Автоматическая сварка, 2013, №12



2013 №12 (02)

2013 №12 (04)

---

«Автоматическая сварка», 2013, № 12, с. 18-23

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ Р6М5 В УСЛОВИЯХ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ

Л. И. МАРКАШОВА, Ю. Н. ТЮРИН, О. В. КОЛИСНИЧЕНКО, М. Л. ВАЛЕВИЧ, Д. Г. БОГАЧЕВ

ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Реферат
Работа посвящена исследованию структурно-фазовых изменений в поверхностных слоях быстрорежущей стали Р6М5 после упрочняющей импульсно-плазменной поверхностной обработки на различных режимах и влияния параметров формирующихся структур на эксплуатационные свойства инструмента. В результате комплексных исследований и расчетно-аналитического прогнозирования свойств прочности, коэффициента вязкости разрушения и трещиностойкости поверхностей, упрочненных на различных технологических режимах, установлено, что оптимальные свойства поверхностных слоев обеспечиваются при рекомендуемых режимах импульсно-плазменной поверхностной обработки, повышающих общий уровень прочности на 25 % по сравнению с основным металлом за счет измельчения зеренной структуры (в 1,5…2 раза), увеличения вклада субструктурного, зеренного, дислокационного и дисперсионного механизмов упрочнения. При этом уровень локальных внутренних напряжений в обработанном слое составляет ~0,018…0,44 от теоретической прочности материала, что не представляет опасности трещинообразования из-за отсутствия резких градиентов по внутренним напряжениям и равномерно повышенной плотности дислокаций (10¹¹…2×10¹¹ см^–2) по сравнению с основным металлом. Показано, что при существенном упрочнении обработанных слоев быстрорежущей стали значение коэффициента вязкости разрушения на 15 % выше по сравнению с основным металлом. Таким образом, применение рекомендуемых режимов импульсно-плазменной поверхностной обработки приводит к модифицированию структурно-фазового состояния поверхностного слоя и повышению его механических свойств. Библиогр. 31, рис. 9.
 
Ключевые слова: импульсно-плазменная обработка, поверхность
 
Поступила в редакцию 06.06.2013
Опубликовано 11.11.2013
 
1. Массоперенос и фазообразование в металлах при импульсных воздействиях / В. М. Миронов, В. Ф. Мазанко, Д. С. Герцрикен, А. В. Филатов. — Самара: Самар. ун-т, 2001. — 232 с.
2. Бураков В. В., Федосеенко С. С. Формирование структур повышенной износостойкости при лазерной закалке металлообрабатывающего инструмента // Металловедение и термич. обраб. металлов. — 1983. — № 5. — С. 16–17.
3. Вольхин С. А. Влияние структуры инструментальных сталей после закалки и отпуска на параметры лазерноупрочненных слоев // Судостроит. пром-сть. — 1990. — № 23, — С. 44–48.
4. Собусяк Т., Соколов К. Н. Влияние лазерной термической обработки на структуру и свойства быстрорежущей стали // Пробл. машиностр. и автоматиз. — 1991. — № 5. — С. 45–53.
5. Кикин П. Ю., Пчелинцев А. И., Русин Е. Е. Повышение теплостойкости и износостойкости быстрорежущих сталей лазерным ударно-волновым воздействием // Физ. И химия обраб. материалов. — 2003. — № 5. — С. 15–17.
6. Гуреев Д. М., Ламтин А. П., Чулкин В. Н. Влияние импульсного лазерного излучения на состояние кобальтовой прослойки твердых сплавов // Там же. — 1990. — № 1. — С. 51–54.
7. Бабушкин В. Б. Особенности структурообразования в быстрорежущих и высокохромистых штамповых сталях при лазерном нагреве // Изв. вузов. Сер. Черн. металлургия. — 1990. — № 4. — С. 68–70.
8. Структура и механические свойства инструментов из быстрорежущей стали при импульсно-плазменной поверхностной обработке / Л. И. Маркашова, О. В. Колисниченко, М. Л. Валевич, Д. Г. Богачев // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. науч. тр. — Днепропетровск: ГВУЗ «ПГАСА», 2012. — Вып. 64. — С. 211–220.
9. Аналитическая оценка вклада структурных параметров в изменение механических свойств быстрорежущей стали после импульсно-плазменной поверхностной обработке / Л. И. Маркашова, Ю. Н. Тюрин, О. В. Колисниченко и др. // Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах: Сб. докл. Шестой междунар. конф. / Под. ред. В. И. Махненко. — Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 2012. — С. 49–53.
10. Cordier-Robert C., Crampon J., Foct J. Surface alloying of iron by laser melting: microstructure and mechanical properties // Surface Eng. — 1998. — 14, № 5. — P. 381–385.
11. Чудина О. В., Боровская Т. М. Упрочнение поверхности сталей легированием при лазерном нагреве с последующей химико-термической обработкой // Металловедение и термич. обраб. металлов. — 1994. — № 12. — С. 2–7.
12. Чудина О. В. Поверхностное легирование железоуглеродистых сплавов с использованием лазерного нагрева // Там же. — 1997. — № 7. — С. 11–14.
13. Laser coating proven in practice / U. Ritter, W. Kahrmann, R. Kurpfer, R. Glardon // Surface Eng. — 1992. — 8, № 4. — P. 381–385.
14. Lugscheider E., Boplender H, Krappitz H. Laser cladding of paste bound hardfacing alloys // Ibid. — 1992. — 7, № 4. — P. 341–344.
15. Surface treatment of steel by laser transformation hardening / E. Navara, B. Bengsston, Wen-Ben Li, K. E. Easterling // Proc. of the Third Inern. congr. on heat treatment of meterials, Shanghai, 7–11 Nov., 1983. — Shangai: Metal Society, 1984. — P. 40–44.
16. Твердохлебов Т. Н., Дьяченко В. С. Влияние условий лазерной обработки на стойкость инструмента из быстрорежущей стали // Металлорежущее оборудование и инструмент. — М.: Машиностроение, 1980. — С. 17–21.
17. Лазерная модификация быстрорежущей стали / Ханкок И. М. и др. // Heat Treat–87: Proc. Int. conf., London, 11–15 May, 1987. — London: Metal Society, 1988. — P. 189–195.
18. Тюрин Ю. Н., Жадкевич М. Л. Плазменные упрочняющие технологии. — Киев: Наук. думка, 2008. — 218 с.
19. Сузуки Х. О пределе текучести поликристаллических металлов и сплавов // Структура и механические свойства металлов. — М.: Металлургия, 1967. — С. 255–260.
20. Эшби И. Ф. О напряжении Орованна // Физика прочности и пластичности. — М.: Металлургия, 1972. — С. 88–107.
21. Гольдштейн М. И., Литвинов В. С., Бронфин Б. М. Металлофизика высокопрочных сплавов. — М.: Металлургия, 1986. — 307 с.
22. Конрад Г. Модель деформационного упрочнения для объяснения влияния величины зерна на напряжение течения металлов // Сверхмелкое зерно в металлах / Под ред. Л. К. Гордиенко. — М.: Металлургия, 1973. — С. 206–219.
23. Армстронг Р. В. Прочностные свойства металлов со сверхмелким зерном // Там же. — М.: Металлургия, 1973. — С. 11–40.
24. Petch N. J. The cleavage strength of polycrystalline // J. Iron and Steel Inst. — 1953. — 173, № 1. — P. 25–28.
25. Orowan E. Dislocation in metals. — New York: AIME, 1954. — 103 p.
26. Ashby M. F. Mechanisms of deformation and fracture // Adv. Appl. Mech. — 1983. — 23. — P. 118–177.
27. Келли А., Николсон Р. Дисперсное твердение. — М.: Металлургия, 1966. — 187 с.
28. Ebelling R., Ashby M. F. Yielding and flow of two phase copper alloys // Phil. Mag. — 1966. — 13, № 7. — P. 805–809.
29. Романив О. Н. Вязкость разрушения конструкционных сталей. — М.: Металлургия, 1979. — 176 с.
30. Дислокационные-дисклинационные субструктуры и упрочнения / Н. А. Конева, Д. В. Лычагин, Л. А. Теплякова, Э. В. Козлов // Теоретическое и экспериментальное исследование дисклинаций. — Л.: Изд-во ЛФТИ, 1986. — С. 116–126.
31. Conrad H. Effect of grain size on the lower yield and flow stress of iron and steel // Acta met. — 1963. — 11. — P. 75–77.