Формування модифікованих шарів з ультрадисперсною литою структурою в інструментальних сталях поверхневою плазмовою обробкою

Abstract

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.03.07 – процеси фізико-технічної обробки. – Національні технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2010. Дисертація присвячена розвитку енергоефективної і продуктивної технології поверхневого мікро- і наноструктурування інструментальних сталей – плазмової поверхневої модифікації. Вдосконалено та запатентовано плазмотрон побічної дії з конічною ділянкою внутрішнього каналу, що дозволяє підвищити тепловкладення в оброблювану поверхню і що має підвищений ресурс роботи. Для моделювання плазмової обробки з мікрооплавленням розроблений алгоритм розрахунку нелінійного диференціального рівняння теплопровідності з використанням програмного забезпечення MSC.Patran Nastran: У роботі проведений багатофакторний аналіз впливу технологічних параметрів плазмової обробки на властивості і розміри модифікованих шарів. Отримані рівняння регресії, що показують залежність твердості оплавленого шару Hоп і глибини модифікованих шарів h від сили струму плазмового струменя, напруги і швидкості обробки. Проведені дослідження структури і фазового складу модифікованих шарів в низьколегованих і швидкорізальних інструментальних сталях при поверхневому плазмовому оплавленні. Досліджений вплив плазмової поверхневої модифікації механізми утворення залишкової напруги в оплавлених шарах інструментальних сталей, ударну в'язкість інструментальних сталей. Створені рекомендації і технологічні прийоми отримання бездефектних модифікованих шарів з ультратонкою литою структурою. Розроблені технологічні процеси плазмової поверхневої модифікації.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических на-ук по специальности 05.03.07 – процессы физико-технической обработки. – Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2010. Диссертация посвящена развитию энергоэффективной и производительной технологи поверхностного микро- и наноструктурирования инструментальных сталей– плазменной поверхностной модификации. В работе исследовано современное состояние проблемы получения новых ультрадисперсных материалов с микро- и нанокристаллической структурой. Проведен анализ способов и методов получения поверхностных слоев с микро- и нанокристаллической структурой, выявлены преимущества и недостатки каждого метода. Разработан и запатентован плазмотрон косвенного действия в коническим участком внутреннего канала, позволяющий повысить тепловложение в обрабатываемую поверхность и обладающий повышенным ресурсом работы. Для моделирования плазменной обработки с микрооплавлением разработан алгоритм расчета нелинейного дифференциального уравнения теплопроводности с использованием программного обеспечения MSC.Patran Nastran: Сравнение результатов расчета с экспериментом показывает их расхождение на 0,5 – 1 %. Получены уравнения регрессии, показывающие зависимость твердости оплавленного слоя Hоп и глубины модифицированных слоев h от силы тока плазменной струи, рас хода плазмообразующего газа и скорости обработки. Проведены исследования структуры и фазового состава модифицированных слоев в низколегированных и быстрорежущих инструментальных сталях при поверхностном плазменном оплавлении. Установлено, что наиболее дисперсная структура, максимальные значения плотности дислокаций, твердости достигается при плазменной модификации с микрооплавлением для низколегированных инструментальных сталей (90ХФ) и при модификации с микрооплавлением и последующем отпуске для быстрорежущих сталей. Степень дисперсности модифицированной литой структуры на порядок выше, чем при плазменной закалке в твердом состоянии и на 2 – 3 порядка выше, чем при стандартной объемной термообработке. Исследовано влияние плазменной поверхностной модификации механизмы образования остаточных напряжений в оплавленных слоях инструментальных сталей. Более благоприятная эпюра внутренних остаточных напряжений реализуется в случае плазменной обработки инструментальных сталей с микрооплавлением. Однородные высокие сжимающие напряжения в оплавленном и закаленном слоях способствуют повышению ударной вязкости и теплостойкости, а изменение знака напряжений на границе закаленного слоя с исходным металлом – повышению вязкости разрушения благодаря торможению трещин. Исследована ударная вязкость инструментальных сталей после плазменной поверхностной модификации на примере стали Р18. Установлено, что в случае реализации комплексной технологии упрочнения инструмента из быстрорежущих сталей, включающей стандартную объемную термообработку, плазменную обработку с микрооплавлением и объемный отпуск, возможно нанесение модифицированных зон слоистого строения толщиной до 4 мм (зона плазменной закалки в твердом состоянии) с поверхностным слоем с ультрадисперсной литой структурой толщиной 0,1 мм, имеющим качественно новый, более высокий, уровень эксплуатационных свойств – твердости, теплостойкости, ударной вязкости. Благодаря возможности регулировать распределение остаточных напряжений в модифицированных слоях и формировать наиболее благоприятный уровень трещиностойкости, созданы рекомендации и технологические приемы получения бездефектных модифицированных слоев с ультратонкой литой структурой. Разработаны технологические процессы плазменной поверхностной модификации. Стойкостные испытания дисковых ножей и сверл после плазменной модификации, проведенные на ОАО «ММК им. Ильича» и ОАО «Азовмаш» подтвердили повышение стойкости данных инструментов после плазменного микрооплавления в 2,4 раза по сравнению со стандартной термической обработкой и в 1,5 раза по сравнению с плазменной модификацией без оплавления.

Dissertation on the competition of graduate degree of candidate of engineer-ings sciences on speciality 05.03.07 are processes of phesics-technics treatment. – National technical university Ukraine the «Kievan polytechnic institute», Kiev, 2010. Dissertation is devoted development productive technologists superficial treatment of instrumental steel– of plasma superficial modification. Developed and patented plasma torch of indirect action in by the conical area of plasma channel, allowing to promote heat increasing in the processed surface and possessing the enhanceable resource of work. For the design of plasma treatment with micro malting the algorithm of cal-culation of nonlinear differential equalization of heat conductivity is developed with the use of the soft providing of MSC.Patran Nastran: Researches of structure and phase composition of the modified layers are conducted in highspeed instrumental steel at superficial plasma malting. Influence of plasma superficial modification is investigational mechanisms of formation of remaining tensions in the firepolished layers of instrumental steel, shock viscidity of instrumental steel. The technological processes of plasma superficial modification are developed.