1

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский Государственный Технический Университет

Кафедра ММиН

ОТЧЕТ

по исследовательской практике

в Химико-металлургическом институте им. Ж.Абишева

Руководитель

____________ __________________________

^{(оценка) (подпись от предп.ф.и.о)}

__________________________

Члены комиссии ^{(подпись от института.ф.и.о.)}

_____________________ Магистрант____________________

^{(подпись) (ф.и.о.) (группа)}

_________________ ___ __________________________

^{(подпись) (ф.и.о.) (фамилия, инициалы)}

__________________________

^{(подпись) (дата)}

2014

Содержание

Введение

1. Химико –металлургический институт им. Ж. Абишева

2. Аналитический обзор

3. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства штамповых сталей

3.1 Влияние термической обработки на свойства штамповых сталей

4. Методы эксперимента

Выводы

Список использованной литературы

Введение

Создание высокопроизводительных и стойких в эксплуатации инструментов связано, в первую очередь, с проблемой получения и обработки таких материалов, которые могли бы противостоять жестким условиям работы. Высокие механические свойства инструмента и его теплостойкость (красностойкость) достигаются специальным легированием и термической обработкой. Таким образом, определенный интерес представляет разработка и корректировка методов термической обработки.

В настоящей работе были проведены исследования штамповой стали 4Х5МФ1С после различных режимов термической обработки. Выбранная сталь используется для изготовления штампов и ножей для горячей и холодной деформации. В частности, ножи из данной марки стали применяются на ОАО «НЛМК» для резки углеродистых и электротехнических сталей.

Характерной особенностью стали 4Х5МФ1С является комплексное легирование и склонность к дисперсионному твердению. Высокий уровень легирования благоприятно влияет на прочность, прокаливаемость, теплостойкость стали и дает возможность использовать ее для инструментов, разогревающихся в процессе работы до 600^оС. Дисперсионное твердение обеспечивает хорошие режущие свойства инструмента.

Проведенные испытания позволили выявить оптимальные режимы закалки и отпуска, которые обеспечивают не только получение заданных свойств инструмента, но и дают определенный экономический эффект за счет снижения производственнных затрат.

1. Химико-металлургический институт им.Ж.Абишева

Первый президент Академии наук Каныш Имантаевич Сатпаев придавал особое значение развитию Центрального Казахстана, в который входят наиболее промышленно развитые территориально-производственные комплексы г.г. Караганды, Темиртау, Жезказгана, Балхаша, с предприятиями-гигантами горно-добывающей, черной и цветной металлургии, химической и машиностроительной индустрии. В 1958 году, период становления академической науки в Центральном Казахстане, Постановлением Совета Министров КазССР и решением Президиума АН КазССР для оказания широкой научной помощи быстроразвивающимся металлургической и химической отраслям промышленности Центрального Казахстана и прилегающим к ним Кустанайского и Северо-Казахстанского экономических административных районов был создан Химико-металлургический институт.

«Основным направлением деятельности Карагандинского Химико-металлургического института, подчеркивал К.И.Сатпаев в одном из своих выступлений, должна быть разработка процессов добычи, обогащения и металлургического передела руд черных, цветных, редких и рассеянных металлов Центрального Казахстана. Главными вопросами надо считать вопросы комплексного извлечения из руд металлов и ценных компонентов, изучение углей с целью расширения сырьевой базы коксохимической промышленности и энергетики, определение наиболее эффективных методов использования углей, жидких и газообразных продуктов коксования для промышленности органического синтеза, а также проведение широких научных исследований в области синтетического каучука, пластмасс и тяжелого органического синтеза».

Организация института началась с небольшой научной ячейки лаборатории полукоксования Института химических наук АН КазССР. Период становления института характеризуется созданием лабораторий различного профиля по черной и цветной металлургии, химии, горного дела, геологии и др. В институт были приглашены высококвалифицированные научные кадры – академики АН КазССРВ.В.Михайлов, В.К.Грузинов, В.И.Смирнов и другие. Окончательная структура института в составе лабораторий по черной и цветной металлургии и неорганической химии сложилась после реорганизаций и выделения лабораторий других профилей. На момент основания институт состоял из 117 сотрудников.

За годы существования института получили широкое признание теоретические и технологические разработки ученых ХМИ:

- шахтные печи для сушки и обжига концентратов с высокими технологическими и технико-экономическими показателями (Малышев В.П.);

- технология переработки руд и сульфидных концентратов с выводом из технологических процессов вредных примесей (Исабаев С.М.);

- химико-обогатительные методы переработки окисленного и смешанного сырья цветной металлургии (Бектурганов Н.С.);

- фундаментальные исследования в области теории растворов, в частности разработке количественной теории процесса гидратации, сольватации, их связи с различными термодинамическими и кинетическими свойствами растворов электролитов (Бакеев М.К.);

- исследования процессов электродиализа и мембранного электролиза в гидрометаллургии (Жарменов А.А.);

- работы по электрофизике процессов горения газообразного и твердого топлива (Фиалков Б.С.);

- исследования физико-химического взаимодействия в многокомпонентных оксидных и металлических системах, и разработка на этой основе новых технологических процессов окускования рудного сырья и получение из них черных и цветных металлов. В этих исследованиях особое внимание уделяется бору и его соединениям (Акбердин А.А.);

- исследования физико-химических основ высокотемпературных твердо- и жидкофазных взаимодействий в железоглиноземистых рудах и концентратах, и разработка технологии металлургической переработки бурожелезняковых руд и некондиционных бокситов Казахстана (Рахимов А.Р.);

- создание физико-химических основ переработки марганцевых руд Центрального Казахстана (Габдуллин Т.Г., Такенов Т.Д.)

В разные годы в стенах института работали будущие академики Алтаев Ш.А., Мулдахметов З.М., Бектурганов Н.С., Жарменов А.А., Адекенов С.М., Ермолов П.В..

Ученые института, определив приоритеты научного развития, активно участвуют в создании и разработке новых наукоемких технологий по основным научным направлениям института:

 изучение физико-химических основ процессов металлургической переработки минерального и техногенного сырья;

 разработка наукоемких и конкурентоспособных технологий вовлечения в металлургическое производство и комплексную переработку труднообогатимого, некондиционного, вторичного и техногенного сырья;

 создание и реализация технологий получения новых ферросплавов и чистых химических веществ;

 подготовка и реализация научно-технических решений, способных переориентировать металлургические и химические производства от сырьевой направленности к выпуску готовой продукции высокой товарности;

 подготовка специалистов высшей квалификации в областях: металлургия, неорганическая и физическая химии.

На сегодня в структуру института входят 12 научно-исследовательских лабораторий, аккредитованная Госстандартом лаборатория химического анализа (аттестат аккредитации № KZ.7100000.06.09.00712 от 29.12.2007 г.) и сектор информационного анализа.

В республике Казахстан в течение ряда лет ученые лаборатории «Бор» Химико-металлургического института им. Ж.Абишева под руководством профессора АкбердинаА.А.занимаются проблемой эффективного использования борсодержащего минерального сырья для повышения качества металлургической продукции.

Основным научным направлением коллектива является исследования физико-химического взаимодействия в многокомпонентных оксидных и металлических системах и разработка на этой основе новых способов окускования рудного сырья, получения чугуна, стали, ферросплавов, меди и других металлов. В этих исследованиях особое внимание уделяется бору и его соединениям. Улучшение качества и потребительских свойств используемых человечеством материалов, будь то сталь, удобрение, стекло, бумага, достигаемое присадкой микродоз бора, позволяет характеризовать его как химический элемент качества и эффективности. Нельзя также не отметить, что бор по способности защищать от нейтронного излучения в несколько тысяч раз превосходит традиционные компоненты бетона, благодаря чему он нашел широкое применение в атомной промышленности.

Бор в небольших количествах (доли%) вводят в сталь и некоторые сплавы для улучшения их механических свойств; уже присадка к стали 0,001-0,003% бора повышает ее прочность (обычно в сталь вводят бор в виде ферробора, то есть сплава железа с 10-20% бора). Поверхностное насыщение стальных деталей бором (до глубины 0,1-0,5 мм) улучшает не только механические свойства, но и стойкость стали против коррозии.

В тоже время использование борсодержащих руд Индерскогоместорожденгия позволяет обеспечить природное легирование сталей бором, что является более выгодным с экономической точки зрения по сравнению с классическим борированием.

Для производства высокопрочного крепежа ГОСТом 1759.4 рекомендованы следующие марки сталей: 35ХА, 38ХА, 38ХГНМ, 40Х, 40ХН2МА по ГОСТ 4543.

Изготовление из этих сталей крепежных изделий на многопозиционных холодновысадочных автоматах требует сложной и дорогостоящей технологии подготовки проката под холодную объемную штамповку (ХОШ), включая проведе¬ние длительного сфероидизирующего отжига с целью получения соответствующей микроструктуры с содержанием зернистого перлита > 80 %, кроме того, применяют промежуточный отжиг, когда металлопрокат чрезмерно упрочняется в результате деформации и теряет пластичность. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что использование этих сталей с пластинчатой структурой перлита приводит к катастрофическому снижению стойкости формующего инструмента [1,2].

2. Аналитический обзор

Классификация инструментальных сталей

Число инструментальных сталей весьма значительно и они имеют различный химический состав. Однако классификацию по составу можно использовать лишь в качестве вспомогательной; даже при разном содержании легирующих элементов многие инструментальные стали имеют близкие свойства.

Целесообразно классифицировать инструментальные стали по свойствам и по назначению.

Инструментальные стали по свойствам можно распределить по трем группам:

1. не обладающие теплостойкостью;

2. полутеплостойкие;

3. теплостойкие.

Стали, принадлежащие различным группам, мало различаются по твердости, прочности и износостойкости при нормальных температурах, но значительно различаются по этим важнейшим свойствам при нагреве. Кроме того, стали, обладающие теплостойкостью, из-за влияния дисперсных частиц фаз-упрочнителей имеют более высокое сопротивление пластической деформации (в том числе и при обычных температурах) [1].

Нетеплостойкие стали сохраняют высокую твердость (>60 HRC) при нагреве не выше 190–225^оС и используются для резания мягких материалов с небольшой скоростью. Это заэвтектоидные и близкие к эвтектоидным углеродистые и легированные стали (с относительно невысоким содержанием легирующих элементов). Карбидная фаза их – цементит, коагулирующий при сравнительно низких температурах.

Полутеплостойкие стали, преимущественно штамповые, испытывают нагрев рабочей кромки до температур 400–500^оС. Это – близкие к эвтектоидным стали, легированные хромом и дополнительно вольфрамом, молибденом и ванадием, а также ледебуритные стали (12% Cr). Карбидные фазы – легированный цементит и карбид хрома (Ме₂₃С₆, Ме₇С₃).

Теплостойкие стали сохраняют высокую твердость до нагрева на температуры порядка 600–650^оС для быстрорежущих сталей (твердость 60–62 HRC) и 650–700^оС для штамповых сталей (твердость 45–52 HRC). Основная карбидная фаза – карбид вольфрама (молибдена) Ме₆С, а у менее теплостойких штамповых сталей также и карбид Ме₂₃С₆. У некоторых сталей возможно интерметаллидное упрочнение [2].

Теплостойкие и полутеплостойкие стали, как высоколегированные, являются одновременно глубокопрокаливающимися.

В зависимости от условий эксплуатации и требуемых свойств инструментальные стали классифицируют следующим образом:

1) стали для режущих инструментов;

2) стали для инструментов и деталей повышенной точности;

3) штамповые стали для холодного деформирования;

4) штамповые стали для горячего деформирования.

Стали с карбидным упрочнением при повышенном содержании углерода (>0,6%), относящиеся к ледебуритному классу, используются для изготовления режущих инструментов, выполняющих резание твердых материалов или работающих с повышенной скоростью. Заэвтектоидные и доэвтектоидные стали высокой твердости, не обладающие теплостойкостью, применяют в более ограниченных пределах, когда нагрев режущей кромки незначителен. Заэвтектоидные стали используют для металлорежущих и некоторых деревообрабатывающих инструментов, а доэвтектоидные стали, имеющие большую вязкость, – главным образом для деревообрабатывающих инструментов, испытывающих ударные нагрузки. Для специальных условий (хирургические инструменты, бритвы и т. д.) применяют стали, устойчивые против коррозии, они являются полутеплостойкими.

Для инструментов и деталей повышенной точности используют стали повышенной твердости, как обладающие, так и не обладающие теплостойкостью (в зависимости от условий эксплуатации). Эти стали должны иметь дополнительные свойства, главное из которых – способность приобретать очень чистую поверхность при доводке и сохранять неизменными размеры и форму инструмента в течение длительного срока эксплуатации.

При изготовления штампов для холодного деформирования используют стали высокой твердости, а для некоторых инструментов, работающих со значительными динамическими нагрузками, применяют и стали повышенной вязкости.

При изготовлении штампов для горячего деформирования используют теплостойкие стали повышенной вязкости, которые обеспечивают не только высокие прочность и сопротивление деформации штампа при нагреве, но и необходимое сопротивление динамическим нагрузкам и хорошую разгаростойкость. Это важное свойство штамповой стали достигается при достаточных вязкости и пластичности [1].