Исследование свойств диффузионного слоя быстрорежущих сталей (Исследовательский раздел дипломного проекта), страница 4

Оценка свойств диффузионно-упрочненных карбидных слоев быстрорежущих сталей

При обработке металлов резанием основными причинами, вызывающими отказ инструмента являются: износ рабочих поверхностей, а также хрупкое и усталостное  разрушение материала. Стойкость и долговечность инструмента определяются структурой и свойствами поверхностных слоев, которые претерпевают  существенные изменения в процессе эксплуатации. Одним из известных способов повышения эксплуатационных характеристик инструмента является диффузионное упрочнение  рабочих поверхностей, например, химико-термическая обработка (ХТО).  ХТО обеспечивает  новое состояние материала у контактной поверхности.

В настоящее время широко исследованы способы ХТО посредством азотирования и карбонитрацией, применительно к тяжелонагруженному инструменту, изготовляемому, как правило, из быстрорежущих сталей. Основным преимуществом данных способов упрочнения является повышение выносливости материала инструмента. В тоже время для большинства режущих инструментов наиболее существенным фактором, определяющим стойкость, является – износ рабочих поверхностей. Повышение износостойкости быстрорежущих сталей может быть обеспеченно за счет увеличения в поверхностном слое карбидной фазы. Это достигается в первую очередь измельчением эвтектоидных карбидов, например трехкратным перековом или порошковым переделом. Увеличение количества карбидных частиц в поверхностном слое обеспечивается цементацией, что  также способствует повышению износостойкости. Кроме того в  рабочем слое возникают остаточные напряжения сжатия. Это благоприятно сказывается на выносливости материала. Однако в литературе отсутствуют данные о влиянии режимов цементации быстрорежущих сталей и последующей термообработки на величину и характер остаточных напряжений в упрочненном слое.

Объектом исследований является быстрорежущая сталь Р6М5, упрочненная посредством науглероживания.

Методика исследований. Для оценки остаточных напряжений использовали электрохимическое травление. Сущность метода состоит в послойном анодном электрохимическом растворении плоских образцов из быстрорежущей стали Р6М5, упрочненных с двух сторон. Поверхности образца, не подлежащие травлению защищали полимерным покрытием.

Эпюра напряжений сформированных в результате диффузионного  упрочнения приведена на рисунке 3.2.  Так как данные напряжения являются напряжениями 1-го и 2-го рода, то их величина в любой точке соответствующего слоя не зависит от направления. Иначе говоря, каждый слой пластины находится в условиях плоского, всесторонне равного и однородного в плоскости пластины напряженного состояния. При рассмотрении элементарного объема в упрочненном слое остаточные напряжения, сформированные диффузионным упрочнением, действуют во всех направлениях. В тоже время, напряженное состояние по сечению образца формируется в результате взаимодействия между упрочненным слоем и сердцевиной. В нашем случае образцы представляют собой пластины с размерами: 190×20×3. Т. е. их длина значительно превышает высоту и ширину. Поэтому распределение напряжений по сечению образца соответствует плоскому напряженному состоянию. У поверхности существуют сжимающие напряжения, в сердцевине, компенсирующие их – растягивающие (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Распределение остаточных напряжений по сечению образцов

Послойное растворение металла с одной из сторон образца вызывает прогиб пластины. Изменением напряжения в пределах удаленного слоя можно пренебречь, приняв усредненную величину . Деформация образца   вызвана  снятием некоторого момента , равномерно распределенного по контуру пластины. До удаления части упрочненного слоя он был уравновешен действием напряжений в удаленном слое. Таким образом по величине прогиба  образца можно судить о значении напряжения в данном слое.

Величину  усилия, приходящегося на единицу длины контура можно подсчитать так: