Исследования свойств штамповой стали после термической обработки (стр. 12 из 17)
В работе была проведена также оценка величины зерна аустенита с помощью метода хорд. Число произведенных замеров хорд для каждого образца не менее 150. Полученные данные и их статистическая обработка представлены в таблицах 27–31.
Таблица 27. Определение величины аустенитного зерна стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 950оС
| № размерной группы | Размер хорд di, мм | Количество хорд данного размера ni | Относительная доля длин хорд по данной группе, % |
| 1 | до 0,002 5 | 4 | 0,5 |
| 2 | 0,002 5–0,005 | 5 | 1,5 |
| 3 | 0,005–0,007 5 | 48 | 22 |
| 4 | 0,007 5–0,010 | 39 | 24 |
| 5 | 0,010–0,012 5 | 17 | 13 |
| 6 | 0,012 5–0,015 | 17 | 16 |
| 7 | 0,015–0,017 5 | 12 | 13 |
| 8 | 0,017 5–0,020 | 8 | 10 |
| Всего | 150 | 100 | |
| Средний размер хорды, мм | |||
| 0.007 5 | |||
| Среднее квадратичное отклонение результата Sx | |||
| 0,008 3 | |||
| Относительная ошибка ε, % | |||
| 17,0 | |||
Видно, что в исследуемой структуре наибольшее количество зерен приходится на две размерные группы: 0,005–0,007 5 мм и 0,007 5–0,010 мм (табл. 27).
Рис. 32. Гистограмма распределения длин хорд зерен аустенита для образца, закаленного на температуру 950оС
Таблица 28. Определение величины аустенитного зерна стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 000оС
| № размерной группы | Размер хорд di, мм | Количество хорд данного размера ni | Относительная доля длин хорд по данной группе, % |
| 1 | до 0,002 5 | 2 | 0,2 |
| 2 | 0,002 5–0,005 | 2 | 0,3 |
| 3 | 0,005–0,007 5 | 25 | 6 |
| 4 | 0,007 5–0,010 | 52 | 17 |
| 5 | 0,010–0,012 5 | 40 | 16 |
| 6 | 0,012 5–0,015 | 35 | 16 |
| 7 | 0,015–0,017 5 | 24 | 13 |
| 8 | 0,017 5–0,020 | 19 | 12 |
| 9 | 0,020–0,022 5 | 4 | 3 |
| 10 | 0,022 5–0,025 | 11 | 9 |
| 11 | 0,025–0,027 5 | 3 | 3 |
| 12 | 0,027 5–0,030 | 5 | 4,5 |
| Всего | 222 | 100 | |
| Средний размер хорды, мм | |||
| 0,010 | |||
| Среднее квадратичное отклонение результата Sx | |||
| 0,005 7 | |||
| Относительная ошибка ε, % | |||
| 7,0 | |||
Наибольшее количество зерен приходится на размерные группы: 0,007 5–0,010 и 0,010–0,012 5 мм (см. табл. 28).
Рис. 33. Гистограмма распределения длин хорд зерен аустенита для образца, закаленного на температуру 1 000оС
Таблица 29. Определение величины аустенитного зерна стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 050оС
| № размерной группы | Размер хорд di, мм | Количество хорд данного размера ni | Относительная доля длин хорд по данной группе, % |
| 1 | до 0,002 5 | 2 | 0,2 |
| 2 | 0,002 5–0,005 | 5 | 0,8 |
| 3 | 0,005–0,007 5 | 8 | 1 |
| 4 | 0,007 5–0,010 | 15 | 3 |
| 5 | 0,010–0,012 5 | 48 | 13 |
| 6 | 0,012 5–0,015 | 53 | 17 |
| 7 | 0,015–0,017 5 | 43 | 16 |
| 8 | 0,017 5–0,020 | 12 | 5 |
| 9 | 0,020–0,022 5 | 20 | 10 |
| 10 | 0,022 5–0,025 | 18 | 10 |
| 11 | 0,025–0,027 5 | 12 | 7 |
| 12 | 0,027 5–0,030 | 14 | 9 |
| 13 | 0,030–0,032 5 | 5 | 4 |
| 14 | 0,032 5–0,035 | 2 | 2 |
| 15 | 0,035–0,037 5 | 3 | 2 |
| Всего | 260 | 100 | |
| Средний размер хорды, мм | |||
| 0,015 | |||
| Среднее квадратичное отклонение результата Sx | |||
| 0,006 1 | |||
| Относительная ошибка ε, % | |||
| 4,0 | |||
Наибольшее количество зерен приходится на три размерные группы, которые охватывают интервал 0,010–0,017 5 мм (см. табл. 29).
Рис. 34. Гистограмма распределения длин хорд зерен аустенита для образца, закаленного на температуру 1 050оС
Таблица 30. Определение величины аустенитного зерна стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 070оС
| № размерной группы | Размер хорд di, мм | Количество хорд данного размера ni | Относительная доля длин хорд по данной группе, % |
| 1 | до 0,002 5 | 3 | 0,2 |
| 2 | 0,002 5–0,005 | 3 | 0,4 |
| 3 | 0,005–0,007 5 | 2 | 0,4 |
| 4 | 0,007 5–0,010 | 16 | 3 |
| 5 | 0,010–0,012 5 | 45 | 11 |
| 6 | 0,012 5–0,015 | 61 | 17 |
| 7 | 0,015–0,017 5 | 34 | 11 |
| 8 | 0,017 5–0,020 | 38 | 14 |
| 9 | 0,020–0,022 5 | 19 | 8 |
| 10 | 0,022 5–0,025 | 23 | 11 |
| 11 | 0,025–0,027 5 | 18 | 10 |
| 12 | 0,027 5–0,030 | 7 | 4 |
| 13 | 0,030–0,032 5 | 2 | 1 |
| 14 | 0,032 5–0,035 | 6 | 4 |
| 15 | 0,035–0,037 5 | 7 | 5 |
| Всего | 284 | 100 | |
| Средний размер хорды, мм | |||
| 0,015 | |||
| Среднее квадратичное отклонение результата Sx | |||
| 0,004 8 | |||
| Относительная ошибка ε, % | |||
| 3,0 | |||
Наибольшее количество зерен приходится на размерную группу 0,012 5–0,015 мм (см. табл. 30).
Рис. 35. Гистограмма распределения длин хорд зерен аустенита для образца, закаленного на температуру 1 070оС
Таблица 31. Определение величины аустенитного зерна стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 100оС
| № размерной группы | Размер хорд di, мм | Количество хорд данного размера ni | Относительная доля длин хорд по данной группе, % |
| 1 | до 0,002 5 | 0 | 0 |
| 2 | 0,002 5–0,005 | 0 | 0 |
| 3 | 0,005–0,007 5 | 3 | 0,5 |
| 4 | 0,007 5–0,010 | 2 | 0,5 |
| 5 | 0,010–0,012 5 | 4 | 1 |
| 6 | 0,012 5–0,015 | 9 | 3,3 |
| 7 | 0,015–0,017 5 | 17 | 7 |
| 8 | 0,017 5–0,020 | 28 | 14 |
| 9 | 0,020–0,022 5 | 40 | 22 |
| 10 | 0,022 5–0,025 | 33 | 20 |
| 11 | 0,025–0,027 5 | 15 | 10 |
| 12 | 0,027 5–0,030 | 8 | 6 |
| 13 | 0,030–0,032 5 | 5 | 4 |
| 14 | 0,032 5–0,035 | 6 | 5 |
| 15 | 0,035–0,037 5 | 2 | 2 |
| 16 | 0,037 5–0,040 | 2 | 2 |
| 17 | 0,040–0,042 5 | 2 | 2 |
| Всего | 176 | 100 | |
| Средний размер хорды, мм | |||
| 0,022 5 | |||
| Среднее квадратичное отклонение результата Sx | |||
| 0,009 1 | |||
| Относительная ошибка ε, % | |||
| 5,0 | |||
Рис. 36. Гистограмма распределения длин хорд зерен аустенита для образца, закаленного на температуру 1 100оС
Наибольшее количество зерен приходится на размерную группу 0,020–0,022 5 мм (см. табл. 31).
Для сравнения результатов, полученных при использовании различных методик экспериментальные данные сведены в таблицу 32.
Таблица 32. Размер зерна аустенита (мм), определенный различными методами
| Метод | Температура закалки, оС | ||||
| 950 | 1 000 | 1 050 | 1 070 | 1 100 | |
| секущих | 0,008 1 | 0,010 | 0,014 | 0,016 | 0,020 |
| хорд | 0,007 5 | 0,010 | 0,015 | 0,015 | 0,022 5 |
| Балл зерна | 11 | 10 | 9 | 9 | 8 |
3.6 Влияние температуры отпуска на износостойкость
Износостойкость инструментальной стали, то есть способность ее сопротивляться различным видам изнашивания поверхности, является характеристикой долговечности инструмента. Изнашивание сопровождается не только физическим разрушением рабочего слоя и потерей массы металла, но и его пластическим деформированием. В результате обоих процессов изменяются форма и размеры рабочих кромок. Изнашивание усиливается в условиях:
а) динамических нагрузок, вызывающих дополнительно выкрашивание и скалывание поверхностных слоев;
б) нагрева при резании или деформировании, снижающего твердость и сопротивление пластической деформации и облегчающего диффузию атомов между сталью инструмента, обрабатываемым металлом и сходящей стружкой.
Таким образом, износостойкость очень сложное свойство. Она определяется не только химическим составом, структурой и механическими свойствами, но и свойствами обрабатываемого материала, условиями эксплуатации инструмента, его конструкции и т. д. Последние определяют характер износа: абразивный, адгезионный, эрозионный, диффузионный и др.
В данной работе было проведено исследование износостойкости инструментальной стали 4Х5МФ1С в зависимости от температуры отпуска. Для исследования применялся метод трения «шарика по диску». Количество циклов трения было выбрано равным 40 000. В результате серии экспериментов на образцах были получены следы (канавки) трения, сечение которых измерялось на профилометре (рис. 37). Измерения проводились в пяти разных местах следа. Износ образца в дальнейшем оценивался по вынесенному объему металла. Для подтверждения полученных результатов дополнительно оценивался износ шарика (см. табл. 33).
Также была изучена износостойкость покрытий (нитрид и оксинитрид титана), нанесенных на образцы из стали 4Х5МФ1С методом ионно-плазменной имплантации. Целью проведенного исследования было выяснение перспективности нанесения покрытий для увеличения износостойкости материала. Количество циклов трения составило 5 000 для образцов с номерами 91 и 30, 10 000 – для образца 89 (см. табл. 34).