Мартенситно-стареющая сталь для изготовления металлообрабатывающего инструмента
The results of analysis of the structure and properties of maraging steel of Fe-Ni-Mo-Cr-V-Si-Ti-Al type alloy, hardened by boron compounds are demonstrated. It's proven that this type of metal are more heat and wear resistance, that allows to recommend it to be used for manufacturing of the...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23472 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Мартенситно-стареющая сталь для изготовления металлообрабатывающего инструмента / Е.Н. Еремин, В.В. Шалай, А.С. Лосев, Г.П. Румянцев // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 447-450. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859856895900123136 |
|---|---|
| author | Еремин, Е.Н. Шалай, В.В. Лосев, А.С. Румянцев, Г.П. |
| author_facet | Еремин, Е.Н. Шалай, В.В. Лосев, А.С. Румянцев, Г.П. |
| citation_txt | Мартенситно-стареющая сталь для изготовления металлообрабатывающего инструмента / Е.Н. Еремин, В.В. Шалай, А.С. Лосев, Г.П. Румянцев // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 447-450. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | The results of analysis of the structure and properties of maraging steel of Fe-Ni-Mo-Cr-V-Si-Ti-Al type alloy, hardened by boron compounds are demonstrated. It's proven that this type of
metal are more heat and wear resistance, that allows to recommend it to be used for manufacturing
of the metalcutting tool.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:44:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
447
УДК 621.791.92.04
Е. Н. Еремин, В. В. Шалай, доктора технических наук;
А. С. Лосев; Г. П. Румянцев
Омский государственный технический университет, Россия
МАРТЕНСИТНО-СТАРЕЮЩАЯ СТАЛЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
The results of analysis of the structure and properties of maraging steel of Fe-Ni-Mo-Cr-V-
Si-Ti-Al type alloy, hardened by boron compounds are demonstrated. It's proven that this type of
metal are more heat and wear resistance, that allows to recommend it to be used for manufacturing
of the metalcutting tool.
Экономия дефицитных инструментальных материалов путем повышения надежности
и долговечности деформирующего инструмента является одной из актуальных проблем в
современном машиностроении.
В настоящее время для изготовления инструмента горячего деформирования исполь-
зуют материалы, которые можно разделить на две основные группы.
К первой группе относятся материалы с карбидным упрочнением: 25Х5ФМС, 7Х3М,
30Х2В8Ф, 60Х6Н3М3РЮФТ, 45Х6М2В2ГС и др. [1]. Основным недостатком материалов
этой группы является проведение обязательных операции отжига для обеспечения возмож-
ности последующей механической обработки режущим инструментом и закалки с отпуском
для повышения прочностных свойств. Кроме того, материалы этой группы не стойкие к
ударным нагрузкам и высокой температуре.
Вторая группа включает материалы, характеризующиеся образованием твердых рас-
творов высокой прочности с интерметаллидным упрочнением: 03Н15К9М5ТЮ,
04Н18М4К11, 03Х15Н65М16В4, 10Х28К64В4Г2С и др. [1, 2]. Изготовленный из этих мате-
риалов инструмент в исходном состоянии имеет относительно низкую твердость, что позво-
ляет обрабатывать его режущим инструментом, а последующий отпуск (старение) приводит
к повышению его эксплуатационных характеристик. Несмотря на высокую твердость мате-
риалы данной группы после старения обладают относительно высокой пластичностью и в
настоящее время являются наиболее перспективными. В то же время сравнительно высокая
стоимость и дефицитность основных легирующих элементов ограничивают их применение.
В настоящей работе в целях исключения остродефицитных, дорогостоящих элементов
(W и Co) из состава материалов с интерметаллидным упрочнением исследовали влияние
карбида бора на свойства мартенситно-стареющей стали (м. с. с.) Н13М5Х4ФСТЮ.
Образцы для исследований изготовляли методом электрошлакового литья [3]. Метал-
лографические исследования полученных слитков осуществляли с помощью оптического
микроскопа Olympus GX-41. Дюрометрические испытания проводили с помощью твердоме-
ров Wolpert Group 402MVD (нагрузка Р = 100 г; шаг – 0,25 мм) по методу Виккерса и ТК-2 –
по методу Роквелла.
Рентгеноструктурный анализ м. с. с. проводили на дифрактометре ARL X’TRA с по-
лупроводниковым детектором в медном Кα-излучении. Дифрактограммы эталона (ферритная
сталь) и м. с. с. получали разделением спектральной Кα-линии по методу Речингера. Измеря-
ли интегральную ширину линии от плоскости (110) эталона и изучаемой стали с использова-
нием отражения первого и второго порядков.
Электронно-микроскопические исследования осуществляли на фольгах с использова-
нием просвечивающего электронного микроскопа ЭМВ-100П при ускоряющем напряжении
100 кВ. Для приготовления фольг на электроискровом станке из образцов вырезали тонкие
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
448
пластинки толщиной 0,2–0,3 мм. Режим вырезки подбирали такой, чтобы он не вносил до-
полнительной деформации и, следовательно, не влиял на структуру металла. Фольги полиро-
вали электролитически. Идентификацию фазового состава, определение размеров и объем-
ной доли выделений проводили по микродифракционным картинам и темнопольным изо-
бражениям, полученными в соответствующих рефлексах. Плотность дислокаций внутри реек
мартенсита определяли по количеству точек выхода отдельных дислокаций на поверхность
фольги по методике, изложенной в [4].
Влияние боридов на упрочнение м. с. с. оценивали измерением ее микротвердости в
состоянии после отливки и старения (выдержка в течение 2 ч при температуре 500 °С).
Установлено, что микротвердость стали Н13М5Х4ФСТЮ с боридами составляет 460–
495 HV, без боридов после отливки – 370–405 HV, что позволяет удовлетворительно обраба-
тывать такой металл режущим инструментом без операции отжига. После старения микро-
твердость м. с. с. без боридов повысилась незначительно и составляла 495–535 HV. Микро-
твердость м. с. с. с боридами повысилась существенно и достигла 670–714 HV.
Результаты испытаний на теплостойкость, за которую принимали отношение твердо-
сти металла после отпуска при температуре 600, 700 и 825 °С к твердости после оптимально-
го упрочнения (500 °С – 1 ч), приведены в таблице.
Результаты испытаний литого металла на теплостойкость
Мартенситно-стареющая сталь
Степень разупрочнения
(HRC 600 C)
(HRC 500 C)
HRC 700 C)
(HRC 500 C)
HRC 825 C)
(HRC 500 C)
Без боридов 0,9 0,71 0,53
С боридами 0,93 0,82 0,76
Результаты испытания показали, что твердость стали без боридов после отпуска при
температуре 600, 700 и 825 °С снижается соответственно на 10–12, 28–31 и 47–49 %, а с бо-
ридами – соответственно на 7–9, 18–20 и 24–26 %, ем самым теплостойкость тповысилась в
1,4 раза.
Влияние боридов на износостойкость стали Н13М5Х4ФСТЮ определяли на машине
трения ИИ 5018 при сухом трении по схеме «диск – колодка» (материал диска – сталь У7,
твердость – 63 HRC; нагрузка на образец – 600 Н, скорость вращения диска – 0,26 м/с). Для
сравнения в качестве эталона использовали образцы из стали 03Н15К9М5ТЮ.
Как показали эксперименты, сталь Н13М5Х4ФСТЮ с боридами в состоянии после
отливки превосходит по износостойкости м. с. с. без них в 22 раза и в 10 раз – сталь
03Н15К9М5ТЮ, а после старения – соответственно в 130 и 315 раз.
Для определения указанных различий твердости и износостойкости стали
Н13М5Х4ФСТЮ без боридов и с боридами провели исследования по выявлению природы
образующихся упрочняющих фаз.
Результаты электронно-микроскопических исследований показали, что в состоянии
после отливки сталь Н13М5Х4ФСТЮ без боридов представляет собой пересыщенный леги-
рующими элементами α-твердый раствор со структурой мартенсита (рис. 1, а). Период ре-
шетки структуры составил 0,2875 нм, плотность дислокаций – 11,2∙10
14
м
-2
. Признаков при-
сутствия остаточного аустенита и упрочняющих фаз не обнаружено.
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
449
а б в
Рис. 1. Внешний вид структуры стали Н13М5Х4ФСТЮ без боридов: а – после отливки; б –
после старения при 500 °С в течение 2 ч; в – интерметаллидные упрочняющие фазы
Старение при температуре 500 °С в течение 2 ч не приводит к существенному измене-
нию структуры такой стали. При этом наблюдается прирост твердости на 140 HV; период
решетки структуры уменьшается до 0,2871 нм; плотность дислокаций снижается до 8,2∙10
14
м
-2
(рис 1, б). Такие изменения объясняются тем, что при температуре 500 °С α-твердый рас-
твор обедняется легирующими элементами с образованием интерметаллидных фаз размером
4–50 нм. Для идентификации типа упрочняющих фаз производили перестаривание м. с. с.
при температуре 700 °С в течение 1 ч. Установлено (рис. 1, в), что сталь Н13М5Х4ФСТЮ без
боридов после старения упрочняется за счет образования интерметаллидных фаз Ni3Ti, Ni3Al
и Fe2Mo, имеющих соответственно игольчатую, сферическую и чечевицеобразную форму,
что полностью согласуется с литературными данными [5, 6].
Сталь Н13М5Х4ФСТЮ с боридами в состоянии после отливки представляет собой
пересыщенный легирующими элементами α-твердый раствор с грубой карбоборидной эвтек-
тикой, имеющей скелетный характер, так называемой эвтектики ванадиевого типа. Эвтекти-
ка образована на базе карбоборида Ме3(С,В) следующего состава: Fe = 47–62 %, Cr=7–9 %, V
= 5–7 %, Ni = 3–7 %, Ti = 5–16 %, Mo = 12–17 %. Период решетки структуры стали составил
0,2881 нм, плотность дислокаций 9,8∙10
14
м
-2
. Кроме того, обнаружены карбобориды круг-
лой формы типа Ме23(С,В)6 размером ~184 нм на основе Ti = 67–72 %, V = 4–7 %, Fe = 2–45
%, Mo = 14–19 % и пластинчатой формы типа Ме7(С,В)3 (средняя длина – 486 , толщина – 53
нм) на основе Ti = 55–60 %, V = 6–8 %, Cr = 2–4 %, Fe = 8–11 %, Mo = 17–22 % (рис. 2, а).
Остаточный аустенит не обнаружен.
а б в
Рис. 2. Структура стали Н13М5Х4ФСТЮ с боридами: а – после отливки; б – интерметал-
лидные упрочняющие фазы стали; в – после старения при температуре 500 °С в течение 2 ч
Старение стали Н13М5Х4ФСТЮ с боридами при температуре 500 °С, в течение 2 ч
также приводит к уменьшением периода решетки структуры до 0,2873 нм и плотности дис-
локаций до 7,4∙10
14
м
-2
. Однако прирост твердости составляет 220 HV, что значительно
больше, чем у м. с. с. без боридов. Такой прирост твердости объясняется не только образова-
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
450
нием в процессе старения стали мелкодисперсных интерметаллидных фаз размерами 6–42 нм
(рис. 2, б), но и выделением высокопрочных труднорастворимых карбоборидных фаз. В ре-
зультате старения уменьшились размеры карбоборидов как пластинчатой формы типы
Ме7(С,В)3 (средняя длина – 215 , толщина – 47 нм), так и круглой формы типа Ме23(С,В)6 до
115 нм. При этом объемная доля карбоборидов типа Ме23(С,В)6 существенно увеличилась
(рис. 2, в). Эвтектика в структуре такой стали стала более развитой и замкнутой при сохра-
нении такого же химического состава, как и после отливки.
Описанные структурные изменения, по-видимому, и обеспечивают существенное по-
вышение термической стабильности и износостойкости металла упрочненного боридами.
Таким образом, введение боридов в мартенситно-стареющую сталь Н13Х4М5ФСТЮ
наряду со значительным повышением твердости после старения тормозит разупрочнение
металла, затрудняет диффузионный обмен, рекристаллизацию и коагуляцию дисперсных
частиц и тем самым повышает его термическую стабильность и износостойкость. Выявлен-
ные эксплуатационные свойства такого металла позволяют рекомендовать его для изготов-
ления металлообрабатывающего инструмента в заготовительных производствах, а также на
машиностроительных предприятиях.
Литература
1. Соколов Г. Н., Лысак В. И. Наплавка износостойких сплавов на прессовые штампы и
инструмент для горячего деформирования сталей.– Волгоград : Изд-во ВолгГТУ,
2005. – 284 с.
2. Кальянов В. Н., Багров В. А. Мартенситно-стареющие стали для наплавки штампов //
Сварочное производство. – 2003. – № 2. – С. 35–37.
3. Еремин Е. Н., Филиппов Ю. О., Еремин А. Е. Электрошлаковое кокильное литье из-
делий из жаропрочных сплавов. // Литейщик России. – 2007. – № 10. – С. 18–21.
4. Continuous dynamic recrystallization in an Al - Li - Mg - Sc alloy during equal-channel angular
extrusion / R. Kaibyshev, K. Shipilova, E. Musin, Y. Motohashi // Mater. Sci. Eng. – 2005. – V.
396. – P. 341–351.
5. Кипелова А. Ю., Беляков А. Н., Скоробогатых В. Н. Структурные изменения при от-
пуске в стали 10Х9КЗВ1М1ФБР и их влияние на механические свойства. // Материа-
ловедение и термическая обработка материалов. – 2010. – № 3. – С. 14–25.
6. Перкас М. Д., Кардонский В. М. Высокопрочные мартенситно-стареющие стал. – М.:
Металлургия, 1971. – 224 с.
Поступила 03.06.10
УДК 621.762:546:69
А. Ф. Ильющенко, член-корр. НАН Беларуси; В. А. Осипов
АЛМАЗНЫЙ ИНСТРУМЕНТ НА АДГЕЗИОННО-АКТИВНЫХ СВЯЗКАХ
ДЛЯ СВЕРЛЕНИЯ БЕТОНА И ПРАВКИ АБРАЗИВНЫХ КРУГОВ
Государственное научное учреждение «Институт порошковой металлургии», г. Минск,
Республика Беларусь
Work is devoted research and working out of technology of reception алмазосодержащих
materials on the basis of adgezionno-active sheaves of type Cu–Sn–Ti with use of processes
инфильтрации powder шихты «diamond-sheaf»
Настоящая работа посвящена исследованию и разработке технологии получения ал-
мазосодержащих материалов на основе адгезионно-активных связок с использованием ин-
фильтрации порошковой шихты «алмаз–связка» на стадии формирования композита и закре-
пления его на стальном корпусе инструмента.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-23472 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0065 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:44:11Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Еремин, Е.Н. Шалай, В.В. Лосев, А.С. Румянцев, Г.П. 2011-07-04T15:57:11Z 2011-07-04T15:57:11Z 2010 Мартенситно-стареющая сталь для изготовления металлообрабатывающего инструмента / Е.Н. Еремин, В.В. Шалай, А.С. Лосев, Г.П. Румянцев // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 447-450. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23472 621.791.92.04 The results of analysis of the structure and properties of maraging steel of Fe-Ni-Mo-Cr-V-Si-Ti-Al type alloy, hardened by boron compounds are demonstrated. It's proven that this type of metal are more heat and wear resistance, that allows to recommend it to be used for manufacturing of the metalcutting tool. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Мартенситно-стареющая сталь для изготовления металлообрабатывающего инструмента Article published earlier |
| spellingShingle | Мартенситно-стареющая сталь для изготовления металлообрабатывающего инструмента Еремин, Е.Н. Шалай, В.В. Лосев, А.С. Румянцев, Г.П. Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| title | Мартенситно-стареющая сталь для изготовления металлообрабатывающего инструмента |
| title_full | Мартенситно-стареющая сталь для изготовления металлообрабатывающего инструмента |
| title_fullStr | Мартенситно-стареющая сталь для изготовления металлообрабатывающего инструмента |
| title_full_unstemmed | Мартенситно-стареющая сталь для изготовления металлообрабатывающего инструмента |
| title_short | Мартенситно-стареющая сталь для изготовления металлообрабатывающего инструмента |
| title_sort | мартенситно-стареющая сталь для изготовления металлообрабатывающего инструмента |
| topic | Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| topic_facet | Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23472 |
| work_keys_str_mv | AT ereminen martensitnostareûŝaâstalʹdlâizgotovleniâmetalloobrabatyvaûŝegoinstrumenta AT šalaivv martensitnostareûŝaâstalʹdlâizgotovleniâmetalloobrabatyvaûŝegoinstrumenta AT losevas martensitnostareûŝaâstalʹdlâizgotovleniâmetalloobrabatyvaûŝegoinstrumenta AT rumâncevgp martensitnostareûŝaâstalʹdlâizgotovleniâmetalloobrabatyvaûŝegoinstrumenta |