автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Закономерности хрупкого разрушения и их применение для анализа упрочняющих технологий, структурно-энергетического состояния закаленных сталей и предотвращения поломок протяжек

На правах рукописи.

Нуждина Татьяна Валентиновна

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ АНАЛИЗА УПРОЧНЯЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ, СТРУКТУРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗАКАЛЕННЫХ СТАЛЕЙ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПОЛОМОК ПРОТЯЖЕК

Специальность 05.16.01 -Металловедение и термическая обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2006

Работа выполнена в Нижегородском государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Вениамин Аркадьевич Скуднов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Владимир Николаевич Перевезенцев кандидат технических наук Игорь Михайлович Питиримов Ведущая организация: Инструментальное производство ОАО «ГАЗ»

Защита диссертации состоится 15 декабря 2006 года в 13.00 час на заседании диссертационного совета Д 212.165.07 НГТУ по адресу: 603600, Н.Новгород, ГСП 41, ул. Минина 24^ корп. 1, ауд.258

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГТУ Автореферат разослан «13» ноября...2006 года

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор

В.А. Ульянов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Хрупкое разрушение является сложным явлением и характерно для быстрорежущих (типа Р6М5, PI 8 при HRC 62-64), штамповых сталей, чугунов и других материалов. Причинами хрупкого разрушения быстрорежущих сталей являются сложное структурно-энергетическое состояние, геометрия инструментов типа протяжек и динамические нагрузки при их работе. Сложная геометрия инструмента усиливает отрицательную роль напряженного состояния трехосного растяжения и снижает предельную деформацию закаленной стали практически до нуля. При удлинении энергетическим условием разрушения является распространение острых трещин Гриффитса. При удлинении 6>0 распространению трещин предшествует пластическая деформация, обеспечивающая зарождение трещин. Следовательно, физические условия наступления хрупкого разрушения являются комплексными: энергетическими и деформационными. В работах В.И. Владимирова, В.И. Бетехтина, Е.М. Савицкого, B.JI. Колмогорова, A.C. Тихонова, М.А. Зайкова, М.Я. Дзугутова, Ю.Н., Ргботнова, В.А. Скуднова, В.В. Рыбина, В.А. Лихачева и других обсуждались закономерности предельной деформации металлов в зависимости от металлургических, физических, технологических факторов. При этом использованы представления о конкуренции процессов пластической деформации и разрушения, которые идут в нагруженном теле с момента приложения нагрузки до распада образца на части. В этих работах отчетливо представлена роль силовых, временных, энергетических, пространственно-геометрических факторов и повреждаемости. Однако закономерности предельной деформации хрупких материалов в интервале удлинений ô, совпадающих с относительным сужением у в пределах от 0 до 10% (до момента образования сосредоточенной шейки в образце при растяжении), в литературе систематизированы недостаточно. При анализе хрупких разрушений представляет большие трудности выделение роли структурных, пространственно-геометрических, фрактальных, энергетических факторов в общей кинетике разрушения. Несмотря на многочисленные работы А. Гриффитса, Я.Б. Фридмана, Я.М. Потака, H.H. Давиденкова, J1.C. Кремнева, В.Н. Гриднева, Ю.М. Мешкова, В.М. Финкеля и многих других исследователей, посвященные анализу хрупкого разрушения высокотвердых, литых сталей и сплавов и прочих материалов, актуальной является проблема разработки уравнения связи предельных характеристик хрупких материалов с твердостью, морфологией и фрактальностью структуры, дефектностью, релаксацией напряжений, степенью разрыхления материала, поверхностной энергией, напряженно деформированным состоянием.

Цель работы. Комплексное изучение природы и закономерностей хрупкого разрушения и их применение для анализа технологий, структурно-энергетического состояния материалов (быстрорежущих сталей, чугунов, гра-фитизированных и штамповых сталей и других) и разработка мероприятий по предотвращению разрушений инструментов сложной геометрической формы (типа протяжек).

Программа работы включала решение следующих задач: 1. Составление уравнения и выявление закономерностей связи предельной деформации стали (в пределах от 0 до 10%) с внутренними факторами (размер, концентрация, форма, фрактальная размерность карбидов, плотность металла) и

внешними факторами (геометрия инструмента и нагрузка) быстрорежущих сталей.

2. Использование полученных закономерностей поведения предельной деформации для анализа упрочняющих технологий, обеспечивающих получение оптимальных структур и повышение норм стойкости и надежности инструмента.

3. Изучение структурно-энергетических состояний быстрорежущих сталей в зависимости от:

а) формы, количества (концентрации) карбидов после термической обработки;

б) напряженно-деформированного состояния инструмента сложной геометрии, включающей расчеты:

- коэффициентов сложности геометрической формы протяжек;

-общего показателя напряженного состояния, зависящего от твердости, концентрации напряжений, прилагаемых нагрузок в различных участках протяжек и сравнение с уровнем механических свойств стали;

4. Изучение методики и расчет фрактальной размерности границ карбидов.

5. Выявление значимости внутренних и внешних факторов по влиянию на предельную деформацию до разрушения методом дисперсионного анализа.

6. Определение физических (плотность), механических (твердость) свойств и структуры (макроанализ изломов, микроанализ, рентгеноструктурный анализ) стали S700 подвергнутой различным видам термической обработки.

7. Расчеты величин энергоемкости, критерия зарождения трещин (для чугу-нов, инструментальных и графитизированных сталей) и установление их взаимосвязи с величиной предельных деформаций в пределах закона сохранения постоянства деформированного объема, выражающегося уравнением (1+5)(1-ц/)=1, т.е. когда 5=ц/.

8. Разработка мероприятий по предотвращению разрушения протяжек и разработки перспективных технологий.

Объекты исследований:

Инструментальные быстрорежущие стали Р6М5, S700 фирмы BÖHLER (по химическому составу Р9М4К10); чугун (ковкий, высокопрочный); графитизи-рованные стали с различной дисперсностью графита Г1 (средний размер частиц 1,3 мкм), Г4 (размер частиц 4,99 мкм), Г6 (размер частиц 9,24 мкм); сталь Гад-фильда 110Г13Л, штамповые стали марок 5ХНМ, ЗХЗМЗФ, 4Х5МФ1С, 4ХМФС.

Методы исследования: оптическая микроскопия (макро- и микроанализ) на микроскопах типа МБС-10 и МИМ-7 с применением цифрового фотографирования; механические испытания на растяжение (УМЭ-10Т), твердость по Рок-веллу (ТК-2), Виккерсу (Zwick), рентгенофазовый анализ (ДРОН-2); гидростатическое взвешивание (весы аналитические ВЛА-200г-М) для определения плотности; аналитические методы: статистическая обработка данных (оценка точности измерений, дисперсионный анализ) с использованием Excel 2004, анализ сложности геометрической формы с применением программы AutoCAD Mechanical 6 Power Pack.

Научная новизна.

1. Составление уравнения и выявление общих закономерностей поведения предельной деформации до разрушения хрупких материалов при удлинениях от 0% до 10% в зависимости от внутренних (параметры структуры) и внешних факторов (геометрия, нагрузка, напряженное состояние и других).

2. Комплексное изучение структурно-энергетических состояний быстрорежущей стали с учетом фрактальной размерности границ карбидов.

3. Общая оценка напряженно-деформированного состояния сталей, включающая: расчеты напряженного состояния по твердости в деталях, подвергнутых объемной и поверхностной термической обработке; коэффициентов сложности формы различных деталей; коэффициента концентрации напряжений от нагрузок в различных участках протяжки.

4. Установление значимости факторов (твердости, общего коэффициента концентрации напряженного состояния по геометрии изделия, коэффициентов сложности формы по площади поверхности и по соотношению площадей поперечного сечения по зубу и по впадине) по влиянию на предельную деформацию до разрушения методом дисперсионного анализа.

5. Установление общей для всех металлов связи критерия зарождения трещин с величиной удлинения на основе комплексности условий хрупкого разрушения.

6. Установление влияния различных режимов отпуска на плотность быстрорежущей стали.

Практическая ценность данной работы заключается в следующем:

- установлены критерии оценки качества инструментальных сталей по величине предельной деформации и критерию зарождения трещин после упрочняющих технологий;

- рассчитаны коэффициенты сложности геометрической формы протяжек и установлено их влияние на концентрацию напряжений по опасным (слабым) сечениям протяжек, на показатель напряженного состояния изделия, на снижение предельной деформации и критерия зарождения трещин;

- на основе установленных закономерностей хрупкого разрушения материалов разработан алгоритм анализа упрочняющих технологий, обеспечивающий нахождение путей повышения качества изделий;

- проведено и проанализировано 15 упрочняющих технологий термической и комбинированной термической и импульсно-магнитной обработок стали 8700, для которой установлены оптимальные режимы обработки, обеспечивающие повышенные плотность металла, предельную деформацию до разрушения, критерий зарождения трещин и меньший уровень микронапряжений;

- апробирована методика количественной оценки зубчатости границ карбидов с помощью фрактальной размерности и показано, что с увеличением зубчатости концентрация напряжений снижается, пластичность сталей повышается, следовательно, надежность работы инструмента повышается;

Апробация работы. Отдельные этапы и основное содержание работы докладывались на II Региональной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки Нижегородского региона» 16 мая 2003г; 9-й Нижегородской сессия молодых ученых (Технические науки) 10-14 февраля 2004г; Научно-технической конференции молодых ученых и студентов, ННИИРТ 5-6 мая 2004г.; IV Международном междисциплинарном симпозиуме «Фракталы и

прикладная синергетика», Москва 14-17 ноября 2005 г.; 10-й Нижегородской сессии молодых ученых (Технические науки) 27-3 февраля 2005г.; IV Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки Нижегородского региона» 26-27 мая 2005г; 11-й Нижегородской сессии молодых ученых (Технические науки), 12-16 февраля 2006г; V Международной научно-технической конференции «Будущее технической науки Нижегородского региона» 19 мая 2006г.

Работа поддержана ФЦП «Интеграция» в рамках УНЦ НГТУ «Физические технологии в машиностроении» по направлению «Разработка научных основ низко- и высокоупрочняющих технологий на основе исследований закономерностей поведения структур, строения изломов и предельных характеристик металлов» в период с 2003 по 2005 годы.

Публикации: основное содержание диссертации опубликовано в 13 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, списка литературы и пяти приложений. Содержит текст на 193 страницах, 57 таблиц, 55 рисунков (включая фотографии микро- и макроструктур), список литературы из 100 наименований, приложения в виде таблиц и рисунков и двух актов внедрения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность проблемы, определена цель работы и программа исследований.

В первой главе приводятся литературные и производственные данные ОАО «ГАЗ» по исследованию новых марок инструментальной быстрорежущей стали, режимов термической обработки и технологий по упрочнению поверхности инструмента, химический состав некоторых быстрорежущих сталей, режимы термообработки, виды напряженного состояния и классификация трещин, виды поломок и разрушений инструмента, влияние прокаливаемости и закаливаемости на образование трещин. Приводится анализ теорий А. Гриффитса, Л.С. Кремне-ва, Ю.М. Мешкова, И.А. Одинга, B.C. Ивановой, А.П. Гуляева о хрупком разрушении материалов. Показано отсутствие сведений о влиянии структурных факторов (повреждаемости, формы и количества карбидов) и внешних факторов (концентраторов напряжений, связанных со сложной геометрией изделий, нагрузки) на предельную деформацию; расчетов оценки сложности формы инструмента (геометрии изделия). Отмечено, что контроль качества инструмента, проводимый металлографическим способом и по значениям твердости, недостаточен.

На основании выявленных недостатков сформулирована программа работы.

Во- второй главе составлено уравнение для получения закономерностей хрупкого разрушения металлических сплавов с относительным удлинением 5 от 1 до 10%.

Условие распространения острых трещин Гриффитса для стекла с 5=0 в условиях самого опасного плоско-деформированного состояния имеет вид

UK? ^ 2 ' • (1)

упР 2Е яс(1 — v ) ; , , •

где с-концентратор напряжении от трещины с критическим размером 2с; у5-

поверхностная энергия, икр - упругая энергия, Е- модуль упругости, и-

упр

2

коэффициент Пуассона, ан — критическое напряжение, зависящее от напряженного состояния.

В работе Ю.Я. Мешкова показано, что в макромеханике разрушения металлов, где пластические эффекты нарушают строгость решения Гриффитса, этот критерий не применим. На этом основании энергетическое условие для материалов с 8>0, учитывая (1)

,(*0,2 +огУ\. _1А____Уэфф

где )УС =1

VупР +=^+ \епред(П) = " 2 - ,,, (2)

£пред ~ предельная удельная энергия деформации, опреде-

2 у

ляется на стадии пластической деформации как площадь под диаграммой растяжения образца; П - показатель напряженного состояния; уэфф — поверхностная энергия металла

{—1

гэфф=г51п (3)

где (7 - модуль сдвига, МПа.

Из анализа (1) и (2) видно, что уэфф относится к периметру имеющейся трещины с размером 2с. Поверхностную энергию металла уэфф следует относить

к самому опасному компоненту структуры, являющимся концентратором напряжений. В структуре стали концентрация напряжений возможна от границ зерен, полос скольжения, вредных примесей, карбидов. Если считать, что кроме карбидов остальные параметры структуры создают незначительные концентрации напряжений, то поверхностную энергию следует относить к карбиду, имеющему ряд параметров: Л(Зкарб (периметр карбида), И (фрактальная размерность), К™Рформы(коэффициент сложности формы карбида), а (микронапряжения, определяемые как искажения решетки), N (концентрация карбидов). Представим (2), с учетом существования внутренних и внешних факторов, в виде

--г^г (4)

2Е У 2 > /(^„,рб,0,Л'^р„ы,СТ,Л'Х1 -

Выразим предельную деформацию до разрушения для материала с 5>0-10% из

__г-2±<к__и (Я)

^карб,Р,К^ормы,а,М)(1 - У2)е«п УПР

£ пред у™' =

Решение уравнения (5) при первом приближении дает выражение

, ,т__Г»рфР.__иур<л> ^

Ш^К^гН«,.^ - «ТНВ • <6>

где Кт - коэффициент, равный соотношению прочностных характеристик

(ад 2 + |

—- и твердости НВ.

Условием разрушения материала будет достижение величины предельной' деформации некоторого критического значения £пред(П)-£пред(Л)- Полученные теоретические закономерности предельной деформации представлены на рис.1.

£пр«д

V.. *.«.!> -п О +Я я

нас К.Км.П

а) б) в) г) '

Рис.1 Теоретические зависимости предельной деформации от: а- твердости и микронапряжений, б - размера, концентрации и сложности формы карбидов, в — поверхностных энергий хрупкого и пластичного металла, фрактальности границ карбидов, г - показателя напряженного состояния при переходе от объемного сжатия к растяжению

Формула (6) отражает особенности хрупкого разрушения материалов, при которых изменения факторов плотности и релаксации напряжений незначительны. Эти факторы имеют превалирующее значение для средне- и высокопластичных материалов, имеющих 5>15 и \|/ от 10 до 95%. В этом случае уравнение, учитывающее конкуренцию между процессами пластической деформации и разрушения, идущими в теле с момента приложения нагрузки до распада образца на части, полученное В.А. Скудновым имеет вид

<*Т Г 1 " ХПР^'Р^кон

<щ*Ь ~§-+{*<Рш 'Рмекои } =£УПР+~1^~<^ГН~' (7>

(-Д-^-с—ь

С у Н

где £-модуль Юнга; рш и рл,е — плотность металла начальная и конечная (1п рме / Рмекон =1)"' £р ~ скорость релаксации, Ун— скорость нагружения.

Из уравнения (6) выводятся новые закономерности поведения предельной деформации хрупких материалов от параметров структуры:

-предельная деформация, при прочих равных условиях, контролируется: твердостью (чем выше твердость, тем епре^ меньше), поверхностной энергией

(чем выше у^ф, тем больше епред)щ размером карбидов (чем больше с!кар$, тем меньше £пред), концентрацией карбидов (чем больше концентраций карбидов, тем меньше £пред), формой карбидов (чем выше коэффициент сложности формы карбидов, тем меньше епрефрактальной размерностью искажений границ

(чем больше фрактальная размерность искажений на границе карбид-матрица, тем выше £предХ микронапряжением (чем выше а, тем ниже £пре());

— чем больше объемность (жесткость) напряженного состояния в зависимости от нагрузки и геометрии изделия, тем ниже £пре() и меньше доля упругой деформации. Таким образом, критерием работоспособности хрупких материалов может служить величина предельной деформации до разрушения. Ниже приведены результаты исследований сталей и чугунов, подтверждающих справедливость полученных закономерностей.

В третьей главе перечислены методики экспериментальных исследований. Обоснован выбор материалов, размеров образцов и состояний (режимов обработки). Описаны экспериментальные методы исследований: макро- и микроструктурный анализ, измерение твердости, оценка пластичности упрочненного материала методом вдавливания индентора на приборе Виккерса, рентгеност-руктурный анализ для определения фазового состава и уровня макро- и микронапряжений стали в различных состояниях, измерение плотности методом гидростатического взвешивания; расчетные и аналитические методы исследований: расчет критериев структурно-энергетического состояния, дисперсионный анализ, оценка точности измерений.

В четвертой главе проведено исследование факторов, влияющих на епре^.

1. Значение упругой энергии.

Из (1) видно, что при с —»0, 1/упр со. Однако величина Vупр в момент

разрушения имеет конечное значение, различное для разных состояний.

Расчет величины иупр сплавов на основе железа, у которых предел текучести

Со,2 изменяется от 200 МПа (чистое железо) до 3000 МПа (высокопрочные стали), охватывая различные состояния сплавов железа, включая быстрорежущие стали, привел к получению зависимости иупр—А°о.г) (рис. 2).

Из табл. 1 видно, что доля упругой энергии изменяется от 0,09 до 20,74 МПа (в 230,4 раз), при изменении о0,2 от 200 до 3000 МПа (в 15 раз), но остается малой величиной по сравнению с общей энергоемкостью \УС металла.

На основании положения Л.С. Кремнева, что сопротивление разрушению стали Р6М5 на 90% определяется энергией зарождения трещины, и только на 10% определяется энергией распространения трещины, то для зарождения трещины требуется пластическая деформация

= (8)

При отсутствии пластичности ¡¥с—0 критерий зарождения трещины равен „ _ V упр _ о-0,2

^0,2

2 Е

- =2004-3000/434000=0,0005-Ю,007. Результат расчета велк-

чины энергоемкости сталей с предельной деформацией 1%, 5%, 10% при том же диапазоне изменения а0,г и общая энергоемкость ^Собщ=иупр+И/с представлен на рис.2.

350,00 300,00 250,00 § 200,00 150,00 $ 100,00 50,00 0,00

0 1000 2000 3000 4000 Предел текучести,МПа

иупр ■е= 1%

■ \Уобш, с е= 1 % ■8= 5%

• \Уобщ с е= 5% ■е=10%

ЛУобщ, се= 10%

Рис.2. Зависимость предельной удельной энергии деформации от предела текучести для сплавов железа

Видно, что доля упругой энергии во всем диапазоне ао,2 от 200 до 3000 МПа, при удлинениях 6=1-10% все время уменьшается: при 5=1% доля составляет от 4,2 до 40,28%, при 5=5% от 0,86 до 11,9%, при 5=10% от 0,44 до 6,3%, соответственно (табл. 1). Для стали Р6М5 при пределе текучести -2000 МПа доля упругой энергии по отношению к общей энергоемкости при изменении пластичности от 1 до 10% изменяется от 31 до 4,3%.

При наличии пластичности, находящейся в интервале от 0 до 10%, критерий зарождения трещины (8) для материалов (КЧ, ВЧ, Р6М5) изменяется по одинаковому закону для всех металлов и сплавов (рис.3), что подтверждено ранее для 600 состояний материалов.

о Ковкий чугун

■ Высокопрочный

чугун • Р6М5

Пластичность, %

Рис.3. Зависимость критерия зарождения трещины от относительного удлинения

для хрупких материалов

2. Внутренние параметры структуры.

2.1. Размер карбидов. Повышение размера карбидов снижает стойкость инструмента через снижение предельной пластичности материала.

2.2. Сложность формы карбида. Ее можно оценить с помощью коэффициента ксТформы' выражающего отношение периметра карбида к периметру круга с

площадью равной площади карбида. Коэффициент К^лформы лежит в интервале

от 1,35 до 2,7. Чем сложнее форма карбида, тем меньше величина предельной деформации.

Табл. 1 Расчет упругой энергии и общей энергоемкости сталей и сплавов_

о0.2. МПа 200 500 1000 1500 2000 2500 3000

ихт, МДж/м' 0,09 0,58 2,3 5,18 9,22 14,4 20,74

кзт 0,0005 0,0012 0,0023 0,0035 0,0046 0,0058 0,0069

Фсппаст При £=1%, МДж/м3 2,05 5,13 10,25 15,38 20,5 25,63 30,75

и^Спяаст 4,4 11,3 22,44 33,68 44,97 56,18 67,44

4,2 10,1 18,3 25,2 31 35,9 40,28

Кш прие=1,% 0,0107 0,0114 0,0126 0,0137 0,0149 0,0160 0,0172

^Спяаст ПРИ £=5%, МДж/м3 10,25 25,6 51,2 76,9 102,5 128,1 153,7

^уги/^Спласт 0,88 2Д 4,5 6,7 8,99 11,24 13,49

^\пс/ ^обш 0,86 2,2 4,3 6,3 8,2 10,1 11,9

Кш при е=5% 0,052 0,052 0.0535 0,055 0,056 0,057 0,058

М'спмст ПрИ £=10%, МДж/м3 20,5 51,2 102,5 153,7 205 256,2 307,5

и^^Спюст % 0,44 1,1 2,2 3,4 4,49 5,62 6,74

ит/1Уойш,% 0,44 1,1 2,2 3,2 4,3 5,3 6,3

Кзт при £=10% 0,1030 0,1036 0,1048 0,1059 0,1071 0,1082 0,1094

2.3. Фрактальная размерность £>. Для расчета £> выбрали карбиды наиболее неблагоприятной, неправильной формы и нанесли на фотографии сетки с размером квадратов г от 3x3 до 0,5x0,5 мм (рис. 4, а,б,в). Построена зависимость числа пересечений границ карбидов с сеткой — N от г в логарифмических координатах. Тангенс утла наклона отвечает И.

Рис. 4. Граница карбидов (хЮОО) и нанесенная сетка с размером квадрата Змм

Полученные значения фрактальной размерности границ у трех карбидов меньше 1,00 может означать погрешность в измерении и недостаточность увеличения микроструктуры. Значение фрактальной размерности у других карбидов изменяется от 1,014 до 1,025, что свидетельствует о слабой изрезанности границ при данных условиях исследования. В литературе рассчитана фрактальная размерность для форм (рис. 4, г, д) — 1,13 и 1,24 соответственно. Таким образом, карбид имеет сложную геометрическую форму и собственную фрактальную размерность границы, изменяющейся от 1 до 3. Чем больше Д тем больше долговечность сплава.

2.4. Концентрация карбидов. Увеличении концентрации повышает стойкость инструмента, но при этом снижает предельную деформацию.

2.5. Микронапряжения, определяемые рентгеновским методом, искажают кристаллическую решетку стали, снижая при этом предельную деформацию. Результаты измерения величины микронапряжений о для стали 8700, обработан: ной по разным режимам, представлены в табл. 2. Видно, что величина микронапряжений уменьшается при режимах ОИМП, соответствующих времени действия импульса 1 мин, 4 мин с частотой импульса 1 Гц.

2.6. Результаты измерений плотности стали 8700 без ОИМП приведены в табл 2. Абсолютная случайная погрешность 5 =0,027 г/см3, относительная погрешность измерений е=0,32 %. Установлено, что стандартный режим отпуска уменьшает плотность на 0,4% по сравнению с плотностью в состоянии поставки, альтернативные режимы отпуска приводят к повышению плотности стали на ~ 0,9%, разрушение стали 8700 после стандартного режима отпуска может быть связано с разрыхлением материала.

• ; 3. Внешние параметры.

3.1 В формуле е0^ коэффициент а отражает форму зоны пластической деформации перед трещиной (выражается коэффициентами Лодэ); П=/(К?-, Кпов, Кпер, Кф Кц, Км), где Кг, Кпов, Кпер - коэффициенты, отражающие напряженное состояние от сложности геометрии изделия; Ка — коэффициент концентрации

напряжений во впадине зуба протяжки; Ки - коэффициент концентрации напряженного состояния от динамической скорости; Км - коэффициент масштаба.

Поскольку еа - функция вероятности, и известно,

что вероятности умножаются, следовательно, показатели степени вероятности складываются.

3.2 Расчет показателя напряженного состоявия стали Р6М5 производился по формуле

П=Кр+Кпов +Кпер * Ка <9>

После, подставления значений всех коэффициентов /7=11,54-20,2. Для расчета рабочих напряжений в опасном сечении протяжки (на первом зубе) необходимо учитывать существование напряженного состояния б стали Р6М5

<?раб=(Р^) Л, (10)

где Рпр- усилие протягивания, Н; Р- площадь поперечного сечения зуба протяжки, мм2.

4. Для оценки значимости внутренних и внешних факторов проведено три статистические обработки методом дисперсионного анализа на основе пассивного эксперимента, включающего расчеты предельной пластической деформации по формуле (7).

В качестве факторов использовались:

1) коэффициент сложности формы протяжки по соотношению плодцадей поверхности кпов (фактор А) и коэффициент, отражающий перепад между максимальным и минимальным сечением в опасном месте протяжки (на первом зубе) Кр (фактор В), входящие в величину е0*1;

2) показатель напряженного состояния равный сумме Кпов+Кпер^~

фактор А, входящий в величину еаП и твердость (фактор В), входящая в величи-

НВ

5 " '

(У у

3) коэффициент сложности формы протяжки по соотношению периметров кпер (фактор А) И коэффициент, отражающий перепад между максимальным и минимальным сечением в опасном месте протяжки (на первом зубе) Кр (фактор ' В), входящие в величину . ,

В первом случае выявлена значимость обоих факторов и их взаимодействие, • при этом наиболее влиятельном оказался фактор В {Кр - перепад максимального и минимального сечения протяжки по первому зубу) со вкладом в общую дисперсию 6,14. Это справедливо отражает тот факт, что наиболее стойкими к . 1 разрушению оказываются протлжки больших размеров, у которых перепад между максимальным и минимальным сечением на первом зубе протяжки меньше, чем у протяжек меньших размеров.

Во втором случае - значимость только фактора А (показатель напряженного состояния) на величину предельной пластической деформации. Вклад в общую дисперсию составил 11,1.

В третьем случае — значимость всех факторов. Вклад фактора А в общую дисперсию составил 7,22; фактора В — 1,88, взаимодействие факторов А и В -1,6.

5) Расчет предельной удельной энергии деформации и критерия зарождения трещин, служащих комплексными показателями структурно-энергетического состояния и работоспособности структуры производился по формулам

= НВ-^ (11)

0,2' • О2)

где а0,2 и ак — условный предел текучести и истинное сопротивление разрушению соответственно, для хрупких материалов (о\. = ав(1 + 6)) и епред — предельная деформация (епред =1п(1 + 5)) или для пластичных материалов и епред = Щ\/{\-¥)): _

6) Макроструктурным анализом изломов протяжек, образовавшихся при разрушении от перегрузки, либо-от усталости после некоторого времени работы выявлены центры разрушения во впадине под зубом, в зонах концентраторах напряжений. Видны ручьистые узоры, исходящие из этого центра. Поверхности изломов имеют одинаковый гладкий характер, характерный для скола. Поверхность расположена на одной или нескольких плоскостях, между которыми есть переходные области скола. У всех протяжек разрушение имеет характер транс-кристаллитного скола с некоторыми различиями в зависимости от конструкции протяжек.

7) Микроструктура быстрорежущей стали Р6М5 в отожженном состоянии состоит из сорбитообразного перлита и карбидов (рис 6, а). После закалки и трехкратного отпуска структура имеет мелкоигольчатый мартенсит отпуска, карбиды

13 1

и аустенит остаточный (рис. 6, б, в). Анализ формы карбидов показал, что мелкие карбиды имеют округлую форму, которая наиболее благоприятна с точки зрения снижения концентрации напряжений, более крупные карбиды имеют неправильную вытянутую форму.

а) б) в)

Рис. 6. Микроструктура стали Р6М5 (х1 ООО) а) - после отжига; б, в) — после закалки с 1220°С и трехкратного отпуска при 560°С

В пятой главе на основе установленных закономерностей поведения предельной деформации хрупких материалов в зависимости от внешних и внутренних факторов дан алгоритм анализа упрочняющих технологий. В качестве технологий взяты: импульсная переменно-градиентная кристаллизация; заливка жидкого металла в графитовый кокиль, подогретый до 300°С и с последующим его охлаждением в жидком азоте; термоциклирующая обработка (ТЦО); применение упрочняющих покрытий; вакуумная термическая обработка, обработка импульсным магнитным полем (ОИМП), применение порошковых инструментальных сталей. Данные технологии позволяют управлять макро- и микроструктурой, прочностными и эксплуатационными характеристиками, изменяя структурно-энергетические параметры стали, входящие в формулу расчета предельной деформации до разрушения.

Разработаны мероприятия по предотвращению разрушения быстрорежущих сталей. Следует:

1) Уменьшить перекосы и динамическую скорость нагружения протяжки.

2) Повысить пластичность стали при сохранении уровня твердости, чтобы напряжения от карбидов и от геометрии инструмента могли релаксировать. Это осуществимо за счет поиска и применения нового комбинированного режима термической обработки.

.3) Выбрать оптимальную технологию термической обработки, обеспечивающую повышение пластичности, на основе уравнения связи предельной деформации до разрушения с внешними и внутренними факторами.

4) Для мелкоразмерного инструмента опробовать режим кратковременного высокотемпературного отпуска стали 8700 с применением импульсно-магнитного поля, позволяющего снизить величину микронапряжений в закаленной стали и затраты на электроэнергию. Невозможность применения данного режима к крупногабаритному инструменту связана с тем, что диффузия углерода и легирующих элементов не успевает пройти за короткое время

14

Табл. 2 Режимы термической обработки и обработки импульсным магнитным полем (ОИМП) стали S700______

№ режима Режим термической обработки Режим ОИМП (время и частота) Микронапряжения о, МПа Плотность, г/см3

- Состояние поставки - - 8,2554

- Закалка 1220°С. _ - Средняя из 3 испытаний 8,3449

1 Закалка 1220°С, 3-х кратный отпуск 550°С по 1 ч - 3,91 Средняя из 9 испытаний 8,2223

1.1 Закалка 1220°С, 3-х кратный отпуск 550°по 1 ч 1 мин, 5 Гц 9,42 -

1.2 Закалка 1220°С, 3-х кратный отпуск 550°С по 1 ч 4 мин, 5Гц - 14,97 -

1.3 Закалка 1220°С, 3-х кратный отпуск 550°С по 1 ч 4 мин, 1Гц 1,74 -

1.4 Закалка 1220°С, 3-х кратный отпуск 550°С по 1 ч 1 мин, 1Гц 2,39 -

2 •Закалка 1220°С, 1-ый отпуск 400°С; 2,3-ий 560°С гю 1 ч - 4,88 Средняя из 13 испытаний 8,3356

2.1 Закалка 1220°С, 1-ый отпуск 400°С; 2,3-ий 560°С по 1 ч 1 мин, 5Гц 4,56 -

2.2 Закалка 1220°С, 1-ый отпуск 400°С; 2,3-ий 560°С но 1 ч 4 мин, 5Гц 1,95 -

2.3 Закалка 1220°С, 1-ый отпуск 400°С; 2,3-ий 560°С по 1 ч 4 мин, 1Гц 1,74 -

2.4 Закалка 1220°С, 1-ый отпуск 400°С; 2,3-ий 560°С по 1 ч 1 мин, 1Гц 4,12

3 Закалка 1220°С, 2-х кратный отпуск 600°С по 20 мин - 5,12 Средняя из 11 испытаний 8,3334

3.1 Закалка 1220°С, 2-х кр атный отпуск 600°С по 20 мин 1 мин, 5Гц 6,51 -

3.2 Закалка 1220°С, 2-х ратный отпуск 600°С по 20 мин 4 мин, 5Гц 1,74 -

3.3 Закалка 1220°С, 2-х ратный отпуск 600°С по 20 мин 4 мин, 1Гц ,4,12 • -

3.4 Закалка 1220°С, 2-х кратный отпуск 600°С по 20 мин 1 мин, 1Гц 3,69 - .

5) Для крупноразмерного инструмента опрэбовать стандартный режим отпуска стали 8700 с применением импульсно-магнитного поля, позволяющего снизить величину микронапряжений в закаленной стали.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Решена научно-техническая задача установления закономерностей хрупкого разрушения материалов по величине предельной деформации до разрушения в зависимости от внутренних и внешних факторов: силовых, энергетических, структурных, временных и дефектных.

2. Показано, что при переходе материалов с пределом текучести от 200 до 3000 МПа из хрупкого в пластичное состояние, доля упругой энергии по сравнению с долей энергии пластической деформации в пределах 0, 5, 10%, снижается, при этом условие хрупкого разрушения по критерию распространения хрупких трещин (условие Гриффитса) переходит в условие квазихрупкого разрушения по критерию зарождения трещин, которое контролируется величиной предельной деформации до разрушения.

3. На основании суммирования энергоемкости поликристаллов в упругой и пластической областях и физического условия наступления локального разрушения в зоне очага разрушения разработано новое уравнение, описывающее поведение предельной деформации до разрушения хрупких материалов с 5 в пределах от 0 до 10%, учитывающее роль размера карбидов, сложность формы, фрактальную размерность, концентрацию карбидов, микронапряжения, твердость, приложенное напряженное состояние. Энергоемкость стали за счет повышения пластичности растет значительно быстрее, чем энергоемкость упругой области, которая остается неизменно низкой.

4. Полученное уравнение устанавливает закономерности хрупкого разрушения в зависимости от следующих структурно-энергетических факторов: твердости, размеров, концентрации, сложности формы карбидов и фрак-тальности зубчатых границ карбидов, концентрации напряжений вокруг карбидов, концентрации напряжений в инструментах сложной формы, приложенного напряженного состояния, а также от эффективной поверхностной энергии материала (поверхностной и локальной пластической энергии), отсутствующие в металловедении и обобщающие многочисленные разрозненные физические, металлургические, технологические, механические факторы, используемые в технологиях термической и пластической обработке для оценки качества продукции.

5. С позиции установленных закономерностей поведения предельной деформации дан анализ нескольких существующих и прогрессивных технологий производства и термообработки инструментальных сталей. По влиянию исследованных факторов на параметры структуры показано, что в каждой технологии улучшается какой-то один или два структурных фактора, входящих в полученное уравнение гпред. На этом основании создан алгоритм выбора вариантов перспективных упрочняющих технологий, обеспечивающих повышение надежности инструмента (безотказность и долговечность) и экономию материально-технических ресурсов.

6. Установлены оптимальные режимы комбинированной термической и импульсной магнитной обработок стали 8700, обеспечивающие повышенную плотность металла, меньший уровень микронапряжений и повышенные предельную деформацию до разрушения и критерий зарождения трещин.

Эффект влияния импульсной магнитной обработки тем выше, чем выше структурная и энергетическая неоднородность обрабатываемого материала. Полученные результаты показывают, что ОИМП может существенно влиять на состояние сталей и сплавов. "

7. Приведены значения энергоемкости сплавов железа с пределом текучести, изменяющимися от 200 до 3000 МПа до момента разрушения при отсутствии пластичности (удлинение равно нулю), при удлинении 5 и 10%, охватывающих состояния быстрорежущих, штамповых, графитизированных сталей и чугунов. На основании этих данных:

— установлена единая связь предельной деформации до разрушения хрупких и квазихрупких материалов с двухпараметрическим энергетическим критерием зарождения трещин, позволяющая оперативно производить оценку предельного состояния (качества) закаленных сталей и других хрупких и квазихрупких материалов по величине удлинения;

— создан алгоритм повышения предельной деформации стали, а, следовательно, критерия зарождения трещин, который прямо пропорционально зависит от нее.

8. Проведено комплексное изучение структурно-энергетического состояния быстрорежущей стали , позволяющего учитывать количество, форму карбидов, концентрацию напряжений, встречающихся в сталях после разнообразных термических обработок, что использовано для количественного описания и подтверждает их роль в поведении предельной деформации сталей.

9. Произведен расчет коэффициентов сложности формы протяжек (всего 7 типов), прогноз их стойкости и с помощью трех статистических обработок методом дисперсионного анализа установлена значимость факторов коэффициента сложности формы по поверхности Кпов, перепаду максимального и минимального сечений Kf , по периметру на величину предельной деформации до разрушения, что подтверждает их роль в разрушении.

10. Рассчитан общий показатель напряженного состояния протяжки, по величине которого можно судить во сколько раз фактические рабочие напряжения на первом зубе протяжки превышают рассчитанные на заводе допустимые напряжения, приводя к поломке инструмента. Рассчитаны критерии разрушения и энергоемкость хрупких материалов в различном состоянии, по величинам которых можно прогнозировать работоспособность инструмента.

Ожидаемый экономический эффект от применения разработок при предотвращении разрушений протяжек может быть равен стоимости каждой разрушенной протяжки и составлять примерно от 19000 до 135000 рублей в год.

Основные результаты диссертационной работы огражены в следующих публикациях: 1; Скуднов, В.А. Влияние структуры и сложности формы на разрушение протяжек из стали Р6М5 / В.А. Скуднов, Т.В. Ветрова (Т.В. Нуждина), Е.А. Дуцев // Материаловедение и металлургия: труды Hl ТУ /НГТУ. - Н. Новгород. 2003. Т. 38. С. 167-171.

2. Скудное, В.А. К вопросу о теории хрупкого разрушения инструментальной стали Р6М5 / В.А. Скудное, Т.В. Нуждина // Материаловедение и металлургия: труды НГТУ /НГТУ. - Н. Новгород. 2004. Т. 42. С.115-119.

3. Скуднов, В.А. Критерии разрушения и механические свойства хрупких материалов / В.А. Скуднов, Т.В. Нуждина // Фракталы и прикладная синергетика: труды 4-го междунар. междисципл. симп., Москва, 14-17 ноября 2005 г. - М.: Изд-во Интерконтакт - Наука, 2005. С.226-227.

4. Нуждина, Т.В. Современные технологии повышения качества инструментальных сталей / Т.В. Нуждина, Е.А. Дуцев // Материаловедение и металлургия: труды НГТУ /НГТУ. - Н. Новгород. 2005. Т. 44. С.170-174.

5. Нуждина, Т.В. Оценка пластичности упрочненной стали Р6М5 на приборе Виккерса / Т.В. Нуждина, В.А. Скуднов, Е.А. Дуцев // Будущее технической науки: тез. докл. 2-ой регион; науч.-техн. конф., Н.Новгород, НГТУ, 16 мая 2003 г.- Н.Новгород, 2003. С.144-145.

6. Нуждина, Т.В. К вопросу о природе разрушения протяжек из стали Р6М5 / Т.В. Нуждина, В.А. Скуднов, Е.А. Дуцев // 9-ая Нижегородская сессия молодых ученых: тез. докл., Н. Новгород, "Голубая Ока", 10-14 февраля 2004г. -Н.Новгород, 2004. С.37-38.

7. Нуждина, Т.В. Исследование причин разрушения протяжек из стали Р6М5 / Т.В. Нуждина // Науч.-техн. конф. молодых специалистов и студентов: тез. докл., Н.Новгород, ННИИРТ, 5-6 мая 2004 г. - Н.Новгород, 2004. С.49.

8. Нуждина, Т.В. Механические свойства и критерии разрушения ковкого чугуна / Т.В. Нуждина,В.А: Скудной // 10-я Нижегородская"сессия молодых ученых: тез. докл., Н. Новгород, "Голубая Ока", 27-3 февраля 2005г. - Н.Новгород,

2005. С.13.

9. Нуждина, Т.В. Механические свойства и критерии разрушения штамповых сталей / Т.В. Нуждина // Будущее технической науки: тез. докл. 4-ой междунар. науч.-техн. конф., Н.Новгород, НГТУ, 26-27 мая 2005 г. - Н.Новгород, 2005. С. 181.

Ю.Нуждина, Т.В. Закономерности характеристик предельного состояния материалов / Т.В. Нуждина, В.А. Скуднов // Материаловедение и металлургия: труды НГТУ /НГТУ. - Н. Новгород. 2006. Т. 57. С.43.

11.Нуждина, Т.В. Схема предельного состояния хрупких и пластичных материалов / Т.В. Нуждина, В.А. Скуднов // 11-я Нижегородская сессия молодых ученых: тез. докл., Н. Новгород, "Татинец", 12-16 февраля 2006г. — Н.Новгород,

2006. С.

12.Нуждина, Т.В. Исследование процессов карбидообразования в протяжках / Т.В. Нуждина, Л.А. Ошурина, р.А. Скуднов // Будущее технической науки: тез. докл. 5-ой междунар. науч.-техн. конф., Н.Новгород, НГТУ, 19 мая 2006 г. — Н.Новгород, 2006. С. 187.

13. Нуждина, Т.В. Природа разрушения протяжек из стали Р6М5 / Т.В. Нуждина, В.А. Скуднов, Е.А. Дуцев // Технология металлов. 2006. №8. С.42.

Подписано в печать 09.11.2006. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 833.

Нижегородский государственный технический университет. Типография НГТУ. 603950, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЯВЛЕНИЕ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ И ЕГО ПРОЯВЛЕНИЯ В ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЯХ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО СОСТОЯНИЮ ВОПРОСА)

1.1 Определение хрупкого разрушения и области его проявления в металлах и сплавах при использовании их в технике и технологиях

1.2 Анализ производственных данных ОАО ГАЗ по хрупкому разрушению быстрорежущей стали после различных режимов термической обработки, технологий химико-термической обработки и нанесения покрытий

1.3 Современные технологии повышения качества инструментальных сталей

1.4 Классификация трещин при термической обработке инструмента

1.5 Влияние различных технологических факторов на образование хрупких трещин в инструментальных сталях

1.5.1 Влияние прокаливаемое™ и закаливаемости стали на образование хрупких трещин

1.5.2 Влияние формы и размеров изделий на образование трещин

1.5.3 Анализ технологии термической обработки протяжек

1.5.4 Анализ состояния проблемы хрупких разрушений протяжек и пути их устранения в инструментальном производстве ОАО «ГАЗ»

1.5.5 Влияние структурных факторов (концентраторов напряжений) на образование хрупких трещин в поликристаллах

1.6 Влияние напряженного состояния детали на хрупкое разрушение 60 1.6.1 Показатели для оценки напряженного состояния

1.6.1.1 Максимальные значения прочности на сдвиг и на отрыв

1.6.1.2 Механический показатель напряженного состояния

1.6.1.3 Структурно - энергетический показатель напряженного состояния

1.7 Энергетическая природа хрупкого разрушения (на примере стали Р6М5)

1.8 Энергетические факторы, влияющие па закономерности хрупкого разрушения

1.8.1 Значения и формулы для расчета истинной поверхностной энергии

1.8.2 Универсальная постоянная разрушения - новая константа материала

1.8.3 Проблема трещиноведения и критерии хрупкого разрушения 77 Выводы по первой главе

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКОГО УРАВНЕНИЯ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛОВ С ПРЕДЕЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ ДО 10%

2.1 Схема наступления предельного состояния в хрупких и пластичных материалах

2.2 Разработка уравнения для установления связи предельной деформации с основными структурными, силовыми и энергетическими характеристиками поликристалла

2.3 Основные закономерности хрупкого разрушения металлов с предельной деформацией до 10% в зависимости от различных структурно-энергетических факторов

2.4 Комплексность условий хрупкого разрушения поликристалла 89 Выводы по второй главе

ГЛАВА 3 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ВНУТРЕННИХ И ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ

3.1 Объекты исследования: изделия, материал и режимы обработки

3.2 Методы исследования структурных факторов

3.2.1 Макроанализ изломов

3.2.2 Микроанализ структуры

3.2.3 Методика расчета фрактальной размерности карбидов

3.2.4 Метод рентгеноструктурного анализа

3.2.5 Метод измерения плотности 105 3.3 Расчетные и аналитические методы исследования внешних факторов геометрия изделия, напряженное состояние) на примере протяжек

3.3.1 Расчет коэффициентов сложности формы протяжек по соотношению периметров и площадей

3.3.2 Расчет рабочих напряжений в поперечном сечении протяжки

3.3.3 Комплексный расчет показателей напряженного состояния протяжек по геометрическим и силовым параметрам (твердости, концентрации напряжений, уровню нагрузке)

3.3.4 Расчет критериев разрушения хрупких материалов (сталь Р6М5, чугуны марок КЧ и ВЧ, графитизированные стали, штамповые стали)

3.3.5 Механические испытания

3.3.6 Статистическая обработка данных

3.3.6.1 Дисперсионный анализ

3.3.6.2 Оценка точности измерений 113 Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ

4.1 Результаты исследования структурно-энергетических факторов

4.1.1 Расчет доли упругой энергии в общую энергоемкость материала

4.1.2 Макроанализ изломов

4.1.3 Микроанализ структуры

4.1.4 Значения диапазона фрактальной размерности карбидов

4.1.5 Результаты рентгеноструктурного анализа

4.1.6 Результаты измерения плотности

4.1.7 Результаты механических испытаний

4.2 Влияние внешних факторов (геометрия изделия, напряженное состояние) на хрупкое разрушение протяжек 128 4.2.1 Диапазоны коэффициентов сложности формы протяжек по соотношению периметров и площадей

4.2.2 Величины рабочих напряжений в поперечном сечении протяжки

4.2.3 Комплексный расчет показателей напряженного состояния протяжек по геометрическим и силовым параметрам (твердости, концентрации напряжений, уровню нагрузке)

4.2.4 Анализ критериев разрушения хрупких материалов (сталь Р6М5, чугун марок КЧ и ВЧ, графитизированная сталь, штамповая сталь)

4.2.5 Результаты статистической обработки данных

4.2.5.1 Дисперсионный анализ

4.2.5.2 Оценка точности измерений 142 4.3 Обобщенная оценка предельного состояния хрупких материалов по критерию зарождения трещин и предельной деформации 144 Выводы по четвертой главе

ГЛАВА 5 ПРИМЕНЕНИЕ УСТАНОВЛЕННЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ И КРИТЕРИЯ ЗАРОЖДЕНИЯ ТРЕЩИН ДЛЯ АНАЛИЗА УПРОЧНЯЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ И РАЗРАБОТКИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ РАЗРУШЕНИЯ

БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ

5.1 Алгоритм анализа упрочняющих технологий

5.2 Разработка мероприятий по предотвращению разрушения быстрорежущих сталей 151 Выводы по пятой главе 152 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 153 ПРИЛОЖЕНИЯ 156 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Настоящее исследование вызвано необходимостью повышения характеристик стойкости протяжек и других инструментов сложной формы, а также снижению количества брака при их производстве. При изучении этой темы было проработано большое количество литературных источников, авторы которых занимались исследованием подобной проблемы. В том числе были изучены технологический процесс изготовления протяжек на ОАО «ГАЗ» и новые решения, принимаемые по повышению качества инструмента. Эти решения, в конечном счете, всегда связаны с некоторым изменением технологического процесса, при этом влияют на структуру инструментальной стали и закономерности ее проявления и разрушения при эксплуатации, причина которых остается неизвестной. Установить закономерности предельного состояния инструментальных сталей и является целью данного исследования.

Основные положения, выносимые на защиту:

- теоретическое уравнение и закономерности поведения предельной деформации до разрушения (в пределах от 0 до 10%) хрупких сталей в зависимости от внутренних и внешних факторов;

- комплексное изучение структурно-энергетических состояний быстрорежущей стали в зависимости от формы и концентрации карбидов после термической обработки, расчет фрактальной размерности границ карбидов;

- метод анализа характера разрушения быстрорежущей стали на основе расчетов энергоемкости и критериев разрушения хрупких материалов; макроанализ изломов и микроанализ структуры стали; измерение плотности образцов из стали S700, подвергнутых различным видам термической обработки; проведение механических испытаний (измерение твердости, оценка пластичности хрупких материалов методом вдавливание индентора);

- методика расчета коэффициентов сложности формы различных деталей (удлиненных в плане) по соотношению периметров и площадей; показателей напряженного состояния по твердости, коэффициенту концентрации напряжений, по прилагаемым нагрузкам различных участков рассматриваемой детали и сравнение с механическими свойствами стали; напряженного состояния по твердости в деталях, подвергнутых объемной и поверхностной термической обработке;

- алгоритм выбора наилучших вариантов и режимов термической обработки инструментальных сталей на основе поведения предельных характеристик и комплексов разрушения для инструментальных и штамповых сталей; разработка мероприятий, обеспечивающих повышение норм стойкости.

Автор приносит глубокую благодарность профессору, доктору технических наук В.А. Скуднову за его неоценимую помощь в руководстве при написании данной работы, а также главному специалисту по термической обработке и качеству инструмента инструментального производства ОАО «ГАЗ» Е.А. Ду-цеву за постановку проблемы и интерес к практическим результатам работы. Автор также благодарен сотрудникам кафедры «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов» Нижегородского государственного технического университета за рекомендации и ценные советы, которые способствовали совершенствованию диссертации.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Решена научно-техническая задача установления закономерностей хрупкого разрушения материалов по величине предельной деформации до разрушения в зависимости от внутренних и внешних факторов: силовых, энергетических, структурных, временных и дефектных.

2. Показано, что при переходе материалов с пределом текучести от 200 до 3000 МПа из хрупкого в пластичное состояние, доля упругой энергии по сравнению с долей энергии пластической деформации в пределах 0, 5, 10%, снижается до 0,5%, при этом условие хрупкого разрушения по критерию распространения хрупких трещин (условие Гриффитса) переходит в условие квазихрупкого разрушения по критерию зарождения трещин, которое контролируется величиной предельной деформацией до разрушения.

3. На основании суммирования энергоемкости поликристаллов в упругой и пластической областях и физического условия наступления локального разрушения в зоне очага разрушения, разработано новое уравнение, описывающее поведение предельной деформации до разрушения хрупких материалов с 8 в пределах от 0 до 10%, учитывающее роль размера карбидов, сложность формы, фрактальную размерность, концентрацию карбидов, микронапряжения, твердость, приложенное напряженное состояние. Энергоемкость стали, за счет повышения пластичности растет значительно быстрее, чем энергоемкость упругой области, которая остается неизменно низкой.

4. Полученное уравнение связи выражает закономерности хрупкого разрушения в зависимости от следующих структурно-энергетических факторов: твердости, размеров, концентрации, сложности формы карбидов и фрак-тальности зубчатых границ карбидов, концентрации напряжений вокруг карбидов, концентрации напряжений в сложной форме инструментов, приложенного напряженного состояния, а также от эффективной поверхностной энергии материала (поверхностной и локальной пластической энергии), не выраженные в обобщенном виде в металловедении и обобщающие многочисленные разрозненные физические, металлургические, технологические, механические факторы, используемые в технологиях термической и пластической обработке для оценки качества продукции.

5. С позиции установленных закономерностей поведения предельной деформации дан анализ нескольких существующих прогрессивных технологий термообработки инструментальных сталей. По влиянию исследованных факторов на параметры структуры показано, что в каждой технологии улучшается какой-то один или два структурных фактора, входящих в полученное уравнение спред. На этом основании создан алгоритм выбора вариантов перспективных упрочняющих технологий, обеспечивающих повышение надежности инструмента (безотказность и долговечность) и экономию материально-технических ресурсов.

6. Установлены оптимальные режимы комбинированной термической и импульсной магнитной обработок стали S700, обеспечивающие повышенную плотность металла, меньший уровень микронапряжений и повышенные предельную деформацию до разрушения и критерий зарождения трещин. Эффект влияния импульсной магнитной обработки тем выше, чем выше структурная и энергетическая неоднородность обрабатываемого материала. Полученные результаты показывают, что ОИМП может существенно влиять на состояние сталей и сплавов.

7. Приведены значения энергоемкости сплавов железа с пределом текучести, изменяющимися от 200 до 3000 МПа до момента разрушения при отсутствии пластичности (удлинение равно нулю), при удлинении 5 и 10%, охватывающих состояния быстрорежущих, штамповых, графитизированных сталей, чугунов. На основании этих данных:

- установлена единая связь предельной деформации до разрушения хрупких и квазихрупких материалов с двухпараметрическим энергетическим критерием зарождения трещин, позволяющая оперативно производить оценку предельного состояния (качества) закаленных сталей и других хрупких и квазихрупких материалов по величине удлинения;

- создан алгоритм повышения предельной деформации стали, а, следовательно, критерия зарождения трещин, который прямо пропорционально зависит от нее.

8. Проведено комплексное изучение структурно-энергетического состояния быстрорежущей стали, позволяющего учитывать количество, форму карбидов, концентрацию напряжений, встречающихся в сталях после разнообразных термических обработок, что использовано для количественного описания и подтверждает их роль в поведении предельной деформации сталей.

9. Произведен расчет коэффициентов сложности формы протяжек (всего 7 типов), прогноз их стойкости и с помощью трех статистических обработок методом дисперсионного анализа установлена значимость факторов коэффициента сложности формы по поверхности Кпое, перепаду максимального и минимального сечений KF, по периметру на величину предельной деформации до разрушения, что подтверждает их роль в разрушении.

10. Рассчитан общий показатель напряженного состояния протяжки, по величине которого можно судить во сколько раз фактические рабочие напряжения на первом зубе протяжки превышают рассчитанные на заводе допустимые напряжения, приводя к поломке инструмента. Рассчитаны критерии разрушения и энергоемкость хрупких материалов в различном состоянии, по величинам которых можно прогнозировать работоспособность инструмента.

1. Макклинток, Ф. Деформация и разрушение материалов / Ф. Макклинток ; пер. с англ. Е.М. Морозова. - М.: Мир, 1970. - 444 с.

2. Разрушение : в 7 т. М. : Машиностроение, 1977 -. Т.4 : Исследование разрушения для инженерных расчетов. 1977. - 399 с.

3. Потак, Я.М. Хрупкие разрушения стали и стальных деталей / Я.М. Потак. -М.: Оборонгиз, 1955.-389 с.

4. Испытания режущих инструментов из новой марки быстрорежущей стали Р6М5: отчет о НИР / ОАО «ГАЗ». Горький, 1971. - 15 с.

5. Производственные испытания инструмента из азотистой стали АР6М5 плазменно-дугового переплава: отчет о НИР / ОАО «ГАЗ». Горький, 1976. -Юс.

6. Исследование режущих инструментов и эксплуатационной свойств быстрорежущей стали марки 10Р6М5 с повышенным содержанием углерода: отчет о НИР / ОАО «ГАЗ». Горький, 1976. - 12 с.

7. Опробование новой быстрорежущей стали марки 10Р6М5К5 на инструментах: отчет о НИР / ОАО «ГАЗ». Горький, 1980. - 9 с.

8. Исследование и промышленное опробование быстрорежущих сталей типа Р6М5К5-МП и Р6М5ФЗ-МП (промежуточный отчет): отчет о НИР / ОАО «ГАЗ». Горький, 1982. - 13 с.

9. Опробование процесса карбонитрации инструмента из быстрорежущей стали: отчет о НИР / ОАО «ГАЗ». Горький, 1978. -12 с.

10. Отработка технологического процесса ионного азотирования режущего и штампового инструмента: отчет о НИР / ОАО «ГАЗ». Горький, 1989. - 27 с.

11. Опробование и внедрение технологического процесса вакуумного ионно-плазменного нанесения нитрида титана на инструмент: отчет о НИР / ОАО «ГАЗ». Горький, 1982. - 14 с.

12. ГОСТ 19265-73. Прутки и полосы из быстрорежущей стали. -М.: Изд-во стандартов, 1973. 22 с.

13. ГОСТ 10243-75. Сталь. Методы испытаний и оценки макроструктуры. -М.: Изд-во стандартов, 1985. 29 с.

14. Клюев, В.Н. Исследование влияния параметров процесса карбонитрации на толщину диффузионного слоя / В.Н., Клюев, Е.В. Григорьев, В.У. Мнацакян //Упрочняющие технологии и покрытия. 2006. - №1. - С.

15. Чаус, А.С. Структура и свойства литой быстроохлажденной стали Р6М5 / А.С. Чаус, Ф.И. Рудницкий // Металловедение и термическая обработка металлов. 2003. № 5. С.3-8.

16. Гюлиханданов, E.JT. Влияние термоциклирующей обработки на структуру и свойства быстрорежущей стали электрошлакового переплава / E.J1. Гюлиханданов, А.Д. Хайдоров // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. № 10. С. 19.

17. Ляпунов, А.И. Термическая обработка инструмента в вакууме /А.И. Ляпунов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2001. № II. С.22-25.

18. Круглов, Е.П. Вакуумная термическая обработка быстрорежущих и коррозионно-стойких сталей мартенситного класса / Е.П. Круглов, П.П. Таболенко // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. № 2. С.12-13.

19. Малыгин, Б.В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин / Б.В. Малыгин. М.: Машиностроение, 1989. - 112 с.

20. Применение импульсного магнитного поля для упрочнения инструмента / С.Н. Постников и др. // Обмен производственно-техническим опытом. М. : НИИЭИР, 1987. № 6. - С. 21 -22.

21. Македонски, Б.Г. Обработка режущих инструментов импульсным магнитным полем / Б.Г. Македонски // Обработка импульсным магнитным полем: тез. докл. IV науч.-технич. междунар. семинара / Ботевград, 12-14 октября 1989 г.-Горький, 1989. С.30-32.

22. Тюрин, Ю.Н. Импульсно-плазменная технология упрочнения рабочих поверхностей инструмента и деталей машин / Ю.Н. Тюрин, M.J1. Жадкевич, О.В. Колисниченко //ОТТОМ-1, 2001. С. 167-174.

23. Андреев, А.А. Дуплексная обработка инструментальных сталей в вакууме / А.А. Андреев, В.В. Кунченко, Л.П. Саблев, В.М. Шулаев // От ТОМ-2 .2001. С.48-56.

24. Репях, B.C. Разработка технологии нанесения пиролитических хромовых покрытий при атмосферном давлении : автореф. дис.канд. техн. наук :05.16.01 / Репях Виталий Сергеевич. Оренбург, 2005. - 17 с.

25. Каменева, А.Л. Улучшение эксплуатационных характеристик инструмента путем нанесения износостойких покрытий / А.Л. Каменева, A.M. Ханов, В.Ф. Маточкин, С.В. Кузнецов // ОТ ТОМ-2. 2001. С. 118-122.

26. Белова, С.А. Повышение износостойкости поверхности быстрорежущей стали Р6МЗ / С.А. Белов, Ю.Н. Иванкин, B.C. Постников // Технология литейного производства: сб. избр. научн. трудов преп. и сотр. / Перм. гос. техн. ун-т. 2003. № 12. С. 70-75.

27. Белова, С.А. Перспективы использования лазерного легирования для повышения рабочих свойств инструмента / С.А. Белов, М.Н. Игнатов, B.C. Постников // Соврем, технол. и материаловедение. 2004. №2. С. 25-29.

28. Горшкова, Т.А. Лазерное легирование инструментальных сталей У8А и 6ХС / Т.А. Горшкова // Материаловедение и высокотемпературные технологии /НГТУ. Н. Новгород. 1999. Т. 1.С. 176-178.

29. Белашова, Н.С. Модифицирование поверхности инструментальных сталей с применением лазерного нагрева / Н.С. Белашова // Наукоемк. технологии. 2004. № 10. С. 36-40.

30. Горшкова, Т.А. Использование комбинированных методов лазерной обработки для повышения рабочих характеристик материалов / Т.А. Горшкова // Материаловедение и высокотемпературные технологии /НГТУ. -Н. Новгород. 1999. Т. 1.С. 174-176.

31. Малинкина, Е.И. Образование трещин при термической обработке стальных изделий / Е.И. Малинкина. М.: Машиностроение, 1965. -172 с.

32. Скуднов, В.А. Влияние структуры и сложности формы на разрушение протяжек из стали Р6М5 / В.А. Скуднов, Т.В. Ветрова, Е.А. Дуцев // Материаловедение и металлургия: труды НГТУ /НГТУ. Н. Новгород. 2003. Т. 38. С. 167-171.

33. Золоторевский, B.C. Механические свойства металлов : учеб. для вузов / B.C. Золоторевский. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: МИСИС, 1998. - 400 с.

34. Иванова, B.C. Природа усталости металлов / B.C. Иванова, В.Ф. Терентьев. М.: Металлургия, 1975.- 456 с.

35. Скуднов, В.А. Предельные пластические деформации металлов / В.А. Скуднов. М.: Металлургия, 1989. - 176 с.

36. Гриффите, А.А. Явление разрушения и течения в твердых телах / А.А. Гриффите // МиТОМ. 1995. № 1. С. 9-14.

37. Мешков, Ю.Я. Энергетический критерий Гриффитса в микро- и макромеханике разрушения хрупких тел / Ю.Я.Мешков // Металловедение и термическая обработка металлов. 1996. №1. С. 25-30.

38. Мешков, Ю.Я. Основы физической природы разрушения металлов и сплавов / Ю.Я.Мешков // Металлофизика и новейшие технологии. 1994. Т. 16, № 11. С. 17-30.

39. Скуднов, В.А. Новое решение условия разрушения Гриффитса для пластичных материалов / В.А.Скуднов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2001. № 11. С. 30-31.

40. Кремнев, J1.C. Критический коэффициент интенсивности напряжения и вязкость разрушения высокопрочных инструментальных материалов / J1.C. Кремнев // Металловедение и термическая обработка металлов. 1996. №1. С. 30-34.

41. Кремнев, J1.C. Особенности разрушения инструментальных материалов / J1.C. Кремнев // Металловедение и термическая обработка металлов. 1994. №4. С. 17-22.

42. Партон, В.В. Механика разрушения / В.В. Партон. М. : Наука, 1990. -238 с.

43. Таблицы стандартных справочных данных. Сталь инструментальная быстрорежущая. Механические свойства. ГСССД 9-79. Изд-во стандартов. 1980. С.7.

44. Кременев, J1.C. Энергия трещиностойкости / JI.C. Кремнев // Современные проблемы прочности: труды 4-го междунар. симп. имени В.А.Лихачева, Старая Русса, 20-24 октября 2003 г, Т. 2. Великий Новгород, 2003. С.241-246.

45. Гуляев, А.П. Трещиноведение / А.П. Гуляев // Металловедение и термическая обработка металлов. 1994. № 10. С. 17-20.

46. Гуляев, А.П. О высокопрочных конструкционных сталях / А.П. Гуляев // Металловедение и термическая обработка металлов. 1995. № 11. С.9-10.

47. Дунаев, В.И. Критерий хрупкого разрушения материалов при однократном нагружении / В.И. Дунаев // Металловедение и термическая обработка металлов. 2001. № 11. С.31 -32.

48. Фридман, Я.Б. Механические свойства металлов / Я.Б. Фридман. М. : Машиностроение, 1974. - 840 с.

49. Нуждина, Т.В. Закономерности характеристик предельного состояния материалов / Т.В. Нуждина, В.А. Скуднов // Материаловедение и металлургия: труды НГТУ /НГТУ. Н. Новгород. 2006. Т. 57. С.43.

50. Яковлев, В.В. О выборе критерия пластичности конструкционных материалов / В.В. Яковлев, П.П. Карпов и др. // Сталь. 1999. № 9. С. 69-71.

51. Нуждина, Т.В. Схема предельного состояния хрупких и пластичных материалов / Т.В. Нуждина, В.А. Скуднов //11-я Нижегородская сессия молодых ученых: тез. докл. / Н. Новгород, "Татинец", 12-16 февраля 2006г. Н.Новгород. 2006. С.55.

52. Гриднев, В.Н. Прочность и пластичность холоднодеформированной стали / В.Н. Гриднев, В.Г. Гаврилюк, Ю.Я. Мешков Киев : Наук, думка, 1974.231 с.

53. Куманин, В.И. Развитие поврежденности в металлических материалах / В.И. Куманин, МЛ. Соколова, С.В. Лунева // Металловедение и термическая обработка металлов. 1995. № 4. С.2-6.

54. Иванова, B.C. Синергетика и фракталы в материаловедении /B.C. Иванова, А.С. Баланкин, И.Ж. Бунин, А.А. Оксогоев. М.: Наука, 1994. - 383 с.

55. Скуднов, В.А. О взаимосвязи удельной предельной энергии деформации с критериями трещи ностойкости линейной и нелинейной механики разрушения / В.А. Скуднов, А.Н. Северюхин // Изв. вузов. Черная металлургия. 1994. № 8. С. 42-44.

56. Скуднов, В.А. Закономерности предела текучести металла / В.А. Скуднов // Изв. вузов. Черная металлургия. 1998. №11. С.77-78.

57. Технология конструкционных материалов: уч. для машиностр. спец. вузов / А. М. Дальский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; под ред. A.M. Дальского. 8-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 1985. -448 с.: ил.

58. Геллер, Ю.А. Инструментальные стали / Ю.А.Геллер. М. : Металлургия, 1975.- 584 с.

59. Герасимова, Л.П. Изломы конструкционных сталей: справ, изд. / Л.П. Герасимова, А.А. Ежов, М.И. Маресев. М.: Металлургия, 1987. - 272 с.

60. Фрактография и атлас фрактограмм: справ, изд.; под ред. Дж. Феллоуза. -М.: Металлургия, 1982. 489 с.

61. Болховитинов, Н.Ф. Атлас макро- и микроструктур металлов и сплавов / Н.Ф. Болховитинов, Е.Н. Болховитинова. М.: Машгиз, 1959. - 88 с.

62. Морозов, А.Д. Введение в теорию фракталов / А.Д. Морозов. Москва-Ижевск : Институт компьютерных исследований, 2004. - 160 с.

63. Встовский, Г.В. Мультифрактальная параметризация структур в материаловедении / Г.В. Встовский // Перспективные материалы. 1995. №3. С. 13-21.

64. Встовский, Г.В. Мультифрактальный анализ поверхностей разрушения твердых тел / Г.В. Встовский, И.Ж. Бунин, А.Г. Колмаков //Доклады академии наук. 1995. Т.343, №5. С.613-615.

65. Миркин, Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов : справ.; под ред. проф. Я.С. Уманского. М. : Физмашгиз, 1961.-863 с.

66. Миркин, Л.И. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов : справ. М.: Машиностроение, 1979. - 137 с.

67. Мальцев, М.В. Определение величины микронапряжений и размеров областей когерентного рассеяния (блоков мозаики) методом аппроксимации: метод, указ. к лаб. работе / М.В. Мальцев ; под ред. Л.Д. Соколова. Горький : ГПИ, 1984.-19 с.

68. Нуждина, Т.В. Исследование причин разрушения протяжек из стали Р6М5 / Т.В. Нуждина // Науч.-техн. конф. молодых специалистов и студентов: тез. докл. / ННИИРТ. Н.Новгород, 2004. С.49.

69. Нуждина, Т.В. К вопросу о природе разрушения протяжек из стали Р6М5 / Т.В. Нуждина, В.А. Скудное, Е.А. Дуцев // 9-ая Нижегородская сессия молодых ученых: тез. докл. / Н. Новгород, "Голубая Ока", 10-14 февраля 2004г. -Н.Новгород. 2004. С.37-38.

70. Нуждина, Т.В. Механические свойства и критерии разрушения ковкого чугуна / Т.В. Нуждина, В.А. Скуднов // 10-я Нижегородская сессия молодых ученых: тез. докл. / Н. Новгород, "Голубая Ока", 27-3 февраля 2005г. -Н.Новгород. 2005. С.13.

71. Нуждина, Т.В. Механические свойства и критерии разрушения штамповых сталей / Т.В. Нуждина // Будущее технической науки: тез. докл. 4-ой междунар. науч.-техн. конф. / НГТУ. Н.Новгород. 2005. С. 181.

72. ГОСТ 2999-75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. М.: Изд-во стандартов, 1975 - 30 с.

73. ГОСТ 9013-59. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу. М. : Изд-во стандартов, 1959 - 11 с.

74. Пат. 2085902 Россия. Способ оценки пластичности упрочненного материала / В.А. Скуднов, И. Н. Григорьев, С.В. Евдокимов, Л. А. Гаврилова. № 95106194; заявлено 19.4.95; опубл. 27.7.97.

75. Монтгомери, Д.К. Планирование эксперимента и анализ данных / Д.К. Монтгомери ; пер. с англ. В.А. Коптяева. J1.: Судостроение, 1980. - 384 с.

76. Комарова, Т.В. Оценка точности эксперимента в металловедении : учеб. пособие / Т.В. Комарова. Н.Новгород : НПИ, 1990. - 56 с.

77. ГОСТ 8233-56. Сталь. Эталоны микроструктур. М. : Изд-во стандартов, 1956.-8 с.

78. Дубинский В.Н. Влияние обработки импульсным магнитным полем па состояние закаленной стали 40 / В.Н. Дубинский и др. // Материаловедение и металлургия: труды НГТУ/ НГТУ. Н. Новгород. 2006. Т. 57. С. 129-132.

79. Дубинский В.Н. Воздействие обработки импульсным магнитным полем на параметры микропластической быстрорежущих сталей / В.Н. Дубинский, Н.Н. Козлов, А.Н. Северюхин // Тез. докл. 2-го собрания металловедов Росси /Пенза. 1994. С. 66-67.

80. Нуждина, Т.В. Оценка пластичности упрочненной стали Р6М5 на приборе Виккерса / Т.В. Нуждина, В.А. Скуднов, Е.А. Дуцев // Будущее технической науки: тез. докл. 2-ой регион, науч.-техн. конф. / НГТУ. Н.Новгород. 2003. С. 144-145.

81. Беляков, А.И. Ковкий чугун. Зарубежные аналоги /А.И. Беляков // Заготовительные производства в машиностроении. 2003. №11. С.11-15.

82. Рахштадт, А.Г Справочник металлиста / А.Г. Рахштадт и др.. М. : Машиностроение, 1976. - 720 с.

83. Чичкова, А. Е. Графитизированные стали для деталей горнометаллургического оборудования : дис.канд. техн. наук : 05.16.01 : защищена 18.10.90 / Чичкова Альбина Ефимовна. Новокузнецк, 1990. - 137 с.

84. Зубченко, А.С. Марочник сталей и сплавов /А.С. Зубченко. М.: Машиностроение, 2003. - 784 с.

85. Нуждина, Т.В. Современные технологии повышения качества инструментальных сталей / Т.В. Нуждина, Е.А. Дуцев // Материаловедение и металлургия: труды НГТУ /НГТУ. Н. Новгород. 2005. Т. 44. С.170-174.

86. Гуляев, А.П. Основы металловедения порошковых сплавов / А.П. Гуляев // Металловедение и термическая обработка металлов. 1998. №11. С.32-40.

87. Скуднов, В.А. Механические свойства металлов : метод, указ. к лаб. работам / В.А. Скуднов. Горький : ГПИ, 1989. - 17 с.

88. Нуждина, Т.В. Исследование процессов карбидообразования в протяжках / Т.В. Нуждина, J1.A. Ошурина, В.А. Скуднов // Будущее технической науки: тез. докл. 5-ой междунар. науч.-техн. конф. / НГТУ. Н.Новгород, 2006. С. 187.

89. Скуднов, В.А. К вопросу о теории хрупкого разрушения инструментальной стали Р6М5 / В.А. Скуднов, Т.В. Нуждина // Материаловедение и металлургия: труды НГТУ /НГТУ. -Н. Новгород. 2004. Т. 42. С.115-119.

90. Практические рекомендации по повышению стойкости режущего и штампового инструмента из быстрорежущей стали : метод, рекомендации. -Москва : НТЦ «Практика», 1991. 49с.

91. Энгель, J1. Растровая электронная микроскопия. Разрушение : справ. М. : Металлургия, 1986. - 232 с.

92. Откольное разрушение металлов в режиме быстрого объемного разогрева / А.Я. Учаев и др.. -М.: ЦНИИатоминформ, 1991. 85 с.

93. Нуждина, Т.В. Природа разрушения протяжек из стали Р6М5 / Т.В. Нуждина, В.А. Скуднов, Е.А. Дуцев // Технология металлов. 2006. №8. С.42.