ПРОГНОЗИРОВАНИЕ АВТОДЕФОРМАЦИИ ИЗДЕЛИЙ, ПОДВЕРГАЮЩИХСЯ ВОЗДЕЙСТВШО МНОГОКРАТНЫХ ТЕПЛОСМЕН

Оноприенко В.Г., Труш Е.С.
Донецкий национальный технический университет

Процесс изготовления многих деталей и инструментов включает в себя операции силового шлифования. Например, заготовки алмазных отрезных кругов из стали 65Г с целью приведения их толщины до требуемых значений подвергаются шлифованию на плоскошлифовальных станках с обеих сторон. Последующий этап изготовления инструмента включает спекание алмазоносного слоя по внешней кромке диска при температуре 730⁰С в течение 2 часов. При окончательном контроле качества готовых изделий наблюдается повышенное коробление дисков, причем объем брака по этой причине может достигать 50%.
Поведенные исследования показали, что вероятными причинами автодеформации являются:
- остаточные напряжения в приповерхностных слоях после операции шлифования боковых поверхностей круга;
- объемные изменения в процессе тепловых обработок (термостабилизирующий отжиг листовой заготовки и нагрев для спекания алмазоносного слоя).
В процессе шлифования в поверхностных слоях металла возникают пластические деформации, вызывающие наклеп. Наклеп сопровождается уравновешивающими внутренними напряжениями. При последующей тепловой обработке (нагрев для спекания алмазоносного слоя) происходит релаксация внутренних напряжений, что приводит к деформации изделия.
Кроме того, известно, что в процессе глубокого шлифования имеет место локальный нагрев приповерхностных слоев до температур 800-1000⁰С. Скорость нагрева может достигать 1…4,5 . 10⁴ град/с, скорость охлаждения – 0,25…1 . 10⁴ град/с. Это наблюдается даже в случае применения СОЖ, снижающего температуру резания на 10-15%. Данные циклические нагревы приводят к многократной аустенитизации поверхностных слоев и их закалке на мартенсит. Фазовые превращения также повышают уровень напряжений в стали.
Исследование влияния тепловой обработки на автодеформацию отрезных кругов проводили на образцах из стали 65Г. Из листа толщиной 1,8 мм вырезали пластины размером 15х100 мм. Из пластин изготавливали образцы в форме разомкнутого кольца диаметром 33 мм. Разработанный образец является модернизированным применительно к исследованию листовых материалов образцом Френча. Образец позволяет качественно оценить уровень деформации и ее знак. Суть метода состоит в измерении после тепловой обработки изменения величины зазора между губками образца.
Напряжения, создаваемые в микрообъемах на поверхности листа при его шлифовании, моделировали циклической тепловой обработкой (ЦТО), включающей ускоренный нагрев до 850±10⁰С и непосредственное охлаждение в воде до комнатной температуры. Количество циклов «нагрев-охлаждение» составляло 1-10 раз. После ЦТО образцы подвергали низкотемпературному отжигу в защитной атмосфере при 400 и 600⁰С в течение 1 ч. Тепловое воздействие на сталь в процессе спекания алмазоносного слоя имитировали в соответствии с действующей технологией: нагрев до температуры 730±10⁰С, выдержка в течение 2 ч, охлаждение на спокойном воздухе. После каждого шага тепловой обработки производили измерение величины и знака Δа.
Установили, что с возрастанием числа циклов ЦТО относительная величина зазора кольца (Δа/а) увеличивается с 0,019 до 0,605, причем одновременно резко увеличивается разброс в значениях Δа/а. Интенсивность коробления возрастает начиная с четырех циклов и снижается после 8-10 циклов.
После тепловой обработки, имитирующей спекание, изменение относительной величины зазора кольца Δа/а по сравнению с исходным состоянием и после ЦТО не подчиняется каким-либо закономерностям. Однако, по сравнению с промежуточным низкотемпературным отжигом при 400⁰С отношение Δа/а не превышает 0,092, а после отжига при 600⁰С – практически для всех циклов ЦТО стремится к нулю.
Обнаруженные незначительные отрицательные значения Δа/а могут косвенно свидетельствовать о возникновении сжимающих напряжений, что является благоприятным для изделия.
Проведенные дилатометрические исследования показали, что после ЦТО начало превращения α→γ смещается в сторону более низких температур (Ас₁ = 675⁰С) по сравнению с равновесным состоянием после ЦТО+отжиг (Ас₁ = 715⁰С). Этот эффект можно объяснить тем, что образовавшийся при ЦТО мартенсит является нестабильной структурой с высоким уровнем внутренних напряжений. Значения температур точек Ас₃, Аr₁ и Аr₃ для образцов с разной исходной структурой одинаковы, т.е. предварительная многократная закалка существенно расширяет интервал температур Ас₁ - Ас₃.
Таким образом, вероятной причиной возникновения брака по короблению отрезных кругов является влияние остаточных напряжений после операций шлифования боковых поверхностей. Промежуточный стабилизирующий отжиг после операций шлифования и фрезерования перед спеканием алмазоносного слоя устраняет коробление. Кроме того, учитывая, что спекание производится при температуре 730⁰С, т.е. в межфазной области, возможно дополнительное снижение коробления с использованием эффекта сверхпластичности.