращивания.

- Реализация результатов работа-. Разработан и апробирован в условиях автоматизированного серийного производства технологический процесс изготовления детали типа "стакан" из предложенной квльциПфосфорсэдергащей стали. Экономический эффект, -достигаемый за счет улучшения обрабатываемости резанием при внедрснйи предлокенной cíaля-для данной детали, составляет 7000 руб. в-год. . ;•' ..'

АпообаНия работа. Основные результаты диссертационной работа докладывались' ва , • • •

- УП-й Всесоюзной, научно-технической конференции "Горячее . прессование в порошковой металлургии" {г.Новочеркасск, 1988 г.);

- .ХУ1-Й-Всесоюзной конференции ло порошковой металлургии ' (г.Свердловск, 1Э8Э г.);

- - ХУБ-й Всесоюзной конференции по порооковой металлургии (г.Киев, 1991 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ я полученч положительные реиэния по 4 заявкам на-изобретения. -

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общмх выводов, списка используемой литературы из 143 наименований и приложений, отракающих вопросы внедрения и использования ЭВй!. Она изложена на 153-х страницах машинописного текста и содержит 34 рисунка.-

ОСНОВНОЙ СОДЕР&ШЕ Р<\Е0ТЫ

В впадении показана актуальность .и практическая направленность работа, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В паппой главе проводится анализ вопросов, определяюищх либор направления получения материала, сформулированы цель и задачи исследований.

Повышение требований к точности изделии, получаемых методам 1ИШ, вызывает необходимость или усложнения используемого ¡жмпового оборудования-и его подорожания вследствие зтого, или же введения обработки резанием на заключительных этапах технологического процесса получения детали. Кроме того, некоторые элементы деталей (резьба, поперечные отверстия, канавки и др.) затруднительно получзть методами порошковой металлургии, а экономически и технологически целесообразно проводить ■ соответствуют,'/» механическую обрзботку. Однако-порошковые материалы относятся к классу труднообрабатываемых, в связи с . чем возникает проблема повышения их технологических свойств. Для ее решения предложено проводить легирование. •

'После, анализа влияния ряда, омических элементов с этой целые'бал выбран кальций, который способен улучшать обрабатываемость горячена та шш сталей, не с Ш1етя'механических свойств, а иногда даке улучйзя их.-Кроме того, кальций является распространенным, недорогим и'нетоксичным лзгирушцим элементом. , .

Введение кальция в чистом ейдо' затруднено ввиду ого высоко;: способности к окислении, .а в жидком или газообразном -усдокняе? технологический процесс. Оптимальным яйляется его ' вводанле з виде порошка кальцлйседоркащзго соединения. . Применяемы.: для горячэкатаннах сталей силикокальций-а составе но:,о:;ковоп щхтз сспользозан быть не.ыокат,-так как образую-

вийся оксид кремния позывает износ инструмента. Фторид кальция,-обладающий антифрикционными свойствами п неразлагающийся upл нагреве, улучшает обрабатываемость спеченных ста лай, но эффективен при введении в малых количествах а высокоплотную сталь. 'Определенный интерес представляет легирование рззлэгэвдикися при нагреве соединениями, п частности, карбидом и гидридом кальция, которые позволяют вводить легируемте элемента я восстанавливать некоторую часть келеза в закрытых порах.

Легирование фосфором такие повышает обрабатываемость резанием материалов на ochobs. железа. Поэтому, перспективным является легирозание гппофосфятом й фосфатом кальция. Литературный анализ показал, что вопросы легирования лороекоеы\' . сталей кальцием я фосфором изучены недостаточно. Имеющиеся данные не позволяют создать научно обоснованную технологию получения кальцийг и фосфорсодержащих зысокоплотяых материалов, так как выполненные исследования ограничиваются,- -в основном, спеченными сталями.

Во ятопой глава приводится описание материалов, оборудования л методик проведения экспериментов, которые применялись в работе. ' ' ■

Исследования проводились не следующих материалах: восстановленные келезние порошки марок 2.160.26, ПШЗ 5.160.26 и распыленный IlilP 3.200.28. (ГОСТ 9S4a-8G); (ТУ I4-I-3B82-C5); графит караздзаный ГК-I (ГОСТ 17022-65); порошки гипофосфита : (ГОСТ 11678-75); карбида (ГОСТ 1460-81); гидрида (ТУ 14-Г-1737-76); фторида (-ГОСТ 7167-77); фосфата кальция ' (гест 16306-75). '

для определения'механических- свойств-изготавливались призматические образцы размерами 55x10x10 км." Исследование обрабаталаемостл резанием проводили из кольцевых образцах 60x30x10 мм. Пористые заготовки с остаточной пористостью ¿4+25 % пргссогалл на гидравлических прессах 21Д-125 я П-250. -Нагрел пористых заготовок осуществляли з среде диссоциированного аммиака при температурах 900+1100 °С в силитових печах, а горячую долреессвку - на крпвогшдяом прессе К-2232 и фрикционном молоте с массой ладаг^к частей Ь65 кг.

Изучение структуры я свойств кальцяйсодоркащях горяча- ' ,

штампованных сталей осуществлялось на образцах, которые 'получали по различи»« технологическим вариантам: СХП+ГШ; СХП+ГЛ+ +Б0; СХП+СП+Ш; СХЦ+<Ш+П!кЁ0» где- СХП - статическое холодное прессование^ СП - спекангй (. & - I050-II00 °С, = 60 -мая.); ГШ - горячая итамисвк-а apa' t¿. =í050'°C, Тг = (0;5 m;ií¡/mi,к-+ 2,.0+2,5 кин^ Ш -• ввдсжотамдературный откиг (*¿5=II00 °С, Ts = 60 ман^К

0.бра,зц& для одрэдэ^й-.чйд це.ханйчесхлх свойств изготавливались, дэзваашгй кеяаадьеской обработкой из призматических горачелжадаз-^зл^« затахошк«. Еззришкй-'образцы соответствовала Tijoy» 7 Г0£Ж I497-84» а ДО® асдахаайй на ударную вязкость - типу I ГОСТ 9454-76. .

Анализ микроструктуры производили-" на микроскопе "ÍÍE0PH0T-2I", рентгеноспектральннп микроанализ - на растровом электронно:.! микроскопе с рентгеновским микроаналпзатором ".CAMEBAX-'iBX70", рентгенограммы снимали на дифрзктометре "ЛРОН-3". Плотность материалов определялась гидростатическим взвеииваннем (ГОСТ I88S8-73), содержание углерода - адсорбци-онно-газообменним методом (ГОСТ 12344-73),

В качестве основного оценочного критерия.свойств обрабз-. тываекостп резанием был принят относительный износ инструмента ( h?. ), а соответствующие* его минимальному значении С hcnin ) скорость резаная ( V, ),'температура• в зоне резания ( t0 )• п главная-сила резания ( Pzo ) являются оптимальными. параметрами-, процесса, резания.. Диапазон оптимальных скоростей рейакля (. &.К. ) характеризует площадь, .ограничиваемую нисходящей и; восхоя®цзй ротвями зависимости

Исслздсвавяд: обрабатываемости резанием проводились на стянках. I6K25,. I6K20-IS,. 2AI25, 6Г83. Йспользэвзлаоь стандартные резцы Ci'OCT 188.78 -73), сзсрла (ГрСТ 1020.2-77) и фразы-• (ГОСТ 3755-78 К Еехдотрацию'ей'л оззаная проведала .лря помоги -динамометрической- едс.темы на базе-динамометра УДМ-SOO. Износ инструмента^ одредс-лялся- на микроскопе Е1М, а шероховатость. . поверхности- на дпоинсм- алироскоде' f.S'10-II. •

Точное®, результатов оценивали методами математической • -статдетдогч Сда.глй^Нйскйй анализ получаемых результатов осу-•.. te Щй^ш, "Схахастика-ЗЫ" яа -ЗБК .

"ИСКРЛ-1256".'Апяроксямашш оптимальных параметров резания от определяющих технологических факторов и характеристик материалов проводили методом наименьших квадратов с использованием программ "КНК-ТМ" на ЗШЛ /MCKPA-Ï25S".

3 тоетьей главе приводятся результаты исследований влияния содергания кзльвдйсодсрлаздх легпруюадх присадок (ЛП) на физико-механические свойства и обрабатываемость резанием горя-чештзмпованпых порошковых сталей.

•Установлено, что напменьаее снижение предела прочности и относительного удлинения вызывают гипофоспдт (IK) и карбид (КК) кальция ввиду их более высокой восстановительно!! способности по сравнению с другими Jîil. Эти два соединения и-применялись в дальнейших исследованиях.

Было установлено, что при спекании поз;лга»тся прочностные л пластические свойства сталей, а такта их стабильность, что объясняется полным завершением восстановительно-окислительных реакций с участием продуктов разложения ЛП. Проведение высокотемпературного откига способствует дальнейшему повышению пластичности, однако прочностные характеристики несколько сни--ается.

Введение ГК в стали, получаемые на основе восстановлен- ' nur. яороакоп, привода? к онйезнйо значения относительного удлинения tPnc.ía). Причем, .если при содер,?.лнпи до 0,30-0,60 мае./» ГК сличение незначительно, то пол дальнейшем- его увеличении гюоисходит довольно .резкое падение этих свойств. Стаж, полу- • чоаныз на основе пороги<а IÍZB 5.160,26 пме&т болез низкие их показателя.Саз 30<50 %) по сравнения со сталями, из

lí.if.O»26 я-ПлР' 3'.200.28. Эуо -является-результатом большей загрязненности исходного пороака,- которая обусяовлйвает незавершенность восстановительных процессов и наличие большого числа вяутрлчастнчных неметаллических включений.

Введение в сталь па основе порошка !ИВ 2.160.26 ГК вазы- • ■ лает неоолыгое увеличение ударной вязкости при содержании кальция Cc¿ = 0,06-0,12 (Рис. 16) при большем Сс>_ яро-

леходдт сш'.Еенке этого показателя. Это очевидно связано' с превалированием положительного влияния восстановительных про» itsftcoí ар» uaxuz шчтт Ctt над рззупречвяйЕшм яоздвй-з1>

С1,М!7а

зсо

250

ЕВ

■ Ах ю

ТОО

60

2 00 ¿0

Чсо 20 и

ъбОО 13 6

5С0 4

015 0.30 0.53 1,20 220—1-1-г-1-1 «гг.

¿¡03 И.са 0.12 Ц25 оя Са,нз;.%

О 100 100 200

Ш 5ОН

Рис.1. Влияние содернаняя ГК на физико-мехя-. аяче.скне свойства стали 05п. Неходкий порошок '.

"ГШЗ 2.160.26. Технологический •вариант получения . ■ СХП+РЛ+БО. ;

Рис.2.

Зависимости относительного износа от скорости резания ■при точении. Исходный поро-т шок ПЯВ 2.160.26. Техно/.о-гическнл зарпант получения 'СХП+Ш. I - сталь 05п; 2-5 - сталь.' 05п; содержащая мае.%: 0,005; 0,03;. 0,06; 0,12 мае./? ■ соответственно.

кием новых неметаллических зклюнений, образующихся' в рэзуль- . тато их лротзкзяля. Йра дальнейшем увеличения Са возрастает количество .продуктов реакция в Ееле.зной матрице и ударная вязкость ухудшается-. Для материала на основе ШШ-5.160.26 • указанная тенденция наблюдается только ив спеченных образцах, . а для изготовленных без'предварительного спекзяля характерно ухудшение ударной вязкости при увеличения содержания ГК. Это _ обусловлено восст§новлением'оксидоз-прй спекании. При кратк?-врзмзнном не. нагреве перед Ш такие процессы проходить не, успевают, что приводят.к снижению свойств. •

Материалы' из распыленного порошка отличаются более киз-клка показателями пластичности до сравнению с полученными из ЕВ.¡с.1,50.26. Это обусловлено, во-первых, большим содэрганием

9 '

' ' » . . нерастворимых примесей в распыленном пореике исследуемой марка, а во-вторых, губчатой формой частиц восстановленного порошка, которая благоприятствует протекании сдвиговых деформаций при СХП и Ю, способствующих меэтастачному сратиззкию. Характер ~э зависимостей £,КСи*3(ССх) аналогичен описанному для материалов из ШЭ 2.160.25,

. 'Влияние КК па показатели пластичности аналогично влиянию гипофосфита кальция;

Введение Ш з материалы, получаемые на осноье восстановленных порохков, вызывает снинзниа значений предела прочности (РисЛв) ( ¿. ) как у малоуглеродистых сталей, так л у стзля •40п.. Причем, если при О, ^ 0,06^0,12 мас.£ это ондаенлв незначительно, то прл дальнейшем увеличения Са его интенсивность резко возрастает.

У малоуглеродистых сталей на основе восстановленных по-р0ЕС0в с увеличением содержания ГК наблюдаемся монотонный рост твердости (РясЛг). У-сталей'на основе ПдВ 2.160.26 это происходит а большей, а на основе 1ШЗ 5.160.26 - з меньшей сгапени. Повышение твердости характерно и для большинства сталей с содержанием углерода 0,4 ыас.$. Стали, полученные из порошка ПНР 3.200.28 имеют насколько большие значения ¿>ь к ■твердости, 'чем стали из восстановленных поропков. Однако, по-, казатели пластичности, как это отмечалось вниз, у них никз. Зависимости яз ¿а,НРБ . .' носят идентичный характер.

Введение КК приводит к снижению значений ' ¿а , интенсивность которого значительно больше, чем в случае легирования ГК как углеродистых, так и безуглеродистых материалов. У стали 05п наличие КК вызывает неэаачвтальнсе снинение твердости. Введете КК в сталь 40я, полученную на осноез ПЕР 3.200.28, не оказывает влияния на твердость. Для аналогичного материала из,ПЯВ 2.160.25 увеличение содержания КК из вызывает изменения твердости. •'...''."■

Немонотонный характер снижения■предела прочности при легировании КК я ТЕ объясняется действием тех гга механизмов, которые были описана для зависимостей характеристик'пластач-:остл.

Зависимости механических'свойств от содержания ГК и КК

носят аналогичная характер, что позволяет говорить о преобладала влйяшк! на них • Однако при легяровалдя ГГ. обздй уровень свойств .несколько выше. КК .обладает меньшим воестзиоза-телькым тф^ктом, чек Ш, поэтому наблюдается более сильное сникенкс значений характеристик прочности и пластичности б результате разупрочн-яюдаго действия продуктов окисления.

Установлено, что оптпизльным является время нагрева перед ]ЛП2, при отсутствии операция спекания, выбираемое из расчета 0,6 мин/мм+2-}2,5 мин при температуре 1100-1050 °С.

Изучение закономерностей влияния кгльцяйсодес^адпх Л¡7 нз параметр; процесса резания производили при точении, сверлен;::! к фрезеровании. Ь работе приводятся зависимости h0*j-(V) для сталей, легированных ГК'иКК, полученных из различных порошков при токарной обработка (подача ¿»0 0,2 мм/об, глуби,нз реззкия t - 0,5 мм). i!x анализ поззодяет констатировать, что с увеличением содерщкия кальция до 0,03 мас./í происходит сни-i%;iiat! Л» и расетрешге üV0 (Рис.2). При дальнейшем его увелн-чокии аддитивность воздействия Jul несколько уменьпается, нивелируется ^однообразность зависимости h *//Vj . Воздействие íí¡ и КК на обрабатываемость резанием порошковых сталей аналогично, что позволяет сделать вывод с преобладающем влиянии на лаз калыш Ябзаяасако' от характера его соединения, но в случае ГК износ инструмента несколько нивд. Ир:' введении Jill ь труднообрабатываемую сталь яа основе 2.160.20 ft* снижается а 3—4 раза, М возрастает на 20-30 лУв на 30-Í0 .

Кроме того, установлено, что стали аз основе распиленного порошка П£Р 3.200.28 лыеот в 2-3 раза лучзую обрабатываемость jK3brtí!SA*». чем к5 2.160,¿6. Это связано с сссбенкоо-Sffij состояния поверхности частиц, ограад;:ху.мпся на ¡ячестве срацяьаЕйЯ..Стали на основе 1Г£Б ь.160.25 обрабатываются в т,5~2 .pasa лучае, чем из ШьВ 2,150.26 -из-зэ повышенного ссдер-яашд сульфидна* прамеоей. Поэтов воздействие ЛП из стала из П2В 2.160.25. УвелшчвИ28 содеркааая углерода п стал;: до 0,4 mcS не зызиааот качзсяяеяйнх изменений гаавсккои-еЯ.' h¿¿.(V) ; .. ■..-■; . / ; *"■ J -V * ;Ь9 . стабильность яохеваишз. рбрзбзтаьйепсотя. голулиаоль-•VX/9 'в,тйЯййв::ОЕ88аЕаег ¿ведваге _уехвоаогячзскдй процесс по-'

■ . 11 лучения сталей операция спекания. Цазлучзат стабильность отмечается у стали, полученной по Технологического/ реЕ-тму. гклгоча-ющему помимо горячо!! обработки давлением опэ-рз-цж спекания и высокотемпературного отгага. При механической оорэботнг кзль-цайсодврваэдх порошковых сталеЯ во всем диапазоне- оптимальных скоростей резания образуется легко дрсбяцзяся спгрздькай сливная стоукка, что позволяет использовать автоматизированное оборудование для изготовления деталей из з-ткх стадей. Качество обработанной поверхности кальшгйсодэргащн: штерпл-лав' несколько вы, чем у нелегироваяяых»

Сопоставление показателей обрабатываемости с прочностными свойствами сталей, полученных по различным технологически« ро-яимам, указывает нэ корреляцию меэду яямл. Более высокие показатели обрабатываемости яабдздавтся у сталей с пониженными механическими свойства;/.;!, а наилучшая стабильность показателей обрабатываемости - у сталзи с более стабильными механически;.'.;! своистзагли. Выявленные закономерности наблюдаются как у яелегя-розанлых сталей, так и у сталей с различным количеством кэль-цийсодзрпащлх легирующих присадок, в том числе и у сталей оптимального химического состава.

Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что .процессы, протекающие лра струятурообразоваппя сталей с добавками кальцийсодерлэш'х ЛП, :-:рзткозремеяан„ ко- их. протека яке .достаточно времен;! иагрзза заготовок до- темозратур,, необходимых для горячей обработки давлением поргстаг cfopsoscE- Операции.спекания и высокотемпературного откяга- зо-лдейстЕугугг,.глазным образом, -но стзльяуо матрицу, чем it определяя?? сесйства материалов в процессе их обработка резанием:.. •■ •

' С целью определения .функциональней з&вгснкстапг ептзмэль-шх параметров процесса резания от техаолопяаекзг факторов я свойств материала был поставлен полнойактср-ныТг зкстесг-гн-нт.-23. Уровни' я интервалы варьирования подачей, гяубдяо'г рэагашр и содержанием ЯП в «атеспаде знбкрздась исходя из ycmtóí преимущественного лрякеяеяяя чистовой, обрябокш. В результяте/математической обработки эксперимент?льешг.даяанх 'праг уровне.-значимости Р == 0,У5 бала-получена,-адекгатяае. уравнения ркп-рессия. . : ■ ■ .•..-■•■-•- <---'•':' .-

В четвертой главе приводятся результата исследований основных* закономерностей структурообразования квлышПсодеркз-цкх горячеитамдованных порошковых сталей, которое протекает на всех, этапах технологии ГИЛЬ.'

Равномерность распределения Jill в пихте определялась при ее перемешивании ,в конусном смесителе.' ГК. и КК вводились в Еиде порошков двумя способами. Первый заключался в засыпке порошка ЛП непосредственно в скгспхедь вместе с остальными комлонектзьш. Ъторой - ё-предварительном смешивании ЛП с I кас.£ .стеарата'цинка, б течение.IQ шш. Наилучшая равномерность достигается в. последнем случае при предо леи т е ль но о тк ' смешивания 30-40 ш. • '

Нагрев перед ИЛЬ или при спекании,приводит к разложение ГК на Са . , И *-РОг . Кальций,;водород и оксид фосфора (1У), окисляясь, восстанавливают.оксиды, которые, входя? . ь состав исходного порошке г.елёза. Одна часть продуктов разложения взаимодействует с .алшрсияак8'геми,. поникая их твер-~ дость в 1,5+2.,О раз2,',иля образует легкоплавкую гвтектику на основе' Р /, Са , Мп 5 и оксидов келеза, ок£н-товаььюлогю ади.',осил;каты илл создающую отдельные включения, другая, возле которой не оказалось частиц'второй, фазы - обра-:' . эует.кеше включения из оксидов цосфора и уальц."л. Аизлиз процессов, -;зротекан^нх при адгргьё поровковой стйвк,. лзгвро-- венной ГК, показал, что воемо&но выгорание фосфорсодерга^х ' вешеств в случае, ¿ianpiiv.cp, взаимодепствля РОг -с водородом -заздгаой .втмосфери, однако этого нз происходит,-о чем свидетельствуют результата исследований химического состава, выполнявшихся на_вс£2 технологических этапах получения материала . - , - '

При горячей штамповке деформируются как сама заготовка, так у. частиц« материала л 'сэставяяетяе их, зерна. Кзльцпйалю-мосиликатяьз.включения и оксиды фосфорз такге подвергаете деформации и дробленяа. Фосфорсодершашзя евтектика" "расплос- -КЕвзетсл" а ерчоб^гае?-яваравшшаую Jcpwy. '■" ....

" 'Бнсокотейпера^уранй .отта*- узолачаиз? средний рагмер зе~ -рьн- аелазкой основы к снкизе7 ..йкутреаказ аеяскв.ойая после-Ш.

Переход фосфорсодергтцих соединений в нидк.;э фазу приводит к обволакивании ;;;ли частиц второй фазы йли образованию эвтектических включения на бывших мзжчзстичмых границах.

При легирования стали КК происходит его термическая диссоциация с'образованием активного кальция а атомарного углерода. Они взаимодействуют с неметаллическими включениями, образуя кзльцийэлЕмоспдлкати и сульфата кальция. Одна часть частиц кальция и углерода, контактипугдих с оксидами железа, восстанавливает их, другзя, находящаяся на поверхности пор, -окисляется, забирая кислород воздуха, И в тем, и в другом случае создаются новые включения Са.0 - Ь отличие от ГК продукта рэзлозэнкя КК не образуют жидкую фазу, б остальном процессы структурообразования сталей легированных этими соединениями, носят аналогичный характер.

Описанными выше особенностями протекания указанных процессов мэию объяснить свойства кальцийсодэр'гаи'дх сталей в зависимости от СГд . При Сед < 0,03 .гас.;,) продукты распада взаимодействуют с единичными неметаллическими включениями и образуют незначительное число новых. При увеличении

С* до 0,05-0,12, мае.р ГК и КК взаимодействуат с большим числом включений, образуя соответственно большее количество новых. Незначительнее енлкекне продела прочности и относительного удлинения вызвано тем, что восстановительно-окиелятедьные процессы обеспечивает рзфи ¡¡прозаике материала частиц, в первую очередь, их поверхностных слоев, и, тем самым, улучшаю? условия меячастичного сращивания. Последнее компенсирует отрицательное' влияние на физико-механические свойства увеличения количества включений, локализующихся' на кэкчзстичных контактных поверхностях. Такая локализация обеспечивает улучшение обрабатываемости резанием. Незначительное увеличение ударной ачзкости объясняется, помимо улучшения условий мэкчастичкого срасщвандя, демпфирующими свойствами кальцяй^осфорных а онепднокальциевах частиц. При дальнейшем увеличении Сел значительно возрастает число вновь образуемых калъцийсодерзащих включений, что приводит к разупрочнению материала и.резкому ухудшению свойств.

Рост твердости при легировании Ш зазван увеличением количестве фосфедной эвтектики, имеющей более высокую чем материал матрицы твердость. При легирования КК этого не происходит.

Улучшение обрабатываемости резанием объясняется caocoú-яостьс кальция создавать на рекущей кромке эффективную зас-тойнус зону из неметаллических включений, которая предохраняет твердосплавной инструмент от диффузнойного износа. Снижение твердости алюмосиликатов и обволакивание их "мягкими" оксидам!'! с ни хает абразивный износ. У сталей, легированных ГК, в зоне резания образуется жидкая фаза, облегчающая процесс струскоотделеяил благодаря эй-е к ту Ребиндера, поэтому они имеет несколько лучлув обрабатываемость.

В пятой главе рассмотрена вопроси создания математической модели процесса резания и применения разработанного материала для изготовления детали типа, "стакан". •

На основании полученных ранее-уравнений регрессии и ограничений, накладываемых' возможностями станков и инстру- ■ мента, разработана математическая иодель определения опти-кальmz режимов резания хальцийсодераащих порошковых сталей с цельв достижения максимальной производительности процесса .. обработки, .данная модель реализована к программе для 3B.'í "Искра-I 256". '

Разработавшая кальщ',Псодеркаи;ал сталь применена для изготовления детали типе "стакан". Ранее.она изготавливалась из трубы стали 1С, коэффициент использования металла ( К ) составлял 0,395. Получение данной детали методом ГШПЗ позволило понь'сить • •' К до 0,63Ь.

Вайю подчеркнуть, что внедрение СезкзльциевоЯ стали на основе порошка Ша 2.I60.2G. оказадооь новозмо.аякм, так 'как она язляется труднообрабатываемой, пра ее испсльзозз-■ кии резко снизилась стойкость инструмента, а устойчивая слиЕная .струнка, образующаяся "в-процессе, резания, затрудняла работу автоматизированного оборудования. . .

.. ' Равработаышй технологический процесс-.изготовления данной металл изкальцийссдерЕащеЕ'.Порошковой -стали 'поевелид в .'■ -3,7; раза\слиаить износ йветруквнтэ^-ий 15-^'-увеличить схо- .:

расть резания. Кроме того, были снижены затраты на станочное обслуживание,. так как зо время обработки образуется ломкая спиральная стружка. Экономический эфрект, полученный благодаря улучшению технологических свойств стали, составил 7000. руб.

обдоз вывода

1. Установлена возмонность получения порошковых высокоплотных конструкционных сталей с улучшенной обрабатываемостью резанием за счет легирования кальций- и кальцийфос-форсодерзащиия соединениями, разлагающимися на стадии спекания с образованием активных восстановительных элементов

или соединений кальция, фосфора, углерода, водорода.

2. Показано, что наиболее эффективные легирующие присадки - карбид и гипофосфдт кальция. Они вызывают незначительное снижение предела прочности и относительного удлинения, значительно улучшают обрабатываемость резанием, нетоксичны и срзв-

. пепельно недороги.

3. Раскрыт механизм структуре о бра з'оза ния сталей при высокотемпературном нагреве, з .основе которого лежат процессы

;взаимодействия мекду продуктами разложения леглруюаих присадок и примесными элементами, присутствующими з составе оксидов;. сульфидов я алюмосиликатов, что обеспечивает рафинирование материала частиц, в первую очередь, их поверхностных сло5.в, и улучэает условия мелчастичною сращивания. Последнее компенсирует отрицательное влияние на физико-механические свойства увеличения количества включений, .локализующихся- на мзкчастичннх контактных поверхностях, а обеспечивающих улучшение обрабатываемости рз завязи. Показано, что эффекюш-. кость легирования определяется размерами, формой, лоаалаза-дией и, другими характеристиками, кальцийсодергапщх.включений.

4". Определено оптимальное' содержание''.кальция з дороаао-

иах статях - 0,03->0,06 мас.%', а в случае совместного легирования кальцием и фосфором - 0,03-Ю,06 и 0,05-Ю,10 иас.%, соответственно. íipn 0,03-tQ,06 мае./2 влияние ЯП на механические свойства и обрабатываемость резанием незначительно. А при Ссл^ 0,03-0,05 иас.% эти свойства закатно снижаются.

0. Предложено двухступенчатое смешивание, позволявшее более равномерно распределить легирующие присадки в объеме шихты. Оптимизированы время и температура нагрева заготовок при спекании и перед горячей штамповкой.

6. Получана зависимости параметров резания при точении, сверлении, фрезеровании от химического состава и технологических параметров получения стал;;. Предложены уравнения регрессии г. описывающие эти зависимости. Установлена система технических ограничений, положенная в основу оптимизационной математической модели резания, на основании которой разработана программа для расчета на ЗЬ.М оптимальных рекимов резания. Показано, что стали на основе распыленных порошков обладают в два-три раза лучшей обрабатываемостью резанием по сраььеаив со сходными по содержание. примесных элементов гос-с.тьиозленнымл порошками, Это связано с ссооенностямк состояния поверхностей частиц, отрЭЕйадпмяся на качестве ерзшпвз-

¡Utj:.

?. Разработанный технологический процесс, обработки детали типа '"стакан" из яредлогенноЗ кальцнйсодерззшеп стали апробирован в условиях серийного автоматизированного производства. Экономический гфйект, получаемы;; за счет улучшения со-рабатываекостл' резанием, составляет 7000 руб.

Основк-е положения диссортакаи осуоликовзны ъ с::здук;:;пх работах: ,

1. Сксрикоз A.b., Малеванный В.И., Козлов ¿¡.В.,

шишка В.Г, Оптимизация рзкимоь- резания горячеатампованных порошковых сталей/Дез.докл.УП' -Ьсесоаз.науч,-техн.конф. "Горячее; прессование з порошковой металлургии".-Новочеркасск, I9ií.-С.IIB-119.

2.,Скорикоз A.B., Ызлеязннкй Б.И., Козлов З.Ь., Шишка В.Г. Повышение эффективности обрабатываемости рззаниом

горячеппампоиаппих порошковых еталеп методом легирования кальчнн-содержащпмн соединениями //Тез. докл. XVI Ьсесою ;н. конф. по порош-кошт ме 1аллурпш. — Спсрдлшюк, 11)89. — С. 56.

3. Скорпков А. 15., Козлов Е- В., Шишка В. Г., Еремеева Ж- В. Особенности получения высоким« пюЛ порошковой стала с \.|ум:е1шими технологическими п механическими сьоПавами //Тез докл. регион, мшф. молодых ученых к сисцнаднс:ов научных организаций к предпрнн I ин.— Пермь, 11Д90. -- С. 33.

4. Скорчкои А. В., Козлов Е. В., Шишка В. Г., Еремеева Ж. В. Основные папралленпя ул\ чтения обрабатызасмости конструкционных сталей /Ноиочсрк. политехи. ин-т. — Новочеркасск, 1991. — 28 с. — Доп. в 1ШИИТ:>.МР 2.12.91, 115.

5. Скорпков А. В., Козлов Е. 15., Шишка 15. Г., Еремеева Ж. В., Веропаха Д. П. Калыы ч-одерлдшше сиил улучшенной (юраиатыиаемосш резанном /Новочерк. политехи, ии-т. — Новочерк. политехи. чн-т. — Новочеркасск, 1091. — 13 с. — Деи. в ВШШТЭ.МР 2.12.91. ,\» 114.

6. Порошковая нонечрхкдноииня сгаль / Ю. Г. Дорофеев, А. В. Скорпков, Е. 15. Козлов, Ж. В. Ьредксва, В. Г. Шпака - но.чпкнт. решение на заявку .V 48987;;, щыаяю 2,01.91.

7. Способ получения ,\оис 1 р\ кинопион порошковой спми /К). Г. Дорофеев, А. 15. Сы.риков, Е. В. Козлов, В. Г. Шишка. Ж. В. Еремеева — положи!, решение на заявку .М- 4Ю212;;, иринаю 29.04.91.

8. Способ получения конструкционной порошковой стали ДО. Г. Дорофеев, А. 15. Скориков, П. В. Ко!лов, Н. Г. Шишка, Ж. В. Еремеева — положит. рсикнас на заявку ЛЬ 48988;)!), принято 27.03.!)!.

!). Способ получения ко чсфукпиошюн порошковой пала /'Л. Г. Дорофеев,, Л. 15. Скорпков, Е. В. Козлов, В. Е. Шишка и др. — .положит, решение на заявку .V: 12938, принял. 22.04.9!.

Подписано к печати 10.02.92. Обнем Е0 и. л. Тираж 100 жг Зав.. 183.

340400, Новочеркасск Ростовской обл., ул. Просвсщсияя, 132.