387 / 460
Актуальные проблемы в машиностроении. 2015. №2
Материаловедение
в машиностроении
____________________________________________________________________
387
сдержало внедрение новых процессов обработки металлов давлением. В определенной мере,
низкая стойкость объяснялась также и отсутствием четкой специализации штамповых
сталей, в зависимости от типов технологических процессов и характеристик штампуемых
материалов, что в свою очередь было обусловлено отсутствием надежных критериев оценки
физико – механических свойств штамповых сталей.
Благодаря работам, выполненным Ю.А. Геллером, А.П. Гуляевым, В.И. Залесским и
многим другим, был достигнут существенный прогресс в разработке новых штамповых
сталей, уточнении критериев оценки их работоспособности и рациональных областей
применения. Это привело, во многих случаях, к существенному повышению стойкости
штампов. Наряду с созданием и внедрением новых сталей, были выполнены работы по
совершенствованию технологии ковки заготовок инструментов и режимов их термической
обработки [2].
Дефекты в структуре высокохромистых сталей холодного деформирования
возникают на следующих этапах технологических процессов:
Выплавка стали.
Микросостав стали определяется составом шихтовых
материалов, методом и технологией выплавки, составом футеровки печи, и оказывает
существенное влияние на дальнейшее поведение металла при деформации. [3]
Производителю необходимо контролировать загрязненность стали неметаллическими
включениями, степень двухфазности микроструктуры, наличие трещин и волосовин.
Если производителем не была проведена предварительная ковка металла с
последующим отжигом, структура полученной стали будет проблемной для производства.
Выбор оптимального химического состава стали даже в пределах марки, подавление
процесса ликвации при разливке, диффузионное выравнивание состава при термообработке
или нагреве под прокатку, являются существенными условиями для повышения
пластичности металла.
Термообработка.
Причина возникновения трещин при охлаждении стали с
образованием мартенситной структуры – увеличение объема металла при превращении
аустенита в мартенсит. Это превращение начинается с поверхности, а затем
распространяется вглубь металла. Глубинные участки металла, увеличиваясь в объеме,
создают растягивающие напряжения в поверхностных слоях, имеющих мартенситную
структуру, отличающуюся малой пластичностью и высокой твердостью. Образование
трещин напряжения при мартенситном превращении зависит от состава стали и режимов
охлаждения металла, и практически не зависит от способа выплавки. В сталях ферритного и
ферритно-мартенситного класса, в основном высокохромистых, причиной возникновения
трещин напряжения может быть выделение σ-фазы в интервале температур 750 – 850 °С, как
при охлаждении, так и при нагреве. Наряду с изменениями объема в этом случае происходит
охрупчивание металла. Для предупреждения трещин надо учитывать, что дефекты часто
вызываются комплексом причин, а не каждой в отдельности, рассматриваемой ниже:
Резкие переходы по сечению, прямые углы и надрезы
усиливают образование
внутренних трещин. Таким же образом влияют риски и подрезы, оставленные после
механической обработки.
Влияние исходной структуры
: при одинаковых условиях нагрева и охлаждения
менее чувствительны к трещинам: из заэвтектоидных – стали с зернистым перлитом, а не с
пластинчатым и точечным, или с мартенситной структурой, получающие более насыщенный
аустенит при нагреве и большие объемные изменения при охлаждении; из ледебуритных –
стали с более равномерным распределением карбидов с балом менее 5.
Влияние температур закалки
: с повышением температур сверх минимально
необходимых, обеспечивающих требуемые твердость и теплостойкость, чувствительность к
трещинам: