ПЛАЗМЕННАЯ ЗАКАЛКА ЧУГУНА ХФ

PLASMA HARDENING HIGH-CHROMIUM CAST IRON

  Kirill Vaskin

PhD,  assistant  professor  of  Togliatti  State  University,

Russia, Togliatti

Artur  Blinov

undergraduate  of  Togliatti  State  University,

Russia, Togliatti

Andrey  Blinov

head of "Technological Department of die tooling " PJSC AVTOVAZ,

Russia, Togliatti

АННОТАЦИЯ

В работе было исследовано влияние плазменной закалки на физико-механические свойства чугуна ХФ. Были определены значения микротвердости и глубины упрочненного слоя. В результате проведенных исследований было получено, что использование плазменного поверхностного  термоупрочнения позволило повысить микротвердость поверхностного слоя образца более чем в 2 раза.

ABSTRACT

Effect of plasma hardening physical and mechanical properties of high-chromium cast iron in article are investigated. Values of hardness and depth of the hardened layer are determined. The use of highly concentrated energy sources makes it possible to increase the hardness of the surface layer more  2 times, as a result of our research.

Ключевые слова: плазменная закалка;  термоупрочнение.

Keywords: plasma hardening; thermal hardening.

Кратковременное действие температурного фактора при закалке приводит к диспергированию структуры. Это характерно при плазменной [1, 2, 7] и лазерной закалке [5, 6]. Однако, при лазерной закалке пятно контакта лазерного луча и обрабатываемого материала меньше пятна контакта плазменной дуги с обрабатываемой поверхностью. Поэтому при больших областях закалки более производительным является метод плазменной закалки. Таким образом, при закалке штамповой оснастки предпочтительным является способ плазменного термоупрочнения. 

Исследования по изучению влияния плазменной закалки проводили на чугуне ХФ, который применяют при изготовлении пуансонов и матриц формообразующих штампов холодной штамповки на ПАО «АВТОВАЗ» [2].

Плазменная закалка образца (рис. 1) была проведена на установке УГДЗ-200 [3, 4] .

Рисунок 1. Геометрические размеры образца для плазменной закалки

Из-за того что образец имел небольшие размеры, а его способность к отведению тепла не столь велика, то некоторые участки упрочняемой поверхности оплавлялись. Чтобы устранить возникшие неровности, образец шлифовали,  при этом глубина резания составила порядка 0,3…0,4 мм, а шероховатость Ra0,8. После этого на электроэрозионном станке был вырезан фрагмент поверхности для того чтобы провести дальнейшие металлографические исследования.

Замеры микротвердости были проведены  с помощью микротвердомера Micromet-II, структура образца изучалась на микроскопе AxioObserver.

Плазменная закалка образцов из чугуна ХФ

Внешний вид упрочненного плазменной закалкой образца из чугуна ХФ приведен на рисунке 2. На данном образце была проведена операция шлифования упрочненной цилиндрической поверхности со съемом материала толщиной 0,4 мм, затем электроэрозионным способом вырезан фрагмент поверхности для проведения металлографических исследований.

Основные параметры процесса упрочнения:

• рабочий ток дуги 150А;
• рабочее давление аргона 0,3 МПа;
• ширина закаленной зоны 10-12 мм;
•  длина дуги - 20 мм;
• скорость прохода по поверхности  - 0,5 м/мин.

Рисунок  2. Образец из чугуна ХФ после проведения плазменной закалки, шлифования, вырезки фрагмента упрочненной поверхности

Микроструктура упрочненной зоны образца из чугуна ХФ приведена на рисунке 3(а). Распределение микроструктуры от поверхности внутрь материала следующее: ледебурит, мартенсит, остаточный аустенит, троостомартенсит, цементит, графит пластинчатый по всему сечению упрочненного слоя.

а                  б

Рисунок 3. Микроструктура упрочненного слоя образца из чугуна ХФ. (а) - структура упрочненного слоя, (б) -  структура сердцевины.

Микроструктура сердцевины образца из чугуна ХФ представлена на рисунке 3б: перлит пластинчатый, цементит, графит пластинчатый .

Параметры упрочненного методом плазменной закалки слоя чугуна ХФ:

глубина упрочненного слоя – 0,8…1,0 мм;

твердость упрочненного слоя – HRC 55…58;

структура упрочненного слоя – ледебурит, мартенсит, остаточный аустенит, троостомартенсит, цементит, графит пластинчатый;

твердость сердцевины – HRC 26;

структура сердцевины – перлит пластинчатый, цементит, графит пластинчатый.

Список литературы:

1. Васькин К.Я., Блинов А.А., Блинов А.В. Плазменная закалка стали Х12МФ. Технические науки - от теории к практике: сб. ст. по матер. LXVIII междунар. науч.-практ. конф. № 3(63). – Новосибирск: СибАК, 2017. – С. 58-62.
2. Зубанов И.Ю., Блинов А.В. Новая технология изготовления штампов ОАО «ВАЗ». Материалы региональной научной конференции. Т. 2. 2014 - С. 122.
3. Коротков В.А. Опыт применения установки плазменной закалки УДГЗ-200 на предприятиях уральского региона. Автоматическая сварка. 2012.  №5 (709). - С. 55-58.
4. Коротков В.А. Свойства и промышленное применение ручной плазменной закалки. Металловедение и термическая обработка металлов. 2016. №8 (734). -  С. 3-9.
5. Огин П.А., Васькин К.Я. Повышение ресурса мелкоразмерного инструмента за счет модификации изнашиваемых поверхностей при помощи оптоволоконного лазера. IV Резниковские чтения: труды междунар. науч.-техн. конф. Ч. 1. Тольятти: ТГУ, 2015. - С. 143–145.
6. Огин П.А., Мерсон Д.Л., Кондрашина Л.А., Васькин К.Я. Влияние режимов лазерной модификации на структуру, свойства и износостойкость мелкоразмерного инструмента из быстрорежущей стали Р6М5. Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2015. № 4 (34). - С. 83-88.
7. Xiang Y., Yu D., Li Q., Peng H., Cao X., Yao J. Effects of thermal plasma jet heat flux characteristics on surface hardening. Journal of Materials. 2015. P. 238-246.