Methodology and research of surface hardened layers of steel H12Mf (D2 aisi) Иван Христов Иванов, Стелиан Желев Георгиев



Дата05.01.2017
Размер72.66 Kb.
#11853

ГОДИШНИК НА ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ – ВАРНА, 2008 г.


Методика и изследване на повърхностно уякчени слоеве от стомана Х12МФ

Methodology and research of surface hardened layers of steel H12Mf (D2 AISI)

Иван Христов Иванов, Стелиан Желев Георгиев


Резюме. В настоящата работа е представена методика за изследване на повърхностно уякчени слоеве от стомана Х12МФ. Проведен е микроструктурен, дюрометричен и електронномикроскопски анализ върху “кос” шлиф подложен на плазмено закаляване и повърхностна пластична деформация.

Ключови думи: плазмено-дъгово закаляване, повърхностна пластична деформация

Abstract: Current paper presents a methodology for researching the surface hardened layers of steel H12MF (D2 AISI). We made microstructural, hardness and electron microscopy analysis of plasma-arc hardened and surface plastic deformed sidelong specimen.

Key words: plasma-arc treatment, surface plastic deformation

Въведение:

Известно е, че при обработката на металите с концентрирани енергийни потоци се формират структури и фази нехарактерни за класическата обемна термична обработка. При обработване на високолегирани инструментални стомани със стопяване на повърхността се получават големи количества остатъчен аустенит, вариращи от 82% [8] до над 90%[1]. Авторите [2] предлагат провеждането на повърхностна вибропластична деформация върху лазерно уякчени слоеве от инструментални стомани, което се получава увеличаване на твърдостта в зоната на въздействие. Експерименталните изследвания на плазмено закалена стомана Х12 подложена на повърхностна пластична деформация[1] показват, увеличаване на твърдостта на слоя, при запазване на количеството на остатъчния аустенит.

Трудностите, които възникват при изследването на тези повърхностни слоеве е малките обеми на въздействие. При използването на напречен шлиф се наблюдават множество от слоеве, а измерването на микротвърдостите е затруднено поради попадането на отпечатъка в множество от равнини на слоя. Провеждането на послоен микроструктурен и дюрометричен анализ е трудоемка задача, което прави този метод за изследване малко приложим.

Целта на настоящата работа е да се предложи методика и да се проведе изследване на повърхностно уякчени слоеве от стомана Х12МФ.
Методика на изследването:

На повърхностно плазмено-дъгово закаляване са подложени образци от стомана Х12МФ с размери 20х20х60 mm. Предварителната термична обработка е съгласно табл.1.



Табл.1 Режими на предварителна обемна термична обработка

Термична обработка

Т зак.оС

Т отвр.оС

Т отгр.оС

τ, min

HRC

Охлаждаща среда

Закаляване

1050

200

-

120

60-62

масло

Отгряване

-

-

1050

720

25

С пещта

Повърхностното плазмено-дъгово уякчаване на образците от стомана Х12МФ бе извършено на съоръжение РМ6601П обезпечаващо линейното движение на плазмотрона. Плазмообразуващия и защитния газ е аргон.

Режима на плазмено-дъгово закаляване е представен в табл.2.
Табл. 2. Параметри на режима на плазмено-дъгово закаляване

Скорост на транслация, V mm/s

Плътност на мощността, Ns W/cm2

Разход на плазмообразуващ газ, Q, l/min

Разстояние между челото на плазмотрона и повърхността, H, mm

4÷10

1,5÷1,7*104

4÷6

2

Повърхностната еластично-пластична деформация е извършена върху универсална фрезова машина при въртеливо движение на инструмента и постъпателно на образеца. Инструментът е закрепен ексцентрично, при което се получава ширина на деформираната полоса от 15 mm. Деформационното въздействие се извършва от сферично тяло с диаметър d=10,5 mm, като силата на въздействие F=650N е осъществена от предварително тарирана пружина. Деформиращото въздействие върху повърхността на тялото се извършва при скорост на въртене 250 min-1, диаметър на кръга D=15 mm и линейна скорост 12,5 mm/min. Броя на преходите N на деформиращия елемент е определен по закона (1):

N=2i, i=1÷5 (1)
С
хема на проведената повърхностна пластична деформация е показана на фиг.1
Извършения дюрометричен анализ е при 0,2,4,8,16 и 32 деформиращи прехода на инструмента. За получаването на по-точни резултати от изследването на изменението на микротвърдостта в дълбочина бе изработен “кос” шлиф показан на фиг.2.





фиг.2. Схема на кос шлиф 1-повърхностно деформирана зона, 2-плазмено закалена зона, 3-основен метал
Образецът е шлифован под ъгъл 0,014о на дълбочина 0,3 mm, при което се получава достатъчно голяма площ в дълбочина за извършване на послоен дюрометричен анализ.

Структурата е проявена с 3%-ен разтвор на HNO3 в етилов алкохол. Микротвърдостите са измерени по метода на Викерс с изпозването на микротвърдомер ПМТ3 с натоварване от 100g. Микроструктурите са заснети на оптичен микроскоп NEOPHOT 32, а електронномикроскопските изследвания са проведени на сканиращ електоронен микроскоп JOEL–JXA-50A с увеличение до 4000 пъти.


Резултати и дискусия:

П
ри провеждане на плазмено-дъговото въздействие се формират няколко зони – стопена, зона с частично разтопяване, закалена от твърдо състояние и зона на вторично отвръщане (при предварително закалените образци). Тези зони притежават различна морфология и фазов състав, а съответно и различни механични характеристики.



Фиг.3. Микротвърдост по широчина (на повърхността) и по дълбочина (кос шлиф 32 прехода на деформиращото тяло) на стомана Х12МФ

Стопената зона се отличава с дендритен строеж, който според рентгеноструктурния анализ на стомани от този тип е около 90% Аост [1-4]. При кристализацията на стопилката около аустенитните дендрити се формира фин микроквазиевтектикум ледебурит. Твърдостта в тази зона е 550÷600 HV0,1. Във втората зона частично разтопяване се наблюдава в микрообемите около първичните карбиди, където вследствие на дифузията на въглерода при високите температури настъпва микроевтектично стопяване. Зоната на закаляване от твърдо състояние е изградена от мартензито-карбидна смес и се харатеризира с висока твърдост 750÷780 HV0,1 .







фиг.4. Микроструктора на стомана Х12МФ след плазмено-дъгово закаляване и повърхностна пластична деформация с 32 прехода
П
роведената повърхностна пластична деформация на плазмено закалените слоеве води до повишаване на твърдостта на повърхността, като с увеличаване на броя на деформационните преходи тя става практически еднаква в уякчените зони. В най-голяма степен увеличаването на твърдостта се наблюдава в стопената зона, което е логично от гледна точка на количественото съдържание на аустенит, склонен на механично наклепване.
фиг.5. Микроструктура на стомана Х12МФ в зоната на частично разтопяване около карбидните зърна






фиг.6. Микроструктура на стомана Х12МФ на границата на частичното разтопяване и зоната на закаляване от твърдо състояние
М
акар и в по-малка степен уякчаване настъпва и в останалите зони с по-висока твърдост след плазменото закаляване. Най-значимо увеличаване на микротвърдостта се наблюдава до около осмия преход на деформиращия инструмент. С увеличаването на броя на деформационните преходи до 32 не се наблюдава съществено изменение на твърдостта на повърхността, а характера на функцията става затихващ. Проведения послоен дюрометричен анализ на кос шлиф показва, че най-голямото увеличение на твърдостта се наблюдава до около 0,02 mm – 840-860 HV0,1, като в дълбочина тя намалява до около 700 HV0,1 при 0,2 mm.
фиг.7. Микроструктура на стомана Х12МФ в зоната на закаляване от твърдо състояние
Електронномикроскопските изследвания показват формиране на двойникуван иглест мартензит в зоната на закаляване от твърдо състояние и фини дисперсни карбиди от порядъка на 0,2÷1μm уякчаващи допълнително металната матрица, явявайки се препятствие при движение на дислокациите.

Заключения и изводи:



  1. Комбинираното плазмено-дъгово и повърхностно деформационно въздействие на стомана Х12МФ води до увеличаване на твърдостта на стопената зона с около 30% и на зоната закалена от твърдо състояние с около 10÷15%.

  2. Електронномикроскопски се установява наличие на фини дисперсни карбиди в закалената от твърдо състояние зона.

  3. Използваната методика на косия шлиф дава възможност за изледване на тънки повърхностни слоеве с формирани множество структурни състояния.

литература

[1] Киров С., Иванов И., Шамонин Ю., Георгиев С., Структура и свойства на стомана Х12 след комбинирано плазмено – дъгово въздействие и повърхностна пластична деформация, V Международен конгрес „Машиностроителни технологии’ 06”, 20 – 23 септември 2006 г., Варна, България, кн. 2, стр. 36 – 39

[2] Бровер Г. И., Варавка В. Н., Блиновский В. А., О возможности повышения эффективности лазерной закалки дополнительным пластическим деформированием, ЭОМ, 1989г., № 3, стр. 16 – 18

[3] Song R. G., Zhang K., Chen G. N., Electron beam surface treatment. Part I: surface hardening of AISI D3 tool steel, Vacuum 69 (2003) 513–516

[4] Song R. G., Zhang K., Chen G. N., Electron beam surface re-melting of AISI D2 cold-worked die steel, Surface and Coatings Technology 157 (2002) 1–4

[5] Bendikiene R, Žvinis J., Investigation of Transformation Plasticity of Tempered High Chromium Steel During Quenching, Materials Science (MEDŽIAGOTYRA). 2004, Vol. 10, No. 4 pp.317-320

[6] Фукс – Рабинович Г. С., Кузнецов А. Н., Леник К. С., Шаурова Н. К., Кузьмина Н. В., Влияние структурных характеристик контактных поверхностей на работоспособность вырубных штампов, Кузнечно – штамповочное производство, 1990 г., №9, стр. 25 – 27

[7] De Beure H., De Hosson J. Th. M. Wear induced hardening of laser processed chromium-carbon steel, Scripta METALLURGICA 1987, Vol. 21, pp. 627-632

[8] Run Wu, Chang-sheng Xie, Mulin Hu, Wei-ping Cai, Laser-melted surface layer of steel X165CrMoV12-1 and its tempering characteristics, Materials Science and Engineering A278 (2000)1–4

[9] Wei J., O. Kessler, M. Hunkel, F. Hoffmann, P. Mayr, Anisotropic phase transformation strain in forged D2 tool steel, Materials Science and Technology; Jul 2004; 20, 7, pp. 909 – 914

[10] Ivanov I. H., Deformation and thermal treatment of iron carbon alloys using concentrated energy fluxes, Proceedings VII ITSC on Advanced Manufacturing Operations, 17 – 19 September 2006, Sozopol, Bulgaria, pp. 146 – 151

За контакти: инж. Иван Христов Иванов, инж. Стелиан Желев Георгиев Технически университет - Варна, ул. “Студентска” №1E-mail: ivan_h_ivanov@mail.bg, stgeorgiev@abv.bg










Каталог: tu-varnascience -> images -> stories -> st sesiq 2008
st sesiq 2008 -> Identification of intramedullary nail holes using cone beam reconstruction and simulation techniques
st sesiq 2008 -> Проучване и анализ на методи за повърхностни и дълбочинни корекции на кожни увреждания research and analysis of methods for surface and skin-deep correction of skin harms
st sesiq 2008 -> Influence of the propeller blades number and the propeller area ratio onto the optimal propellers characteristics
st sesiq 2008 -> Тори каньон – последствия и поуки torrey canyon – outcome and lessons руслан Филипов Резюме
st sesiq 2008 -> Екологичната санитария като подход за превръщане на отпадните материали от водите в ресурси
st sesiq 2008 -> Високоволтов високочестотен електронен трансформатор Даниел Георгиев, Крум Бешински
st sesiq 2008 -> Method of cold burning of fluorescent lamps with low and middle power
st sesiq 2008 -> Aнализ и оценка на микрообкръжавашата среда на функциониране на „манаус комерс” оод analysis and valuation of the micro-ambient surroundings of functioning of “Manaus Komers” Ltd
st sesiq 2008 -> Добромира Николова Хаджиева Резюме: Конволюционното кодиране намира широко приложение в съвременната комуникационна техника. Настоящият доклад


Сподели с приятели:




©obuch.info 2022
отнасят до администрацията

    Начална страница