Методы улучшения эксплуатационных характеристик инструментальных сталей
Чтобы повысить стойкость инструментальных сталей, существует несколько распространенных способов – легирование, внедрение современных методов производства стали и совершенствование режимов упрочняющей термической обработки.
Влияние легирующих элементов
В металлургической промышленности существует примерно два десятка химических элементов, при введении в состав сплава которых улучшаются свойства инструментальных сталей.
Так, наличие углерода влияет на закаливаемость стали, а эффективное прохождение термической обработки металла способствует увеличению её твердости и износостойкости. Однако количество углерода не должно превышать допустимую норму, иначе это негативно повлияет на способность к сварке, пластичность, ковкость и обрабатываемость металла.
Чаще всего ключевым легирующим элементом инструментальных сталей выступает хром, который увеличивает прокаливаемость сплава и твердость после закалки.
Кремний в сочетании с хромом также улучшает рабочие свойства инструментальных сталей. Изделия из такого сплава отлично прокаливаются и мало деформируются. Но самую наименьшую деформацию имеют хромомарганцевые стали.
Титан увеличивает прочность сталей, их плотность и пластичность, улучшается обрабатываемость, и сопротивление коррозии становится выше. При незначительном содержании титана повышает прокаливаемость инструментальных сталей, а при большем содержании — понижается.
Вольфрам, кобальт и молибден повышают температуру мартенситного превращения, увеличивают дисперсность, поэтому в таких сталях выше теплостойкость и твердость.
Вредными примесями для инструментальных сталей считаются фосфор и сера. Даже из-за низкого процентного содержания фосфора сталь становится холодноломкой, а сера делает сталь трещиноватой при ковке.
Способы упрочнения поверхности
Чтобы достичь необходимой прочности поверхности, а также улучшить показатели износостойкости деталей из инструментальных сталей применяют такие инновационные методы, как электронно-лучевую обработку поверхности. Благодаря локальному, тепловому и сверхскоростному воздействию на изделие, физико-механические свойства стали также улучшаются. Луч, проникая на глубину от 0,2 до 5 мм, позволяет получить высококачественный легированный слой.
Для выпуска небольших объемов продукции на производстве применяют плазменное поверхностное упрочнение. Благодаря воздействию плазменной струи происходит быстрый разогрев поверхности, а затем охлаждение посредством отвода тепла в основной объем металла, который остается холодным. Сверху наносится упрочняющий материал, который нагревается до состояния плавления.
Преимуществами плазменного поверхностного упрочнения являются универсальность, удобство применения, высокая производительность, низкие эксплуатационные расходы. Данный метод может эффективно применяться для упрочнения стальных и чугунных изделий.
Часто в промышленности применяют плазменную наплавку или, другими словами, поверхностную сварку плазмотроном. Эта процедура представляет собой послойное нанесение на разогретое изделие металла малой толщины. При этом высота электродуги остается минимальной. Расплавленная присадка рассеивается по поверхности газовым потоком. Появившийся диффузионный слой прочно удерживает защитную пленку изделия.
Высокая стабильность свойств обрабатываемого материала достигается при термической обработке в автоматизированных вакуумных печах. При обработке данным методом снижается коробление, меньше деформации изделия, зоны окисления на поверхности отсутствуют т.д. Кроме этого, вакуумная термообработка позволяет получить чистую, гладкую деталь, продляя ее срок службы и повышая износостойкость.
Во время цементации поверхность стального изделия насыщается углеродом. Меняется химический состав верхнего слоя, а вместе с ним меняется фазовый состав и микроструктура сплава. Основные параметры данной химико-термической обработки – температура подачи углеродосодержащего газа в печь и время выдержки заготовки. Благодаря этому повышается устойчивость ко всем видам износа в течение всего срока службы.
