ВЫБОР ТЕМПЕРАТУРНО-ВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЙ НАГРЕВА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СОВМЕЩЕННОГО ПРОЦЕССА БОРИРОВАНИЯ И ОБЪЕМНОЙ ЗАКАЛКИ КРУПНЫХ ШТАМПОВ ИЗ СТАЛИ 5ХНМ

В промышленности широкое распространение получили штампы для горячего деформирования. В процессе эксплуатации они подвергаются воздействию высоких температур, напряжений, близких к пределу текучести, переменных термических нагрузок. Для производства штампов используются инструментальные стали повышенной прокаливаемости с высокими механическими характеристиками. В данной работе рассматривается возможность применения стали 5ХНМ. Одной из технологических операций при изготовлении штампов является закалка в масле. Для улучшения эксплуатационных характеристик, в том числе для повышения износостойкости штампов, рационально применять объемное и поверхностное упрочнение, в частности химико-термическую обработку. Представлен способ поверхностного упрочнения путем совмещенного нагрева под химико-термическую и термическую обработку. В качестве поверхностного способа упрочнения крупногабаритных штампов горячего деформирования предложено использовать борирование. Выбраны и подтверждены оптимальные температурно-временные параметры нагрева под совмещенную термическую обработку. Предложенный режим химико-термической обработки позволяет получить необходимую толщину борированного слоя, обеспечивающего высокую твердость и коррозионную стойкость в рабочем диапазоне температур штампа. Проведены исследования влияния термической обработки на структуру и размер зерна в образцах. Показано, что с повышением температуры и времени выдержки размер зерна увеличивается. Это приводит к снижению пределов прочности, текучести, твердости, ударной вязкости, что может отрицательно влиять на эксплуатационные свойства штампов. Для определения механических характеристик проведены испытания образцов (в исследуемом диапазоне температур и выдержек) на растяжение и ударную вязкость. Все испытания проводились в соответствии с существующими ГОСТами. На основании этих результатов выбраны температура и время борирования, обеспечивающие высокие механические свойства и толщину борированного слоя. Предложенный подход позволил значительно сократить экономические затраты на изготовление штампов из стали 5ХНМ за счет исключения из технологического процесса повторного нагрева для проведения закалки при сохранении требуемых эксплуатационных характеристик крупногабаритных штампов.

1. Околович Г. А. Штамповые стали для холодного деформирования металлов. – 2-е изд., перераб. и доп. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. – 202 с.

2. Лахтин Ю.М. Материаловедение: Учебник. – М.: Металлургия, 1990. – 528 с.

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

4. Mintz B. The influence of composition on the hot ductility of steel and to the problem of transverse cracking // ISIJ International. 1999. Vol. 39. No. 9. P. 833 – 855.

5. Fleischer R.L., Hibberd W.R. The relation between the structure and mechanical properties of metals. – H.M.S.O., 1963. – 203 p.

6. Тополянский П.А., Тополянский А.П., Ермаков С.А., Соснин Н.А. Повышение стойкости инструмента для холодной объемной штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2014. № 3. С. 22 – 32.

7. Гадалов В.Н., Емельянов С.Г., Романенко Д.Н., Розина Т.Н. Износ и повышение стойкости штампов // Новые решения в области упрочняющих технологий. Т.1. – Курск: ЗАО «Университетская книга», 2016. С. 46 – 48.

8. Гурьев А.М., Лыгденов Б.Д., Власова О.А. Совершенствование технологии химико-термической обработки инструментальных сталей // Обработка металлов. 2009. № 1. С. 14 – 15.

9. Богданова Т.А., Перебоева А.А., Третьякова Л.П., Окладникова Н.В. Исследование структуры и свойств штамповых инструментальных сталей // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева. 2009. № 2. С. 239 – 241.

10. Попова Л.Е., Попов А.А. Диаграммы превращения аустенита в сталях и β-раствора в сплавах титана: Справочник термиста. – М.: Металлургия, 1991. – 503 с.

11. Sourmail T., Smanio V. Low temperature kinetics заbainite formation in high carbon steels // Acta Materialia. 2013. Vol. 61. No. 7. P. 2639 – 2648.

12. Yang B., Degischer H.P., Presslinger H. etc. Influence of chemical composition on high temperature tensile properties of carbon steels // BHM Berg- und Huttenmannische Monatshefte. 2005. Vol. 150. No. 9. P. 313 – 320.

13. Thermochemical Surface Engineering of Steels / Mittemeijer Eric J., Somers Marcel A.J. eds. Woodhead Publishing, 2015. – 827 p.

14. Czerwinski Frank. Thermochemical Treatment of Metals. – INTECH Open Access Publisher, 2012. – 418 p.

15. Ворошнин Л.Г. Борирование сталей и чугунов: Справ. пособие. – Минск: Изд-во Беларусь, 1981. – 205 с.

16. López-Chipresa E., Mejía I., Maldonado C. etc. Hot flow behavior of boron microalloyed steels // Materials Science and Engineering A. 2008. Vol. 480. P. 49 – 55.

17. Gopalakrishnan P., Shankar P., Palaniappa M., Ramakrishnan S.S. Interrupted boriding of medium-carbon steels // Metallurgical and Materials Transactions. 2002. Vol. 33A. No. 5. P. 1475 – 1485.

18. Kartal G., Eryilmaz O.L., Krumdick G. etc. Kinetics of electrochemical boriding of low carbon steel // Applied Surface Science. 2011. Vol. 257. P. 6928 – 6934.

19. Yeh C.L., Wang H.J. Preparation of borides in Nb-B and Cr-B systems by combustion synthesis involving borothermic reduction of Nb2O5 and Cr2O3 // Journal of Alloys and Compounds. 2010. Vol. 490. P. 366 – 371.

20. А.с. 1712461 СССР, С23С8/70. Минков А.Н., Колесник Н.М., Гатченко А.Е. Способ борирования стальных изделий; заявл. 09.10.1987; опубл. 15.02.1992. Бюл. № 6.