ВЛИЯНИЕ АБРАЗИВНЫХ КРУГОВ НОРМАЛЬНОЙ И ВЫСОКОЙ

ПОРИСТОСТИ НА МИКРОТВЕРДОСТЬ ШТАМПОВ ИЗ СТАЛИ Х12

 

Солер Я.И., Лгалов В.В. (ИрГТУ, г.Иркутск, РФ)

 

The surface microhardness research results are leaded at grinding of punches by abrasive wheels of various characteristics. The investigation revealed that microhardness depends of abrasive type and porosity.

 

В качестве материала формообразующих плоских деталей штампов находит широкое применение сталь Х12 (ГОСТ 5950-2000), что объясняется её высокой износостойкостью и прокаливаемостью. К рабочим поверхностям матриц предъявляются высокие требования по точности, макро- и микрогеометрии, а также микротвёрдости.

Опыты проводились без применения СОЖ на плоскошлифовальном станке модели 3Е711В при следующих технологических параметрах: скорость круга v_кр = 35 м/с, продольная подача s_пр = 7 м/мин., поперечная подача s_п = 1 мм/дв.ход, радиальная подача (подача на глубину) s_p = 0,015 мм, операционный припуск    z = 0,15 мм. Режущими инструментами служили абразивные круги  1 250×25×76 следующих характеристик ():  1 – 25А 40П СМ2 6 К20, 2– 25А 40П СМ2 10  К5/КФ35, 3 – 95А 40П СМ2 6 К20. Шлифование вели по торцу заготовки D×L=40×40 мм с повторением наблюдений n=10 для каждого круга.

Статистический анализ проведён при помощи программы Statistica 6.1.478.0 в два последовательно выполняемых этапа: однофакторный дисперсионный анализ (ОДА) для выявления наличия различий между средними наблюдений на выбранном уровне достоверности α=0,05;  множественное сравнение средних для поиска конкретных значимых разностей [1]. Изучение микротвёрдости HV проводили на приборе ПМТ-3 (ГОСТ 9450-76) при нагрузке P=1,96 Н (200 гс), скорости опускания индентора 0,15 мм/с и времени выдержки под нагрузкой 10÷15 с. Измерения вели в трех точках () –HV_i1, HV_i2, HV_i3 (рис.1).

Установлено, что исходная микротвёрдость деталей составляла: =681,3, =797,3,  j – 1 и 3.

       На первом этапе исследования были подтверждены однородность

 

 

Рисунок 1 – Схема измерения микротвёрдости

 

внутригрупповых дисперсий по критериям Хартли, Кохрена и Бартлетта и нормальность распределений случайных величин (СВ) по критериям Колмогорова-Смирннова, Лиллиефорса и Шапиро-Уилка. Сказанное подтверждают результаты, представленные на рис. 2, полученные при работе высокопористым кругом.

Рисунок 2 – Гистограмма  с наложением кривой нормального

распределения  для круга 25А 40П СМ2 10 К5/КФ35

 

На   рис. 3 приведены столбчатые диаграммы полученных значений микротвёрдости деталей.

Рисунок 3 – Столбчатые диаграммы средних значений параметра

микротвёрдости поверхности

 

ОДА выявил, что абразивные круги оказывают значимое влияние на её величину, и позволил представить описательные параметрические статистики на рис.3, где  - ,  (стандарт ошибки),     - (стандарт отклонения).

 

Рисунок 4 - Описательные параметрические статистики

 

Из рис. 3, 4 видно, что наименьшие средние микротвёрдости и размахи их рассеяния показал высокопористый круг (i=2). Одновременно выявлено, что во всех случаях шлифования наименьшая микротвёрдость находится в центре деталей (j=2).

Результаты множественного сравнения средних приведены в табл. 1, которые представлены прогнозируемыми  и средними  величинами.

 

Таблица 1 - Прогнозируемые и опытные средние

 

Множественное сравнение средних во всех случаях подтвердило гипотезу о различии значений микротвердости поверхности образца после шлифования высокопористым кругом и кругами нормальной пористости.

Определение степени наклёпа вели по известной формуле:

.

Полученные результаты приведены в табл. 2. Во всех случаях степень наклёпа в середине образцов оказалась выше, чем по краям. Одновременно установлено, что для высокопористого круга она оказалась ниже, чем для кругов стандартной пористости (j-1;3).

               

Таблица 2 - Результаты расчета степени наклёпа

 

Значительное увеличение микротвёрдости при обработке кругами нормальной пористости, объясняется повышенным нагревом поверхности. Чтобы понять механизм происходящих превращений, рассмотрим структуру стали. Термообработка (ТО) Х12 включает в себя закалку (Т_З=970°С с охлаждением в масле при температуре 20°С) и низкий отпуск (Т_О=180°С). После ТО материал Х12 приобретает структуру: мартенсит плюс 10% остаточного аустенита плюс 12-15% карбидов (Cr₇C₃). Это обеспечивает твердость 61-63 HRC.  Согласно [2] при работе кругами традиционной пористости происходит повышенный нагрев стали, сопровождающийся распадом остаточного аустенита с образованием мартенсита, обладающего большей твёрдостью. При работе высокопористыми кругами силы резания снижаются в 1,5÷2 раза, что вызывает снижение температуры в зоне контакта от 540-605°С до 260-420°С при использовании высокопористого круга аналогичной твёрдости и зернистости [3].  Для стали Х12 характерно “низкое” положение точки начала мартенситных превращений. Из этого следует, что даже при незначительных температурах нагрева остаточный аустенит превращается в мартенсит. В работе [2] отмечено, что для сталей с повышенной теплостойкостью при нагреве распад остаточного аустенита предшествует началу мартенситных превращений (мартенсит-троостит-сорбит). Таким образом, становятся очевидны причины повышения твёрдости стали при шлифовании кругами традиционной пористости. Дополнительно следует отметить, что наибольший разброс по микротвёрдости показал круг 95А (рис. 4), что говорит о его нестабильных режущих свойствах с точки зрения теплофизики процесса.

Литература

1.  Солер, Я.И. Исследование влияния выхаживания на микрорельеф пластин Р9М4К8 при шлифовании кругами из кубического нитрида бора / Я.И.Солер, А.В.Прокопьева. – Обработка металлов. – 2009 . – №1 (42). – С.24-27.

2.  Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1975. – 584 с.

3. Старков В.К. Шлифование высокопористыми кругами. – М.: Машиностроение, 2007. – 688 с.