Диссертация написанное для получения академической степени магистра PhD. доц. У. Н. Рузиев Ташкент 2022

ГЛАВА II. ВЫБОР ОБЪЕКТОВ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ
ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СЛОИСТЫХ
КОМПОЗИЦИЙ


2.1. Характеристика объектов исследований


2.1.1. Характеристика исходных материалов для металлических
слоистых композиций

Основные цели создания металлических слоистых композиций (МСК)-сокращение расхода дефицитныхлегированных сталей, затрат труда, создание высокого уровнясжимающих напряжений в рабочем элементе МСК как при изготовлении,так и при термической обработке.

Аналитический обзор литературных источников по материаловедению инструментального производства показал, что всю этуобширную группу материалов можно разделить на металлические спреимущественно металлическим типом связи и неметаллические с другими типами связи (сверхтвердые материалы,минералокерамика с ковалентным и ионно-ковалентным типом связи) [94 - 100].
Учитывая выбранный способ получения МСК – литья по газифицируемым моделям, а также то,что несущей основой МСКдолжны служить литейные металлические сплавы,в качестве инструментальной составляющей взяты металлические материалы[94 - 98]. Именно эта группа материалов лидирует в инструментальном производстве: инструментальные стали (табл.2.1) и твердые сплавы (табл.2.2)[94 - 100].
Следует отметить, что инструментальные стали представляет собой большую группу сплавов, которые отличаются высокой твердостью и износостойкостью, необходимых при обработке резанием или давлением [94 - 100] (табл.2.1). Одним из важных показателей работоспособности инструментальных сталей является их способность сохранять свои свойства при нагреве, при эксплуатации, что отразилось в названии их характеристики «теплостойкость» [94 - 98] (табл.2.1). Поэтому признаку, согласно общепринятой классификации, инструментальные стали разделяются на: нетеплостойкие, полутеплостойкие и теплостойкие.
Таблица 2.1
Химический состав использованных инструментальных сталей

Содержание,масс,%
Марки сталей	С	Si	Mn	Cr	W	Mo	V	Co/Ni	S	P
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
9ХС	0,85-0,95	1,2-1,6	0,3 0,6	0,95 –1,25	до 0, 2	до 0, 2	-	- / 0,35	до 0,03	до 0,03
Х12	2-2,2	0,1-0,4	0,15-0,45	11,5-13	до 0, 2	до 0, 2	до 0, 15	- / 0,35	до 0,03	до 0,03
Х12Ф1	1,25-1,45	0,15- 0,35	0,15-0,4	11,8	-	-	0,7-0,9	- / 0,35	до 0,03	до 0,03
Р6М5	0,82-0,9	0,2-0,5	0,2-0,5	3,8-4,4	5,5-6,5	4,8-5,3	1,7-2,1	0,5/ 0,6	до 0,025	до 0,03
Р6М5К5	0,84-0,92	до 0, 5	до 0, 5	3,8-4,3	5,7-6,7	4,8-5,3	1,7-2,1	4,7-5,2/0,4	до 0,03	до 0,03
Р6М5К5-МП	1,02-1,09	до 0, 8	до 0, 5	3,8-4,3	6-7	4,8-5,3	1,7-2,1	4,8-5,3/ 0,06	до 0,03	до 0,03

С позиции возможности создания МСК, прежде всего, учитывали экономическую целесообразность их применения, вследствие чего основное внимание уделено легированным нетеплостойким сталям 9ХС (табл.2.1).

Из применяемых в промышленности полутеплостойкихинструмен-тальных сталей были исследованы с целью изготовления вставок Х12, Х12М: теплостойкие инструментальные стали -P6M5,P6M5K5 и порошковые быстрорежущие стали - 10P6M5-МП, P6M5K5-МП иP6M6Ф3-МП[94-100] , изготовленные методами порошковой металлургии из порошков,получаемых распылением расплавленной стали в средеинертных газов (табл.2.1).
Вторая группа сплавов, при изготовлениивставок в МСК – твердые сплавы группы ВК и ТК, а такжеразработанный диссертантом спеченный сплав на основе Mo-TiC[99, 101] (табл.2.2).Для почвообрабатывающих инструментов повышение износостойкости является главным критерием, поэтому дляМСК типа «литейная конструкционная сталь-износостойкий слой» предстояло выбрать состав и разработать технологию нанесения износостойкого покрытия на рабочую поверхностьинструмента.
Таблица 2.2
Химический состав типовых марок твердых сплавов, выбранных
для изготовления МСК

Сплавы		Система		Марка			Химический состав, масс., %
							WC			TiC		Co			Mo		Ni
Металокера- мические твердые сплавы		WC – Co		ВК8			92			-		8			-		-
				ВК15			85			-		15			-		-
		WC-TiC-Co		Т5К10			85			5		10			-		-
		TiC-Ni-Mo		ТН-20			-			80		-			14		6
Сплавы	Система		Марка		Химический состав, масс., %
					C	Cr		Ni	W		Mo		Si	Fe		Mn		Cu
Литые твердые сплавы	Fe–Cr–C		ПГ-УС25		4,6	39,4		1,4	-		-		1,9	основа		1,5		-
	Cu–Ni- Сo		ПГ-С27		4,3	27,7		1,7	0,32		0,14		1,5	основа		1,0		1,5

Наносимое упрочняющее покрытие выбиралось так, чтобы оно былодоступным, недорогой, технологичной относительно нанесения иобеспечивало создание износостойкой структуры и повышения износостойкости, по крайней мере, в 2-3 раза.

Известно, что поверхностное борирование особенно эффективно при абразивном изнашивании [68, 101]. Поэтому в качестве насыщающей среды поверхностного слоя МСК выбран карбид бора(ВС) [ГОСТ 5744 -85],так как известно,что концентрация бора вэтом соединении максимальна [102] (табл.2.2).
В матрицах для синтеза сверхтвердых материалов и фильеров для волочения Сu иW, а также для резцов использовался спеченный молиб-деновый сплав Мо – ТiC (табл.2.3), изготовленный методом порошковой металлургии [101, 102].
Таблица 2.3
Химический состав спеченного молибденового сплава системы Mo-TiC

Содержание, масс., %
TiC	Fe	Ni	W	LaB6	Mo
45-47	1,5-2,0	1,5-2,0	0,5-1.0	0,1-0,2	Остальное
Химический состав сплавов на основе молибдена, масс, %
Марка	Ti	Zr	C	Mo	Прочие
ВМ1	0,32	0,15	0,055	основа	-
ВМ2	1,2	0,53	0,02	основа	1,4%Nb
Mo-TiC	87	-	-	13	-

Другая сторона выбора материалов относилась к определению материала для корпуса инструментов. Приоритетность отдана доступности, низкой стоимости и надежности, работоспособности идолговечности как биметаллического соединения, так инструмента в целом. В этой связи была опробована целая группа литейных конструкционных сталей (табл.2.4) [103].

2.1.2. Подбор изделий для использования разработанных металлических слоистых композиций

Из разновидностей инструментов необходимобыло отобрать такие, которые в максимальной степени отражали бы преимущества МСК – сниже-

ние материалоемкости и повышение коэффициентов использования металлов, а также уменьшение трудоемкости их производства. Исследования показали широкий диапазон применения МСК.
Таблица 2.4
Химический состав конструкционных литейных сталей, используемых в качестве несущей основы биметаллических композиций (ГОСТ -977-75)

Марка стали	Содержание, масс.,%
	C	Si	Mn	Cr	Mo	Ni	V	S	P
Сталь 35ГЛ	0,3-0,4	0,2-0,4	1,2-1,6	-	-	-	-	до 0,04	до 0,04
Сталь40ХЛ	0,35-0,45	0,2-0,4	0,4-0,9	0,8-1,1	-	до 0,3	-	до 0,04	до 0,04
Сталь40ХГЛ	0,35-0,45	0,2-0,4	1,2-1,6	-	-	-	-	до 0,04	до 0,04
Сталь40ХНМЛ	0,37-0,44	0,17-0,37	0,5-0,8	0,6-0,9	0,15-0,25	1,25-1,65	-	до 0,025	до 0,025
Сталь40ХНМФЛ	0,37-0,44	0,17-0,37	0,5-0,8	0,6-0,9	0,15-0,25	1,25-1,65	0,5-0,8	до 0,025	до 0,025
Сталь65ГЛ	0,62-0,7	0,17-0,37	0,9-1,2	-	-	до 0,25	-	до 0,035	до 0,035

Анализ существующей и перспективная оценка возможностей предлагаемой технологии позволили выбрать в качестве объектов (табл. 2.4):

а) по металлообрабатывающим инструментам (машиностроительное направление)наиболее представительные и широко применяемые цельные исоставные металлорежущие, металлообрабатывающие и штамповые инструменты:
- круглые плашки типа М18х2 и М42;
- трехсторонние дисковые фрезы;
- просечные штампы;
- матрицы, различного целевого назначения;
б) по почвообрабатывающим инструментам (сельхозяйственное направление);
- рабочие органы для обработки почвы, в котором важным показателем является износостойкость и обеспечение самозатачиваемости и наиболее изнашивающиеся ходовые части экскаваторов;
в) по породоразрущающим инструментам (нефтегазовое и гидромелиоративное направления):
- буровые коронки;
- долота;
- шарошки.