Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Структурные превращения и физико-механические свойства инструментальных и пружинных сталей при магнитно-импульсном воздействии

Диссертация: Структурные превращения и физико-механические свойства инструментальных и пружинных сталей при магнитно-импульсном воздействии
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Анализ полученных результатов показывает, что энергии магнитного воздействия достаточно для развития внутренних, самоорганизующихся, коллективных явлений в металле. Синергетический подход к проблеме упрочнения предусматривает обмен энтропией системы образца стали с внешней средой, что выражено в дозированном подводе внешней энергии магнитного поля. МИО стимулирует релаксационные дислокационные… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В ТЕХНОЛОГИЯХ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ (Литературный обзор)
    • 1. 1. Новые технологии упрочнения углеродистых инструментальных и быстрорежущих сталей
    • 1. 2. Физическая сущность магнитно-импульсной обработки
    • 1. 3. Механизм самоорганизации структуры быстрорежущей стали в процессе магнитной упрочняющей обработки
    • 1. 4. Влияние обработки импульсным магнитным полем на структуру и физико-механические свойства сталей
      • 1. 4. 1. Влияние МИО на физико-механические свойства сталей
      • 1. 4. 2. Влияние МИО на микро — и субмикроструктуру сталей
    • 1. 5. Преимущества и недостатки магнитно-импульсного воздействия как технологической операции обработки металлических изделий
    • 1. 6. ВЫВОДЫ ПО 1 ГЛАВЕ
    • 1. 7. Цель и программа исследований
  • Глава 2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАТЕРИАЛОВ, МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ
    • 2. 1. Образцы и материалы
    • 2. 2. Термическая обработка быстрорежущих, углеродистых и легированных сталей, применяемых для исследований
    • 2. 3. Химический состав исследуемых сталей
    • 2. 4. Проводимые исследования и методики экспериментов
      • 2. 4. 1. Измерение микротвердости
      • 2. 4. 2. Измерение твердости по Роквеллу
      • 2. 4. 3. Методика измерения твердости по Виккерсу
      • 2. 4. 4. Определение нагрузки образования трещины методом вдавливания алмазных наконечников на твердомере Виккерса
      • 2. 4. 5. Испытание на трехточечный изгиб
      • 2. 4. 6. Микроструктурный анализ
      • 2. 4. 7. Определение величины микронапряжений и размеров областей когерентного рассеяния (блоков мозаики) рентгеноструктурным методом
      • 2. 4. 8. Определение периодов решетки мартенсита и содержания в нем углерода
      • 2. 4. 9. Методика измерения плотности
      • 2. 4. 10. Ультразвуковые исследования
      • 2. 4. 11. Испытания на релаксационную стойкость
    • 2. 5. Оценка точности результатов эксперимента
      • 2. 5. 1. Погрешность измерения плотности
      • 2. 5. 2. Определение погрешности при измерении микротвердости
      • 2. 5. 3. Оценка точности результатов измерения твердости
      • 2. 5. 4. Оценка точности ультразвукового исследования
    • 2. 6. Регрессионный анализ экспериментальных данных
    • 2. 7. ВЫВОДЫ ПО 2 ГЛАВЕ
  • Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛИЯНИЯ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛЕЙ
    • 3. 1. Определение параметров магнитно-импульсной обработки на установке «ОИМП-101»
    • 3. 2. Изменение микротвердости быстрорежущих сталей Р6М5 и Р6М5К5 в результате обработки импульсным магнитным полем
    • 3. 3. Исследование влияния МИО на свойства термоупрочненной стали Р
    • 3. 4. Влияние МИО на микротвердость высокоуглеродистых сталей 65 Г и У10А
    • 3. 5. Испытание на релаксационные характеристики стали 65Г
    • 3. 6. Исследование распада мартенсита в стали 65 Г при низком отпуске и импульсной магнитной обработке
    • 3. 7. Влияние МИО на изменение физико-механических свойств холоднодеформированной стали
    • 3. 8. Прогнозирование изменения уровня микронапряжений при магнитно — импульсной обработке стали 10 после предварительной деформации
    • 3. 9. Влияние обработки импульсным магнитным полем на трещиностойкость термоупрочненной стали У10А
    • 3. 10. Результаты ультразвуковых исследований
    • 3.
  • ВЫВОДЫ ПОЗ ГЛАВЕ
  • Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
    • 4. 1. Влияние магнитно — импульсного воздействия на сопротивление пластической деформации быстрорежущих сталей
    • 4. 2. Сравнение процессов распада мартенсита закаленных сталей 65ГиУЮАприотпускеиМИО
    • 4. 3. Влияние МИО на релаксационные характеристики термообработанной стали 65Г
    • 4. 4. Характер изменения физико-механических свойств холоднодеформированной стали 10 при обработке импульсным магнитным полем
    • 4. 5. Возможности повышения трещиностойкости термоупрочненной инструментальной стали У10А при магнитно — импульсном воздействии
    • 4. 6. Исследование изменения акустических параметров стали 9ХС при термической и магнитно — импульсной обработках
    • 4. 7. ВЫВОДЫ ПО 4 ГЛАВЕ
  • ГЛАВА 5. ОПРОБОВАНИЕ МИО В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ, РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
  • ВЫВОДЫ ПО 5 ГЛАВЕ

Структурные превращения и физико-механические свойства инструментальных и пружинных сталей при магнитно-импульсном воздействии (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Магнетизм интересует человечество уже более 200 лет. К настоящему моменту известен большой класс явлений в твердых телах, связанных с изменением структуры приповерхностных областей после воздействия магнитного поля. Было установлено, что при воздействии магнитного поля наблюдаются изменения твердости и износостойкости быстрорежущих сталей, изменение микронапряжений, выделение мелкодисперсных фазупрочнителей. Наблюдалось также изменение вязкости жидкости (нефти) после воздействия импульсного магнитного поля, изменение физических свойств воды и льда, диэлектрической проницаемости, электропроводности при переменном токе, вязкости халькогенидных стеклообразных полупроводников. При этом влияние переменного магнитного поля было значительно более сильным, чем постоянного.

МИО представляет собой комплексное воздействие на материал магнитострикционных процессов и механических деформаций, тепловых и электромагнитных вихревых потоков, локализованных в местах концентраций магнитного потока, а также систему процессов, направленно ориентирующих «спин-характеристики» внешних электронов атомов металлов пограничной зоны контакта зерен (перегруженного участка кристаллита).

Магнитную и термомагнитную обработку достаточно широко применяют в машиностроении. В конце прошлого века магнитно-импульсная обработка (МИО) нашла применение при упрочнении лезвийного режущего инструмента и инструмента из слабомагнитных материалов, например, оснащенного пластинами из твердых сплавов типа ВК, ТК и ТТК, динамически нагруженных деталей машин для увеличения их стойкости и надежности работы.

В то же время применение МИО сдерживается недостатком научных исследований природы изменения свойств металлических материалов, механизмов влияния на структуру и свойства сталей и сплавов.

12. Результаты работы показали, что МИО стимулирует и ускоряет процессы возврата в холоднодеформируемой стали, находящейся в неравновесном наклепанном состоянии: восстанавливает ее плотность, снижает микротвердость, уменьшает степень наклепа и латентную энергию, тем самым обеспечивается повышение сопротивления разрушению и усталости холоднодеформированных изделий.

13. Анализ полученных результатов показывает, что энергии магнитного воздействия достаточно для развития внутренних, самоорганизующихся, коллективных явлений в металле. Синергетический подход к проблеме упрочнения предусматривает обмен энтропией системы образца стали с внешней средой, что выражено в дозированном подводе внешней энергии магнитного поля. МИО стимулирует релаксационные дислокационные и диффузионные процессы в сталях, находящихся в состояниях, далеких от равновесия. В зависимости от параметров МИО может в различной степени влиять на упрочняющие и разупрочняющие.

146 процессы в металле, обеспечивая оптимальное сочетание прочности (твердости) и вязкости. Таким образом, появляется возможность управления с помощью МИО физико — механическими свойствами металлов и сплавов на основе экспериментальных зависимостей характеристик металла от параметров МИО и законов неравновесной термодинамики (синергетики).

14. Получены регрессионные зависимости микротвердости и микронапряжений исследуемых сталей от параметров магнитно-импульсного воздействия, которые позволяют устанавливать значимые факторы (параметры) МИО и выбирать режимы обработки для направленного воздействия на комплекс механических характеристик металлоизделий.

15. Установлена возможность фиксировать изменения «тонкой» структуры сталей с помощью акустических методов, что может быть практически использовано при отработке и выборе оптимальных режимов МИО.

16. Результаты исследований и установленные закономерности могут быть использованы для направленного воздействия импульсного магнитного поля на микро — и субмикроструктуру, что позволяет повысить стойкость инструмента за счет одновременного увеличения твердости и вязкости сталиразмерную стабильность изделий за счет выравнивания внутренних напряжений и стабилизации структурыулучшить качество упругих элементов за счет повышения релаксационной стойкости.

17. В результате обработки импульсным магнитным полем опытной партии метчиков из термоупроченной стали Р18 коэффициент их стойкости увеличился на 30%, что обусловлено эффектами МИО: снижением и выравниванием внутренних напряжений, выделением дополнительных дисперсных карбидов, более полным превращением остаточного аустенита в мартенсит, уменьшением структурной неоднородности, повышением предела прочности и красностойкости. Рассчитанный экономический эффект от применения магнитно-импульсной обработки инструмента — метчиков составляет 106 080 руб./год.

Показать весь текст

Список литературы

  1. , B.C. Синергетика и фракталы в материаловедении / B.C. Иванова, A.C. Баланкин. -М.: Наука, 1994. 383 с.
  2. , В. Е. Поверхностные слои как синергетический активатор пластического течения нагруженного твердого тела / В. Е. Панин // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. — № 7. — С. 6268.
  3. , Н.В. Исследование влияния процессов диффузионногохромирования на свойства быстрорежущих сталей / Н. В. Коршикова, А.Ф.149
  4. Софрошенков // Структура и свойства материалов. Новокузнецк: СМИ, 1988. С. 54.
  5. , В.И. Возврат и рекристаллизация в металлах при быстром нагреве / В. И. Иванов, Осипов К. А. М.: Наука, 1964. — 188 с.
  6. , И.М. Электрофизические процессы металлургии: Учеб. Пособие / И. М. Мальцев. Нижний Новгород: НГТУ, 2003. — 59 с.
  7. , В.Н. Физические основы электротермического упрочнения стали / В. Н. Гриднев. Киев: Наукова думка, 1973. — 234 с.
  8. , В.И. Электропластическая деформация металлов / В. И. Сгащын. -М.: Наука, 1985. 159 с.
  9. , Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой / Б. М. Аскинази. М.: Машиностроение, 1989. 200 с.
  10. , В.Н. Сравнение термического и магнитно-импульсного воздействия на структуру закаленной стали У10 / В. Н. Дубинский, JI.A. Ошурина, A.A. Сиднев // Материаловедение и металлургия. Труды НГТУ. Нижний Новгород: НГТУ, 2003. — Т.38. — С. 258 — 260.
  11. , Ю.В. Особенности изменения физико-механических свойств и износостойкости быстрорежущих инструментальных сталей при обработке импульсным электрическим током / Ю. В. Баранов // Вестник машиностроения. М.: Машиностроение, 2003. — № 1. — С. 29 — 33.
  12. , В.Б. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин / В. Б. Малыгин. М.: Машиностроение, 1989. — 112 с.
  13. , М.Л. Термическая обработка стальных изделий в магнитном поле / М. Л. Бернштейн, В. Н. Пустовойт. М.: Машиностроение, 1985. — 256 с.
  14. , С.Н. Влияние импульсных магнитных полей на усталость быстрорежущей стали / С. Н. Постников, А. Д. Кунгин // Электронная обработка материалов. 1981. — № 6. — С. 8 — 11.
  15. , В.М. Механизм самоорганизации структуры быстрорежущей стали в процессе магнитной упрочняющей обработки /
  16. B.М. Бойко, В. И. Муравьев // Металлургия машиностроения.- 2006. № 4.1. C. 25−28.
  17. , Б.В. Новая установка «Недра М86» для повышения долговечности зубчатых передач горного оборудования /Б.В. Малыгин // Сб. Марганец, 1986. — № 6 (108). — С. 23.
  18. , Д.Н. О природе повышения износостойкости деталей и инструмента магнитной обработкой / Д. Н. Гаркунов, Г. И. Суранов, Г. Б. Коптяева // Трение и износ. 1982. — № 2. — С. 496 — 498.
  19. , Б.В. Магнитоупрочнение деталей горного и обогатительного производства / Б. В. Малыгин // Уголь Украины. 1987. -№ 6.-С. 44−46.
  20. , Б.В. Повышение надежности иструментов, 151приспособлений и деталей с помощью магнитно-импульсной обработки / Б. В. Малыгин, С. А. Мендельсон, Ю. Н. Николаева // Лесное хозяйство. -1987. -№ 7. -С. 63.
  21. , С.Н. Упрочнение металлов / С. Н. Полевой, В. Д. Евдокимов. М.: Машиностроение, 1986. — 320 с.
  22. Способы испытания металлов и сплавов: справочник / А. И. Власов. М.: Машиностроение, 1983. — 320 с.
  23. , В.А. Влияние обработки в импульсном магнитном поле и коронном разряде на прочность сталей / В. А. Полетаев, A.C. Помельникова, М. Н. Шипко // МиТОМ. 2000. — № 4. — С. 35 — 36.
  24. , В.Н. Исследование влияния ОИМП и ТЦО на свойства сплавов / В. Н. Дубинский, A.B. Панченко, A.A. Сиднев, В. В. Голубев // Межвузовский сборник научных трудов. Н. Новгород: НГТУ, -2000. -№ 2.-С. 229−231.
  25. , Ю.А. Инструментальные стали. 4-е изд. / Ю. А. Геллер.-М.: Металлургия, 1986. 584 с
  26. , A.C. Марочник сталей и сплавов / A.C. Зубченко. М.: Машиностроение, 2003. — 784 с.
  27. , В.Г. Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин. М.: Машиностроение, 1989. — 640 с.
  28. , А.Г. Пружинные стали и сплавы / А. Г. Рахпггадт. М.: Металлургия, 1982. — 400 с.
  29. , М.В. Теория обработки металлов давлением / М. В. Сторожев, Е. А. Попов. М.: Машиностроение, 1977. — 423 с.
  30. , JI.A. Инструментальные стали. Справочник / JI.A. Позняк. М.: Металлургия, 1977. — 168 с.
  31. , И. Инструментальные стали и их термическая обработка /И. Артингер. М.: Металлургия, 1982 г. — 312 с.
  32. , М.Я. Механические свойства металлов / М. Я. Бернштейн, В. А. Займовский М.: Металлургия, 1979. — 495 с.
  33. , Н.Ф. Атлас макро и микроструктур металлов и сплавов / Н. Ф. Болховитинов, E.H. Болховитинова. — М.: Машиностроение, 1959.-87 с.
  34. , М.В. Определение величины микронапряжений и размеров областей когерентного рассеяния (блоков мозаики) методом аппроксимации / М. В. Мальцев. -М.: Металлургия, 1984. 19 с.
  35. , С.С. Рентгенографический и электронографический анализ металлов /С.С. Горелик, JI.H. Расторгуев. М.: Металлургиздат, 1963.-255 с.
  36. , В.А. Рентгеновская дифрактометрия: Учеб. Пособие / В. А. Лиопо. Гродно: ГрГУ, 2003. — 171 с.
  37. С.С. Плотномеры / С. С. Кивилис. -М.: Энергия, 1980. -232 с.
  38. , Р. Ультразвуковые методы в физике твердого тела / Р. Труэл, Ч. Эльбаум, Б.Чик. -М.: МИР, 1972. 308 с.
  39. , В.В. Исследование разрушения при статическом нагружении сварных соединений акустическим методом / В. В. Мишакин, A.B. Гончар, К. В. Курашкин, Н. В. Данилова // Тяжёлое машиностроение. -2009. № 7. -С. 27−30.
  40. , М.Л. Размерная стабильность металлов и сплавов в точном машиностроении и приборостроении / М. Л. Хенкин, И. Х. Локшин. М.: Машиностроение, 1974, — 256 с.
  41. , С.А. Влияние режимов термообработки на релаксацию напряжений сплава 1420 / С. А. Сорокина, В. А. Скуднов // Технология легких сплавов. М: ВИЛС, 1998. — № 1. — С. 23 — 28.
  42. , Т.В. Оценка точности эксперимента в металловедении / Т. В. Комарова. -М.: Металлургия, 1990. 56 с.
  43. , Ф.С. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов / Ф. С. Новик, Я. Б. Арсов. М.: Машиностроение, 1980. — 304 с.
  44. , Т.В. Моделирование и оптимизация технологических систем / Т. В. Комарова. Н. Новгород: НГТУ, 1999. — 227 с.
  45. , И.П. Элементарная физика / И. П. Гурский. М.: Наука, 1973.-368 с.
  46. , А.Я. Общая электротехника и электрооборудование / А.
  47. Я. Мучник, К. А. Парфенов, Г. В. Древе. -М.: Высшая школа, 1961. 408 с.154
  48. , Г. Н. Общая электротехника / Г. Н. Веденяпин, А. Н. Добкин, Ю. А. Михеев. -М.: «Высшая школа», 1967. 404 с.
  49. , Ю.В. Фазовые превращения в сталях и сплавах под действием магнитного поля / Ю. В. Калетина // Развитие идей академика
  50. B.Д. Садовского. Сборник трудов, посвященный 100 летию со дня рождения академика В. Д. Садовского. — Екатеринбург: УрО РАН, 2008.1. C. 144−172.
  51. , M.JI. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. Изд. Т. II. Основы термической обработки / М. Л. Бернштейн, А. Г. Рахштад. М.: Металлургия, 1983. — 368 с.
  52. Уманский, Я. С. Рентгенография металлов / Я. С. Уманский. М.: Металлургиздат, 1960. — 448 с.
  53. , Ф. Деформация и разрушение материалов / Ф. Макклинток, А. Аргон. М.: Мир, 1970. — 444 с.
  54. , P.A. Влияние обработки импульсным магнитным полем на твердость сталей в упрочненном состоянии / P.A. Воробьев, В. А. Скуднов, В. Н. Дубинский // Технология металлов. 2011. — № 2. — С. 28−33.
  55. , P.A. Влияние магнитно импульсной обработки на микротвердость быстрорежущей стали / P.A. Воробьев, В. Н. Дубинский // Материаловедение и металлургия: труды НГТУ. — Н. Новгород: НГТУ, 2008. — Т.68. — С.116 -118.
  56. , В.В. Исследование влияния импульсных высокоэнергетических воздействий на прочностные и эксплуатационные свойства инструментальных сталей и инструмента / В. В. Гайдук, Т.В.
  57. , В.Р. Роккель, Д.В. Гайдук, B.JI. Володин // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 2004. — № 6. — С. 61−64.
  58. , И.И. Теория термической обработки металлов / И. И. Новиков. -М.: Металлургия, 1978. 395 с.
  59. , Г. В. Явления закалки и отпуска / Г. В. Курдюмов. М.: Металлургиздат, 1960. — 64 с.
  60. , В.И. Деформационное упрочнение и разрушение поликристаллических металлов / В. И. Трефилов. Киев: Наукова Думка, 1989. — 256 с.
  61. , Д. Механические свойства металлов /Д. Маклин. -М. Металлургия, 1965. 431 с.
  62. , P.A. Исследование распада мартенсита в стали 65 Г при импульсно магнитной обработке / P.A. Воробьев, В. Н. Дубинский // Физика металлов и металловедение. — 2010. — Т. 109. — № 3. — С. 284 — 287.
  63. , Б. Физическое металловедение / Б. Чалмерс. М.: Металлургия, 1963. — 457 с.
  64. , Л.И. Физические основы термической обработки стали / Л. И. Лысак, Б. И. Николин. Киев: Техника, 1975. — 304 с.
  65. , В.А. О взаимосвязи релаксации напряжений, твердости и предельной деформации сталей различных классов / В. А. Скуднов, А. П. Краев, С. А. Мадянов // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 1995. — № 1. — С. 48−51.
  66. , В.Н. Прогнозирование и контроль физико -механических свойств металлических материалов по данным релаксационных испытаний / В. Н. Чувильдеев, С. А. Мадянов, А. П. Краев // Сб. науч. тр. Н. Новгород: Интелсервис, 1996. — С. 54 — 64.
  67. , И.И. Кристаллография и дефекты кристаллической решетки /И.И, Новиков, K.M. Розин. М.: Металлургия, 1990. — 336 с.
  68. , P.A. Изменение свойств холоднодеформированной стали 10 при магнитно импульсном воздействии / P.A. Воробьев // VII Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов. — М: Интерконтакт Наука, 2010. — С. 14 — 15.
  69. , P.A. Характер изменения физико-механических свойствхолоднодеформированной стали 10 при обработке импульсным магнитным157полем / P.A. Воробьев, В. Н. Дубинский // Технология металлов. 2011. -№ 1. — С. 11 -14.
  70. , P.A. Повышение эксплуатационных свойств углеродистых сталей при обработке ИМП / P.A. Воробьев, В. Н. Дубинский // Авто НН — 2009″ тез. докл. Всероссийск. молодеж. научно — техн. конф. -Нижний Новгород: НГТУ им P.E. Алексеева, 2009. — С. 345.
  71. , P.A. Влияние отпуска и магнитной импульсной обработки на микронапряжения и блочную структуру быстрорежущей / P.A. Воробьев, В. Н. Дубинский // Материаловедение и металлургия: труды НГТУ. Н. Новгород: НГТУ, 2007. — Т.61. — С.133 — 135.
  72. , Н.П. Ультразвуковая дефетоскопия. Справ, пособие / Н. П. Алешин. Минск: Выш. школа, 1987. — 271 с.
  73. , B.C. Синергетика. Прчность и разрушение металлических материалов / B.C. Иванова. М.: Наука, 1992. — 160 с.
  74. , В.А. Предельные пластические деформации металлов / В. А. Скуднов. -М.: Металлургия, 1989. 176 с.
  75. , В.А. Синергетика явлений и процессов в металловедении, упрочняющих технологиях и разрушении / В. А. Скуднов. Нижний Новгород: НГТУ, 2007. — 191 с.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?