ПЛАЗМЕННАЯ ЗАКАЛКА СТАЛИ Х12МФ

PLASMA HARDENING STEEL X160CRMOV12-1

Kirill Vaskin 

phD,  assistant  professor  of  Togliatti  State  University,

Russia, Togliatti

Artur Blinov

undergraduate  of  Togliatti  State  University,

Russia, Togliatti

Andrey Blinov

head of "Technological Department of die tooling " PJSC AVTOVAZ,

Russia, Togliatti

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрена проблема повышения твердости стали Х12МФ для изготовления штамповой оснастки с помощью плазменного термоупрочнения. Была изучена  микроструктура упрочненного слоя и проведена оценка его твердости и глубины. В результате исследований получено, что использование высококонцентрированных источников энергии позволяет повысить твердость поверхностного слоя образца в 1,5…2 раза.

ABSTRACT

The article considers the problem of increasing the hardness of steel X160CrMoV12-1 for making die tooling with use of plasma thermal hardening. The microstructure of the hardened layer was research and its hardness and depth were evaluated. The use of highly concentrated energy sources makes it possible to increase the hardness of the surface layer of the sample 1,5 to 2 times, as a result of our research.

Ключевые слова: плазменная закалка;  термоупрочнение.

Keywords: plasma hardening; thermal hardening.

Основным отличием плазменной  закалки от объемного термоупрочнения является кратковременность процесса нагрева поверхностного слоя, одновременно с возможностью создания условий интенсивного охлаждения. Эти факторы оказывают значительный эффект на структуру закаленного слоя. Влияние скорости охлаждения проявляется диспергированием структуры, которое  заметно при  металлографическом исследовании.

Главным преимуществом плазменного термоупрочнения по сравнению с лазерным является то, что область контакта плазменной дуги с обрабатываемым материалом значительно больше, чем у лазерного луча, соответственно времени на обработку поверхности штамповой оснастки данным методом затрачивается меньше[1, 5, 6, 7].

Результатом кратковременного пребывания стали  при температурах закалки, а также  протекание фазовых превращений в области температур выше равновесных является повышение механических свойств материала по сравнению с объемной закалкой. При быстром нагреве, когда происходит перекристаллизация структурно свободного феррита без влияния атомов углерода, размер зерна аустенита всегда меньше получаемого при медленном нагреве до температуры аустенизации.

Исследования по изучению влияния плазменной закалки проводили на стали Х12МФ, применяемой при изготовлении пуансонов и матриц формообразующих штампов холодной штамповки на ПАО «АВТОВАЗ» [2].

Плазменная закалка образца (рис. 1) была проведена при следующих режимах (табл. 1) на установке УГДЗ-200 [3, 4].

Рисунок 1. Геометрические размеры образца для плазменной закалки

Таблица 1.  

Режимы закалки образца

Оптимальная  скорость прохода по поверхности  определилась таким образом, чтобы не было раковин и микротрещин, возникающих из-за перегрева поверхности (рис. 2).

Рисунок 2. Дефекты упрочненного слоя образца из стали  Х12МФ – раковины,  микротрещины. (×30)

Так же при проведении плазменной закалки вручную, без использования механизации, на упрочненной поверхности можно наблюдать различного рода  наплывы и оплавления. Это связано с неизбежными колебаниями скорости и размеров дуги при ручном способе проведения закалки.

Вследствие небольших размеров образцов их способность к отведению тепла невелика, поэтому на некоторых участках происходило оплавление упрочняемой поверхности. С целью устранения возникших неровностей образец шлифовали, глубина резания составляла 0,3…0,4 мм, шероховатость Ra0,8. Затем на электроэрозионном станке вырезали фрагмент поверхности для проведения металлографических исследований.

Микротвердость определяли с помощью микротвердомера Micromet-II, структуру образца изучали на микроскопе AxioObserver. Внешний вид образца после закалки представлен на (рис. 3а), а структура упрочненного слоя и сердцевины образца из стали Х12МФ изображена на (рис. 3б и 3в).

Рисунок 3. Образец после закалки (а), структура упрочненного слоя (б) и сердцевины (в)

Как видно из рисунков, микроструктура упрочненного слоя  - литая дендритная, структура сердцевины – зернистый перлит, карбиды.

Литая дендритная структура поверхностного слоя стали Х12МФ (рис. 3в)  оптимальна для штамповых сталей, так как в ней отсутствует карбидная неоднородность, которая присуща этому материалу (рис. 3в).

Глубина упрочненного слоя образца составила: 0,4…0,8 мм.

Как видно из проведенных исследований, после плазменной закалки твердость поверхностного слоя  каждого образца в 2 раза выше твердости сердцевины.

На основе результатов проведенных экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

Глубина упрочненного слоя составила – 0,4…0,8 мм, твердость – 60 HRC.

Применение механизации, обеспечивающей точное соблюдение оптимальных параметров процесса, приведет к устранению дефектов  в виде раковин, микротрещин и наплывов.

Список литературы:

1. Балановский А. Е. Основные вопросы теории плазменного поверхностного упрочнения металлов (Обзор, часть 2). Упрочняющие технологии и покрытия. 2016. №1 (133). - С. 25-34.
2. Зубанов И.Ю., Блинов А.В. Новая технология изготовления штампов ОАО «ВАЗ». Материалы региональной научной конференции. Т. 2. 2014 - С. 122.
3. Коротков В.А. Опыт применения установки плазменной закалки УДГЗ-200 на предприятиях уральского региона. Автоматическая сварка. 2012.  №5 (709). - С. 55-58.
4. Коротков В.А. Свойства и промышленное применение ручной плазменной закалки. Металловедение и термическая обработка металлов. 2016. №8 (734). -  С. 3-9.
5. Огин П.А., Васькин К.Я. Повышение ресурса мелкоразмерного инструмента за счет модификации изнашиваемых поверхностей при помощи оптоволоконного лазера. IV Резниковские чтения: труды междунар. науч.-техн. конф. Ч. 1. Тольятти: ТГУ, 2015. - С. 143–145.
6. Огин П.А., Мерсон Д.Л., Кондрашина Л.А., Васькин К.Я. Влияние режимов лазерной модификации на структуру, свойства и износостойкость мелкоразмерного инструмента из быстрорежущей стали Р6М5. Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2015. № 4 (34). - С. 83-88.
7. Xiang Y., Yu D., Li Q., Peng H., Cao X., Yao J. Effects of thermal plasma jet heat flux characteristics on surface hardening. Journal of Materials. 2015. P. 238-246.