Тема: Разработка и исследование материалов для производства биметаллических штампов высокой стойкости
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
1 Анализ материалов и технологий обработки, применяемых для
производства штампов 13
1.1 Требования, предъявляемые к штампам горячего деформирования 13
1.2 Материалы, применяемые при производстве штампов 18
1.2.1 Штамповые стали 19
1.2.2 Сплавы тугоплавких металлов 33
1.2.3 Твердые сплавы 35
1.2.4 Биметаллы 35
1.3 Теория и практика изготовления биметаллов 36
1.3.1 Теория сцепления металлов 36
1.3.2 Практические результаты сцепления биметаллов 41
1.3.3 Изучение контактной зоны и пластических свойств биметалла 44
1.4 Технологии изготовления биметаллических изделий 45
1.4.1 Изготовление биметаллов литьем заливкой 45
1.4.2 Изготовление биметаллов пластическим деформированием 54
1.4.3 Изготовление биметаллов с помощью сварки и пайки 55
1.4.4 Сравнение методов получения биметаллов 57
1.5 Патентный поиск 60
2 Материалы и методы исследования 66
2.1 Материалы исследования 66
2.1.1 Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом 66
2.1.2 Штамповые стали 69
2.2 Методы исследования 73
3 Разработка материалов для биметаллических штампов 76
3.1 Разработка химического состава и способа получения высокопрочного
чугуна (Патент РФ 2605016) 79
3.2 Разработка химического состава и способа получения литой дисперсионно-твердеющей ферритокарбидной стали (Патент РФ 2605017) 88
3.3 Конструктивное решение биметаллического штампа для горячего деформирования системы «чугун - сталь» 98
4 Исследование переходного слоя биметаллической системы «сталь - чугун»
на примере толкателя клапана 101
4.1 Особенности работы и технологии изготовления толкателя клапана.. 101
5 Аналоговые исследования термомеханической усталости поверхностно - упрочненных штамповых сталей 107
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 115
Список использованной литературы 117
📖 Введение
Металлургической промышленностью освоены и выпускаются некоторые виды биметалла, находящие широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. В настоящее время биметалл как прогрессивный вид материала нашел применение в самых различных отраслях промышленности: в химической и нефтеперерабатывающей аппаратуре, в машиностроении и приборостроении, в судостроении и автотракторостроении, в сельском хозяйстве и электропромышленности, в инструментальной промышленности и радиоэлектронике и т. д. Применение в различных отраслях промышленности биметаллов непрерывно расширяется. Общий объем потребления толстолистового коррозионностойкого биметалла в России ориентировочно составляет 20 - 30 тыс. кв.м. в год. На 70 - 80 % она удовлетворяется за счет импортной продукции из Германии, Франции и США, стоимость которой в 1,5 - 2 раза превышает стоимость аналогичной продукции отечественного производства при одинаковом качестве товара [4].
Биметаллические двухслойные и трехслойные листы и полосы нашли широкое применение для различных инструментов. В результате широкого использования биметалла для режущего инструмента достигается значительная экономия высоколегированных сталей, имеющих дефицитные легирующие элементы, такие как хром, вольфрам, ванадий и др. Например, в качестве износостойкого слоя используют стали и сплавы, обладающие высокой стойкостью против абразивного износа. Высокоуглеродистые инструментальные стали с содержанием углерода 0.6...1.3% или различные легированные износостойкие стали, типа 6ХС; 85ХФ; 65Г; Х12 и др. Для основного слоя обычно используют малоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,06.0,5%. Механические свойства определяет основной слой металла, а износостойкие свойства - свойствами износостойкого металла. Способ изготовления: совместная прокатка, наплавка, сварка взрывом.
Трудность изготовления инструментов из биметаллов, состоит в том, что при выборе состав композиции необходимо учитывать не только механические свойства металлов, входящих в нее, но и совместимость режимов термической обработки. Объем производства биметаллов еще в ряде случаев значительно отстает от имеющихся потребностей в таком материале. Темпы роста производства освоенных, создание и освоение новых видов биметалла также не вполне отвечают требованиям и имеющимся возможностям [5 - 7].
Перспективно применение биметаллических композиций и для производства штампового инструмента с целью экономии дорогостоящих материалов и повышения их стойкости. Однако, в настоящее время такие композиции практически отсутствуют, что связано с недостаточным объемом исследовательских работ по данной теме.
Следовательно, разработка и исследование материалов для биметаллических штампов высокой стойкости является актуальной задачей.
Цель работы и задачи исследования: Целью работы является разработка новых и экономичных материалов для изготовления биметаллических штампов системы «чугун - сталь», обладающих высокой теплостойкостью и долговечностью при производстве горячедеформируемых полуфабрикатов в машиностроении.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
- провести анализ химических составов, структуры и свойств сплавов, применяемых для производства штампов;
- изучить современные представления о влиянии режимов термической обработки на свойства сплавов, применяемых для производства штампов;
- выбрать материалы и методы их исследования;
- разработать химические составы и способы получения (обработки) чугуна и стали, обладающих высокой теплостойкостью и долговечностью для производства горячедеформируемых полуфабрикатов в машиностроении;
- исследовать переходный слой системы «чугун - сталь» на наличие структурных дефектов;
- исследовать влияние термической, химико-термической обработки штамповых сталей на физико-механические и специальные свойства в зависимости от температурно-силовых воздействий, характерных для штампов горячего деформирования.
Научная и практическая значимость работы.
1. Разработан химический состав и способ получения алюминиевого высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и аустенитно-бейнитной структурой с пределом прочности аВ > 1200 МПа путем бейнитной закалки из литого состояния без дополнительной термической обработки.
2. Разработан химический состав и способ получения литой дисперсионно-твердеющей ферритокарбидной стали путем утилизации отработанных сплавов типа: Т5К6, Т15К6, Т5К10, Т21К8, ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К9, ТТ20К9 и Т30К4, содержащих карбиды титана (TiC), тантала (ТаС), вольфрама (WC).
3. Установлено, что биметаллические композиции системы «чугун - сталь» на примере толкателя клапана ДВС имеют качественный переходный слой, что позволит использовать разработанные материалы для производства биметаллических штампов, обладающих высокой теплостойкостью и долговечностью при производстве горячедеформируемых полуфабрикатов в машиностроении.
4. Установлено, что работоспособность штампового инструмента в варианте с диффузионным упрочнением определяется специфическими закономерностями разупрочнения и разрушения контактных зон. При этом возникновение трещин на начальных этапах эксплуатации не является определяющим. Положительное влияние борирования и азотирования на работоспособность штампов «Автофордж» связывается с повышенной структурной стабильностью зон диффузионного насыщения, обеспечивающей сохранение высокого уровня механических характеристик рабочих поверхностей инструмента - твердости, прочности, и как следствие высокой износостойкости. Анализ данных стойкостных испытаний штампов «Автофордж» показал, что работоспособность инструмента дополнительно подвергнутому азотированию, несмотря на возникновение трещин в упрочненном слое на ранних этапах эксплуатации, повышается на 30 - 50%.
5. Разработанные высокопрочный чугун и дисперсионно-твердеющая сталь могут быть использованы для других изделий машиностроения, как по отдельности, так и совместно.
6. Результаты исследования могут быть использованы на заводах ПАО КАМАЗ при производстве штампов горячего и холодного деформирования металлов.
7. Результаты работы рекомендованы к использованию в учебном процессе НЧИ К(П)ФУ, при освоении дисциплин материаловедения, технологии конструкционных материалов и основы научных исследований.
Объект исследования: Высокопрочные чугуны и конструкционные стали и сплавы со специальными свойствами.
Предмет исследования. Химический состав, структура, свойства, способы термической обработки железоуглеродистых сплавов.
Методы исследования.
В работе использованы методы планирования эксперимента и статистического анализа для обработки экспериментальных данных. Для анализа химического состава и распределения элементов, определения физических, механических, литейных свойств чугунов и сталей опытных и промышленных плавок использовали современную аппаратуру и специальное оборудование, имеющееся на ПАО «КАМАЗ» (г. Набережные Челны), Набережночелнинском институте (филиале) КФУ.
Апробация работы. Основные материалы по теме диссертации были доложены на международной научно-практической конференции «Теория и практика современной науки» (г. Москва, 30 декабря 2014г.); на всероссийской научно-практической конференции «VIII Камские чтения» (г. Набережные Челны, 22 апреля 2016г.); на международной научно-технической конференции «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы - 2016» (г. Казань, 2016г.); на всероссийской научно-практической конференции «IX Камские чтения» (г. Набережные Челны, 21 апреля 2017г.); на II всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Наука в движении: от отражения к созданию реальности» (г. Альметьевск, 15 июня 2017г.); на Итоговой научно-образовательной конференции студентов Казанского федерального университета (г. Казань, 2017г.).
Публикации. По материалам работы опубликовано 11 работ, в том числе 2 патента на изобретения, 3 статьи в журналах, входящих в перечень, рекомендованный ВАК для публикации результатов диссертационных исследований, остальные - в трудах всероссийских и международных конференций.
✅ Заключение
2. Разработан способ получения алюминиевого высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и аустенитно-бейнитной структурой с пределом прочности аВ > 1200 МПа путем бейнитной закалки из литого состояния без дополнительной термической обработки.
3. Разработан способ получения литой дисперсионно-твердеющей ферритокарбидной стали путем утилизации отработанных твердосплавных металлокерамических вставок режущего инструмента из сплавов типа: Т5К6, Т15К6, Т5К10, Т21К8, ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К9, ТТ20К9 и Т30К4, содержащих карбиды титана (TiC), тантала (ТаС), вольфрама (WC).
4. Установлено, что биметаллические композиции системы «чугун - сталь» на примере толкателя клапана ДВС имеют качественный переходный слой, что позволит использовать разработанные материалы для производства биметаллических штампов, обладающих высокой теплостойкостью и долговечностью при производстве горячедеформируемых полуфабрикатов в машиностроении. При практической реализации себестоимость оснастки только за счет экономии штамповой стали уменьшится ориентировочно в 2,6 раза.
5. Установлено, что работоспособность штампового инструмента в варианте с диффузионным упрочнением определяется специфическими закономерностями разупрочнения и разрушения контактных зон. При этом возникновение трещин на начальных этапах эксплуатации не является определяющим. Положительное влияние борирования и азотирования на работоспособность штампов «Автофордж» связывается с повышенной структурной стабильностью зон диффузионного насыщения, обеспечивающей сохранение высокого уровня механических характеристик рабочих поверхностей инструмента - твердости, прочности, и как следствие высокой износостойкости. Анализ данных стойкостных испытаний штампов «Автофордж» показал, что работоспособность инструмента дополнительно подвергнутому азотированию, несмотря на возникновение трещин в упрочненном слое на ранних этапах эксплуатации, повышается на 30 - 50%.
6. Разработанные высокопрочный чугун и дисперсионно-твердеющая сталь могут быть использованы для других изделий машиностроения, как по отдельности, так и совместно.
7. Результаты исследования могут быть использованы на заводах ПАО КАМАЗ при производстве штампов горячего и холодного деформирования металлов. Результаты работы рекомендованы к использованию в учебном процессе НЧИ К(П)ФУ, при освоении дисциплин материаловедения, технологии конструкционных материалов и основы научных исследований.



