ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭФФЕКТА СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ НАПЛАВЛЕННОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

 

Барчуков Д.А., Зубков Н.С. (ТГТУ, г. Тверь, РФ)

 

The results of studying of superplastic effect during the shock surface plastic deformation of built-up high speed steels in the temperature rang of martensite converting.

 

В настоящее время в металлообработке прослеживается тенденция к повышению эффективности производства за счет внедрения ресурсо- и энергосберегающих технологий изготовления инструмента. Наиболее рациональным путем достижения поставленных задач является разработка конструкции и технологии изготовления металлорежущего инструмента, обеспечивающего снижение износа и повышение стойкости при обработке материалов резанием.

          Особенно актуальна проблема ресурсосбережения для инструмента из теплостойких сталей высокой твердости, с высоким содержанием вольфрама, кобальта, молибдена и др. Наиболее перспективным направлением в этой области является производство наплавленного металлорежущего инструмента, сочетающего в конструкции использование теплостойкой стали высокой твердости и конструкционной, с использованием упрочнения поверхностных слоев его режущих поверхностей.

          При наплавке инструмента теплостойкими сталями высокой твердости наплавленный металл в закаленном состоянии содержит более 50% остаточного аустенита. При проведении многократного отпуска при температуре 560⁰С в течение одного часа каждый, процентное содержание остаточного аустенита снижается, но не настолько, чтобы говорить о получении оптимальной структуры наплавленного металла с высокими эксплуатационными свойствами. Дополнительное снижение количества остаточного аустенита возможно путем поверхностного пластического деформирования (ППД) наплавленной и отпущенной инструментальной стали. Однако высокая твердость металла ограничивает глубину деформации. Изготовление  инструмента с использованием эффекта сверхпластичности в интервале температур мартенситного превращения позволяет значительно повысить глубину упрочнения, качество поверхностных слоев металла, эксплуатационные характеристики, стойкость и долговечность инструмента, а также снизить себестоимость технологических процессов его изготовления. Использование ударного ППД в условиях  сверхпластичности позволит снизить количество остаточного аустенита путем превращения его в мартенсит деформации.

Предполагается, что использование эффекта сверхпластичности металла в интервале температур мартенситного превращения при проведении ППД позволит получить большую глубину упрочнения по сравнению с подобной обработкой при комнатных температурах (например, алмазное выглаживание). Кроме того, использование статических методов, того же алмазного выглаживания, в условиях охлаждения наплавленного металла представляется затруднительным, так как они требуют затрат большого количества времени для выполнения упрочнения.

Для изучения структуры и свойств наплавленной  стали, подвергнутой ударному ППД в условиях сверхпластичности, в рамках проведения экспериментальных исследований  изготовлены образцы из стали 40Х прямоугольного сечения с размерами 19´10´80 мм. На поверхность образца     производилась наплавка порошковой проволокой ПП-90Х4В9М6К4ФЮ на постоянном токе дугой прямого действия обратной полярности в среде защитного газа аргона с естественным формированием наплавленного слоя в форме валика. Режимы наплавки: U=22…25В; I=200…220А; S=113 мм/мин.

          После этого наплавленный валик   шлифовали и притирали с целью получения плоской поверхности наплавленной стали. Ударное ППД осуществляли на базе маятникового копра МК-30. В качестве деформирующего элемента использовался шарик диаметром ø 5 мм. За счет шагового перемещения образцов на 10мм после каждого нагружения на каждом из них  получены по несколько зон, подвергнутых ППД.

 В процессе выполнения одно-, двух- и трехкратного отпуска при температуре 560⁰С с последующим охлаждением на воздухе в интервале температур 240-160⁰С производили ударное нагружение образцов. Проявление эффекта сверхпластичности оценивалось по диаметру отпечатка шарика на наплавленном металле и значениям твердости в процессе деформирования, в результате чего была получена зависимость ø = f (Т) размеров отпечатка от температуры образца, по которой можно говорить о максимальном проявлении

эффекта сверхпластичности при температуре 190-195⁰С в процессе выполнения однократного отпуска.

Далее проводили исследования по изучению зависимости энергии удара и температуры образцов при ударном ППД на структуру и свойства поверхностного слоя наплавленного металла, а именно на значения микротвердости и количество остаточного аустенита. В результаты выполненных исследований  отмечено повышение значений твердости HV деформированного поверхностного слоя примерно на 100 единиц по сравнению с твердостью недеформированного металла при энергии удара 10 Н*м.

В результате проведенных исследований было установлено, что применение поверхностного пластического деформирования наплавленных теплостойких сталей высокой твердости в интервале температур мартенситного превращения в процессе охлаждения при отпуске позволяет получить структуру поверхностных слоев, обладающих  повышенной твердостью, отсутствием в структуре наплавленной стали остаточного аустенита, что должно способствовать удовлетворению требований, которые должны предъявляться при работе прогрессивных высокотехнологичных конструкций режущего инструмента.