Разработка ресурсосберегающей технологии холодной объемной штамповки высокопрочных стержневых крепежных изделий из сталей с учетом их деформационного упрочнения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Посалина Анастасия Евгеньевна

• Посалина Анастасия Евгеньевна
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Посалина Анастасия Евгеньевна

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и уточнение задач работы

1.1 Требования к высокопрочным крепежным изделиям в машиностроении

1.2 Механические свойства сталей для холодной объемной штамповки крепежных изделий

1.3. Существующая технология изготовления крепежных изделий холодной объемной штамповкой

1.4. Применение сталей с двухфазной феррито-мартенситной структурой для изготовления крепежных изделий

1.5. Теоретические и экспериментальные методы исследования процессов холодной объемной штамповки

1.6. Выводы по Главе

Глава 2. Экспериментальные исследования влияния предварительной обработки исходных заготовок для холодной объемной штамповки на механические свойства сталей 20, 20Г2Р и 30Г1Р с учетом деформационного упрочнения

2.1. Методика проведения экспериментальных исследований

2.2. Микроструктура сталей 20, 20Г2Р и 30Г1Р после предварительной обработки

2.3. Механические свойства 20, 20Г2Р и 30Г1Р после предварительной обработки

2.4. Выводы по Главе

Глава 3. Разработка конструкции промышленного автоматизированного комплекса предварительной обработки исходных заготовок в виде бунтов

для холодной объемной штамповки

Стр.

3.1 Схема и принцип работы автоматизированного комплекса

3.2. Разработка конструкции двухсекционного индукционного нагревателя

3.3. Выводы по Главе

Глава 4. Теоретические исследования процессов холодной объемной штамповки высокопрочных стержневых крепежных изделий из исходных заготовок после предварительной обработки

4.1. Методика проведения теоретических исследований в программном комплексе QForm

4.2. Компьютерное моделирование процесса холодной объемной штамповки детали «Колесный болт» по стандартной технологии

4.3. Компьютерное моделирование процесса холодной объемной штамповки детали «Колесный болт» по предлагаемой технологии

4.4. Выводы по Главе

Глава 5. Разработка методики проектирования технологических процессов холодной объемной штамповки высокопрочных стержневых крепежных деталей из сталей с учетом их деформационного упрочнения

5.1. Основные этапы разработки технологических процессов холодной объемной штамповки высокопрочных стержневых крепежных деталей из сталей с учетом их деформационного упрочнения

5.2. Разработка технологического процесса холодной объемной штамповки детали «Шпилька М16 х 500» класса прочности 8.8 из стали

5.3. Разработка технологического процесса ХОШ детали «Шпилька М8» класса прочности 10.9 из стали 20Г2Р

Стр.

5.4. Разработка технологического процесса холодной объемной штамповки детали «Колесный болт» класса прочности 10.9 из стали

20Г2Р

5.5. Выводы по Главе

Общие выводы и заключение

Список литературы

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка ресурсосберегающей технологии холодной объемной штамповки высокопрочных стержневых крепежных изделий из сталей с учетом их деформационного упрочнения»

ВВЕДЕНИЕ

Крепежные изделия - одни из самых многочисленных компонентов различных механизмов и машин, во многом определяющие их надежность и качество. Их число в современных машинах составляет до 30...40% от общего количества используемых деталей. Потребность в крепежных изделиях, например, в автомобилестроении РФ составляет около 60 тыс. т в год. В настоящее время в различных отраслях промышленности (в автомобилестроении, строительстве, мостостроении и др.) увеличивается тенденция к применению высокопрочных стержневых крепежных изделий (болты, винты и шпильки) классов прочности 8.8 и выше, изготавливаемые по требованиям ГОСТ и ТУ.

Применяемые производственные процессы изготовления высокопрочных стержневых крепежных изделий из углеродистых и низколегированных сталей включают следующие основные этапы: подготовка исходного металла для холодной объемной штамповки (сфероидизирующий или рекристаллизационный отжиг, фосфатирование, волочение), холодная объемная штамповка (ХОШ) и накатка резьбы; завершающая упрочняющая термическая обработка готовых изделий (термоулучшение - закалка и отпуск); нанесение защитного покрытия, контроль, сортировка и упаковка. Наиболее затратными этапами (до 30.40% энергопотребления и трудоемкости от общих производственных затрат) являются подготовка исходного металла перед холодной объемной штамповкой, а также окончательная упрочняющая термическая обработка отштампованных крепежных изделий.

Одним из путей снижения производственных затрат, сокращения трудоемкости изготовления и повышения качества высокопрочных стержневых крепежных изделий является применение углеродистых и низколегированных сталей с двухфазной феррито-мартенситной структурой. Данные стали имеют повышенную (при заданной прочности) пластичность и обеспечивают требуемый уровень механических и эксплуатационных свойств изготавливаемых крепежных

изделий только за счет интенсивного деформационного упрочнения в процессе ХОШ без завершающего термоулучшения.

Ранее в разработанных технологиях изготовления высокопрочных крепежных изделий прочности 8.8 из сталей марок 08Р, 12Г1Р и 06ХГР с учетом деформационного упрочнения без завершающего термоулучшения имела место проблема разнопрочности изделий типа болт по длине, связанная с различным деформационным упрочнением головки и стержня болта при ХОШ.

Кроме этого, в настоящее время для изготовления высокопрочных крепежных изделий широкое применение находят углеродистые и низколегированные борсодержащие стали марок 20, 20Г2Р, 30Г1Р. Однако применение данных марок сталей для изготовления высокопрочных стержневых крепежных деталей без окончательной упрочняющей термической обработки ограничено отсутствием сведений о рациональных режимах получения предварительной обработки исходных заготовок для ХОШ и научно-обоснованной методики проектирования технологических процессов ХОШ высокопрочных стержневых крепежных деталей.

Таким образом, разработка ресурсосберегающих технологий холодной объемной штамповки высокопрочных стержневых крепежных изделий из сталей 20, 20Г2Р, 30Г1Р с учетом их деформационного упрочнения, обеспечивающих снижение производственных затрат, сокращение энергопотребления и трудоемкости изготовления изделий, является актуальной задачей для современного машиностроения.

Целью работы является снижение энергозатрат и трудоемкости производства высокопрочных стержневых крепежных изделий холодной объемной штамповкой из сталей 20, 20Г2Р и 30Г1Р с учетом их деформационного упрочнения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Анализ существующих технологических процессов изготовления высокопрочных крепежных стержневых деталей холодной объемной штамповкой

(ХОШ) и анализ существующих исследований процессов холодного деформирования сталей с учетом деформационного упрочнения.

2. Разработка методики и проведение экспериментальных исследований влияния предварительной обработки исходных заготовок для ХОШ на механические свойства сталей 20, 20Г2Р и 30Г1Р с учетом деформационного упрочнения.

3. Разработка конструкции автоматизированного комплекса предварительной обработки исходных заготовок для ХОШ в виде бунтов из углеродистых и легированных сталей.

4. Проведение теоретических исследований процессов ХОШ высокопрочных стержневых крепежных изделий с учетом деформационного упрочнения для определения особенностей формоизменения, напряженно-деформированного состояния и силовых параметров.

5. Разработка методики проектирования технологических процессов ХОШ высокопрочных стержневых крепежных деталей классов прочности 8.8 и 10.9 из углеродистых и легированных сталей с учетом деформационного упрочнения.

6. Разработка ресурсосберегающих технологических процессов ХОШ детали «Шпилька М16х500» из стали 20, деталей «Шпилька М8» и «Болт колесный» из стали 20Г2Р с учетом деформационного упрочнения.

Объект исследования: холодная объемная штамповка высокопрочных стержневых крепежных изделий из сталей с учетом их деформационного упрочнения.

Предмет исследования: режимы предварительной обработки исходных заготовок для ХОШ, напряженно-деформированное состояние и силовые параметры при ХОШ высокопрочных стержневых крепежных изделий из сталей с учетом их деформационного упрочнения.

Методы исследований. Теоретические исследования особенностей формоизменения, напряженно- деформированного состояния, силовых параметров при ХОШ выполнены с использованием существующих положений теории

обработки металлов давлением и компьютерного моделирования процессов обработки металлов давлением в программном комплексе QForm ver. 11.

Экспериментальные исследования выполнены с использованием современных универсальных испытательных машин Galdabini QUASAR 1000 и Instron 650DX, спроектированной штамповой оснастки и инструмента, муфельной нагревательной печи СНОЛ, металлографического микроскопа Olympus Color View и высокопроизводительных компьютеров. Обработку полученных результатов проводили с использованием методов математической статистики и в разработанной специализированной подпрограмме для определения твердости изделий после ХОШ в программном комплексе QForm ver.11.

Автор защищает:

- результаты экспериментальных и теоретических исследований процессов предварительной обработки исходных заготовок и ХОШ высокопрочных крепежных изделий из сталей 20, 20Г2Р, 30Г1Р с учетом деформационного упрочнения, показывающие зависимости механических свойств и микроструктуры исходных заготовок от режимов их предварительной обработки, а также особенности формоизменения, напряженно-деформированное состояние и силовые параметры процесса штамповки. (соответствует п. 1, 3, 4 паспорта научной специальности 2.5.7);

- методику проектирования технологических процессов ХОШ высокопрочных стержневых крепежных деталей класса прочности 8.8 и 10.9 из сталей 20, 20Г2Р, 30Г1Р с учетом деформационного упрочнения;

- ресурсосберегающие технологические процессы ХОШ детали «Шпилька М16х500» класса прочности 8.8 из стали 20, деталей «Шпилька М8» и «Болт колесный» класса прочности 10.9 из стали 20Г2Р с учетом деформационного упрочнения;

- конструкцию автоматизированного комплекса предварительной обработки исходных заготовок для ХОШ в виде бунтов диаметром 10.. .18 мм и массой до 1500 кг из углеродистых и низколегированных сталей для получения требуемых стабильных механических свойств исходных заготовок для ХОШ.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается применением современного испытательного оборудования и методов анализа, сходимостью теоретических и экспериментальных результатов исследований с расхождением менее 6.8%, а также промышленной апробацией результатов исследований.

Научная новизна заключается:

- в полученных режимах предварительной обработки исходных заготовок из сталей 20, 20Г2Р и 30Г1Р (предварительная термическая обработка - нагрев до температур 720.. ,760°С, охлаждение в воде, отпуск 300. 350°С и предварительная деформация - волочение со степенью обжатия 5...20%) для ХОШ высокопрочных стержневых крепежных изделий требуемого класса прочности с учетом деформационного упрочнения;

- в разработанных математических моделях процессов ХОШ высокопрочных стержневых крепежных изделий из сталей 20, 20Г2Р, 30Г1Р с учетом деформационного упрочнения, позволяющих определять твердость полученных изделий, напряженно-деформированное состояние и силовые параметры процесса деформирования.

Практическая значимость заключается:

- в разработанной методике проектирования технологических процессов ХОШ высокопрочных стержневых крепежных деталей типа болт/винт и шпилька классов прочности 8.8 и 10.9 из сталей 20, 20Г2Р, 30Г1Р с учетом деформационного упрочнения, обеспечивающей повышение качества изготавливаемых изделий, снижение энергопотребления и сокращение трудоемкости изготовления изделий;

- в разработанных ресурсосберегающих технологических процессах ХОШ детали «Шпилька М16х500» класса прочности 8.8 из стали 20 и деталей «Шпилька М8», «Болт колесный» класса прочности 10.9 из стали 20Г2Р с учетом деформационного упрочнения, обеспечивающих получение требуемых механических свойств изделий без завершающей упрочняющей термической обработки и снижение затрат на производство;

- в разработанной конструкции автоматизированного комплекса предварительной обработки исходных заготовок для ХОШ в виде бунтов диаметром 10...18 мм и массой до 1500 кг из углеродистых и низколегированных сталей для получения требуемых механических свойств и микроструктуры заготовок для последующей ХОШ с учетом деформационного упрочнения.

Личный вклад автора. Личный вклад автора состоит в проведении экспериментальных и теоретических исследований влияния режимов предварительной обработки исходных заготовок для ХОШ на механические свойства, деформационное упрочнение и микроструктуру сталей 20, 20Г2Р и 30Г1Р; исследований процессов ХОШ высокопрочных стержневых крепежных изделий из сталей с учетом их деформационного упрочнения для определения особенностей формоизменения, напряженно-деформированного состояния и силовых параметров; разработке ресурсосберегающих технологических процессов изготовления детали «Шпилька М16х500» деталей «Шпилька М8», «Болт колесный» из сталей с учетом деформационного упрочнения; разработке конструкции автоматизированного комплекса предварительной обработки исходных заготовок для ХОШ в виде бунтов из углеродистых и легированных сталей.

Реализация работы. Разработанные ресурсосберегающие технологические процессы изготовления деталей «Шпилька М16х500», «Шпилька М8» и «Болт колесный» из сталей 20, 20Г2Р и 30Г1Р с учетом их деформационного упрочнения прошли промышленную апробацию и признаны перспективным для внедрения в производство на АО «БЕЛЗАН» (г. Белебей) и ООО «ОСПАЗ» (г. Орел).

Разработанная методика проектирования технологических процессов ХОШ высокопрочных стержневых крепежных деталей классов прочности 8.8 и 10.9 из сталей 20, 20Г2Р, 30Г1Р с учетом их деформационного упрочнения и автоматизированный комплекс предварительной обработки исходных заготовок для ХОШ в виде бунтов диаметром 10.18 мм и массой до 1500 кг из углеродистых и низколегированных сталей могут быть использованы на предприятиях -производителях крепежных изделий (АО «БЕЛЗАН», ООО «ОСПАЗ», ОАО

«ММК-МЕТИЗ», ООО «Параллель», ООО ЗВК «Бервел» и др.) для повышения качества изготавливаемых изделий, снижения энергопотребления и трудоемкости изготовления изделий.

Разработанный технологический процесс изготовления детали «Колесный болт» защищен патентом РФ на изобретение № 2845806 и планируется к применению в производственных условиях АО «БЕЛЗАН» (г. Белебей).

Апробация работы. Основные положения и материалы работы доложены на Международной научно-технической конференции «МашТех - 2022. Инновационные технологии, оборудование и материальные заготовки в машиностроении». М., 2022; XX Международной научно-технической конференции, посвящённой 165-летию со дня рождения основоположника космонавтики, создателя теории межпланетных сообщений, Константина Эдуардовича Циолковского. Рязань, 2022; Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии, оборудование и материалы заготовительных производств в машиностроении». М., 2022; XXI Международной научно-технической конференции, посвящённой 35-летию полета орбитального корабля-ракетоплана многоразовой транспортной космической системы «Буран». Рязань, 2023; Международной научно-технической конференции «Материаловедение, формообразующие технологии и оборудование 2024 (ICMSSTE 2024)». Ялта, 2024; XII конференция молодых специалистов по перспективам развития металлургических технологий, посвященной 115-й годовщине со дня рождения Александра Павловича Гуляева. М., 2023; VIII Всероссийском молодежном научном форуме «Наука будущего - наука молодых». Орел, 2023; Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ в области инженерных и гуманитарных наук, посвященный 170-летию В. Г. Шухова М., 2023; XV Международной научно-технической конференции «Наукоёмкие технологии в машиностроении». М., 2023; научных семинарах кафедры технологий обработки материалов МГТУ им. Н.Э. Баумана; на совещаниях технических советов АО «БЕЛЗАН» и ООО «ОСПАЗ».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, входящих в Перечень ВАК РФ, 6 статей в сборниках трудов научно-технических конференций, 1 патент на изобретение. Общий объем -2,4 п. л., авторский вклад -1,8 п. л.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав основного текста, основных выводов и заключения по работе, приложений. Общий объем диссертации составляет 153 страницы. Диссертация содержит 53 рисунка, 30 таблиц и список литературы из 101 наименования.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ РАБОТЫ

1.1 . Требования к высокопрочным крепежным изделиям в машиностроении

Крепёжные изделия являются одними из самых многочисленных компонентов машин и значительно влияют на их надёжность и качество. По различным оценкам, их доля в современных машинах составляет 30-40 % от общего количества деталей. Например, в одном автомобиле производства ОАО «АВТОВАЗ» используется в среднем 3000 крепёжных изделий более чем 600 наименований, в автомобилях ОАО «ГАЗ» — до 5600 изделий около 380 наименований, а в автомобилях ОАО «УАЗ» — до 3100 изделий свыше 200 наименований [1].

Крепежные изделия классифицируют по нескольким признакам, которые играют важную роль при создании технологических процессов. По назначению крепежные изделия делят на стержневые (болты, винты, шпильки), а также гайки, заклепки, шайбы и другие. Болт и винт представляет собой крепежное изделие в виде цилиндрического стержня с головкой, часть которого имеет резьбу. Шпилька состоит только из стержневой части с резьбой без головки. Болты применяют как сильно нагруженные элементы в соединениях, которые подвергаются статическим, циклическим и динамическим нагрузкам [1-4 и др.].

Форма, размеры и механические свойства считаются наиболее важными характеристиками деталей [1, 4]. По форме головок крепежные детали весьма разнообразны. Самой распространенной формой головки болта является шестигранная. Используют также звездообразные, цилиндрические с внутренним шестигранником, полукруглые, потайные, закладные головки и т.д.

Болты с шестигранными головками бывают стандартного размера «под ключ» S по ГОСТ 7798-70 и с уменьшенным размером. Согласно ГОСТ 7796-70, болты с меньшим размером «под ключ» имеют уменьшенную опорную поверхность и подходят для соединений, которые требуют пониженной прочности на смятие

контактной поверхности под головкой. Болты с более крупными головками (более чем два диаметра резьбы) предпочтительно используются для крепления деревянных конструкций, так как они обеспечивают более широкую опорную поверхность и снижают риск смятия древесины. Те болты, у которых диаметр головки меньше двух диаметров резьбы, в основном применяются для металлических конструкций. Болты различают также по наличию резьбы до головки или гладкого стержня. Диаметр гладкого стержня зачастую совпадает с наружным диаметром резьбы, но может быть и больше или меньше. Длина стержня колеблется в диапазоне от 1 до 20 диаметров [1, 2].

Болты и винты отличает не только форма головок, но и условия эксплуатации в узлах машин и сооружениях. Болты затягиваются с использованием ключей, что создает значительный крутящий момент на сопрягаемой гайке. Винтам такое не всегда удобно, так как у них обычно шлиц на головке для отвертки, который не позволяет создать сильный крутящий момент. Обычно у винтов головки цилиндрической, потайной или полупотайной формы. Шлицы на таких головках могут быть прямыми, крестообразными, квадратными и другими. Для усиления крутящего момента применяют специальные углубления, такие как звездообразные и двенадцатигранные. Распространены также винты с цилиндрической головкой и внутренним шестигранником. Основные конструктивные элементы деталей типа стержня с головкой представлены в Таблице 1 .

По механическим свойствам в соответствии с ГОСТ Р ИСО 898- 1-2014 стальные болты, винты и шпильки изготавливают по 1 0 классам прочности. Класс прочности — это характеристика, которая определяет, какую нагрузку способен выдержать крепёжный элемент без деформации или разрушения. Класс прочности для болтов обозначают двумя числами. Первое число, умноженное на 100, указывает минимальное значение временного сопротивления (МПа), а произведение первого и второго чисел, увеличенное в 10 раз, - предел текучести.

Таблица 1 .

Морфологическая классификация стержневых деталей с головкой (болты, винты)

15

Продолжение таблицы 1 .

ж

I %

о.

и

Й д

й.

2.1. Нормальный

2.5. С квадратным подголовком

2.2. Уменьшенный

— г

—1 -и

2.6. С потайной головкой

-В

2.3. Тонкий

-Зь._____

-и и

2.4 Ступенчатый

16

I %

л

3.1. С фаской

3.2. Конический

£

>

3.3 С режущей кромжой

3.4 Длинный цилиндрический

3.5. Направляющий с усеченным конусом

3

3.6. Конец самонарезающего винта конический

3.7. Конец самонарс-завдщего винта скругленный

З.Н Конец рс^ь^онарс-зающего вита

Например, болты класса прочности 6.8 имеют временное сопротивление 600 МПа, а предел текучести составляет 6-8-10 « 480МПа. Болты классов прочности 8.8, 10.9 и 12.9 называют высокопрочными [5]. Механические свойства крепежных изделий по классам прочности представлены в Таблице 2.

Таблица 2.

Марки сталей и механические свойства стержневых крепежных изделий

по ГОСТ Р 52643—2006 и ГОСТ КО 898-1— 2014

Класс прочности Марка материала Предел прочности на растяжение, МПа Твердость НВ Относительное удлинение/ сужение,%

6.8 20, 40Х, сталь 35 и др. Не менее 600 181-238 -

8.8 40Х, 20Г2Р и др. Не менее 800 245-316 Не менее 12 / 52

10.9 40Х, 30Х3МФ, 20Г2Р, 30Г1Р и др. Не менее 1000 316-375 Не менее 9 / 48

12.9 20Х2НМТРБ и др. Не менее 1200 380-429 Не менее 8 / 44

Существует необходимость в постоянном улучшении крепежных деталей, так как более половины трудозатрат в сборочных процессах автопроизводства связаны с резьбовыми соединениями, а операции с крепежными изделиями составляют 20-26% при обслуживании отечественного транспорта. Снижение трудоемкости сборки многим обязано применению прогрессивных крепежных систем. [6, 7,8]

Перечень стандартов, определяющих технические требования к крепежным изделиям, приведен в Таблице 3.

Массовое производство крепежных деталей сосредоточено на специализированных заводах, которые также развивают и другие виды продукции с применением холодной объемной штамповки (ХОШ), отвечая на растущие потребности в высококачественных деталях для сборки техники, включая автомобили [1-11 и др.].

Таблица 3.

Перечень стандартов, определяющих технические требования к

крепежным изделиям

Номер Название

ГОСТ Р ИСО 4759-1-2015 Изделия крепежные. Допуски. Часть 1. Бол ты, винты, шпильки и гайки. Классы точности А, В и С

ГОСТ Р ИСО 6157-1-2015 Изделия крепежные. Дефекты поверхности. Часть 1: Болты, винты и шпильки общего назначения

ГОСТ 8724-2002 (ИСО 261-98) Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Диаметры и шаги

ГОСТ 9150-2002 (ИСО 68-1-98) Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Профиль

ГОСТ 19256-73 Стержни под накатывание метрической резьбы. Диаметры

ГОСТ 16093-2004 (ИСО 965-1, ИСО 965-3) Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Допуски. Посадки с зазором

ГОСТ Р ИСО 3269-2015 Изделия крепежные. Приемочный контроль

ГОСТ 24671-84 Болты, винты, шурупы с шестигранной головкой и гайки шестигранные. Размеры «под ключ»

ГОСТ ISO 898-1-2014 Механические свойства крепежных изделий из углеродистых и легированных сталей. Часть 1. Болты, винты и шпильки установленных классов прочности с крупным и мелким шагом резьбы

ГОСТ ISO 898-5-2014 Механические свойства крепежных изделий из углеродистой и легированной стали. Часть 5: Установочные винты и аналогичные резьбовые крепежные изделия, не подвергаемые растягивающим напряжениям

ГОСТ ISO 898-7-2015 Механические свойства крепежных изделий. Часть 7. Испытание на кручение и минимальные крутящие моменты для болтов и винтов номинальных диаметров от 1 до 10 мм

1.2 Механические свойства сталей для холодной объемной штамповки крепежных изделий

Холодная объёмная штамповка (ХОШ) является основным способом массового производства крепёжных изделий благодаря высокой производительности, минимальным отходам и хорошему качеству поверхности. Однако её применение ограничено технологическими свойствами сталей [1, 10, 11].

Современное машиностроение предъявляет к материалам всё более высокие требования как с точки зрения конструктивной прочности, так и с точки зрения технологичности изготовления [1-6].

Первое требование обуславливает комплекс высоких физико-механических свойств металла. Наиболее важным требованием к исходному материалу является его деформируемость [1, 2, 11, 12]. При этом недостаточная деформируемость приводит к образованию трещин на поверхности заготовки при деформировании. Деформируемость металла зависит не только от химического состава, но и механических свойств [14].

Для холодной объемной штамповки предпочтительны материалы с низким содержанием примесей и легирующих элементов [14, 15]. Традиционно в производстве крепёжных изделий применяют низкоуглеродистые стали марок 10 и 20, а также легированные стали марок 40Х, 35Г2, 40ХН. Однако в последние десятилетия наблюдается устойчивая тенденция к переходу на экономнолегированные борсодержащие стали (12Г1Р, 20Г2Р, 30Г1Р), что подтверждается практикой ряда отечественных предприятий [16-25].

Ключевые преимущества борсодержащих сталей заключаются в следующем:

- обеспечение достаточной прокаливаемости при минимальном легировании (5=0,001-0,003%);

- повышение пластичности и ударной вязкости в термообработанном состоянии — на 15-20 % выше по сравнению с традиционными сталями;

- возможность получения классов прочности 6.8-10.9 без использования дорогостоящих легирующих элементов, таких как хром, никель или молибден.

Рекомендуемые области применения данных марок сталей:

- 12Г1Р, 20Г2Р — болты классов прочности 6.8 и 8.8 диаметром до 24 мм;

- 30Г1Р — болты класса прочности 10.9 (диаметр < 24 мм);

- 40Х — крупногабаритный крепёж (диаметр > 24 мм);

- 20Х2НМТРБ — специальные высокопрочные болты с временным сопротивлением о"в=1350-1550 МПа.

Микроструктура исходного проката также играет ключевую роль. Наилучшей деформируемостью обладает зернистый (глобулярный) перлит, в котором цементит равномерно распределён в ферритной матрице (Рисунок 1.1) [1, 27, 28]. В отличие от него, пластинчатый перлит склонен к охрупчиванию даже при умеренных степенях деформации [29, 30]. По мнению авторов [31, 32], оптимальной деформируемостью в холодном состоянии обладает калиброванный прокат со структурой зернистого перлита (не менее 80%) балла зерна 5-7 и относительным сужением не менее 50-60%. При этом, что если прокат изготовлен из средне- и высокоуглеродистой и легированной (38ХА, 40Х, 40ХН2МА) стали с микроструктурой менее 80% зернистого перлита, то он не выдерживает осадки даже 1/3 первоначальной высоты.

а б

Рисунок 1.1. Пластинчатый (а) и сфероидизированный (б) перлит

Для успешной реализации ХОШ необходимо соблюдение следующих

условий [1, 2, 11, 14, 33, 38 и др.]:

- твёрдость калиброванного проката: 170 < НВ < 280. При НВ < 160

наблюдается неустойчивость при высадке, а также интенсивное налипание металла

на инструмент. При НВ > 290 резко возрастают удельные силы деформирования, снижается стойкость инструмента, появляются поверхностные трещины и ухудшается заполнение полости матрицы.

- относительное сужение у — является показателем пластичности при объемной деформации: у > 60% — прокат весьма пластичен; 50% < у < 60% — достаточно пластичен, пригоден для ХОШ с ограничениями; у < 50% — непригоден для ХОШ .

- соотношение а0,2/ав= 0,6.0,72 — обеспечивает баланс между прочностью и способностью к пластическому течению в штампе. Это соотношение обеспечивает баланс между прочностью и способностью к пластическому течению в штампе. При значениях а0,2/ав~0,9 наблюдается высокая релаксационная стойкость, но снижается запас пластичности, что затрудняет последующую деформацию [29].

Однако, как показано в [22, 34 и др.], механические свойства калиброванного проката не являются исходными, а формируются в ходе комплекса подготовительных операций - главным образом, термической обработки и деформирования в виде волочения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Посалина Анастасия Евгеньевна, 2026 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лавриненко Ю.А., Евсюков С.А., Лавриненко В.Ю. Объемная штамповка на автоматах: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 259 с.

2. Холодная объемная штамповка: справочник / под ред. Г.А. Навроцкого, В.А. Головина, Л.Ф. Нистратова. М.: Машиностроение. 1973. 496 с.

3. Шиголев В.В. и др. Стандартизация и управление качеством в металлургии // Вестн. МГТУ им. Г.И. Носова. 2007. № 4. С. 45-52.

4. Бобылёв М.В., Закиров Д.М., Лавриненко Ю.А., Майстренко В.В. Разработка технологии изготовления высокопрочных крепежных изделий из сталей 10 и 20 // Кузнечно-штамповочное производство. 1999. № 5. С. 27-28.

5. ГОСТ Р ИСО 898-1-2014. Механические свойства крепежных изделий из углеродистых и легированных сталей. Часть 1. Болты, винты и шпильки установленных классов прочности. М.: Стандартинформ, 2015. 36 с.

6. Филатов Г.А., Родионова И.Г. Пути повышения потребительских свойств сталей для автомобилестроения. М.: Металлург, 2004. 288 с.

7. Филиппов А.А. Повышение качества поверхности стального проката под калибровку перед высадкой крепежных изделий / А.А. Филиппов [и др.] // Заготовительное производство. 2007. №3. С. 51-53.

8. Петриков В.Г. Прогрессивные крепежные изделия / В.Г. Петриков, А.П. Власов. М.: Машиностроение. 1991. 256 с.

9. Мокринский В.И. Производство болтов холодной объемной штамповкой/ В.И. Мокринский. М.: Металлургия. 1978. 210 с.

10.Амиров М.Г. Состояние развития процессов холодной объемной штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. 1987. №11. С. 19-21.

11.Ковка и штамповка: справочник в 4-х томах. Т. 3. Холодная объемная штамповка / под ред. Г.А. Навроцкого. М.: Машиностроение, 1987. 384 с.

12.Амиров М.Г. Оценка технологической деформируемости при ХОШ / М.Г. Амиров, Р.К. Гареев, И.Б. Нуркаев // Кузнечно-штамповочное производство. 1985. № 9. С. 34-38.

13.Васильев С.П. Производство крепежных изделий./ С.П. Васильев.М.: Металлургия. 1981. - 104 с.

14.Биллигман И. Высадка и другие методы объемной штамповки: справ. руководство. М.: Машгиз, 1960. 467 с.

15.Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. — М.: Металлургия, 1985. 407 с.: ил.

16.Бобылёв М.В., Королёва Е.Г., Штанников П.А. Перспективные экономнолегированные борсодержащие стали для производства высокопрочных крепежных изделий // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. № 5. С. 51-56.

17.Голованенко С.А., Фонштейн Н.М., Ефимов А.А. и др. О применении малоуглеродистых ферритно-мартенситных сталей для холодной высадки крепежных изделий // Сталь. 1982. № 6. С. 56-61.

18.Бобылев М.В. Перспективы использования боросодержащих сталей для производства прогрессивных видов высокопрочных крепежных деталей автомобиля // Национальная металлургия. 2003. №4. С. 68-73.

19. Гринберг Е.М. Металловедение боросодержащих конструкционных сталей / Е.М. Гринберг . М.: МИСиС. 1997. 198 с.

20.Ляхович Л.С., Пучков Э.П., Ворошин Л.Г., Полтарак Е.Н. Влияние бора на прокаливаемость сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 1969. № 1. С. 37-39.

21. Кузьмина Н.Е., Влияние бора на структуру и свойства сплавов железа и оптимизация режимов термической обработки легированных бором сталей, автореферат диссертации кандидата технических наук, Тула, 1986, 24 с.

22.Голованенко С. Л., Фонштейн Н. М. Двухфазные низколегированные стали. М.: Металлургия, 1986. 207 с.

23. Грузин П.Л., Мураль В.В. Влияние легирующих элементов на деформируемость стали // Металловедение и термическая обработка металлов. 1968. № 2. С. 13-16.

24.Пятакова Л.Л., Федотова А.Б., Можаров М.В. Влияние бора на структуру и свойства сталей // Изв. АН СССР. Металлы. 1972. № 3. С. 194-195.

25. Тихонов А.К., Лавриненко Ю.А., Палагин Ю.М., Урусов Ю.А. Низколегированные борсодержащие стали для высокопрочного крепежа // Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте: сб. докл. Междунар. конф. Самара, 1999. С. 155-158.

26.Лавриненко В.Ю., Лавриненко Ю.А., Говоров В.А. Материалы для изготовления высокопрочных крепежных деталей в автомобильной промышленности // Металлургия. 2019. № 9. С. 70-75.

27.Филиппов А.А., Пачурин Г.В., Пачурин В.Г. Технология подготовки проката без термической обработки под высадку крепежных изделий // Современные наукоёмкие технологии. 2006. № 7. С. 45-48.

28.Гуляев А.П. Металловедение: учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986. 544 с.

29.Гриднев В.Н., Гаврилюк В.Г., Мешков Ю.Я. Прочность и пластичность холоднодеформированной стали. Киев: Наукова думка, 1974. 232 с.

30. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов: в 3 т. Т. 2. М.: Металлургиздат, 1960. 416 с.

31.Пудов Е.А. Пути улучшения качества проката 20Г2Р для холодной объемной штамповки // Производство проката. 2001. №3. С. 17-19.

32.Шахпазов Х.С. Производство метизов / Х.С. Шахпазов, Н.Н. Недовизий, В.И. Ориничев. - М., Металлургия. 1977. 392 с.

33.Навроцкий Г.А., Кроха В.А. Определение технологических усилий и работы деформации при штамповке деталей на одно- и многопозиционных автоматах // Холодная объемная штамповка: справочник. М.: Машиностроение, 1973. С. 295-310.

34.Бобылёв М.В., Лавриненко Ю.А., Закиров Д.М. Оптимизация режимов отжига сталей для холодной высадки крепёжных изделий // Кузнечно-штамповочное производство. 1999. № 5. С. 32-36.

35.Кроха В.А. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации. М.: Машиностроение, 1980. 157 с.: ил.

36.Филиппов В.Г., Филиппов А.А., Пачурин Г.В. Формирование структурно-механических свойств проката стали 38ХА для получения высокопрочного крепежа // Металлургия и материаловедение. 2012. № 3. С. 24-29.

37.Кириченко В. В., Бурняшев И. И. и др. Металловедение и термическая обработка металлов, 1977, № 1, 61-62.

38. Амиров М.Г., Лавриненко Ю.А. Основы технологии автоматизированного холодновысадочного производства: учеб. пособие. Уфа: УАИ, 1992. 142 с.: ил.

39.Кулеша В.А. Особенности производства стали для высококачественных метизов // Труды третьего конгресса прокатчиков Москва. 2000. С. 543-546.

40.Локша О.Г. О причинах дефектов при производстве крепежа / О.Г. Локша, А.В. Напалков // Шурупы и гвозди. 2001. №5. С. 12-14.

41. Филиппов А.А. Анализ влияния дефектности заготовок на качество горячекатаного проката для холодной высадки крепежных изделий / А.А. Филиппов [и др.] // Материалы шестой ежегодной промышленной конференции с международным участием и блиц-выставки. Славское, Карпаты. 20-24 февраля. 2006 г. С. 200-201.

42.Колпак В.П., Ивченко А.В., Кокашинский В.А. и др. К вопросу о возможности получения крепежа класса прочности 8.8 без термического упрочнения из передельного проката повышенной прочности // Метизы. 2006. № 9. С. 26-27.

43.Лавриненко В.Ю., Лавриненко Ю.А., Говоров В.А. Критерии выбора и рационального применения материалов для высокопрочных крепежных деталей в автомобильной промышленности // Заготовительные производства в машиностроении. 2019. Т. 17, № 1. С. 17-25.

44.Lavrinenko V.Y., Lavrinenko Y.A., Govorov V.A. Materials for manufacturing automotive industry high-strength fasteners // Metallurgist. 2020. Vol. 63. P. 960966.

45.Бобылев М.В.,. Современные подходы к производству высокопрочного автокрепежа / М.В. Бобылев, В.П. Столяров // Метизы. №0(01). 2002. С. 4547.

46.Бунатян Г.В. Холодное выдавливание деталей формующей технологической оснасткой / Г.В. Бунатян, В.А. Скуднов, А.И. Хыбемяги. М.: Машиностроение. 1998. 182 с.

47.Лавриненко В.Ю., Посалина А.Е., Лавриненко Ю.А., Кирсанов А.С. Направления повышения эффективности производства высокопрочных крепежных и сложнопрофильных деталей // МашТех 2022: сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф. М., 2022. С. 130-133.

48. Ивченко А.В. Энергосберегающая ТМТО-технология изготовления высокопрочных крепежных резьбовых изделий // Сталь. 2018. № 10. С. 6267.

49. Одесский П.Д. Упрочнение в потоке станов низкоуглеродистых сталей / П.Д. Одесский, С.И. Тишаев, Н.Д. Бахтеева // Металловедение и термическая обработка металлов. 2000. № 9. - С. 36-38.

50.Закиров Д.М. Получение высокопрочных крепежных изделий из низкоуглеродистой стали, предварительно закаленной из межкритического интервала / Д.М. Закиров, Ю.А. Лавриненко, М.В. Бобылев / Материалы в автомобилестроении: сб. тезисов докладов. Тольятти. 1998. С. 45-46.

51. Сокол И.Я. Двухфазные стали. М.: Металлургия, 1974. 215 с.

52.Гуляев А.П., Вольтова Т.Ф. Структура и свойства двухфазных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 1979. № 2. С. 17

53.Лавриненко В.Ю., Лавриненко Ю.А., Галиахметов Т.Ш., Посалина А.Е. Разработка технологии изготовления высокопрочных крепежных изделий из стали 20Г2Р с двухфазной феррито-мартенситной структурой // Заготовительные производства в машиностроении. 2024. Т. 22, № 7. С. 311314.

54.Cribb W.R. On the formation of martensite in dual-phase steels // Scr. Metall. 1978. Vol. 12, № 10. P. 893-898.

55.Marder A.R., Bramfitt B.L. Structure and properties of dual-phase steels // Proc. Conf. TMS-AIME, New Orleans. 1977. P. 242-259.

56.Messien P., Herman J.C., Greday T. Phase transformation and microstructures of intercritically annealed dual-phase steel // Fundamentals of Dual-Phase Steels: Proc. Symp. Chicago, Feb. 23-24, 1981. AIME, 1981. P. 161-180.

57.Davies R.G., Magee C.L. Deformation behavior of dual-phase steels // J. Metals. 1979. Vol. 31, № 11. P. 17-23.

58.Furukawa T., Morikawa H., Takechi H. et al. Process factors for highly ductile dual-phase sheet steels // Structure and Properties of Heat Treatment Dual-Phase Steels: Proc. Symp. / Ed. R.A. Kot, J.W. Morris. New York: AIME, 1979. P. 281303.

59.Щиголев В.В., Иващенко Ю.Н., Позняк Л.А. и др. Текстурная наследственность в феррито-мартенситной структуре низколегированной

стали после контролируемой термомеханической обработки // Физика металлов и металловедение. 2019. Т. 120, № 12. С. 1279-1285.

60.Davies R.G., Magee C.L. Dual-phase cold pressing vanadium steels in the automobile industries // Proc. Seminar Berlin (West), Oct. 1978. London: Vanitec,

1978. P. 181-203.

61.Nakaoka K., Araki K., Kurihara K. Formable HSLA and dual-phase steels // Proc. Symp. Chicago, Oct. 26, 1977 / Ed. A.T. Davenport. New York: AIME, 1979. P. 126-141.

62.Tanaka T., Nishida M., Hashiguchi K. Structure and properties of heat treatment dual-phase steels // Proc. Symp. / Ed. R.A. Kot, J.W. Morris. New York: AIME,

1979. P. 221-241.

63.Лавриненко В.Ю. Исследование влияния предварительной деформации металла на силу деформирования при холодной высадке крепежных деталей / В.Ю. Лавриненко, А.А. Гартвиг // Метизы. 2007. №3. -С. 54-55.

64.Королева Е.Г. Оптимизация структуры высокопрочных крепежных деталей при ресурсосберегающих технологиях: дис. кандидат технических наук. М., 2004, 145с.

65.Амиров М.Г. Технические и эксплуатационные характеристики двухфазных ферритно-мартенситных сталей для холодной высадки крепежных изделий / М.Г. Амиров, Е.Н. Жукова, А.А. Ефимов, А.М. Филимонов // Кузнечно-штамповое производство. 1985. №9. С.30-31

66.Голованенко С.А. Структура и свойства высокопрочных низколегированных двухфазных ферритно-мартенситных сталей для холодной штамповки и высадки. В книге: Проблемы современной металлургии / С.А. Голованенко, Н.М. Фонштейн. М.: Металлургия. 1983. С. 139-147.

67.Борцов А.Н. Влияние холодной деформации и низкого отпуска на прочностные и ударные характеристики низколегированных сталей в

различных структурных состояниях / А.Н. Борцов, Н.М. Фонштейн // ФХММ. 1984. №2. С. 56-61.

68.Жукова Е.Н. Новые конструкционные стали и сплавы и методы их упрочнения / Е.Н. Жукова [и др.]. М.: МДНТП, 1984. С. 86-91.

69. Патент № 2070581 Рос. Федерация, МПК C21D 1/32, C21D 9/60. Установка для термообработки калиброванной стали / Гордиенко Н.И., Гареев Р.К., Купцов В.И. [и др.]; заявитель АООТ «Автонормаль». № 92001224/02; заявл. 20.10.1992; опубл. 20.12.1996.

70.Патент № 2070582 Рос. Федерация, МПК C21D 1/32, C21D 9/60. Установка для термообработки калиброванной стали / Гордиенко Н.И., Гареев Р.К., Бобылев М.В. [и др.]; заявитель АООТ «Автонормаль». № 92008194/02; заявл. 25.11.1992; опубл. 20.12.1996.

71.Патент № 2126845 Рос. Федерация, МПК C21D 9/60, C21D 1/32, C21D 8/06. Установка для отжига и закалки калиброванной стали / Закиров Д.М., Бобылев М.В., Лавриненко Ю.А. [и др.]; заявитель ОАО «Автонормаль». — № 97120209/02; заявл. 04.12.1997; опубл. 27.02.1999.

72.Патент № 2137847 Рос. Федерация, МПК C21D 1/32, C21D 9/60, C21D 11/00. Установка для термообработки калиброванной стали / Закиров Д.М., Бобылев М.В., Лавриненко Ю.А. [и др.]; заявитель ОАО «Автонормаль». № 98117255/02; заявл. 16.09.1998; опубл. 20.09.1999.

73. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов / А.Д. Томленов М.: Металлургия, 1972. 408 с.

74. Парамонов Р.А. Совершенствование теоретического анализа технологических задач методом линий скольжения для пластических областей, образованных свободными круговыми границами / Р.А. Парамонов // Известия ТулГУ. Технические науки. 2011. Вып. 6. 143

75.Kudo, H. An upper-bound approach to plane-strain forging and extrusion - I International Journal of Mechanical Sciences Volume 1, Issue 1, January 1960, Pp. 57-83.

76.Сосенушкин Е.Н. Выдавливание заготовок через параллельные каналы матрицы / Е.Н. Сосенушкин, А.Е. Сосенушкин, Е.А. Яновская // Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 10. С. 185-196.

77. Теория ковки и штамповки: Учебное пособие для студентов машиностроительных и металлургических специальностей вузов/ Е.П. Унксов, У. Джонсон, В.Л. Комогоров [и др.] / Под общей ред. Е.П. Унксова и А.Г. Овчинникова. М.: Машиностроение, 1992. 720 с.

78. Сосенушкин Е.Н. Расчет силовых параметров энергетическим методом при штамповке фланцевых поковок в закрытом штампе / Е.Н. Сосенушкин, В.В. Белокопытов // Технология производства металлов и вторичных материалов. Казахский республиканский научный журнал. Темиртау, 2010. N1(17). С. 176-182.

79.Надаи А. Пластичность. Механика пластического состояния вещества [перевод с англ. под ред. Л.С. Лебензона] / А. Надаи М.: Объединенное научно-техническое издательство НКТП СССР, 1936.

80. Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическим деформациям: Краткие основы / Г. А. Смирнов-Аляев. Москва; Ленинград: [Ленингр. отд-ние] и 1-я тип. Машгиза в Л., 1949. 248 с.

81. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов. Изд. 4-е, перераб. доп. М., «Машиностроение», 2005.

82.Ильин В.П. Методы конечных разностей и конечных объемов для эллиптических уравнений. - Новосибирск: Изд-во Ин-та математики, 2000. 345с.

83. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов / Л. Сегерлинд //М.: Мир, 1979. 392 с.

84. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы [перевод с англ.] / Р. Галлагер // М.: Мир, 1984. - 428 с.

85. Норри Д. Введение в метод конечных элементов [перевод с англ.] / Д. Норри, Ж. де Фриз. М.: Мир. - 1981. - 304 с.

86.Власов А.В. Конечно-элементное моделирование технологических процессов ковки объемной штамповки / А.В. Власов // М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019. 384 с.

87.Ершов А.А., Логинов Ю.Н. Особенности применения программного комплекса Qform в расчетах осадки и определения коэффициента трения// Инновационные технологии в металлургии и машиностроении. Екатеринбург, 2014.

88.Лавриненко В.Ю., Лавриненко Ю.А., Посалина А.Е., Балахонцева Н.А. Экспериментальные исследования влияния предварительной подготовки на механические свойства двухфазных феррито-мартенситных сталей для изготовления высокопрочных крепежных изделий // Заготовительные производства в машиностроении. 2023. Т. 21, № 1. С. 23-27.

89. Лавриненко В.Ю., Лавриненко Ю.А., Посалина А.Е. Исследования влияния предварительной подготовки на механические свойства двухфазных ферритно-мартенситных сталей для изготовления высокопрочных крепежных изделий // Черная металлургия. Бюл. науч.-техн. и экон. информ. 2024. Т. 80, № 2. С. 25-30.

90. Лавриненко В.Ю., Посалина А.Е. Исследование влияния предварительной термической обработки на получение двухфазной ферритно-мартенситной структуры сталей 20 и 20Г2Р // Новые технологии в учебном процессе и производстве: сб. тезисов XX Междунар. науч.-техн. конф. Рязань, 2022. С. 111-115.

91.Лавриненко В.Ю., Посалина А.Е. Исследование свойств стали 20Г2Р с двухфазной феррито-мартенситной структурой // Новые технологии в учебном процессе и производстве: сб. тезисов XXI Междунар. науч.-техн. конф. Рязань, 2023. С. 169-171.

92.Головин Г.Ф., Замятнин М.М. Высокочастотная термическая обработка. Вопросы металловедения и технологии. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1990. 239 с.

93.Головин Г.Ф., Замятнин Н.В. Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева. Л.: Машиностроение, 1979. 111 с.

94.Кидин И.Н. Термическая обработка при индукционном нагреве. М.: Металлургиздат, 1950. 316 с.

95.Корягин Ю.Д., Филатов В.И. Индукционная закалка сталей: учеб. пособие. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. 124 с.

96.Слухоцкий А.Е. Индукторы / Под ред. А.Н. Шамова. Вып. 5. Л.: Машиностроение, 1989. 69 с.

97.Патент № 2845806 Рос. Федерация. Способ изготовления колесных болтов / Лавриненко Ю.А., Лавриненко В.Ю., Шачнев П.Г., Посалина А.Е. № 2024108765; заявл. 15.04.2024; опубл. 25.08.2025. Бюл. № 24.

98.Посалина А.Е. Разработка методики проектирования технологических процессов изготовления высокопрочных крепежных деталей с двухфазной феррито-мартенситной структурой // Заготовительные производства в машиностроении. 2025. Т. 23, № 5. С. 221-225.

99.Лавриненко В.Ю., Лавриненко Ю.А., Посалина А.Е. Исследования и разработка технологии изготовления высокопрочных крепежных изделий из двухфазных ферритно-мартенситных сталей 20 и 20Г2Р // Материаловедение, формообразующие технологии и оборудование 2024

(ICMSSTE 2024): сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. Симферополь, 2024. С. 47-53.

100. Посалина А.Е., Лавриненко В.Ю. Исследование свойств двухфазных феррито-мартенситных сталей 20 и 20Г2Р для изготовления высокопрочных крепежных изделий // Сб. тезисов XII Всерос. конф. молодых специалистов по перспективам развития металлургических технологий. М., 2023. С. 5759.

101. Посалина А.Е., Лавриненко В.Ю. Исследование процесса ХОШ детали «Болт колесный» из стали 20Г2Р с двухфазной феррито-мартенситной структурой // Наукоёмкие технологии в машиностроении: сб. тр. XV Междунар. науч.-техн. конф. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2024. Т. 1. С. 165167.

Приложения

П1. Подпрограмма для расчета твердости в HB в QFORM

Type:

QForm software <qform3d.ru> user subroutine Description:

Подпрограмма предназначена пересчёта поля накопленных пластических деформаций в поле твёрдости [HB] по формуле:

Hardness [HB] = A * strain + B

Author:

Anastasya Posalina Last change:

January 23, 2025 -- Поля будут рассчитываться для заготовки set_target_workpiece() -- Определение коэффициентов A = parameter("A ", 31.373) B = parameter("B", 285) -- Определение поля результатов Hardness = result("Hardness [HB]")

function UserFields(strain_plast) -- в аргументе поле, значение которого запрашивается из QForm

local Hrd = A * strain_plast + B -- Расчёт твёрдости store(Hardness, Hrd) -- Передача посчитанного значения в QForm

end

П2. Подпрограмма для расчета твердости в HRC в QFORM

Type:

QForm software <qform3d.ru> user subroutine Description:

Подпрограмма предназначена пересчёта поля накопленных пластический деформаций в поле твёрдости [HRC] по формуле: Hardness [HRC] = A * strain + B Author:

Anastasya Posalina Last change:

January 23, 2025 -- Поля будут рассчитываться для заготовки set_target_workpiece() -- Определение коэффициентов A = parameter("A", 3.234) B = parameter("B", 29.381) -- Определение поля результатов Hardness = result("Hardness [HRC]")

function UserFields(strain_plast) -- в аргументе поле, значение которого запрашивается из QForm local Hrd = A * strain_plast + B -- Расчёт твёрдости store(Hardness, Hrd) -- Передача посчитанного значения в QForm

end

а

б

в

г

д

Рисунок П.3. Значения силы деформирования по стандартным переходам ХОШ для стали 20Г2Р после отжига: а - д - переходы ХОШ

а

б

в

г

д

Рисунок П.4. Значения силы деформирования по стандартным переходам ХОШ для стали 20Г2Р по режиму 21: а - д - переходы ХОШ

Инструмент 1: \X2V0414043504420430043В044С\Х0\ - Сиги, МЫ Инструмент 1; \X2\O414O435O442O43OD43BO44C\X0\ - Сила, МН

Время, с Время, с

а б

Инструмент 1: \х2\0414043304420430043вс44с\х0\ - Сила, МН

Инструмент 1: Деталь - Сила, МН

Рисунок П. 5. Значения силы деформирования по стандартным переходам ХОШ для стали 20Г2Р по режиму 25: а - д - переходы ХОШ

Рисунок П. 6. Значения силы деформирования по стандартным переходам ХОШ для стали 20Г2Р по режиму 26: а - д - переходы ХОШ

Рисунок П. 7. Значения силы деформирования по предлагаемым переходам ХОШ для стали 20Г2Р по режиму 21: а - д - переходы ХОШ

Инструмент 1: Деталь - Сила, МН

Инструмент 1: Деталь - Сила, МН

Рисунок П. 8. Значения силы деформирования по предлагаемым переходам ХОШ для стали 20Г2Р по режиму 25: а - д - переходы ХОШ

Инструмент 1: \X2\O414O4350442O43OO43BO44C\XO\ - Сила, МЫ

Инструмент 1: \X2\O4140435C442C430C43BC44C\X0\ - Сила, МЫ

Время, с д

Рисунок П. 9. Значения силы деформирования по предлагаемым переходам ХОШ для стали 20Г2Р по режиму 26: а - д - переходы ХОШ

П.10 Сборочные и деталировочные чертежи рабочего инструмента ХОШ детали «Колесный болт» по предлагаемой технологии

а

Северсталь* метиз

1ЛК. ПОЧГ.НИК о применении ре ivii.ni н>н тмееср i анионной pufton.i на ООО «ОС П М

IViyibiiiiы научно-исследовательской работы «Нее 1едоаанне механических свойств резьбовых шпилек N116 in стали 20 е двухфазной ферри ю-мартенси i ной структурой для 00< • «(.X 1LA4» (и рамках подюювки кандидатской диссертации lloea-innoii А.И. на ie\i> «Разработка технологии холодной объемной штамповки еложнопрофильных крепежных деталей и» сталей е двухфазной феррито-мартенситной структурой», научный руководитель таведуюшнн кафедрой «Технологии обработки материалов» МН У им II ). Баумана, д.т п.. юн. Лавриненко M IO I. заключающиеся в предложенной технологии подюювки подката из стали 2<> ео с тру к i у рой ДФМС н технологии изготовления шпилек МК» с увеличенным классом прочности до 8.Х, представляют несомненный интерес и признаны перспективными тля использования на ООО «ОСПА i»

Использование по ученных результатов диссертационной рабоп.т I |осалинон Д.Ь. в произволе!венных условиях (XX) «OCI1A3» позволит повысить класс прочности и качество выпускаемых крепежных изделий, а также повысить эффективность производства и конкурентоспособность

продукции (XX) «ОС ПАЗ».

Основные положения и результаты работы были доложены и обсчждены на совместных совещаниях специалистов ООО «ОСПA3» и

Ml 1У им 11. 3. Ьаумана 15 нюня

Директор (XX) «(X I1ЛЗ»

2023 т. и 13 августа 2024 т

С,

Швецов \ I

МО

ДОСС

с огря"й'«ииои ШИК'"»"«!"0 ыгжлролмы» умлаа»

. ,-тр 104Г1 ...и Срлоеоая обп

. 4H»i. i П 11 ' ф • ' 4ttt . ' 1 41

it,, : i-vi" ' ><"" ' ' 1 '

■нвШ те i и"'

Им>| fi/.l II.'.

БРЛЗЗН

bUllbUBClHIt ЗАВОД UIOHO^MMIb

Акционерное Общество ■ Ьгпейеевсш^ iaao& «Аотошфмаль» ул Скотламсасм »А. Белебея 4W002 Республика Ьашюосгтостам Россиноап зчдеряияи

тел »7-Э4ГМ.61Э22 в1ввО фа.с ♦7 Э4Гвв-М180 эп почта be<£anQt)«<zat! ги «лп» belzan ru

Ахиис*еомр Ивмпмте • 6«лаС*я «Аятоиормаль» завсды» Сыртламоеа урамы 1А БвлаСви 452002 Б«оиортостап Реслубликапы Рвсвм Федерал""'»»

тел «7-347в&<152г. 61вв0 фа.с »7 J4.'M 30190 wi почта MluoOMliao ru м1гап nj

Г

Г

и

Заключение

о результатах научно-исследовательской работы

В результате научно-исследовательской работы, проведенной специалистами МГТУ им. Н.Э. Баумана для АО «БслЗАН» (д.т.н.. доц. Лавриненко В.Ю., асп. Посалина А.Е.), была предложена технология изготовления резьбовых шпилек N18 из стали 20Г2Р с предварительно подготовленной двухфазной ферри го-мартенситной структурой, обеспечивающая получение класса прочности изделия не ниже 10.9 в соответствии с ГОСТ ISO 898-1—2014.

Также разработана конструкция автоматизированного комплекса термической обработки заготовок в виде бунтов и прутков из углеродистых и низколешрованных сталей диаметром 10... 18 мм и массой до 500 кг, позволяющая проводить термическую обработку исходных заготовок для получения двухфазной феррито-мартенситной структуры со стабильными свойствами по длине заготовки.

Разработанная технология и оборудование для термической обработки представляют несомненный интерес и признаны перспективными для использования на АО «БелЗАН» для повышения качества и прочностных свойств выпускаемых крепежных изделий, снижения затрат, повышения эффективности производства и конкурентоспособности продукции АО ^БелЗАН».

Директор по техническому развитию. кандидат технических наук

<г

Галиахмегов T.LLI.