facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

Изучение термической и вакуумной обработки на износостойкость стали 40X13, применяемой для изготовления ножей куттера.

Изучение термической и вакуумной обработки на износостойкость стали 40X13, применяемой для изготовления ножей куттера.
Ирина Полянская, доцент, кандидат технических наук, доцент

Байнашев Даниль Данирович, студент

Тюменский государственный архитектурно-строительный университет, Россия

Кораблев Владимир Александрович, доцент, кандидат технических наук, доцент

Тюменское высшее военно-инженерное командное училище

Участник конференции

 

В контакте с режущими органами машин (например, куттерными ножами) находится сложная по химическому составу мышечная ткань. В ее состав входят белки и липиды, органические и минеральные вещества, углеводы, витамины, ферменты, поверхностно-активные жирные кислоты, часть которых находится в свободном состоянии и вступают в химическое взаимодействие с рабочими органами машин. В процессе работы происходят определенные физико-химические изменения в поверхностном слое ножей и решеток, в результате которых  износостойкость снижается [1].

На износостойкость рабочих органов измельчающих машин можно влиять различными методами, в том числе и термической обработкой.

В данной работе исследовано влияние термической обработки на износостойкость стали, применяемой для изготовления ножей куттера.

Как показала практика, их износостойкость недостаточно высока при переработке мяса северного оленя, обладающего повышенной жестокостью.

Для испытания образцов стали на износостойкость нами  разработана и изготовлена экспериментальная установка.

По кинематическому признаку все машины для испытания на износ малых образцов делятся на два класса [2]: 1- машины поступательного движения и 2- машины возвратно-поступательного движения. Внутри каждого класса машины разделяются на две группы: 1) машины торцевого трения и 2) машины трения по образующей. Внутри каждой группы различают две подгруппы: а) машины с коэффициентом взаимного перекрытия, стремящиеся к единице, и б) машины с коэффициентом взаимного перекрытия, стремящиеся к нулю (пальчиковые машины). Таким образом, имеется восемь различных типов машин.

Нами для испытания на трение и износ была изготовлена машина типа «II-I-б» (рис.1) согласно классификации [2].

Рисунок 1. Схема установки для испытания металлов на трение.

В ней от электродвигателя 1 , коробку скоростей 2 и червячный редуктор 3движение передавалось на ползунок 4. Длина хода ползуна регулировалась от 20 до 40 мм. Число двойных ходов в минуту составляло 2,3,5 и 10. Ползун изготавливался из инструментальной стали XB2 и обрабатывался на максимальную твердость NRC 62-64. Нагрузка на образец могла изменяться в широких пределах: от 20 до 200 кг/см2. Одновременно можно было испытывать 4 образца. Образцы 5 помещают в обойму, которая обеспечивала самоустановление образцов, что обеспечивало приработку как первоначальную, так и после промежуточного взвешивания.

Установка была снабжена устройством 7, которое подсчитывало общее число двойных ходов за весь период работы. Кроме этого, в конструкцию установки входило устройство 8, которое позволяло проводить испытания по специальной программе.

Определение степени износа определялось путем взвешивания образцов на лабораторных аналитических весах. При исследовании износостойкости стали 40X13 после различной температурной обработки длина ода ползуна и число двойных ходов в минуту были постоянными и составляли соответственно 20 мм и 3 дв. хода/мин. Длительность испытания составляло 8 часов.

Было выявлено влияние температуры закалки и различных стадий образования карбидов на износостойкость стали 40X13 (рис.2,3).

Как видно из рис.2, с повышением температуры закалки стали ее износостойкость возрастает. Причем, что характерно, когда сталь после закалки имеет структуру «мартенсит + карбиды», износостойкость зависит от величины удельного давления. Когда мы имеем дело со структурой «аустенит + карбиды», износостойкость стали в исследуемом диапазоне удельных давлений не зависит от их величины. Это указывает на высокую износостойкость аустенитной структуры стали 40X13.

Рисунок 2. Влияние температуры закалки и величины удельного давления на износостойкость стали 40X13.

На рис.3 показано влияние температуры отпуска на износостойкость стали 40X13, закаленной с различных температур. Как видно из рис.3, у сталей, имеющих после закалки структуру мартенсит + карбиды», характер изменения износостойкости с повышением температуры отпуска одинаковый. При повышении температуры отпуска до 200 0С износостойкость повышается. При дальнейшем повышении температуры отпуска износостойкость падает. Иначе говоря, образование зон, обогащенных углеродом, в интервале температур 20 – 200 0С способствует повышению износостойкости стали. На этом же рисунке приведена зависимость износостойкости от температуры отпуска для стали, закаленной с температуры 1200 0С, которая имеет после закалки структуру «аустенит + карбиды». Как видно из рис.3, износостойкость стали в исследуемом интервале температур практически не меняется.

 

Рисунок 3. Влияние температуры закалки и отпуска на износостойкость стали 40X13.

Нагрузка на образец – 37 кг/см2.

 

Анализируя данные, приведенные на рис.2,3 можно отметить, что износостойкость стали определяется не только карбидной фазой, но и составом матрицы. Так, при повышении температуры закалки с 950 0С по 1070 0С, количество карбидов и их дисперсность уменьшаются, а износостойкость возрастает приблизительно в 3 раза.

Рост износостойкости обусловлен изменением химического состава пересыщенного ? – твердого раствора – мартенсита. Повышение температуры закалки до 1200 0С приводит к дальнейшему уменьшению количества карбидной фазы в структуре стали и изменяет ее фазовый состав. Однако, несмотря на это, износостойкость стали возрастает еще приблизительно в 2 раза.

Таким образом, приведенные результаты говорят о том, что температура закалки оказывает большое влияние на механические свойства закаленных сталей потому, что температура закалки влияет на механизм образования карбидов, что в свою очередь, определяет свойства сталей, работающих в агрессивных средах.

Исключительная чувствительность структуры стали к внешним воздействиям требует тщательных экспериментов при решении тех или иных вопросов.

Проведенные нами исследования по влиянию вакуума на процессы, протекающие при отпуске, а, следовательно, и на свойства стали 40Х13 будут заметнее в том случае, если все исследования проводить на одном образце (серповидном ноже куттера). Поскольку все методы исследования, имеющиеся в нашем распоряжений, кроме электросопротивления, не удовлетворили этому условию, мы остановились на методе электросопротивления.

Исследования образцов проводились следующим образом:

Отпуск проводили двух видов:

Первый – изотермический отпуск и охлаждение при комнатных, на следующий день образцы подвергались повторному отпуску по такому же режиму.

Второй – изотермический отпуск и охлаждение при комнатных температурах. На следующий день – повторный отпуск в вакууме ≈10-5 мм. рт. ст.

Результаты этих испытаний представлены на рис. 4 и рис. 5

Рисунок 4. Влияние двойного отпуска на электросопротивление стали 40Х13, закаленной с различных температур.
Рисунок 5. Влияние двойного отпуска на электросопротивление стали 40Х13, закаленной с различных температур

Как видно из рис. 4, характер измерения в обоих случаях одинаков. Применение вакуума при отпуске не приводит к каким-либо заметным изменениям при отпуске.

  Вместе с этим можно отметить, что повторный отпуск привел к дополнительному снижению электросопротивления. Это говорит о том, что распад мартенсита закаленной стали при первом отпуске не заканчивается.

На рис. 4 и 5 видно, что скорость падения электросопротивления при повторном отпуске меньше, чем при первом. Это обусловлено, видимо, тем, что перерыв между первым и вторым отпуском приводит к некоторой стабилизации структуры.

Данные, полученные при измерении электросопротивления, подтверждаются исследованиями микроструктуры, так как известно, что изменения проходят на уровне тончайших микроскопических структур.

Для оценки изменений применяли качественный и количественный анализ.

Качественный анализ микроструктуры включал в себя оценку таких показателей как форма, размер и границы зерен карбидной фразы.

Количественный структурный анализ включал определение процентного содержания этих зерен путем вычисления занимаемой ими площади методом точечного счета. Исследования проводились в пяти партиях образцов. Подсчет проводили в пяти полях зрения шлифах из каждой опытной партии (рис. 6).

ув. × 120 разув. × 120 раз

 

ув. × 320 раз

ув. × 320 раз

а)

б)

Рисунок 6. Влияние двойного отпуска ( 400 0С × 3 часа – 2 раза) на структуру стали 40Х13, закаленной с температуры 950 0С: а – обычный отпуск; б – 2-ой отпуск в вакууме.

В результатах этих исследований нами было установлено, что структурная архитектоника стали после обычного отпуска и отпуска в вакууме заметных изменений не претерпевает.

Не оказывает влияние отпуск в вакууме и на износостойкость стали 40Х13. В таблице 1 приводятся результаты испытаний на износ образцов после различной термической обработки.

Таблица 1.

Термическая обработка стали

Износ (грамм/час)

отпуск 400 0С × 3 часа

0,0039 – 0,0054

отпуск 400 0С × 3 часа

× 2 раза (отпуск обычный)

0,0023 – 0,0051

отпуск 400 0С × 3 часа

× 2 раза (последние 3 часа в вакууме)

0,0022 – 0,0045

отпуск 400 0С × 3 часа

0,0006 – 0,0009

отпуск 400 0С × 3 часа

× 2 раза (отпуск обычный)

0,0005 – 0,0009

отпуск 400 0С × 3 часа

× 2 раза (последние 3 часа в вакууме)

0,0006 – 0,0009

отпуск 400 0С × 3 часа

0,0002 – 0,0003

отпуск 400 0С × 3 часа

× 2 раза (отпуск обычный)

0,0002 – 0,0003

отпуск 400 0С × 3 часа

× 2 раза (последние 3 часа в вакууме)

0,0001 – 0,0003

Как видно из данных, представленных в таблице 1, с повышением температуры закалки износостойкость износостойкость исследуемой стали повышается. Обращает на себя внимание высокая износостойкость стали, закаленной с температуры 1200 оС (не знаю как его правильно писать в ворде).  Сталь после закалки с такой температуры имеет структуру – «аустенит + остаточные карбиды». Как видно из таблицы 1, износостойкость стали с аустенитной структурой в 2-3 раза выше, чем с мартенситной.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что положительное влияние дополнительной тепловой обработки в вакууме заключается не в вакууме, [2, 3], а в том, что при дополнительной тепловой обработке (отпуске), в структуре стали происходят изменения, которые нуждаются в дальнейших исследованиях.

Преимущества термической обработки для быстрорежущих сталей заключается в чистоте поверхности, снижении содержания газов, хорошей воспроизводимостью результатов, меньшим короблением.

Резюмирую материал настоящей публикации, можно с уверенностью утверждать, что по пищевой ценности мясо северных оленей является, безусловно, перспективным для использования в производстве обширной гаммы продуктов [1] и для его переработки требуется более коррозионностойкие  и износостойкие стали.

Литература:

1.  Байнашев Д.Д., Полянская И.Л., Кораблев В.А. Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: Материалы 3-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с Международным участием. – Изд-во «Алтайский государственный технический университет», 2010. – 306 с.
2.   Популян А.Г., Популян В.А. Прогнозирование резурса ножей мясорубки МП-180. Хранение и переработка сельхозсырья №8, 2003.- с.200-201.
3. Сыроечкрвский Е.Е. Северный олень.- М.: Агропромиздат, 1986.-с.256.
4. Крагельский И. В. Трение и износ. – М.: Изд-во «Машиностроение», 1968.
5. Отчет по НИР «Исследование механизма образования, формы, размеров и площади карбидной фазы при обычном отпуске и тепловой обработке в вакууме на износостойкость и долговечность стали 95X18Ш», ТюмГНГУ 1980-244 с. Шифр 34-77. УДК 669.111.35:539.4.015 № гос. регистр. 78003824
6. Пелеев А.И., Козорез С.А. Некоторые вопросы рационального технологического оборудования мясной промышленности. - М.: Пищевая промышленность, 1971. - 214с.
7. Отчет по НИР «Исследование механизма образования, формы, размеров и площади карбидной фазы при обычном отпуске и тепловой обработке в вакууме на износостойкость и долговечность стали 95X18Ш», ТюмГНГУ 1980-244 с. Шифр 34-77. УДК 669.111.35:539.4.015 № гос. регистр. 78003824
8.  R.W.K. honeycombe. Effect second-phase particles mech. Properties shell, London, 1971.

Комментарии: 3

Арестова Инесса

Работа носит практический характер, считаю, что авторы провели качественную исследовательскую работу и сделали соответствующие выводы. Дальнейших успехов в работе! С уважением, Арестова Инесса.

Афанасьева Олеся Геннадьевна

Автором была затронута и исследована актуальная тема по повышению износостойкости стали. Из исследований следует, что коррозионностойкую сталь можно использовать при переработке мяса северных оленей, которое отличается высокой пищевой ценностью. Однако, хотелось бы уточнить, какой экономический эффект можно получить при переработке мяса северных оленей методикой, предложенной автором, в отличии от традиционных методик. С уважением, Олеся Афанасьева

Мадатова Валида Миталибовна

Автор затронул интересный вопрос для жизнедеятельности человека. От термической и вакуумной обработки продуктов питания зависит здоровье человека. Автор правильно показывает, что тепловая обработка не зависит от вакуума, а зависит от изменений, происходящих в структуре стали, что немаловажно в данном процессе.
Комментарии: 3

Арестова Инесса

Работа носит практический характер, считаю, что авторы провели качественную исследовательскую работу и сделали соответствующие выводы. Дальнейших успехов в работе! С уважением, Арестова Инесса.

Афанасьева Олеся Геннадьевна

Автором была затронута и исследована актуальная тема по повышению износостойкости стали. Из исследований следует, что коррозионностойкую сталь можно использовать при переработке мяса северных оленей, которое отличается высокой пищевой ценностью. Однако, хотелось бы уточнить, какой экономический эффект можно получить при переработке мяса северных оленей методикой, предложенной автором, в отличии от традиционных методик. С уважением, Олеся Афанасьева

Мадатова Валида Миталибовна

Автор затронул интересный вопрос для жизнедеятельности человека. От термической и вакуумной обработки продуктов питания зависит здоровье человека. Автор правильно показывает, что тепловая обработка не зависит от вакуума, а зависит от изменений, происходящих в структуре стали, что немаловажно в данном процессе.
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.