WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Филатов Павел Николаевич

ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОТЯЖЕК

ИЗ ПОРОШКОВОЙ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ ПРИ ОБРАБОТКЕ

ЖАРОПРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ

КОМПЛЕКСНОГО ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО УПРОЧНЕНИЯ

Специальность:

05.03.01 Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2009

Работа выполнена на кафедре «Высокоэффективные технологии обработки» (ВТО) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет «Станкин».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Григорьев Сергей Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Рогов Владимир Александрович кандидат технических наук, профессор Михайлов Виталий Алексеевич Ведущее предприятие: Открытое акционерное общество «Московский инструментальный завод»

Защита диссертации состоится «14» мая 2009 г. в _._ на заседании диссертационного совета Д 212.142.01 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет «Станкин» по адресу: 127994, г. Москва, ГСП-4, Вадковский пер., 3А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГТУ «Станкин».

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направить по указанному адресу.

Автореферат разослан «14» апреля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н. М.А. Волосова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Качество режущего инструмента во многом определяет производительность процесса обработки, а в некоторых случаях является определяющим фактором для получения деталей требуемой формы и размеров. Поэтому повышение качества режущего инструмента является важнейшей задачей, которая стала особенно актуальна в последнее время, когда все большее распространение получают дорогостоящие станки с числовым программным управлением.

Получение пазов сложнофасонного профиля в дисках турбин сегодня является одним из самых трудоемких производственных процессов при изготовлении авиационных двигателей. Наиболее эффективным методом получения элементов такого типа является протягивание. В тоже время в условиях постоянной модернизации и усовершенствования двигателей, связанных с повышением их ресурса и увеличением тяговой способности, а также с использованием все более совершенных материалов при изготовлении дисков турбин, сохраняющих физико-механические свойства при повышенных температурах, становится все сложнее гарантировать требуемое качество изготовления деталей такого класса.

Помимо традиционных быстрорежущих сталей для изготовления протяжного инструмента все большее промышленное применение находят быстрорежущие стали, полученные методом порошковой металлургии типа Р6М6Ф3-МП, Р7М2Ф6-МП, Р12МФ5-МП, Р6М5К5-МП, Р9М4К8-МП и др.

Такие стали по сравнению со сталями аналогичного химического состава, изготовленными по традиционной технологии, имеют однородную структуру, являются более прочными и лучше шлифуются, а их применение позволяет повысить стойкость инструмента в 1,3…2 раза. Однако при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе типа ХН77ТЮР (ЭИ437БУ), ХН73МБТЮ (ЭИ698), ХН62БМКТЮ (ЭП742) и др., которые используются для изготовления дисков турбин, стойкость протяжного инструмента из порошковой быстрорежущей стали не всегда является достаточной. Как показывает производственный опыт, процесс протягивания указанной группы материалов сопровождается повышенным износом протяжного инструмента.

При этом протяжной инструмент является наиболее сложным в изготовлении и, как следствие, дорогостоящим инструментом, что, несомненно, сказывается на окончательной стоимости изделия (двигателя) в целом и ставит задачу повышения стойкости инструмента, являющуюся одним из основных показателей его качества.

Одним из наиболее перспективных способов повышения стойкости режущего инструмента является использование комплексной ионноплазменной обработки (упрочнения), включающей в себя последовательное применение двух технологических процессов – ионного азотирования и последующего нанесения износостойких покрытий на основе нитрида титана (TiN), окиси алюминия (Al2O3), нитрида циркония (ZrN) и др. Сегодня использование металлорежущего инструмента, подвергнутого указанной обработке, обеспечивает ряд важных преимуществ: повышение производительности обработки резанием, увеличение срока службы инструмента при обработке конструкционных сталей, коррозионно-стойких и жаропрочных сталей;

также наблюдается эффект при обработке титановых и никелевых сплавов.

Исследованию процесса протягивания посвящен целый ряд работ, однако, ни в одной из них не решается проблема обработки жаропрочных сплавов инструментом из порошковой быстрорежущей стали, подвергнутым комплексной обработке. Поэтому настоящая работа, направленная на повышение стойкости и производительности протяжного инструмента при обработке “ёлочных” пазов в жаропрочных материалах, применяемых при изготовлении деталей газотурбинных авиационных двигателей, за счет комплексного ионно-плазменного упрочнения является весьма актуальной и имеет важное практическое и научное значение.

Цель работы. Повышение стойкости и производительности сложнофасонного протяжного инструмента при обработке дисков турбины из жаропрочных сплавов и теплостойких сталей за счет применения комплексного ионно-плазменного упрочнения, включающего ионное азотирование и последующее осаждение сложнолегированного износостойкого покрытия.

Общая методика исследований.

Сравнительные стойкостные испытания выполняли на специально изготовленном опытном протяжном инструменте, имитирующем предварительные прорезные протяжки, применяемые при обработке пазов в дисках из жаропрочных сталей и сплавов. Экспериментальное изучение свойств порошковой быстрорежущей стали проводили в лабораторных условиях с использованием металлографичеких и металлофизических методик по измерению микротвердости, исследованию структуры азотированного слоя, измерению толщины азотированного слоя и покрытия, рентгеноструктурному анализу образцов и оценке прочности адгезионной связи покрытия с поверхностью инструментальной основы. Подготовка металлографических шлифов осуществлялась на оборудовании фирмы Struers (Дания). Исследование образцов проводили с использованием оптического микроскопа “Polyvar Met”, оснащенного приставкой для измерения микротвердости MICRO-DUROMAT 4000. Для проведения испытаний и оценки износа инструмента использовался индикатор часового типа для контроля величины подъема на зуб, микроскоп отсчетного типа МПБ-2 и др. Структуру и характер износа изучали с помощью инвертируемого металлографического микроскопа Olympus GX-51, оснащенного цифровой камерой. Производственные испытания проводились на вертикально-протяжном станке модели RASX 252600630 KURT HOFFMANN (Германия), оснащенном системой ЧПУ “Sinumerik 840D” фирмы Siemens.

Научная новизна работы заключается:

- в разработке и научном обосновании принципов ионно-плазменного упрочнения протяжек из порошковой быстрорежущей стали типа Р12М3К5Ф2-МП, обеспечивающих повышение стойкости и производительности инструмента при обработке дисков турбины из жаропрочных материалов;

- в математической зависимости, устанавливающей связь между соотношением газов N2 и Ar при комплексном ионно-плазменном упрочнении протяжек, влияющем на формирование рельефа рабочих поверхностей инструмента, и шероховатостью обрабатываемого изделия;

- в установлении закономерности изнашивания рабочих поверхностей протяжек из порошковой быстрорежущей стали типа Р12М3К5Ф2-МП с различными вариантами ионно-плазменного упрочнения при обработке теплостойких сталей типа ЭП609Ш и никелевых сплавов типа ЭП741НП.

Практическая ценность работы состоит:

- в рекомендациях по назначению режимов комплексного ионноплазменного упрочнения порошковых быстрорежущих сталей типа Р12М3К5Ф2-МП, обеспечивающих максимальное повышение стойкости протяжного инструмента при обработке жаропрочных материалов;

- в установлении оптимального состава износостойкого покрытия и режимов его нанесения на протяжной инструмент из порошковой быстрорежущей стали Р12М3К5Ф2-МП, предназначенный для обработки жаропрочных материалов;

- в установлении оптимальных параметров поверхностного слоя, формируемого в процессе комплексного ионно-плазменного упрочнения, в зависимости от группы обрабатываемых материалов и режимов резания для протяжного инструмента из порошковых быстрорежущих сталей типа Р12М3К5Ф2-МП;

- в технологических рекомендациях по назначению режимов протягивания изделий из жаропрочных сталей инструментом из порошковой быстрорежущей стали с износостойким покрытием, позволившим повысить производительность обработки указанных материалов;

- в технологических рекомендациях по назначению режимов протягивания изделий из жаропрочных никелевых сплавов инструментом из порошковой быстрорежущей стали с комплексным упрочнением, позволившим увеличить стойкость протяжного инструмента при обработке указанных материалов.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на заседаниях кафедры “Высокоэффективные технологии обработки” ГОУ ВПО МГТУ “Станкин”.

Производственное внедрение результатов работы произведено в рамках договора, заключенного между МГТУ «Станкин» и ФГУП ММПП «САЛЮТ», на выполнение научно-исследовательских работ по теме: «Проведение исследований по влиянию износостойких покрытий на стойкость протяжек при протягивании пазов в дисках турбины из жаропрочных сплавов типа ЭП741НП и теплостойких сталей типа ЭП517, ЭП609. Разработка технологии и внедрение комплексной ионно-плазменной обработки протяжного инструмента».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, раскрывается её содержание, формулируется научная и практическая значимость.

Первая глава посвящена обзору литературных источников, посвященных особенностям процесса протягивания и методам повышения режущей способности инструмента из быстрорежущей стали, постановке цели и задач исследования. Проанализированы основные конструктивные особенности протяжного инструмента, применяемые схемы резания при протягивании, достоинства и недостатки каждой из них. Приведена характеристика материалов, применяемых в газотурбостроении, отмечены основные трудности, возникающие при обработке жаропрочных и жаростойких сталей и сплавов.

Установлено, что на сегодняшний день процесс протягивания жаропрочных сплавов является недостаточно изученным и малоосвященным в литературе. Как правило, в имеющихся публикациях весьма скудно представлены рекомендации по изготовлению и эксплуатации протяжного инструмента применительно к обработке жаропрочных никелевых сплавов. Зарубежные данные имеются лишь в ограниченном объеме и зачастую носят лишь рекламный характер.

Исследованию процесса протягивания посвящен ряд работ, однако, ни в одной из них не решается проблема обработки жаропрочных сплавов быстрорежущим инструментом с износостойким покрытием. Так, в работе В.Ф.

Макарова большое внимание уделяется повышению эффективности процесса протягивания труднообрабатываемых материалов и интенсификации режимов резания методом скоростного протягивания твердосплавным инструментом. В работе А.К. Кириллова рассматривается повышение работоспособности протяжного инструмента из быстрорежущей стали Р6М5 методом комплексной обработки применительно к обработке конструкционных сталей.

Проведенный анализ методов повышения работоспособности режущего инструмента показал, что одним из наиболее эффективных методов на сегодняшний день является комплексная ионно-плазменная обработка контактирующих при резании поверхностей инструмента.

На основе анализа научно-технической информации была сформулирована цель исследований, для достижения которой необходимо было решить следующие задачи:

1. Установить влияние технологических факторов на закономерности процесса ионного азотирования порошковой высоколегированной 2. Определить оптимальные параметры структуры и толщину азотированного слоя порошковой высоколегированной стали Р12М3К5Ф2-МП и степень влияния последующего процесса осаждения нитридного покрытия на свойства азотированного поверхностного слоя.

3. Выбрать оптимальный состав сложнолегированного износостойкого покрытия исходя из параметров структуры покрытия, шероховатости, показателей микротвёрдости и прочности адгезионной связи.

4. Разработать технологию комплексной ионно-плазменной упрочняющей обработки протяжного инструмента из порошковой высоколегированной стали Р12М3К5Ф2-МП на установке «СТАНКИНАПП-2».

5. Установить зависимость между режимами комплексной ионноплазменной обработки и характером изнашивания протяжного инструмента при обработке жаропрочных никелевых сплавов типа ЭП741НП и жаропрочной мартенситной стали типа ЭП609.

6. Провести сравнительные испытания протяжного инструмента в производственных условиях при обработке жаропрочных сталей и сплавов с оценкой эффективности технологических процессов комплексного ионно-плазменного упрочнения.

Во второй главе описаны методики проведения экспериментальных и производственных испытаний, позволяющие оценить влияние различных вариантов вакуумно-плазменной поверхностной обработки протяжного инструмента на процесс резания и его работоспособность. Большое внимание было уделено методикам металлографических и металлофизических исследований: измерению микротвердости, исследованию структуры азотированного слоя, измерению толщины азотированного слоя и покрытия, рентгеноструктурному анализу образцов и оценке прочности адгезионной связи покрытия с поверхностью инструментальной основы. Приведено описание используемого в работе станочного оборудования с краткими техническими характеристиками. Описан режущий инструмент и режимы резания, дана характеристика обрабатываемых материалов.

Все этапы вакуумно-плазменной обработки протяжного инструмента из быстрорежущей стали (прогрев, очистка, азотирование и нанесение покрытий) производились за один технологический цикл в многофункциональной установке “Станкин-АПП-2”, оснащенной устройством для генерации плазмы двухступенчатого вакуумно-дугового разряда, вакуумно-дуговыми испарителями, многоканальной системой напуска газа, системой бесконтактного контроля за температурой обрабатываемого инструмента, а также целым комплексом вспомогательного оборудования для измерения и контроля параметров процесса обработки.

Подготовка металлографических шлифов осуществлялась на оборудовании фирмы Struers (Дания), в состав которого входят универсальный отрезной станок, автоматический гидравлический пресс, станок для предварительного шлифования, станок для окончательного шлифования и полировки микрошлифов Abramatic.

В третьей главе представлены исследования по оптимизации параметров комплексной обработки поверхности образцов из порошковой быстрорежущей стали Р12М3К5Ф2-МП, включающей в себя применение двух технологических процессов - ионного азотирования и нанесения износостойкого покрытия. Их применение обеспечивает получение на поверхности инструмента износостойкого комплекса с уникальной комбинацией свойств, которые невозможно получить ни одним из этих процессов в отдельности.

Для определения оптимальных параметров процесса были проведены исследования характеристик режима двухступенчатого вакуумно-дугового разряда. Доказано, что обработка в газовой плазме наиболее эффективно может регулироваться изменением величины напряжения смещения и значением соотношения токов катода и дополнительного анода.

Были исследованы свойства формирующегося в условиях вакуумнодугового разряда азотированного слоя, которые определяются целым рядом технологических факторов (температурой, временем и соотношением газов Ar\N2 в смеси). Управляя ими, можно регулировать структуру, толщину и микротвердость слоя, которые определяют комплекс необходимых свойств инструмента с учетом конкретных условий его эксплуатации. Результаты экспериментов и исследований позволили определить оптимальные свойства азотированного слоя. На рис. 1 представлен характер изменения микротвердости в поверхностном слое образца из порошковой быстрорежущей стали Р12М3К5Ф2-МП после азотирования в газовых смесях с различными вариантами соотношения азот/аргон.

Рис. 1. Распределение микротвердости в поверхностном слое образца из стали Р12М3К5Ф2-МП. Режим азотирования: содержание азота в смеси 30%, 40% и 60 % масс.

N2, температура азотирования 480оС, время азотирования 0,5 ч В результате проведенных металлографических исследований было установлено, что при ионном азотировании в атмосфере чистого азота на поверхности инструмента формируется нитридный слой с повышенным содержанием азота (рис. 2), который отрицательно влияет на прочность адгезионной связи покрытия с инструментальной основой, снижая тем самым эффективность применения комплексной обработки.

Рис. 2. Микроструктура поверхностного слоя образца из стали Р12М3К5Ф2-МП после азотирования. Режим азотирования: содержание азота в смеси 100% масс. N2, температура Для исследования изменения параметров азотированного слоя после нанесения сложнолегированного покрытия из нитридов тугоплавких металлов проводили комплексную обработку образцов из стали Р12М3К5Ф2-МП при времени азотирования 30-60 мин, давлении газовой смеси 0,3 Па, температуре азотирования 480C, времени нанесения покрытия 60 мин при различных соотношениях газов азот/аргон.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что при всех режимах азотирования после нанесения покрытия наблюдается заметное увеличение общей толщины азотированного слоя до 200-300 мкм (в 2-3 раза) и возрастание максимальных значений микротвердости (рис. 1 и 3). Это связано с диффузией азота вглубь быстрорежущей основы из поверхностных слов.

Рис. 3. Распределение микротвердости в поверхностном слое образца из стали Р12М3К5Ф2-МП после нанесения покрытия (NbTiAl)N в течение 1 часа при температуре (450-470)оС. Режим азотирования: содержание азота в смеси 30%, 40% и 60 % масс. N2, температура азотирования 480 оС, время азотирования 0,5 ч Металлографические исследования структуры поверхности инструмента, подвергнутого комплексной обработке, показали, что для азотирования в газовой смеси с большим содержанием азота характерно образование строчечной структуры из-за высокого содержания карбидообразующих легирующих элементов (рис. 4 и 5).

Для выбора оптимального состава покрытия в работе были исследованы сложнолегированные композиционные покрытия двух видов (TiCr)N и (NbTiAl)N. Аттестация качества получаемых покрытий проводилась по следующим критериям: внешний вид; показатели микротвёрдости; толщина покрытия; шероховатость поверхности; хрупкость покрытия; прочность адгезионной связи покрытия к основе.

Практически по всем критериям наиболее предпочтительные показатели имело покрытие (Nb,Ti,Al)N, которое было выбрано в качестве основного для дальнейших исследований.

Рис. 4. Микроструктура поверхностного слоя образца из стали Р12М3К5Ф2-МП после нанесения покрытия (NbTiAl)N в течение 1 часа при температуре (450-470)оС.

Режим азотирования: содержание азота в смеси 30% масс. N2, температура азотирования Рис. 5. Микроструктура поверхностного слоя образца из стали Р12М3К5Ф2-МП после нанесения покрытия (NbTiAl)N в течение 1 часа при температуре (450-470)оС.

Режим азотирования: содержание азота в смеси 60% масс. N2, температура азотирования В связи с тем, что процесс упрочнения проходит в одном технологическом цикле (азотирование + нанесение покрытия), становится важным изменение рельефа поверхности в процессе азотирования, т.к. это влияет на конечные характеристики шероховатости поверхности после нанесения покрытия и качество поверхности обрабатываемого изделия..

Одним из режимов, влияющих на шероховатость поверхностного слоя в процессе азотирования, является соотношение газов азота и аргона в смеси.

Для оптимизации концентрации азота в газовой смеси были проведены эксперименты по влиянию объемной доли N2 при азотировании протяжного инструмента на шероховатость поверхности изделия, полученной в результате обработки опытными протяжками с различными вариантами комплексного упрочнения. Для решения задачи оптимизации была построена экспоненциально-степенная математическая модель вида:

Значения параметров модели c,a и b вычисляли методом наименьших квадратов по программе MOD-UNI, разработанной на кафедре ВТО МГТУ “Станкин”. Оптимальные значения параметров были получены путем решеRa ния уравнения: = 0. Установлено, что оптимальная объемная доля N2 в газовой смеси аргон/азот составляет 0.25.

Исходя из проведенного анализа результатов металловедческих исследований и решения математической модели, были определены оптимальные режимы комплексной упрочняющей обработки протяжного инструмента из порошковой быстрорежущей стали Р12М3К5Ф2-МП.

В четвертой главе представлены исследования влияния вакуумноплазменной обработки, включающей процессы ионного азотирования и нанесения покрытия, на интенсивность и характер изнашивания протяжного инструмента из быстрорежущей стали при обработке образцов из жаропрочного сплава ЭП741НП и теплостойких сталей типа ЭП517 и ЭП609Ш.

В ходе проведения экспериментальных испытаний установлено, что выбор конструкции износостойкого комплекса зависит от обрабатываемого материала. При протягивании жаропрочных сплавов типа ЭП609Ш наиболее эффективным видом упрочнения инструмента из порошковой быстрорежущей стали оказалось нанесение однослойного сложнолегированного покрытия (NbTiAl)N. Для обработки жаропрочных никелевых сплавов ЭП741НП целесообразно использовать протяжной инструмент с комплексным упрочнением, включающим ионное азотирование и последующее осаждение сложнолегированного покрытия (NbTiAl)N. Оценка эффективности применяемых покрытий проводилась путем сравнительных измерений величины износа по задней поверхности у исходных и упрочненных протяжек (рис. 6).

Рис. 6. Сравнительные фотографии, иллюстрирующие износ по задней поверхности у исходного (фото вверху) и упрочненного (фото внизу) инструмента:

а) состояние задней поверхности инструмента после протягивания образцов из жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП. Режимы обработки: скорость протягивания Vпр=1, м/мин, Sz=0,07 мм/зуб, суммарная длина протягивания Lпр= 4900 мм, СОТС - МР- б) состояние задней поверхности инструмента после протягивания образцов из жаропрочной стали ЭП609Ш. Режимы обработки: скорость протягивания Vпр=25 м/мин, Sz=0, мм/зуб, суммарная длина протягивания Lпр= 31,2 м, СОТС - МР- Замедленное развитие износа у инструмента с комплексной обработкой объясняется тем, что поверхностный азотированный слой, формируемый под покрытием, обладает повышенной твердостью в сочетании с высокой теплостойкостью и имеет высокое сопротивление микропластическим деформациям. Все это способствует торможению процессов разупрочнения у задней поверхности. Однако, как показали испытания, увеличение концентрации азота до 40% при азотировании в среде азот/аргон, несколько снижает эффективность использования комплексного упрочнения протяжного инструмента при обработке жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП. Это объясняется тем, что повышенное содержание азота, увеличивая твердость режущего клина протяжки, снижает его прочность и создает “благоприятные” условия для образования хрупких микросколов на режущей кромки инструмента, что приводит к его более интенсивному изнашиванию.

Проведенные сравнительные экспериментальные и производственные испытания протяжного инструмента показали, что на этапе приработки не наблюдается существенного влияния вариантов упрочнения на интенсивность изнашивания. Влияние упрочняющей обработки проявляется на этапе стабилизации и, в большей степени, на этапе установившегося режима работы протяжки (рис. 7).

Отмечено, что при обработке жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП, зубья с чистовой подачей (Sz=0,02 мм/зуб) и калибрующие зубья имели повышенный износ. Это объясняется высокой степенью упругого восстановления и склонностью жаропрочных сплавов к наклепу, в результате чего обрабатываемая поверхность получает дополнительную твердость, а последующие зубья снимают стружку с более наклепанной поверхности. Режущие зубья (Sz=0,07 мм/зуб) в связи с тем, что подъем на зуб на них больше глубины залегания остаточных напряжений, работают по менее твердому недеформированному материалу.

Величина износа по задней поверхности, Рис. 7. Кинетика изнашивания протяжного инструмента, изготовленного из различных марок материалов, при протягивании образцов из жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП режимом упрочняющей обработки протяжного инструмента из порошковой быстрорежущей стали Р12М3К5Ф2-МП при скоростном протягивании (Vпрот = 10 м/мин) пазов в дисках турбины из жаропрочных сталей типа ЭП517, ЭП609, является: ионная очистка и прогрев инструмента до температуры 3000С в режиме двухступенчатого вакуумно-дугового разряда (ДВДР), нанесение сложнолегированного покрытия (NbTiAl)N при температуре 450- С в течение 70 мин.

Оптимальным режимом для упрочняющей обработки протяжного инструмента, предназначенного для работы по жаропрочным сплавам типа ЭП741НП, является: азотирование в течение 30 мин при температуре 4800С с соотношением газов аргон/азот = 70/30 % в режиме ДВДР; ионная очистка в режиме ДВДР 5-7 мин.; нанесение сложнолегированного покрытия (NbTiAl)N при температуре 450-480 0С в течение 75 мин.

Результаты проведенных испытаний по протягиванию пазов в дисках турбины протяжным инструментом с комплексной ионно-плазменной обработкой были внедрены и в настоящее время используются в производстве на ФГУП ММПП “Салют”.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В диссертационной работе решена научно-техническая задача, имеющая важное значение для машиностроения и состоящая в повышении производительности сложнопрофильного протяжного инструмента при обработке деталей из жаропрочных материалов за счет применения комплексного упрочнения, включающего ионное азотирование и нанесение сложнолегированного износостойкого покрытия (Nb,Ti,Al)N на инструмент из порошковой высоколегированной стали Р12М3К5Ф2-МП.

2. На основе экспоненциально-степенной математической модели и экспериментальных исследований установлено, что наибольшее влияние на интенсивность и характер изнашивания протяжек с покрытием, шероховатость обработанной поверхности оказывает структура и глубина азотированного слоя, зависящая от давления азота и его концентрации в газовой смеси Ar/N2 при азотировании, продолжительности процесса упрочнения инструмента и времени нанесения покрытия, температуры ионноплазменной обработки. Минимальная интенсивность изнашивания протяжного инструмента из стали Р12М3К5Ф2-МП при обработке сплава ЭП741НП достигается при следующих режимах: азотирование в газовой среде Ar/N2 в соотношении 70/30% соответственно в течение 30 минут с последующим осаждением сложнолегированного покрытия (NbTiAl)N в течение 75 минут.

3. Экспериментальные исследования влияния условий ионно-плазменного упрочнения на структуру формируемого слоя показали, что, регулируя состав газовой атмосферы путем разбавления азота инертным газом (аргоном), можно подавить образование на поверхности инструмента хрупкой нитридной зоны. В зависимости от параметров процесса ионного азотирования микротвердость поверхностного слоя порошковой стали типа Р12М3К5Ф2МП может быть увеличена до 1160-1490 кгс/мм2.

4. Экспериментальные исследования влияния ионно-плазменных покрытий на изменение исходной шероховатости (Ra 0,61-0,66 мкм) инструментальной основы из порошковой быстрорежущей стали показали, что нанесение покрытий может несколько снижать чистоту обрабатываемой поверхности, что необходимо учитывать при изготовлении и эксплуатации инструмента с покрытием – шероховатость инструмента с покрытием (TiCr)N составляет Ra=0,76-0,83 мкм, а с покрытием (NbTiAl)N – Ra=0,68-0, 5. Проведенные стойкостные испытания показали, что выбор варианта ионно-плазменной обработки протяжного инструмента из порошковой быстрорежущей стали существенно зависит от обрабатываемого материала:

при протягивании жаропрочных сталей типа ЭП609Ш наиболее эффективным является нанесение однослойного сложнолегированного покрытия (NbTiAl)N; при протягивании жаропрочных никелевых сплавов типа ЭП741НП эффективным является комплексное упрочнение, включающее ионное азотирование и последующее нанесение сложнолегированного покрытия (NbTiAl)N.

6. Результаты сравнительных лабораторных и производственных испытаний протяжного инструмента показали, что влияние варианта ионноплазменной обработки на интенсивность изнашивания инструмента не наблюдается на этапе приработки, а проявляется на этапе стабилизации и, в большей степени, на этапе установившегося режима работы протяжки.

Также было установлено, что при обработке жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП зубья с чистовой подачей (Sz=0,02 мм/зуб) и калибрующие зубья имеют повышенный износ, что связано с высокой степенью упругого восстановления и склонностью жаропрочных сплавов к наклепу и, как следствие, с их повышенной твердостью.

7. На основе обработки результатов сравнительных испытаний было установлено, что инструмент из стали Р12М3К5Ф2-МП с ионно-плазменным упрочнением позволяет использовать режимы скоростного протягивания при обработке жаропрочных сталей типа ЭП609Ш. При протягивании жаропрочных сталей на скорости V=17,5 м/мин повышается износостойкость упрочненного инструмента в сравнении с исходным (неупрочненным) более чем в 1,5 раза. При скорости протягивания 25 м/мин при обработке жаропрочных сталей применение инструмента с ионно-плазменным упрочнением позволяет снизить величину износа по задней поверхности до 5 раз по сравнению с неупрочненным инструментом.

8. На основе обработки результатов сравнительных испытаний по протягиванию жаропрочных никелевых сплавов типа ЭП741НП на скорости Vпрот=1,5 м/мин установлено, что комплексная ионно-плазменная обработка инструмента из быстрорежущей стали позволяет повысить стойкость в сравнении с неупрочненным инструментом в 2 раза.

9. Результаты, полученные в ходе выполнения работы, внедрены в производство на ФГУП ММПП “Салют”. Предложенные в работе варианты ионно-плазменной обработки позволили:

– при обработке пазов в дисках турбины из материала ЭП517, ЭП609Ш изделий СТ-20, МЭС-60 установить скорость протягивания для прорезных протяжек – 10 м/мин (ранее обработку вели на скорости – протягивание пазов в 2-ух дисках турбины высокого давления (ТВД) из материала ЭП741НП серийного изделия “99” производить без переточки окончательных протяжек (ранее исходный инструмент без переточки позволял протягивать пазы не более чем в одном диске Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях 1. Григорьев С.Н., Курандо Е.А., Филатов П.Н., Темников В.А. Особенности технологического процесса и оборудования для комбинированного вакуумно-плазменного упрочнения протяжного инструмента // Упрочняющие технологии и покрытия. №12, 2007. – С. 44-48.

2. Филатов П.Н. Повышение стойкости инструмента из порошковой быстро режущей стали при обработке жаропрочных никелевых сплавов // Вестник МГТУ "Станкин". №4, 2008. – С. 44-50.

3. Филатов П.Н. Повышение эффективности протягивания фасонных пазов в заготовках из труднообрабатываемых материалов // Инструмент.

Технология. Оборудование. №2, 2009. – С.30- 4. Филатов П.Н. Влияние комплексного ионно-плазменного упрочнения на работоспособность протяжного инструмента при обработке жаропрочных никелевых сплавов // Станки и инструмент. №4, 2009. – С.20-

 


Похожие работы:

«ЗОЛОТАРЁВА ОЛЬГА ВИКТОРОВНА ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА САМООРИЕНТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ НА ОСНОВЕ ВЫЯВЛЕННЫХ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ, ДЕЙСТВУЮЩИХ В ПРОЦЕССЕ ИХ ПОШТУЧНОЙ ВЫДАЧИ ИЗ БУНКЕРА Специальность 05.02.08 Технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2006 4 Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Ковровская государственная...»

«ФЕДЯЕВ РОМАН ВИКТОРОВИЧ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЛИФТОВ И ПОДЪЕМНИКОВ Специальность 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Томск 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Томский государственный архитектурно-строительный университет Научный Ананин Владимир Григорьевич, руководительдоктор...»

«Демьянова Елена Владимировна РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ УСТАНОВКИ ПЛОСКИХ УПЛОТНЕНИЙ В СТЫК СОЕДИНЕНИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2007 Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ковровская государственная технологическая...»

«Елин Андрей Владимирович Повышение эффективности и качества обработки полимербетонов шлифованием (на примере синтеграна) Специальность 05.03.01 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2008 Работа выполнена в ГОУ ВПО Российском университете дружбы народов Научный руководитель : Рогов Владимир Александрович доктор технических наук, профессор Зав. Кафедрой...»

«ПОЛОТЕБНОВ Виктор Олегович ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРНЫХ, КИНЕМАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНИЗМОВ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ В ШВЕЙНЫХ МАШИНАХ Специальность 05.02.18 – Теория механизмов и машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2010 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна...»

«ФЕДОРОВ ВЯЧЕСЛАВ СЕРГЕЕВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА И АГРЕГАТА ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ НЕЗАТВЕРДЕВШИХ БЕТОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Специальность: 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Братск 2011 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Братский государственный университет Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Мамаев Л.А. Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор Ереско С.П....»

«БОЧКОВ Владимир Сергеевич ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ НАКЛЕПОМ ФУТЕРОВОК ШАРОВЫХ МЕЛЬНИЦ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИХ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ Специальность 05.05.06 – Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2014 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный минерально-сырьевой университет Горный Научный руководитель – доктор...»

«БОСЯКОВ Владимир Петрович ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИСКУСТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ 05.04.02 - Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул – 2012 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова и Некоммерческом партнерстве Сертификационный центр автотракторной техники. Научный...»

«МАРТЫНОВА ТАТЬЯНА ГЕННАДЬЕВНА РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ МАШИН ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Специальность: 05.02.18 – теория механизмов и машин Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск, 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет Научный руководитель : Подгорный...»

«БИЯКАЕВА НУРГУЛЬ ТЕМИРГАЛИЕВНА Теоретические и технологические основы обработки металлов в инструменте с изменяющейся рабочей поверхностью 05.03.01 – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Республика Казахстан Алматы, 2010 Работа выполнена в Павлодарском государственном университете имени С.Торайгырова. Научный консультант доктор технических наук Машеков...»

«БЕЛОГОЛОВ ЮРИЙ ИГОРЕВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ТОНКОСТЕННЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ (УПРУГОЙ КРОМКОЙ) Специальность 05.02.02– Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Братск– 2013 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Братский государственный университет и ФГБОУ ВПО Иркутский государственный университет путей сообщения. Научный руководитель : Долотов Алексей Митрофанович доктор...»

«ЯБЛОНЕВ АЛЕКСАНДР ЛЬВОВИЧ ОСНОВЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО КОЛЕСНОГО ХОДА С ТОРФЯНОЙ ЗАЛЕЖЬЮ Специальность 05.05.06 Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Тверь 2011 2 Работа выполнена на кафедре Торфяные машины и оборудование ФГБОУ ВПО Тверской государственный технический университет. Научный консультант : Доктор технических наук, профессор Зюзин Борис Федорович Официальные оппоненты : Доктор...»

«Дойкин Алексей Алексеевич РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МЕТОД ПРОФИЛИРОВАНИЯ ОБРАЗУЮЩЕЙ ПОРШНЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА ТРИБОСОПРЯЖЕНИЯ ПОРШЕНЬ – ЦИЛИНДР ДВС 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин 05.04.02 – Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Челябинск – 2013 Работа выполнена на кафедре Автомобильный транспорт и сервис автомобилей и в вузовско-академической лаборатории Триботехника им. В.Н. Прокопьева...»

«Шкарупа Михаил Игоревич ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ОБОЛОЧЕК ВРАЩЕНИЯ ИЗ КОНСТРУКЦИОННОЙ КЕРАМИКИ Специальность 05.02.07 – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Москва – 2011 Диссертационная работа выполнена на кафедре “Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты” в Федеральном государственном...»

«БУСЛАЕВ ГЕОРГИЙ ВИКТОРОВИЧ РАЗРАБОТКА ЗАБОЙНОГО УСТРОЙСТВА ПОДАЧИ ДОЛОТА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ ДЛЯ БУРЕНИЯ ГЛУБОКИХ И НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы нефтяной и газовой промышленности АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ухта 2010 2 Работа выполнена на кафедре Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности Ухтинского государственного технического университета. Научный...»

«ЧЕРНЫШЕВ Вадим Викторович МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ШАГАЮЩИХ ДВИЖИТЕЛЕЙ ЦИКЛОВОГО ТИПА МОБИЛЬНЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Специальность 05.02.05 Роботы, мехатроника и робототехнические системы Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук Санкт-Петербург - 2008 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет Научный консультант доктор...»

«ГОЦЕЛЮК ТАТЬЯНА БОРИСОВНА ИССЛЕДОВАНИЕ РОСТА НЕСКВОЗНЫХ ТРЕЩИН В ЭЛЕМЕНТАХ АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ 05.07.03 – прочность и тепловые режимы летательных аппаратов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2010 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет и в Федеральном государственном унитарном предприятии Сибирский...»

«КАПРАЛОВ ВЛАДИМИР МИХАЙЛОВИЧ Методология экспериментальной оценки накопления повреждений многоцикловой усталости, вибропрочности и пределов выносливости лопаток турбомашин Специальность: 05.04.12 Турбомашины и комбинированные турбоустановки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт-Петербург 2010 2 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный...»

«Галкин Денис Игоревич РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ БЕЗОБРАЗЦОВОЙ ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКИ ПОВРЕЖДЕННОСТИ МЕТАЛЛА ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ Специальность: 05.02.11 – методы контроля и диагностика в машиностроении АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 Работа выполнена на кафедре технологий сварки и диагностики в Московском государственном техническом университете им. Н.Э.Баумана....»

«БУЯНКИН ПАВЕЛ ВЛАДИМИРОВИЧ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПЛАТФОРМ И НАГРУЗОК В ОПОРНО-ПОВОРОТНЫХ УСТРОЙСТВАХ ЭКСКАВАТОРОВ-МЕХЛОПАТ Специальность 05.05.06 – Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Кемерово - 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева. Научный руководитель - доктор...»














 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.