Особливості структуроутворення і властивостей швидкорізальної сталі та підвищення ефективності технології її електронно-променевого переплаву

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Гречанюк Н.И., Шпак П.А., Афанасьев И.Б. Электронно-лучевая плавка - перспективный метод получения слитков быстрорежущей стали высокого качества // Проблемы специальной металлургии. - 2000. - №3. - С. 27-32.

2. Шпак П.А., Гречанюк В.Г., Осокин В.А. Влияние электронно-лучевого переплава на структуру и свойства быстрорежущей стали Р6М5 // Проблемы специальной электрометаллургии. - 2002. - №3. - С. 14-17.

3. Шпак П.О. Структура та фазові перетворення в сталі Р6М5 при електронно-променевому переплаві промислових відходів // Металознавство та обробка металів. - 2003. - №4. - С. 14-18.

4. Grechanyuk N., Mamuzich I., Shpak P. Modern electron-beam technologies of melting and evaporation of materials in vacuum, by used “GEKONT”-company Ukraine // Metalurgija. - 2002. - #2. - P. 125-128.

5. Патент України на винахід № 37658 Спосіб виготовлення заготовок для інструменту із швидкорізальної сталі та пристрій для його здійснення / М.І. Гречанюк, І.Б. Афанасьєв, П.О. Шпак, В.О. Осокін, М.М. Шведчиков // заявка №200031832; заявл. 31.03.2000; опубл. 15.07.2003, Бюл. №7. - 2003.

6. Структура та властивості швидкорізальної сталі Р6М5, отриманої шляхом електронно-променевого переплаву промислових відходів / М.І. Гречанюк, П.О. Шпак, І.Б. Афанасьєв, Д.Ф. Чернега // Материалы международной научно-технической конференции “Производство стали в ХХІ веке. Прогноз, процессы, технологии, экология”. - Київ-Дніпропетровськ, 2000. - С. 380-384.

7. New materials, coatings and electron-beam equipment for their production / N. Grechanyuk, P. Kucherenko, V. Osokin, P. Shpak, I. Grechanyuk // Proceedings of the 7-th International Conference on Electron Beam Technologies (EBT 2003). - P. 258-264 (Bulgaria).

8. Electron-beam equipment, produced by scientific-and-producing company “GEKONT” / N. Grechanyuk, P. Kucherenko, V. Osokin, P. Shpak, I. Grechanyuk // “Turnatoria de la rigoarea tehnicii la arta” (Artcast 2004). - P. 117-120 (Romania).

АНОТАЦІЯ

Шпак П.О. Особливості структуроутворення й властивостей швидкорізальної сталі та підвищення ефективності технології її електронно-променевого переплаву. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 - матеріалознавство.

Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Київ, 2005.

Дисертацію присвячено вивченню впливу електронно-променевого переплаву на формування структури та властивості швидкорізальної сталі. В роботі досліджено процеси затвердівання, формування стуктури та фазових перетворень в швидкорізальній сталі при електронно-променевому переплаві та термічній обробці.

Виявлено такі особливості: процес затвердівання й кристалізації швидкорізальної сталі при електронно-променевому переплаві є багатостадійним та відбувається в розширеному температурному інтервалі перитектичного перетворення. При цьому в сталі послідовно відбуваються фазові перетворення: L, L+, L++К, L+K з утворенням евтектик: пластинчастої на основі метастабільного карбіду М₂С й скелетної - на основі М₆С. Прискорене охолодження швидкорізальної сталі, фазові перетворення та структурні зміни, що відбуваються на стадії первинної кристалізації розплаву призводять до подрібнення структури її металевої основи, рівномірного розподілу евтектичних карбідів й зміни механізму руйнування з переходом від грубого міжзеренного до змішаного, з розвиненими поверхнями зламу, що свідчить про збільшення ступеню пластичної деформації, яка передує руйнуванню.

Встановлено визначальний вплив первинної структури та морфології карбідної фази швидкорізальної сталі на її фізико-механічні та експлуатаційні властивості. Виходячи з досліджень технологічних властивостей, оптимізовано технології електронно-променевого переплаву та термічної обробки швидкорізальної сталі.

Ключові слова: швидкорізальна сталь, електронно-променевий переплав, кристалізація, структура, фазові перетворення, термічна обробка.

АННОТАЦИЯ

Шпак П.А. Особенности формирования структуры и свойств быстрорежущей стали, повышение эффективности технологии ее электронно-лучевого переплава. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.02.01 - материаловедение.

Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины, Киев, 2005.

Диссертация посвящена изучению влияния электронно-лучевого переплава на формирование структуры и свойства быстрорежущей стали. В работе исследованы процессы взаимодействия расплава с высокоэнергетическим воздействием электронных лучей и с вакуумной средой; затвердевания, формирования структуры, фазовых превращений в быстрорежущей стали при электронно-лучевом переплаве и последующей ее термической обработке.

Выявлены следующие особенности. Процесс кристаллизации и затвердевания быстрорежущей стали при электронно-лучевом переплаве - многостадиен и происходит в расширенном температурном интервале перитектического превращения, с задержкой во времени начала эвтектического превращения. При этом, в стали последовательно происходят следующие фазовые превращения: L, L+, L++К, L+K, с образованием двух типов эвтектик: пластинчатой на основе метастабильного карбида М₂С и скелетной - на основе М₆С. Ускоренное выделение скрытой теплоты перитектического преобразования L++К и увеличение скорости роста первичных осей дендритов аустенита в результате переохлаждения и эвтектического распада остаточного расплава приводят к его концентрационной неоднородности. В результате чего, происходит выделение аустенита и тугоплавких карбидов непосредственно из расплава, с образованием эвтектики на основе метастабильного карбида М₂С. Наличие жидкой фазы на фронте перитектического превращения при затвердевании быстрорежущей стали и расширение температурного интервала перекристаллизации из-за значительного переохлаждения расплава эвтектического состава в условиях ускоренного теплоотвода - приводят к значительному ускорению диффузионных процессов, чем и объясняется большая скорость протекания перитектического превращения, его полная завершенность и образование сильно легированного аустенита. При этом происходит образование перитектического аустенита, близкого по составу с - ферритом, что уменьшает количество ферритостабилизирующих элементов в расплаве и задерживает его эвтектическое затвердевание, а в структуре литой стали образуются два типа эвтектик на основе карбидов М₆С и М₂С с различной термодинамической стабильностью. Структура литой быстрорежущей стали электронно-лучевого переплава состоит из мелких равноосных зерен мартенсита, остаточного аустенита, разорванной карбидной сетки по его границам и дисперсных равномерно-распределенных карбидов. Отмечается рафинирование стали при ее электронно-лучевом переплаве с промежуточной емкостью от неметаллических включений, их содержание уменьшается в 3-4 раза, а оставшиеся в металле включения равномерно распределены по сечению слитка и имеют благоприятную округлую форму. Ускоренное охлаждение быстрорежущей стали при переплаве, фазовые превращения и структурные изменения, происходящие на стадии первичной кристаллизации расплава приводят к измельчению структуры ее металлической основы, равномерного распределения эвтектических карбидов и изменению механизма разрушения с переходом от грубого межзеренного - к смешанному, с развитыми поверхностями излома. Это свидетельствует об увеличении степени пластической деформации, предшествующей разрушению.

Установлено решающее влияние первичной структуры и морфологии карбидной фазы на физико-механические и эксплуатационные свойства быстрорежущей стали. Исходя из полученных результатов комплексного исследования, оптимизированы технологические режимы электронно-лучевого переплава и последующей термической обработки быстрорежущей стали.

Ключевые слова: быстрорежущая сталь, электронно-лучевой переплав, кристаллизация, структура, фазовые превращения, термическая обработка.

ABSTRACT

Shpak P. Features of structure's formation and properties of high-speed steel, increasing of efficiency of technology their electron-beam re-melting. - Manuscript.

Dissertation for the Ph. Dr. Degree (Engineering) by the speciality 05.02.01 - material science.

Frantseytch Institute for Materials Science of NAS of Ukraine. Kуіv. 2005.

The dissertation is decided to the investigation of the role of electron-beam re-melting to the structure's forming and properties of high-speed steel. Processes of solidification, structure's forming and phase transforming of high-speed steel during electron-beam re-melting and heat-treatment is studied.

Such silent features were detected: the process of solidification and crystallization of high-speed steel during electron-beam re-melting descends in the ample temperature range of peritectic transformation. Thus, in steel descends sequentially phase transformations: L, L+, L++К, L+K with formation of eutectics platelike morphology on the base of metastable carbide M₂C and “feathery” morphology - on the base M₆C. Accelerated cooling of high-speed steel, phase- and -structural transformations, which one descend at the stage of primary crystallization of melt are resulting to structure's mincing of its metal base, even distributions of eutectic's carbides and change of the gear destruction with transition from rough transcrystalline - to blended with developed surfaces of demolition, which one testifies to increase of degree of plastic deformation before to destruction.

The determining influencing of primary structure and morphologies of carbide's phases of high-speed steel to its physical-mechanical and service properties is established. Outgoing from researches of running characteristics, the electron-beam technology of re-melting and heat treatment of high-speed steel are optimized.

Key words: high-speed steel, electron-beam re-melting, solidification, structure, phase's transformations, heat-treatment.

Размещено на Allbest.ru