Технологический процесс упрочняющей полугорячей термомеханической обработки при штамповке поковок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.09, кандидат технических наук Фомин, Дмитрий Юрьевич

• Фомин, Дмитрий Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фомин, Дмитрий Юрьевич

Введение.

1 Использование методов упрочняющей ТМО к различным схемам пластического формообразования заготовок.

1.1 Физические основы пластической деформации и упрочнения металлических сплавов.

1.2 Упрочнение и разупрочнение металла при деформационном воздействии.

1.3 Особенности формирования структуры и механических свойств при термомеханической обработке.

1.4 Применение ПТМО в условиях различных схем объемной штамповки.

1.4.1 Горячая объемная штамповка.

1.4.2 Теплая объемная штамповка.

1.4.3 Холодная объемная штамповка.

1.4.4 Выбор рационального метода штамповки с применением ПТМО.

1.5 Постановка задачи исследования.

2 Методика исследования.

2.1 Материалы исследований. Исходные заготовки, опытные образцы, поковки.

2.2 Исследование структурных изменений и механических свойств стали.

2.3 Исследование технологического процесса полугорячей термомеханической обработки.

2.3.1 Разработка корреляционных моделей технологического процесса

2.3.2 Физическое моделирование технологического процесса.

2.3.3 Конечно-элементное моделирование объемной штамповки.

2.3.4 Промышленное освоение технологического процесса.

3 Исследование влияния деформационно-термических параметров ПТМО на формирование структуры и механических свойств изделий.

3.1 Влияние температуры деформирования и степени деформации на прочность и структуру сталей.

3.2 Влияние последеформационной паузы на структуру сталей.

3.3 Математические модели технологического процесса объемной штамповки с применением ПТМО.

3.4 Исследование микроструктуры сталей.

3.4.1 Сталь перлитного класса.

3.4.2 Сталь мартенситного класса.

3.4.3 Сталь аустенитного класса.

3.5 Исследование тонкой структуры сталей.

3.5.1 Сталь перлитного и мартенситного класса.

3.5.2 Сталь аустенитного класса.

3.6 Краткие выводы.

4 Исследование влияния температуры деформационного воздействия на энергосиловые параметры техпроцесса.

4.1 Влияние температуры деформации на усилие штамповки и износостойкость штампа.

4.2 Сравнительный анализ расчета усилий штамповки с применением ТМО.

4.3 Закономерности механизма распределения сопротивления деформации при варьировании температурного интервала деформационного воздействия.

4.4 Краткие выводы.

5 Производственное освоение техпроцесса.

5.1 Отработка режимов ПТМО для сталей перлитного класса.

5.2 Отработка режимов ПТМО для сталей мартенситного класса.

5.3 Отработка режимов ПТМО для сталей аустенитного класса.

5.4 Сводный металлографический анализ.

5.5 Расчет экономической эффективности техпроцесса.

5.6 Краткие выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технологический процесс упрочняющей полугорячей термомеханической обработки при штамповке поковок»

Повышение надежности и продление ресурса работы деталей узлов машин и аппаратов весьма актуальные задачи российской науки, ориентированной на модернизацию промышленности [1-2].

Решение задачи модернизации возможно за счет разработки новых, а также оптимизации и рационализации существующих технологических процессов изготовления металлических заготовок за счет программирования структуры, а следовательно, механических свойств сталей и сплавов [3]. При этом необходимо отметить, что для эксплуатации деталей важным является оптимальное сочетание прочности и запаса пластичности стали.

Одним из путей, позволяющим осуществить оптимизацию структуры металла, является применение режимов термомеханической обработки (ТМО) при производстве изделий [4]. Под термомеханической обработкой понимают последовательное объединение в одном производственном цикле двух условно самостоятельных процессов — деформационного и термического воздействия на металлический сплав [5-6]. Данная технология промышленно используется на протяжении длительного времени, но, несмотря на это, режимы и теоретические положения термомеханической обработки постоянно совершенствуются.

Теоретические и практические основы термомеханической обработки, освещены в работах ученых: M.JI. Берштейна, М.Е. Блантера, В.Д. Садовского, Р.И. Энтина, E.H. Соколова, B.C. Ивановой, А.П. Гуляева, К.Ф. Стародубова, В.И. Большакова. Исследования, касающиеся применения термомеханической обработки в интервале температур горячей пластической деформации отражены в работах ученых: А.И. Рудского, В.В. Рыбина, Г.Е. Коджаспирова, Е.И. Хлусовой, А.П. Атрошенко, В.В. Орлова, К.Н. Богоявленского, В.М. Счастливцева, A.A. Кругловой, В.Г. Хорошайлова. Теоретические и практические сведения, касающиеся применения термомеханической обработки в переходных интервалах температур горячей и теплой пластической деформации, имеются в работах зарубежных ученых: М. Dahme, Н. Kugler, О. Szebsdat, Н. Apholt.

Российскими предприятиями при производстве поковок для машиностроительной промышленности (тип «тяга соединительная», «вал инжектора», «вилка» и т.д.) применяются режимы термомеханической обработки в интервалах температур горячей пластической деформации, базирующиеся на следующих принципах: нагрев до Т„ = Ас3 + (300 400)°С, аустенизация, штамповка при Тд= Асз + (300 + 400)°С, контролируемое охлаждение, отпуск при необходимости. Эта технология обеспечивает получение прочных изделий с ударной вязкостью, удовлетворяющей, как правило, техническим условиям (ТУ) завода-изготовителя. Анализ макроэкономической ситуации позволяет сделать вывод, что на современном этапе развития мирового машиностроения применяемые нашими заводами режимы ТМО не являются гибкими и не позволяют получать конкурентоспособные качественные стальные изделия с повышенной эксплуатационной прочностью.

Решить проблему повышения эксплуатационной прочности стальных деталей возможно при применении полугорячей термомеханической обработки (ПТМО) - термомеханической обработки в интервалах температур Тде [0,6-^0,7]ТПЛ, соответствующих переходу от горячей к теплой пластической деформации. Исследования [7-13] показали, что технологический процесс ПТМО является промышленно реализуемым, способствует снижению затрат на энергоносители и металл. Может использоваться при производстве промышленных поковок различной номенклатуры.

Принципиальная схема реализации режимов полугорячей термомеханической обработки заключается в нагреве заготовки до температуры аустенизации, выдержке, штамповке при Тде[Асз.(Асз+(50^-150))]°С, последеформационной паузе до 50 секунд, термообработке в соответствии с техническими условиями.

Известно, что режимы термомеханической обработки в интервалах температур Тде[0,6-Ю,7]ТплоС назначаются в основном при прокатке стали [1,3]. Применение ПТМО при штамповке поковок сдерживается тем, что недостаточно изучено влияние параметров технологических режимов на протекание процессов полигонизации и рекристаллизации в сталях и их влияние на конечную структуру и свойства металла. Дополнительным сдерживающим фактором является отсутствие данных о влиянии параметров полугорячей термомеханической обработки на усилия штамповки и износ штампов. При этом возникают вопросы правильного выбора штамповочного оборудования и вопросы экономической целесообразности.

Для решения вопросов, связанных с разработкой технологического процесса полугорячей термомеханической обработки, требуется проведение комплексных исследований по изучению влияния процессов полигонизации и рекристаллизации в сталях на формирование структуры и комплекса эксплуатационных свойств поковок, изготавливаемых штамповкой в открытых штампах по режимам ПТМО на кузнечно-штамповочном оборудовании. При этом необходимо оценить степень влияния параметров на формирование структуры сталей и на стойкость штамповой оснастки к износу. А также определить возможный экономический эффект от внедрения техпроцесса полугорячей термомеханической обработки в производство, провести апробацию его работоспособности. В соответствии с этим исследования влияния параметров технологического процесса полугорячей термомеханической обработки на свойства и структуру стальных поковок являются актуальными.

Целью работы является разработка и исследование технологического процесса полугорячей термомеханической обработки, обеспечивающего однородность структуры и повышение комплекса механических свойств изделий из сталей основных структурных классов, изготавливаемых штамповкой.

Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач: а) Определение закономерностей развития и протекания процессов полигонизации и рекристаллизации, установление механизма упрочнения и разупрочнения в сталях при термомеханической обработке в условиях штамповки поковок в открытых штампах в температурном интервале горячей и теплой упругопластической деформации. б) Анализ влияния основных технологических параметров режима полугорячей термомеханической обработки (температуры деформирования - Тд, степени деформации - е, времени последеформационной паузы - тп, скорости деформирования - и температуры окончательного отпуска - Т0ХП) на формирование структуры и механических свойств сталей при штамповке поковок в открытых штампах. в) Анализ влияния температуры деформирования на усилия штамповки и износостойкость ручьев штампа в интервале, соответствующем горячей и теплой деформации. г) Оценка эффективности разработанного технологического процесса полугорячей термомеханической обработки при штамповке поковок из конструкционных сталей в условиях кузнечно-штамповочного производства.

Научная новизна работы состоит в:

• Установлении закономерностей совместного воздействия параметров полугорячей термомеханической обработки при объемной штамповке поковок на процессы полигонизации и рекристаллизации в сталях перлитного - 40Х, мартенситного - 20X13 и аустенитного - 08Х18Н10Т классов.

• Установлении закономерностей упрочнения и разупрочнения исследуемых сталей в зависимости от последеформационной выдержки при полугорячей (температура деформационного воздействия Тде[0,6-Ю,7]ТплоС) термомеханической обработке

• Получении зависимостей усилия и контактного давления в ручье штампа в условиях облойной штамповки поковок удлиненной формы при деформационно-термической обработке.

Личный вклад автора заключается в разработке технологического процесса упрочняющей полугорячей термомеханической обработки при штамповке поковок, позволяющего получать заготовки с повышенным комплексом механических свойств, исследовании структурно-фазовых превращений на различных уровнях, исследовании механических характеристик изделий, получаемых в результате применения технологического процесса ПТМО, установлении закономерностей изменения усилия штамповки, контактного давления в ручье штампа, износ формующей полости ручья штампа при понижении температурного интервала штамповки. Практическая значимость работы:

- Разработан технологический процесс упрочняющей полугорячей термомеханической обработки стальных заготовок удлиненной формы для схем объемной штамповки на КГШП, обеспечивающий изготовление изделий с повышенным комплексом механических свойств. Разработаны рекомендации по выбору режимов обработки.

- Установлено влияние температуры деформационного воздействии в интервале 80(Н1200°С на усилия штамповки и износостойкость ручья штампа. Даны рекомендации по повышению стойкости штампов к абразивному износу. Уточнены формулы расчета усилий штамповки, обеспечивающие более рациональный выбор штамповочного оборудования.

- Результаты исследований апробированы в условиях ОАО «Климов» - РФ, Санкт-Петербург, ОАО «Октябрьский электровагоноремонтный завод» -РФ, Санкт-Петербург.

Достоверность результатов обеспечивается использованием фундаментальных положений материаловедения, экспериментами, выполненными с применением современных методов исследования (конечно-элементное моделирование, физическое моделирование, опытная штамповка, металлографический анализ, электронно-микроскопический анализ, стандартные механические испытания), сопоставлением установленных в работе закономерностей с фактами, полученными другими исследователями. Проведением опытно-промышленных исследований.

Положения, выносимые на защиту: а) технологический процесс упрочняющей полугорячей термомеханической обработки стальных заготовок удлиненной формы для схем объемной штамповки на КГШП; б) закономерности совместного воздействия параметров полугорячей термомеханической обработки при объемной штамповке поковок на процессы полигонизации и рекристаллизации в сталях перлитного - 40Х, мартенситного - 20X13 и аустенитного - 08Х18Н10Т классов; в) закономерности упрочнения и разупрочнения исследуемых сталей в зависимости от последеформационной выдержки при полугорячей термомеханической обработке; г) зависимости усилия и контактного давления в ручье штампа в условиях облойной штамповки поковок удлиненной формы при деформационно-термической обработке.

В целях апробации результатов основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на 5 международных научно-технических конференциях, в том числе на:

- международной научно-практической конференции «Современное машиностроение. Наука и образование», Санкт-Петербург, 2013;

- научно-практической конференции с международным участием «ХЫ неделя науки СПбГПУ», Санкт-Петербург, 2012;

- международной научно-практической конференции «Инновации в машиностроении», Барнаул, 2012;

- международной научно-практической конференции «Современное машиностроение. Наука и образование», Санкт-Петербург, 2012;

- международной научно-практической конференции «ХЬ неделя науки

СПбГПУ», Санкт-Петербург, 2011;

- международной научно-практической конференции «XXXIX неделя науки

СПбГПУ», Санкт-Петербург, 2010.

Основные результаты исследований опубликованы в 10 статьях, 4 из них в изданиях, входящих в список ВАК РФ. Библиографический список работ: а) Фомин Д.Ю. Формирование структуры в сталях аустенитного класса при штамповке в открытых штампах / Фомин Д.Ю. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - СПб.: изд-во Политехнического ун-та. - 2013. -№2(171). — С.146-150. (Журнал из перечня изданий, рекомендованных ВАК). б) Фомин Д.Ю. Применение полугорячей деформационно-термической штамповки поковок / Радкевич М.М., Фомин Д.Ю. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер. Наука и образование. - СПб.: изд-во Политехнического ун-та. -2012. - №2-1(147). - С.149-152. (Журнал аз перечня изданий, рекомендованных ВАК). в) Фомин Д.Ю. Физическое моделирование технологического процесса полугорячей штамповки / Радкевич М.М., Фомин Д.Ю. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер. Наука и образование. - СПб.: изд-во Политехнического ун-та. -2012. - №1(142). - С.143-146. (Журнал из перечня изданий, рекомендованных ВАК). г) Фомин Д.Ю. Формирование структуры сталей в условиях программной механико-термической обработки / Радкевич М.М., Новиков А.И., Фомин Д.Ю. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер. Наука и образование. - СПб.: изд-во Политехнического ун-та. - 2010. - №4(110). -С. 192-196. (Журнал из перечня изданий, рекомендованных ВАК). д) Фомин Д.Ю. ПТМО для схем облойной штамповки поковок удлиненной формы / Радкевич М.М., Фомин Д.Ю. // Современное машиностроение. Наука и образование: Материалы 3-й международной научно-практической конференции. - СПб.: изд-во Политехнического ун-та. -2013. - С.883-887. е) Фомин Д.Ю. Структурные изменения в сталях при штамповке заготовок в открытых штампах с применением термомеханической обработки / Фомин Д.Ю. // Современное машиностроение. Наука и образование: Материалы

3-й международной научно-практической конференции. - СПб.:изд-во Политехнического ун-та. - 2013. - С.888-893. ж) Фомин Д.Ю. Влияние последеформационной паузы на структуру поковок при полугорячей термомеханической обработке / Радкевич М.М., Фомин Д.Ю. // Современное машиностроение. Наука и образование: Материалы 2-й международной научно-практической конференции. - СПб.: изд-во Политехнического ун-та. - 2012. - С.645-650. з) Фомин Д.Ю. Влияние температуры деформирования и степени деформации на прочность и структуру поковок при полугорячей термомеханической обработке / Радкевич М.М., Фомин Д.Ю. // Ползуновский альманах. - Барнаул: АлтГУ - 2012. - №1 - С.65-69 и) Фомин Д.Ю. Определение износа штамповой оснастки при изготовлении стальных поковок с применением ТМО / Фомин Д.Ю., Радкевич М.М. // ХЫ неделя науки СПбГПУ: Материалы научно-практической конференции с международным участием. Ч.1У. - СПб.: изд-во Политехнического ун-та. - 2012. - С. 147-149. к) Фомин Д.Ю. Разработка и моделирование технологического процесса полугорячей штамповки круглых в плане поковок из легированной стали / Фомин Д.Ю., Радкевич М.М. // ХЬ неделя науки СПбГПУ: Материалы международной научно-практической конференции. Ч.1У. - СПб.: изд-во Политехнического ун-та. -2011. - С. 155-156.

Заключение диссертации по теме «Материаловедение (по отраслям)», Фомин, Дмитрий Юрьевич

Результаты работы по корректировки коэффициентов расчетных формул могут быть использованы при определения усилия деформационного воздействия Р и подбора кривошипного горячештамповочного пресса для техпроцессов ТМО применительно к штамповки машиностроительных поковок удлиненной формы из конструкционных углеродистых и легированных сталей в интервале температур 800+1200°С.

Результаты исследований по определению влияния температуры деформирования на энергосиловые параметры штамповки при применении ТМО могут быть использованы при принятии инженерных решений, касающихся назначения рациональных режимов ТМО при штамповке поковок на КЛИП и молотах, а также ускорить внедрение в производство техпроцесса теплой штамповки с применением ТМО.

В результате КЭ моделирования сделаны предположения о механизме протекания процессов перестроения структуры при теплом и горячем пластическом деформировании при изготовлении поковок удлиненной формы в открытых штампах на КГШП с применением ТМО и их влияние на сопротивление деформированию различных сталей.

5 ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОСВОЕНИЕ ТЕХПРОЦЕССА

Для того, чтобы в условиях кузнечно-штамповочного цеха подтвердить выводы, сделанные в главе 3 и 4, о рациональных параметрах техпроцесса, механизме протекания рекристаллизационных процессов в машиностроительных сталях при производстве поковок удлиненной формы в отрытых штампах на КГШП с применением термомеханической обработки в интервале температур теплой пластической деформации нами были отштампованы поковки типа «тяга соединительная». Вид поковок, а также технология производства описаны в главе 2. Необходимо отметить, что для целей сравнения структуры и механических свойств, штамповка осуществлялась по стандартному заводскому режиму и рекомендованному нами в главе 3 режиму ТМО при температурах (0,6ч-0,7)Тпл для соответствующей стали.

Заводской режим для стали 40Х заключался в нагреве заготовки до температуры Тн = Асз+ 400 = 1215°С, деформации при этой температуре со степенью деформации 8 = 30%; закалка в воду; отпуске при температуре Тотп= 520°С. Заводской режим для стали 20X13 заключался в нагреве заготовки до температуры Тн = Асз + 400 = 1300°С, деформации при этой температуре со степенью деформации е = 30%; закалки в воду; отпуске при температуре Тотп= 450°С. Заводской режим для стали 08Х18Н10Т заключался в нагреве заготовки до температуры Тн= 1200°С, деформации при этой температуре со степенью деформации s = 30%; закалки в масло; отпуск не назначался.

Рекомендованный нами по результатам компьютерного и физического моделирования техпроцесс применительно к штамповке в условиях кузнечно-штамповочного цеха для стали 40Х заключался в нагреве заготовки до Тн = Ас3 + 400 = 1215 ± 50°С, выдержке заготовки в течение 20 мин. с целью оптимизации структуры стали, деформирования заготовки со степенью деформирования 8 = 30% при температуре деформирования Тд = Ас3+ 150°С = 815 + 135 = 950°С, выдержке до закалки - подстуживание в течение тп= 30 сек., за которое производилась обрезка облоя, закалке в воду; отпуске при температуре Тотп= 520°С; для стали 20X13 техпроцесс состоял из нагрева заготовки до Тн = Асз + 400 = 1215 ± 50°С, выдержке заготовки в течение 20 мин. с целью оптимизации структуры стали, деформирования заготовки со степенью деформирования 8 = 30% при температуре деформирования Тд = Ас3+150°С = 900 + 100 = 1000°С, выдержке до закалки - подстуживание в течение тп=30 сек., за которое производилась обрезка облоя, закалке в воду; отпуске при температуре Тотп=450°С; для стали 08Х18Н10Т техпроцесс состоял из нагрева заготовки до Тн= 1215 ± 50°С, выдержке заготовки в течение 20 мин. с целью оптимизации структуры стали, деформирования заготовки со степенью деформирования 8 = 30% при температуре деформирования Тд= 1000°С, выдержке до закалки - подстуживание в течение тп= 20 сек., за которое производилась обрезка облоя, закалке в воду; отпуск не назначался. Отметим, что температура деформационного воздействия для каждой стали была увеличена на 50°С, чтобы компенсировать естественную потерю тепла.

Для проведения металлографических и механических исследований из середины поковок были вырезаны образцы.

5.1 Отработка режимов ПТМО для сталей перлитного класса

Результаты металлографического исследования на примере стали 40Х представлены на рисунке 61, а механические свойства поковок для этой же стали в таблице 28. а) заводской режим б) режим с применением ТМО

Рисунок 61 - Микроструктура стали 40Х Таблица 28 - Механические свойства стали 40Х х200: х200:

Заводской режим Режим с применением ТМО твердость ШС 20 НЯС 35 временное сопротивление ав, МПа 1050 1050 условный предел текучести ао,2, МПа 850 930 относительное удлинение 8, % 9 10,4 относительное сужение ц/,% 45 48,7 л ударная вязкость КСи, кДж/м 670 790

Анализ микроструктуры стали 40Х показал, что применение рекомендованного нами техпроцесса термомеханической обработки в интервале температур деформирования, соответствующим теплой пластической деформации (0,6-г0,7)Тпл способствует получению стали с измельченным мартенситным зерном, которое было унаследовано в результате упругопластической деформации аустенита. После механической и термической обработки стали по стандартному заводскому режиму структура представляет феррито-перлитную смесь с крупными колониями свободного феррита, зерно имеет величину 4-5 балла (рисунок 61 ,а). После термомеханической обработки зерно бывшее аустенитное зерно измельчается до 6-7 баллов (рисунок 61 ,б). При этом дисперсность и гомогенность структуры в исследуемом объеме увеличивается. Измельчение структуры должно сопровождаться упрочнением стали, что находит свое подтверждение по результатам механических испытаний (таблица 28).

То есть можно утверждать, что применение техпроцесса термомеханической обработки при пониженных температурах деформационного воздействия способствует замедлению рекристаллизационных процессов в сталях перлитного класса.

5.2 Отработка режимов ПТМО для сталей мартенситного класса

Результаты металлографического исследования на примере стали 20X13 представлены на рисунке 62, а механические свойства поковок для этой же стали в таблице 29. х340: х500: х340: х500: а) заводской режим б) режим с применением ТМО

Рисунок 62 - Микроструктура стали 20X13

Заводской режим Режим с применением ТМО твердость ИКС 25 ЖС 44 временное сопротивление сгв, МПа 660 1160 условный предел текучести сто,2, МПа 450 1020 относительное удлинение 5, % 16 13,2 относительное сужение \|/,% 55 42,2 ударная вязкость КС11, кДж/м2 613 560

Анализ микроструктуры стали 20X13 показал (рисунок 62), что применение рекомендованного нами техпроцесса термомеханической обработки в интервале температур деформирования, соответствующим теплой пластической деформации (0,6-Ю,7)Тпл способствует получению стали с измельченным мартенситным зерном, которое было унаследовано также как и в случае со сталями перлитного класса в результате упругопластической деформации аустенита. После механической и термической обработки стали по стандартному заводскому режиму в структуре происходит образование мартенсита, феррита и карбидов (рисунок 62,а), а при применении техпроцесса термомеханической обработки в интервале температур (0,6ч-0,7)Тпл в структуре образуется в основном мартенсит (рисунок 62,6). При этом анализ структуры на рисунке 62 показывает, что степень дисперсности стали мартенситного класса после ТМО намного выше, чем при штамповке по стандартному заводскому режиму. При этом повышение механических свойств (таблица 29) стали 20X13 в результате термомеханической обработки определяется качественным изменением в структуре и тонком строении мартенсита, унаследованным от деформированного аустенита.

Таким образом, применение техпроцесса термомеханической обработки при пониженных температурах деформационного воздействия способствует замедлению рекристаллизационных процессов и в сталях мартенситного класса.

5.3 Отработка режимов ПТМО для сталей аустенитного класса

Результаты металлографического исследования на примере стали 08Х18Н10Т представлены на рисунке 63, а механические свойства поковок для этой же стали в таблице 30.

У;.-'*"-: ?

- ' г г"-4-« /Vt&y- • ; тя^штшт «шри!

ШРЙйШШЙШ * * js ' Г у.—ТГН „л* -i V- -АЛ ■ ; ;• чЧ 2»,xlOOO:

•V fXV: \ / . » а ,-> ■ Г г", ! » ' V

Si"'- . ,1 J I 4 cj Xf'"«

Гаг* ■ x7000:

1' * ^ V ' Л i • •/ J б) режим с применением ТМО а) заводской режим

Рисунок 63 - Микроструктура стали 08Х18Н10Т Таблица 30 - Механические свойства стали 08Х18Н10Т

Заводской режим Режим с применением ТМО твердость НВ 137 НВ 143 временное сопротивление сгв, МПа 578 590 условный предел текучести сто,2, МПа 288 355 относительное удлинение 5, % 63 47 относительное сужение 80 69 ударная вязкость КСи, кДж/м 2650 2950

По результатам исследования микроструктуры стали 08Х18Н10Т (рисунок 63) можно отметить, что структура стали представляет собой фрагментизированный аустенит. При этом степень фрагментации и дисперсности структуры выше при применении техпроцесса ТМО. А именно, при понижении температуры деформации стали до интервала температур (0,6ч-0,7)Тпл происходит измельчение зерна аустенита примерно в два раза. Деформационное воздействие при упругопластической деформации изменяет структуру аустенита, при этом дробление зерен происходит в основном по линиям скольжения внутри кристаллита. Время подстуживание позволяет произойти только начальным стадиям рекристаллизации, при этом конечная, частично рекристаллизованная структура, фиксируется в результате закалки. Скорость рекристаллизации для сталей аустенитного класса тем выше, чем больше температура деформационного воздействия. Наблюдаемое упрочнение стали аустенитного класса (таблица 30) происходит в основном за счет измельчения зерна стали.

5.4 Сводный металлографический анализ

Для того, что проследить динамику изменения структуры исследуемых сталей при изготовлении поковок по различным температурно - временным параметрам термического и механического воздействия были составлены сводные таблицы (таблица 28-30) для стали каждого класса при производстве по стандартному заводскому режиму, лабораторному режиму 1 и 2, а также при заводской опытной штамповки поковок удлиненной формы в открытых штампах на КГШП по режимам термомеханического воздействия в температурном интервале деформирования, соответствующем теплой пластической деформации. При этом необходимо отметить, что при режимах «стандартный заводской» и «лабораторный 1» деформирование стали осуществляли в интервалах температур горячей пластической деформации (более 0,7ТПЛ), а при режимах «лабораторный 2» и «промышленный» температурный интервал деформирования соответствовал теплой пластической деформации (0,6ч-0,7)Тпл.

Анализ микроструктуры промышленных поковок показал, что структура стали 40Х, 20X13, 08X18Н1 ОТ (таблица 31-33) в целом достаточно однородна, однако дисперсность промышленных образцов ниже, чем лабораторных на 1015%, отштампованных по одинаковым режимам, что можно объяснить масштабным фактором. Со смещением температуры деформационного воздействия в интервал горячей пластической деформации дисперсность материала снижается как при моделировании техпроцесса термомеханической обработки в лабораторных условиях, так и при промышленной штамповке по режимам ТМО.

Стандартный заводской: хЮО:

Лабораторный 1 хЮО:

Лабораторный 2 хЮО:

Промышленный х 100: х200: х500: хЮОО: х500: х200: хЮОО: хЮОО:

Стандартный заводской

Лабораторный 1

Лабораторный 2

Промышленный х340: х200: х200: х340: хЮОО: х500: х500: х500

Стандартный заводской

Лабораторный 1

Лабораторный 2

Промышленный хЮО:

•Щх . Д V х200: хЮОО: м

-'V • „

•л

4 ( ~'|,и ■ хЮОО: х200: хЮО: хЮОО: хЮОО: о

5.5 Расчет экономической эффективности техпроцесса

Проведенные в главе 3 исследования по влиянию пониженных температур деформирования на эксплуатационные свойства штампового инструмента, показали, что более низкие температуры деформирования при ТМО не приводит к значительному износу ручьев штампа.

Предлагаемый технологический процесс, как показали исследования в главе 4 и 5, позволяет производить упрочненные стальные поковки за счет изменений происходящих в строении и тонкой структуре стали под действием деформационного воздействия в интервалах температур теплой пластической деформации. То есть штамповка поковок в отрытых штампах в рамках технологического процесса в интервале температур (0,6-Ю,7)Тпл более эффективна с точки зрения эксплуатационных характеристик в сравнении со стандартным заводским процессом горячей пластической деформации при условии недопущения прохождения полной рекристаллизации.

Технологические ограничения по применению техпроцесса термомеханической обработки в интервалах температур теплой пластической деформации, связанные с необходимостью применения кузнечно-штамповочного оборудования повышенной мощности, для производства поковок удлиненной формы в открытых штампах, отсутствуют.

На наш взгляд, предлагаемый техпроцесс является еще и более эффективным с экономической точки зрения так как позволяет снизить затраты на электроэнергию, необходимую для нагрева и поддержания температуры заготовок, затраты на излишек металла, который требуется назначать, чтобы компенсировать угар и обеспечить требуемую размерную точность поковки. А так же снизить затраты на металл, который расходуется при механической обработки поковок. Имеется в виду тот металл, который необходимо срезать, чтобы получить качественную структур во всем объеме поковки, иначе на наружной поверхности поковки будут скапливаться деструктивные структурные элементы (окалина), образовавшиеся при угаре и отрицательно влияющие на эксплуатационные свойства стального изделии. Стоит отметить, что образование окалины тем больше, чем выше температура нагрева и деформации заготовки. Также при применении ТМО снизятся затраты на электроэнергию и оплату труда на этапе механической обработке поковок.

Дополнительный положительный экономический эффект должен быть получен от увеличения срока службы поковок по причине повышения их эксплуатационных характеристик. Стоит отметить возможное снижение экономического эффекта за счет повышенного износа штампов и увеличении времени производственного цикла за счет назначения времени подстуживания.

Необходимо отметить, что в данной работе расчет экономической эффективности применения техпроцесса ТМО для облойной штамповки поковок удлиненной формы производили с точки зрения техпроцесса изготовления, так как достоверно определить экономический эффект с точки зрения эксплуатационных показателей в настоящий момент не представляется возможным из-за отсутствия методики расчета. Расчет производится на основе данных, предоставленных ОАО «Октябрьский электровагоноремонтный завод» при опытном производстве поковок типа «тяга соединительная», предназначенных для изготовления детали «тяга соединительная» для установки в колесные . тележки подвижного железнодорожного состава (приложение Б, страница 223). При этом сравнивался заводской техпроцесс термомеханической обработки при деформировании заготовки в интервале температур горячей упругопластической деформации (более 0,7ТПЛ) и теплой пластической деформации (0,6-г0,7)Тпл. Расчет приведен в таблице 34.

Так по результатам опытной отработки режимов термомеханической обработки для ОАО «Октябрьский электровагонорёмонтный завод», установлено, что при производстве поковок в рамках техпроцесса ТМО в интервале температуры деформационного воздействия (0,6+0,7)Тпл затраты на материал сокращаются на 87%, механическую обработку на 33%, а затраты связанные с увеличением продолжительности производственного цикла увеличиваются в среднем на 60%.