Дипломная работа: Исследования свойств штамповой стали после термической обработки
Максимальное упрочнение в
исследуемой стали достигается после отпуска на 570оС. С дальнейшим
повышением температуры до 600оС износостойкость возрастает, а
твердость уменьшается, что связано с различной природой выделяющихся карбидов.
При 500–550оС выделяется промежуточный карбид типа Ме2С;
выше 550–600оС – карбиды Ме23С и Ме6С. Отпуск
выше 600–625оС усиливает коагуляцию карбидов.
Также построена
зависимость износа шарика в ходе эксперимента для каждого образца (рис. 40).
Видно, что максимальный износ шарика был получен на образце с максимальной
износостойкостью.
Рис. 40. Износ шарика в
ходе экспериментов с образцами, отпущенными на разные температуры
Из полученных данных
следует, что наибольшей износостойкостью обладает сталь, отпущенная с
температуры 600оС. Данное явление связано с тем, что при этой
температуре отпуска проходило дисперсионное твердение, приводящее не только к
увеличению твердости, но и росту износостойкости.
Таблица 34. Сравнительная
износостойкость образцов до и после напыления покрытий
Номер образца |
91 |
30 |
89 |
Состояние поверхности |
До напыления |
Покрытие Ti + N + O (N:O = 3:1) |
До напыления |
Покрытие Ti + N + O (N:O = 1:1) |
До напыления |
Покрытие Ti + N |
Количество циклов трения |
5 000 |
5 000 |
5 000 |
5 000 |
10 000 |
10 000 |
Сечение профиля износа S, мкм2
|
1 |
42,7 |
625,6 |
32,9 |
1 342,1 |
66,5 |
22,0 |
2 |
32,0 |
701,7 |
30,3 |
1 341,0 |
75 |
30,8 |
3 |
27,8 |
547,4 |
31,0 |
1 154,8 |
72,3 |
21,6 |
4 |
31,8 |
602,9 |
38,6 |
1 452,3 |
69,2 |
20,3 |
5 |
28,5 |
693,5 |
35,4 |
1 350,5 |
71,2 |
25,7 |
среднее |
32,56 |
634,22 |
33,64 |
1 328,14 |
70,84 |
24,08 |
Длина следа L, мкм |
1 991 |
1 996 |
1 998 |
2 002 |
2 005 |
1 985 |
Объем вынесенного материала V, мкм3
|
64 826 |
1 265 903 |
67 212 |
2 658 936 |
142 034 |
47 798 |
Сравнительная оценка
износа исходного металла и металла с покрытием приведена на рис. 41.
Рис. 41. Гистограмма,
представляющая сравнительную износостойкость стали с различными покрытиями
Наибольшее сопротивление
износу дает покрытие нитридом титана. Износостойкость при этом увеличивается в
три раза. Наоборот, износ покрытий из оксинитрида титана идет активнее, чем на
исходном образце. Причем износостойкость тем меньше, чем больше процент
кислорода, введенный в покрытие. Для образца с маркировочным номером 91
износостойкость после нанесения покрытия уменьшается в 20 раз, а для образца 30
– в 40 раз.
Таким образом, в
перспективе возможно увеличение износостойкости материала за счет нанесения
покрытий из нитрида титана.
Обсуждение результатов исследования
Известно, что прочность и
вязкость снижаются в результате излишне высокого нагрева под закалку. Это
ухудшение свойств – следствие роста зерна с повышением температуры, что
является следствием стремления системы к уменьшению свободной энергии. При
небольшом перегреве присутствующие в стали карбиды препятствуют росту зерна и
заметному ухудшению свойств. Однако при высоких температурах закалки карбидная
фаза растворяется в аустените, что снимает препятствия для роста зерна. Чувствительность
к перегреву выявляется по величине зерна аустенита, получаемого после нагрева
до разных температур. [1]
В штамповой стали 4Х5МФ1С
величина зерна определяет прежде всего пластические свойства, ухудшение которых
недопустимо для инструмента, так как ведет к образованию трещин и разрушению
при эксплуатации. Таким образом, определение размера зерна после того или иного
режима термообработки является практически важной задачей.
В настоящей работе была
изучена зависимость размера аустенитного зерна от температуры нагрева под закалку.
Так как с увеличением температуры аустенитное зерно растет (снижается вязкость
стали), то согласно ГОСТ 5950–2000 для стали 4Х5МФ1С размер аустенитного зерна
не должен превышать 8 балла. Исследования показали, что при температуре закалки
1 100°C обеспечивается достаточно мелкое зерно, соответствующее 8 баллу, что
допустимо. Однако более предпочтительной для закалки является температура
1 070оС, так как в этом случае исключается возможность
перегрева стали (балл аустенитного зерна 9).
Величина действительного
зерна аустенита в конечном итоге определяет дисперсность мартенсита. В данной
работе была изучена микроструктура стали после закалки на различные температуры
(рис. 12). Выяснено, что штамповая сталь 4Х5МФ1С после закалки имеет структуру,
состоящую из мартенсита, аустенита остаточного и карбидов, причем количество
карбидной фазы уменьшается с ростом температуры закалки (рис. 15). Форма и
размер включений также меняются. Если при закалке на 950оС в
структуре наряду с вытянутыми включениями цементитного типа присутствуют
карбиды округлой формы (специальные), то при более высоком нагреве цементитный
карбид, не обладающий достаточной теплостойкостью, а также мелкие карбиды
других типов, полностью растворяются в аустените. В результате этого средний
размер включения растет вплоть до 1 070оС, когда начинают
растворяться более крупные карбиды. Количество аустенита остаточного в
комплекснолегированных сталях после закалки колеблется в пределах 15–30%.
Кристаллы мартенсита в исследуемой стали имеют вытянутое (реечное) строение;
дисперсность структуры падает при увеличении температуры нагрева под закалку
[4].
Твердость является
важнейшим свойством инструментальной стали. Инструменты с недостаточной
твердостью не могут резать; под действием возникающих напряжений они быстро
теряют форму и размеры. С увеличением твердости в большинстве случаев
возрастает и износостойкость. [1]
Так как, инструментальная
сталь должна обладать высокой прочностью, твердостью, износостойкостью, то в
работе была изучена зависимость твердости стали 4Х5МФ1С от температуры закалки.
Было выяснено, что при повышении температуры закалки с 950 до 1 100оС
объемная доля карбидов уменьшается от 17,3 до 3,3% за счет их растворения в
аустените (табл. 13), который насыщается легирующими элементами, что
способствует увеличению твердости вплоть до 54 HRC (рис. 13). Однако твердость мартенсита определяет общую
твердость стали главным образом в закаленном состоянии. В процессе высокого
отпуска происходит распад мартенсита, и твердость стали зависит от выделяющихся
карбидов.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24
|