669.017

ПРИМЕНЕНИЕ СТАЛИ 30ХГСА В КАЧЕСТВЕ МАТЕРИАЛА КОРПУСА МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

 

APPLICATION OF STEEL 30ХГСА AS HULL MATERIAL METAL TOOL

 

Дожделев А.М., Лаврентьев А.Ю.(ТвГТУ, г. Тверь, РФ)

Dozhdelev A.M., Lavrentiev A.Y. (TSTU, Tver, Russia)

 

Рассмотрены вопросы выбора конструкционной стали 30ХГСА в качестве материала корпуса металлорежущего инструмента

The results of studying the choice of structural steel 30ХГСА as hulling material for cutting tools

 

Ключевые слова: быстрорежущая сталь, наплавка

Key words: speed cutting steel, built-up

 

При изготовлении биметаллического инструмента в качестве основного металла  зачастую выбирают такие конструкционные стали, как сталь 45, 50, 40Х и т.п., после чего осуществляется упрочняющая термическая обработка (закалка и низкий отпуск) [1]. Однако подобные стали обладают сравнительно небольшой твердостью и жесткостью, а также крайне подвержены термическому влиянию при наплавке, что ведет к необходимости делать инструмент более массивным, а режущую часть более объемной [2].

Главным критерием выбора материала корпуса металлорежущего инструмента являются механические свойства стали после термической обработки. Некоторые стали, которые могут быть использованы в качестве основного материала для наплавки на них быстрорежущих сталей, приведены в таблице 1. Способ термической обработки: закалка 880  в масло и отпуск 540  (ОСТ 1050-88, 19282-73, 10702-78, 4543-71).

 

Таблица 1 - Механические свойства сталей после термообработки [3]

Марка стали

σ0,2, МПа

σв, МПа

δ5, %

ψ, %

KCU, Дж/см2

Твердость HB

Сталь 45

520…640

750…820

16…14

62…65

160…120

200.220

09Г2С

490

365

19

-

64

145

30ХГСА

800

950

14

58

-

319…336

25Х1МФ

590

735

13

40

49

235…277

Учитывая данные факты в качестве материала корпуса инструмента была выбрана сталь 30ХГСА (ГОСТ 10702-78),  которая имеет ряд характеристик, выгодно отличающих её от других сталей, традиционно использующихся для наплавки на них быстрорежущей стали (таблица 2, рисунок 1). В частности сталь 30ХГСА имеет довольно высокую твердость, предел прочности и текучести в сочетании с достаточными пластическими свойствами, обладает хорошей выносливостью, отличными показателями ударной вязкости. Рекомендована для изготовления ответственных сварных конструкций, работающих при знакопеременных нагрузках [4].

Таблица 2 - Механические свойства стали 30ХГСА в зависимости от температуры отпуска [4]

tотп.,

σ0,2, МПа

σв, МПа

δ5, %

ψ, %

KCU, Дж/см2

Твердость HB

200

1570

1700

11

44

88

487

600

940

1040

19

62

137

300

30ХГСА относится к среднелегированной конструкционной стали. В свое время сплав разрабатывался для нужд авиации, хотя сейчас используется в самых разных отраслях, в том числе и в машиностроении [4].

Наплавка на конструкционную сталь 30ХГСА тоже имеет свои особенности. Сталь 30ХГСА позволяет получать оптимальную зону сплавления и имеет высокие показатели твердости и прочности после термической обработки. Наплавка осуществляется с предварительным подогревом заготовки из конструкционной стали. После прохождения термомеханической низкотемпературной обработки сталь 30ХГСА приобретает предел прочности до 2800 МПа, ударная вязкость повышается в два раза (в отличие от обычной термообработки), пластичность увеличивается [5].

Выбор данной высококачественной стали для изготовления корпуса биметаллического инструмента обусловлен также и повышенной стойкостью стали 30ХГСА к отпускной хрупкости по сравнению с классическими сталями, применяемыми для изготовления корпусов инструмента [6].

Существует ряд методов устранения отпускной хрупкости. Одним из них является снижение содержания вредных примесей в стали, таких как P, Sb, Sn, As, до тысячных долей процента, а также легированием стали, согласованным с содержанием этих примесей. Основной вредной примесью, являющейся одной из причин охрупчивания сталей, является фосфор.

Также устранить охрупчивание стали возможно путем сокращения времени пребывания стали в температурной зоне развития хрупкости посредством ускоренного охлаждения заготовок после высокого отпуска до комнатной температуры или для более крупных заготовок – до температур 350-400  с некоторой выдержкой для релаксации напряжений и с последующим замедленным охлаждением. Указанная выдержка возможна потому, что при 350-400  процесс охрупчивания развивается достаточно медленно [7].

а)

б)

Рисунок 1 – Графики зависимости механических свойств стали 30ХГСА от температуры по данным из источника [4]

а) Предел текучести σ0,2, и предел прочности σв

б) Относительное удлинение δ5 и относительное сужение ψ

 

Таким образом, можно сделать вывод: применение стали 30ХГСА в качестве материала корпуса наплавленного металлорежущего инструмента целесообразно и перспективно.

 

Список использованных источников

1.    Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. / А.Г. Косилова, Р.К. Мещеряков; М.: Машиностроение, 1985. - 657+496с.

2.    Справочник по конструкционным материалам: Справочник / Б.Н. Арзамасов, Т.В. Соловьева, С.А. Герасимов [и др]; Под ред. Б.Н. Арзамасова, Т.В. Соловьевой. М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2005. – 640 с.

3.    Барчуков Д.А. Обоснование выбора материала корпуса и режущей части инструмента при его изготовлении с помощью наплавки и поверхностного пластического деформирования. Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел, деталей технологического и энергетического оборудования: межвуз. Сб. науч. Тр. / под ред. В.В. Измайлова. Вып. 6. Тверь: ТвГТУ, 2013. - 148 с.

4.    Марочник сталей и сплавов. 2-е изд., доп. и испр. / А.С. Зубченко, М.М. Колосков, Ю.В. Каширский; М.: Машиностроение, 2003. - 784 c.: илл.

5.    Боже В. С., Черноземцев В. А. Челябинск: Энцикл. / - Изд. испр. и доп. - Челябинск: Каменный пояс, 2001. - 1112 с.; ил.

6.    Материаловедение: Учебник для ВУЗов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макаров, Г.Г. Мухин, Н.М. Рыжов, В.И. Силаева; М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 648 с.

7.    Бернштейн М.Л., Рахштадт А.Г. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. Изд. – 3-е изд., перераб. И доп. В 3-х т. М.: Металлургия, 1983. - 368 с.