Разработка технологии контактной сварки стали с титаном и последующей термообработкой токами высокой частоты для повышения стойкости режущих пластин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Егоров Иван Святославович
Егоров Иван Святославович
кандидат наук
2024
- Специальность ВАК РФ00.00.00
- Количество страниц 153
Оглавление диссертации кандидат наук Егоров Иван Святославович
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ И СЛОЕВ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТАХ
1.1 Особенности применяемых материалов для изготовления сменных многогранных пластин и их применения при металлообработке
1.2 Способы повышения износостойкости металлических изделий
1.3 Способы получения слоистых структур из разнородных металлов и особенности процесса контактной сварки
1.4 Методы термической обработки и нанесения покрытий
Выводы по главе
ГЛАВА 2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ ТЕРМООБРАБОТКИ ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ СТАЛЬ-ТИТАНОВОЙ СБОРКИ
2.1 Теоретические основы модели процесса термообработки токами высокой частоты
2.2 Постановка задачи численного моделирования процесса термообработки токами высокой частоты сталь-титановой сборки
2.3 Результаты численного моделирования нагрева ТВЧ слоистой сталь-титановой сборки
Выводы по главе
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТОЧЕЧНОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ТЕРМООБРАБОТКИ ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
3.1 Разработка методики исследования воздействия точечной контактной сварки на формирование соединения стали с титаном и высокотемпературной термообработки сталь-титановой сборки
3.2 Исследования процесса образования неразъёмного соединения стали с титаном методом точечной контактной сварки
3.2.1 Анализ макрогеометрии и прочности на сдвиг сварного соединения стали
с титаном
3.2.2. Исследование микроструктуры и микротвердости полученной системы сталь-титан и химического состава соединения
3.3. Исследование последующей термообработки ТВЧ сталь-титановой сборки
3.3.1. Анализ макрогеометрии и твердости поверхности металлооксидной структуры
3.3.2 Исследование микротвердости и элементного химического состава слоистой сталь-титан-оксидной структуры
3.3.3 Определение режущей способности и долговечности сталь-титан-оксидной структуры сменной многогранной пластины
Выводы по главе
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ СТАЛЬНЫХ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН С ИЗНОСОСТОЙКОЙ СТАЛЬ-ТИТАН-ОКСИДНОЙ СТРУКТУРОЙ
4.1 Конструктивные особенности сменной многогранной пластины
4.2 Разработка технологических рекомендаций по точечной контактной сварке и последующей термообработке ТВЧ для производства сменной многогранной пластины
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Другие cпециальности», 00.00.00 шифр ВАК
Формирование структуры и свойств износостойких покрытий на интерметаллидной основе в процессе твердо- и жидкофазного взаимодействия в системах Ti-Fe, Ti-Cu, Fe-Al2024 год, доктор наук Слаутин Олег Викторович
Повышение стойкости твердосплавных концевых фрез при обработке деталей из титановых сплавов на основе применения разработанных многокомпонентных композиционных покрытий наноразмерной структуры2021 год, кандидат наук Оганян Максим Гайкович
Научные и технологические основы формирования на поверхности режущего инструмента и деталей дискретных диффузионных оксидных слоев для повышения их долговечности2022 год, доктор наук Чекалова Елена Анатольевна
Электротехнологический процесс получения износостойких покрытий на титановых изделиях высокотемпературной индукционной обработкой2023 год, кандидат наук Щелкунов Андрей Юрьевич
Поверхностное упрочнение инструментальных и конструкционных материалов нанесением дискретного диффузионного покрытия2018 год, доктор наук Чекалова Елена Анатольевна
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии контактной сварки стали с титаном и последующей термообработкой токами высокой частоты для повышения стойкости режущих пластин»
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В настоящее время растет спрос на использование ресурсосберегающих и энергоэффективных технологий металлообработки. Одними из критериев эффективности при обработке металлоизделий является увеличение ресурса работы инструментов и уменьшение доли использования дорогостоящих материалов в этих инструментах путем замены на более дешевые с сохранением функциональных характеристик и надежности.
Титановые сплавы широко востребованы в виду своих качеств. Известно, что при термообработке титана в кислородсодержащей атмосфере на его поверхности формируется особо твердый оксидный подслой. Твердость такого тонкого слоя превышает 40 ГПа, что позволяет утверждать о получении сверхтвердого материала. Применение титана и титановых сплавов в виде тонких покрытий на стальных конструкциях оптимально с точки зрения экономии дорогостоящего материала. В свою очередь инструментальные стали, в том числе быстрорежущие, остаются востребованными для обработки материалов с невысокой или умеренной величиной твердости.
Сплавы на основе железа и титана являются разнородными материалами, между которыми сложно получить качественное неразъёмное соединение. Методом контактной сварки возможно нанесение титана на поверхность сталей, в том числе с применением промежуточных слоев снижающих вероятность формирования хрупких интерметаллидных фаз. Прочность полученных сварных соединений достигает прочности технического титана (около 400 МПа), а их структура практически бездефектная. Для придания износостойкости поверхности титана, нанесенного на инструментальную сталь, возможно использование непродолжительной высокотемпературной обработки, например, с помощью нагрева токами высокой частоты.
Таким образом, актуальность работы обусловлена потребностью в решении задачи, связанной с разработкой процесса нанесения титанового покрытия мето-
дом точечной контактной сварки и последующей термообработкой полученной сборки токами высокой частоты. В результате данной модифицирующей термообработки сталь-титановой сборки будут получены стальные режущие пластины с рабочей поверхностью, которая представляет собой износостойкую титан-оксидную структуру, что в результате расширит масштабы применения индукционной электротехнологии в интересах инструментального производства.
Степень разработанности темы исследования. Процесс контактной сварки характеризуется высокотемпературным локальным нагревом с последующим оплавлением соединяемых металлов в зоне нагрева на границе соприкосновения, и в большинстве производств может быть автоматизирован. Большой вклад в разработку метода сварки за счёт электронагрева сопротивлением внесли отечественные ученые М.В. Поплавко-Михайлов, Н.Н. Бенардос, С.В. Попов. Последующий процесс индукционной термообработки металлоизделий, в рассматриваемом случае сварных заготовок, заключается в бесконтактном нагреве электропроводящих материалов, находящихся в переменном магнитном поле токов высокой частоты. Метод индукционного и высокочастотного нагрева для различных технологических целей получил широкое применение благодаря отечественным школам под руководством В.В. Вологдина, М.Г. Лозинского, А.Е. Слухоцкого, С.Е. Рыскина, Г.И. Бабата, А.В. Донского, А.Б. Кувалдина, А.Р. Лепешкина, В.Б. Демидовича, А.И. Алиферова и других ученых. Процессы индукционно-термического упрочнения и получения твердых покрытий на рабочих поверхностях титановых малогабаритных изделий разработал А.А. Фомин.
По настоящее время изучены многие аспекты контактной сварки для образования сварного соединения между конструкционными сталями и титаном, разработаны основы индукционно-термической обработки для получения твердых и износостойких диффузионных слоев, и покрытий на титане. Однако отсутствуют исследования последовательного применения указанных процессов для получения режущего инструмента со слоистой сталь-титан-оксидной структурой. Исследования в данной области направлены на обеспечение прогнозируемой адгезион-
ной прочности титанового покрытия к стальной основе, твердости и толщины диффузионного слоя на рабочей поверхности после модификации токами высокой частоты, что имеет особое значение для слоистых конструкций, применяемых в производстве металлообрабатывающих инструментов.
Цель работы: повышение прочности сварного соединения и износостойкости титан-оксидного слоя неперетачиваемых пластин режущего инструмента путем обоснования высокоэффективного метода последовательного применения электротехнологических процессов контактной сварки стальной основы с титановой пластиной и модифицирующей ее термообработкой токами высокой частоты.
Поставленная цель достигается при решении следующих задач:
1. Определить условия для получения слоистой сталь-титан-оксидной структуры с прогнозируемыми характеристиками твердой и износостойкой рабочей поверхности сменных пластин для металлообработки резанием.
2. Разработать математическую двумерную модель, описывающую кинетику нагрева токами высокой частоты сталь-титановой сборки, основанную на применении метода конечных элементов.
3. Установить влияние параметров точечной контактной сварки, а именно величины тока, типа и длительности импульса, на микротвердость и адгезионную прочность соединения стали с титаном.
4. Установить регрессионные зависимости твердости от параметров тока индуктора и длительности выдержки при термообработке и влияние термообработки на микротвердость, износостойкость и толщину диффузионного титан-оксидного слоя.
5. Определить режущую способность сменных многогранных пластин при токарной обработке конструкционной стали, а также время наработки до критического износа.
6. Разработать технологические рекомендации нанесения титан-оксидного покрытия методом точечной контактной сварки с последующей индук-
ционной термообработкой сталь-титановой сборки для получения сменных многогранных пластин с высокой твердостью и износостойкостью.
Объектом исследования являются электротермические процессы создания слоистой сталь-титан-оксидной структуры, используемой для изготовления сменных многогранных пластин.
Предметом исследования являются электротехнологические режимы точечной контактной сварки и последующей индукционной термообработки, а также регрессионные зависимости, описывающие получение сменных многогранных пластин с прогнозируемыми характеристиками слоистой сталь-титан-оксидной структуры с повышенной твердостью и износостойкостью.
Методы исследования. В работе использованы основные законы джоулева электронагрева и электромагнитной индукции. Моделирование индукционного нагрева слоистой системы осуществлялось методом конечных элементов при решении задач электродинамики и теплопроводности. Проведение экспериментальных исследований и выявление технологических закономерностей осуществлялись с применением теории планирования, статистического и регрессионного анализа. При изучении структуры и механических свойств использован ряд стандартных методов исследования: амперометрия, оптическая и растровая электронная микроскопия, одноосное растяжение и микроиндентирование (метод Виккер-са), а также определение износостойкости при истирании алмазным коническим индентором Роквелла и режущей способности при металлообработке.
Научная новизна работы заключается в обосновании применения точечной контактной сварки для нанесения титанового слоя на стальную основу режущей пластины для металлообработки и последующей высокотемпературной обработки токами высокой частоты для создания сталь-титан-оксидной структуры с диффузионным слоем, обеспечивающих высокую износостойкость и твердость рабочей поверхности инструмента. Наиболее существенным является следующие пункты:
1. Разработана математическая модель, позволяющая определить распределение температуры при обработке токами высокой частоты в сталь-
титановой сборке при различной величине тока индуктора и геометрии элементов системы.
2. Установлено влияние режимов точечной контактной сварки, в частности величины сварочного тока, длительности и типа импульса, на величину прочности сварного соединения инструментальной быстрорежущей стали с техническим титаном.
3. Установлены регрессионные зависимости твердости сталь-титановой структуры с оксидным покрытием от параметров термообработки токами высокой частоты, позволяющие определить ток индуктора и продолжительность высокотемпературной выдержки, влияющие на микротвердость, износостойкость и толщину диффузионного титан-оксидного слоя.
4. Предложены технологические рекомендации точечной контактной сварки с последующей термообработкой токами высокой частоты, позволяющая получать сталь-титан-оксидную структуру с высокой твёрдостью и износостойкостью рабочей поверхности неперетачиваемых пластин режущего инструмента, согласно которым был разработан способ формирования на инструментальной быстрорежущей стали покрытия системы «титан-оксиды титана» (Патент РФ № 2789262).
Теоретическая значимость. Результаты, представленные в диссертационной работе, вносят вклад в развитие существующих электротехнологических способов формирования сварного соединения стали с титаном и образования метал-локсидных диффузионных слоев методом термической обработки токами высокой частоты. Проведенный анализ экспериментальных данных позволяет расширить представления о закономерностях формирования высококачественного соединения быстрорежущей инструментальной стали с техническим титаном и получения высокотвердого диффузионного слоя при последующей термообработке токами высокой частоты.
Практическая значимость работы. Определены параметры точечной контактной сварки инструментальной быстрорежущей стали с техническим титаном
и последующей термической обработки сталь-титановой сборки, обеспечивающие формирование прочного соединения (около 98-111 МПа), твердой 12-14 ГПа и износостойкой структуры «сталь-титан-оксид титана». Сменные режущие пластины изготавливаются за счет воздействия точечной контактной сварки при сварочном токе 1,2 кА с длительностью импульса 0,1 с, термообработке ТВЧ с удельной потребляемой мощностью у = 145 Вт/г (±1%) при токе индуктора 2,1 кА и выдержке 180 с. Применение полученных режущих пластин с износостойким покрытием системы «сталь-титан-оксид титана» в качестве металлообрабатывающего инструмента при токарной обработке среднеуглеродистой конструкционной стали при режимах резания, а именно глубине резания И = 0,5 мм, скорости резания и = 34,5 м/мин и подаче 0,3 мм/об, не уступает в работоспособности сменным многогранным твердосплавным пластинам с покрытием Т1К и Т1АШ. Предложен способ формирования на инструментальной быстрорежущей стали покрытия системы «титан-оксиды титана» (Патент РФ № 2789262), позволяющий получить сменные режущие пластины слоистой структуры «сталь-титан-оксиды титана» с высокотвердой и износостойкой рабочей поверхностью.
Личный вклад автора состоит в проработке гипотезы и варианта развития направления точечной контактной сварки инструментальной быстрорежущей стали с техническим титаном, а также последующей термической модификацией токами высокой частоты титанового слоя на стальной основе пластины, разработке общей методики исследования, анализе результатов экспериментальных исследований, выработке положений и результатов, выносимых на защиту, разработке математических моделей термообработки токами высокой частоты для слоистой системы, построении регрессионных зависимостей механических свойств от электротехнологических параметров используемых процессов. В совместных работах автору принадлежит ведущая роль при проведении экспериментальных и теоретических исследований, научном обосновании полученных результатов. В представленном патенте вклад состоит в разработке способа формирования на ин-
струментальной быстрорежущей стали слоистой системы «титан-оксиды титана». У автора нет конфликта интереса с соавторами на предмет авторского права.
Достоверность результатов экспериментальных исследований обеспечивается корректным применением современного электротехнологического оборудования и аналитической аппаратуры, использованием стандартных методов испытаний, отсутствием противоречий полученных результатов исследований с данными других исследователей, соответствием теоретических зависимостей экспериментальным данным.
Положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Предложенная математическая модель термообработки токами высокой частоты сталь-титановой сборки, основанная на применении метода конечных элементов для решения краевой задачи электродинамики и теплопередачи, позволяет установить распределение температуры в диапазоне от 900 до 1400 °С при выдержке не менее 60 с и токе индуктора в диапазоне от 1,7 до 2,3 кА.
2. Применение точечной контактной сварки инструментальной быстрорежущей стали с техническим титаном при рабочем токе 1,2-2,4 кА и длительности импульса 0,1-1,2 с обеспечивает получение неразъемного соединения с прочностью от 39 до 111 МПа для последующего формообразования и модификации.
3. Использование высокотемпературного нагрева токами высокой частоты в воздушной атмосфере сталь-титановой сборки при токе индуктора 2,72,9 кА, температуре 1000-1250 °С и выдержке 180 с обеспечивает закалку стальной пластины и образование диффузионного слоя в титановом покрытии с повышенной твердостью 77-89 НЯА и микротвердостью 9-14 ГПа.
4. Способ последовательного применения точечной контактной сварки на рабочем токе 1,2 кА с длительностью импульса 0,1 с и последующей термообработки токами высокой частоты при токе индуктора 2,7 кА, удельной потребляемой электрической мощности 145 Вт/г с выдержкой 180 с для формирования износостойкого титан-оксидного покрытия, состоящего из оксидов титана ТЮ2, ТЮ, Т^О и твердых соединений ТЮ, Fe2Ti, Без^зО.
Апробация работы. Полученные результаты исследования диссертационной работы представлены на научно-технических конференциях: 5, 6, 7 и 8-ая Международная школа-конференция по оптоэлектронике, фотонике, инженерии и наноструктур «Saint Petersburg OPEN» (Россия, г. Санкт-Петербург, 2018, 2019, 2020 и 2021), Международный симпозиум по оптике и биофотонике «Saratov Fall Meeting» (Россия, г. Саратов, 2018, 2019, 2020 и 2021), «Неделя науки СПбПУ 2019» (Россия, г. Санкт-Петербург), 4th International Conference on Mechanics of Composites (Испания, г. Мадрид, 2018), 60th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical (Латвия, г. Рига, 2019), Региональная конференция «Вклад молодых ученых в инновационное развитие России» (Россия, г. Пенза, 2019).
Соответствие темы диссертации требованиям паспорта специальностей научных работников. Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 2.4.4. Электротехнология и электрофизика в части: изучения механизмов взаимодействия физических тел с переменным магнитным полем в воздушной среде (пункт 2), разработке компьютерных моделей и регрессионных зависимостей для определения рациональных режимов электротехнологической обработки (пункт 4), совершенствования существующих методов в технологических приложениях и разработки новых электротехнологических процессов для обработки металлов, в том числе в области инструментального производства (пункт 5).
Публикации. По тематике диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ, из них 2 статьи в научных журналах, входящих в перечень изданий, рекомендуемых ВАК при Минобрнауки России, 9 статей в международных журналах, включенных в базу Scopus/Web of Science, среди которых 1 статья в высокорейтинговом издании, а также получен 1 патент РФ.
В диссертационной работе отражены результаты, полученные при выполнении научных исследований в рамках программы «У.М.Н.И.К.-2020» (договор № 15686ГУ/2020), Стипендии Президента Российской Федерации № СП-
571.2019.1 и по Гранту Президента Российской Федерации в качестве исполнителя в проекте № МД-157.2019.8.
ГЛАВА 1 МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ И СЛОЕВ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТАХ
В ходе научно-технического прогресса технологии обработки материалов, важную роль играют соответствие характеристик металлообрабатывающего инструмента, увеличенным и ужесточенным условиям обработки. Одной из нагруженных частей инструмента всегда является рабочая поверхность, которая непосредственно контактирует с обрабатываемым изделием. Поэтому определяющим ресурс работы в большинстве будет износостойкость контактной площадки инструмента, что определяет актуальность разработки методов и процессов модификации контактных поверхностей и получение многослойных поверхностей [13, 89]. На примере обработки резанием за счет лезвийного инструмента данный процесс описывается взаимодействием и обрабатываемого, и инструментального материалов в условиях, сопровождающих процесс резания.
Одним из методов поверхностной модификации необходимых свойств инструмента является процесс нанесение эффективных функциональных покрытий на контактные площадки обрабатывающего инструмента. В подавляющей части из-за своей универсальности повсеместно применяются процессы химического осаждения (CVD) и физического осаждения (PVD) покрытий на инструментальные изделия и режущий инструмент. Однако такие процессы обеспечиваются применением технологически сложного оборудования с использованием специальных газовых сред и высокого вакуума. Применение данного оборудования требует также высоких энергозатрат и высококвалифицированного персонала.
Иногда процессы резания требуют соблюдения противоречивых характеристик для инструмента что может быть обеспечено совершенствованием перечисленных технологий для нанесения многослойных функциональных покрытий малой толщины с наноразмерными зернами в структуре. Такой подход обеспечивает возможность формировать покрытия комбинированных видов, заключающиеся в чередовании многокомпонентных и метастабильных структур, которые в свою
очередь обладают отличными друг от друга свойствами, объединёнными в одном покрытии за счет отдельных слоев.
Наличие наноструктурированного состояния покрытий обеспечивает высокое преимущество при их применении. Материалы с ультрадисперсной структурой характеризуются улучшенными и более сбалансированными между собой прочностью, износостойкостью и трещиностойкостью и твердостью даже в условиях изменяющихся термомеханических воздействий [54, 93, 124]. При нанораз-мерной структуре в которой основной размер кристаллов не превышает 100 нм процесс разрушения не происходит по характерной схеме [14, 30, 36, 61, 105, 116, 134, 137]. Наличие наноразмерной структуры приводит к упрочнению связей между зернами, что влияет на процессы, происходящие в межзёренном пространстве, обеспечивая остановку роста количества и размера дислокаций. Наличие нанокристаллической структуры с размером зерен не более 10 нм обеспечивает возможность на этапе производства программировать и прогнозировать уникальные свойства в материалах и при необходимости производить корректировку конечных характеристик [7, 141]. Так же известно, что покрытия с наноразмерной структурой характеризуется высокой адгезионной прочностью с основой и химической нейтральностью к материалу, который на него физически воздействует. Такие особенности покрытий способствуют повышению износостойкости рабочей поверхности инструмента даже при сменяющих друг друга процессах пластического, хрупкого, абразивного, адгезионно-усталостного, химико-окислительного, диффузионного разрушения [105, 134, 137]. При нанесении функциональных покрытия на металлорежущие инструменты так же не стоит забывать о структурных, архитектурных, физических и механических свойствах которые тоже влияют на механизм разрушения в ходе эксплуатации инструмента [13, 89].
Наноструктурированные композиционные покрытия все шире применяют в производстве инструментов. В настоящее время нанесение износостойких композиционно-многослойных покрытий применяют ведущие производители инстру-
мента для металлообработки из быстрорежущих сталей до 55%, и твердого сплава до 95%.
1.1 Особенности применяемых материалов для изготовления сменных многогранных пластин и их применения при металлообработке
В процессе развития методов обработки материалов одним из важнейших направлений увеличения производительности работы являлось применение улучшенных материалов для инструментов. Увеличение скорости резания более чем в 2 раза было достигнуто за счет замены инструментальной углеродистой стали на быстрорежущую [2, 15, 28, 62].
Такой же прогресс произошёл после разработки твёрдого сплава из карбидов тугоплавких металлов, для металлорежущих пластин. Так как твердый сплав довольно дорогостоящий материал он применяется только в виде сменных режущих пластин (СРП) в конструкции сборных и составных резцов. Та же твердый сплав отличается от инструментальных сталей достаточно высокой твердостью позволяющей применять его для обработки закаленных сталей.
Способность инструментальных материалов демонстрировать высокую твердость, которая напрямую влияет на износостойкость не самое основное качество так в процессе обработки для повышения производительности прибегают к повышению скорости резания, которое в свою очередь повышает тепловые нагрузки в зоне обработки, к которым материал инструмента должен быть невосприимчив. Способность материалов сохранять свои механические и физические характеристики при нагреве называется теплостойкостью [37]. Для поддержания структуры инструментального материала в целостности при воздействии внешних факторов, а именно ударных нагрузок или процесса налипания сходящего материала с последующим отрывом его от поверхности из-за которого происходит выкрашивание инструмента ему нужно обладать высокой прочностью. В машиностроении в процессе изготовления инструментов для металлообработки резанием
используют соответствующие всем современным стандартам материалы: твердый сплав, нитрид бора, инструментальные стали, минералокерамика, и алмазы.
Инструменты, полученные из инструментальных углеродистых сталей, имеют прочность на изгиб не более 3400 МПа, твердость до 66 НЯС, но теплостойкость таких инструментов не высока (ГОСТ 1435-74). Превышение температуры в области резания свыше 200 °С приводит к потере физико-механических характеристик приводя к быстрому износу [4, 15, 19]. Для решения данной проблемы были разработаны технологии по легированию инструментальных сталей (ГОСТ 5950-2000). Это привело к снижению чувствительности к перегреву. Хотя значимого прироста в теплостойкости легированные стали не получили. Для данных сталей критическим нагревом является превышение температуры более 250 °С [15, 26, 62].
Инструментальные быстрорежущие стали относятся к высоколегированным сталям (ГОСТ 19265-73), используются для изготовления металлорежущих инструментов, работающих при скорости обработки в 2-4 раза выше, инструментов из инструментальной углеродистой стали. Возможность повышения скорости обработки стала возможной за счет увеличенной износостойкости, вследствии чего из мелко- и среднесерийного производства металлорежущие инструменты, изготовленные из углеродистых и легированных сталей были вытеснены инструментами из быстрорежущей стали [4, 21, 37, 62, 104, 118].
Так как в настоящее время глобализация требует только фабричное производство требования к инструментальному материалу предъявляться самые жесткие, поэтому все программно-управляемые станки по металлообработке заточены под применение инструментов из твердого сплава (ГОСТ 3882-74) [25]. Состав твердых сплавов в основном представлен зернами карбидов, которые характеризуются высокой теплостойкостью, износостойкостью и твердостью, связанных между собой специальной высокопрочной связкой. Режущие инструменты, полученные на основе твердого сплава, отлично противостоят процессу истирания, создаваемому материалом заготовки и сходящей стружкой, и также сохраняют свои
изначальные характеристики при нагреве до температуры 800 °С. Существенным недостатком твердого сплава является хрупкость, зависящая от связующего материала [40, 85, 97]. Твердый сплав позволяет проводить обработку на скорости в 3 раза выше по сравнению с инструментами из быстрорежущей стали. Инструменты, оснащенные пластинками из твердого сплава способны обрабатывать закаленные стали и неметаллические материалы такие как стекла, керамика и фарфор [3, 84].
Полученные изделия из твердого сплава имеют различные размеры, но выглядят всегда как пластины различной формы, которые в последующем крепятся к державкам резцов, фрез, зенкеров, разверток и др. Процесс получения твердого сплава основан на применении технологии порошковой металлургии. Порошок основного компонента (карбиды тугоплавких металлов) перемешиваются с порошками связующего компонента (кобальт, никель), после полученный состав прессуется под высоким давлением в форме, повторяющей геометрию готового изделия, а после извлечения спекается при температуре плавления связующего компонента [25, 146].
Похожие диссертационные работы по специальности «Другие cпециальности», 00.00.00 шифр ВАК
Повышение работоспособности сменных многогранных пластин из композиционной керамики, полученной методом искрового плазменного спекания2022 год, кандидат наук Пожидаев Сергей Сергеевич
Повышение эксплуатационных свойств режущего твердосплавного инструмента за счет диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических расплавов2019 год, кандидат наук Бобылёв Эдуард Эдуардович
Научные основы разработки и получения слоистых композиционных материалов на поверхности твердых сплавов и оксидной керамики для повышения работоспособности режущего инструмента2005 год, доктор технических наук Фадеев, Валерий Сергеевич
Повышение стойкости режущего инструмента методом электроизоляции при обработке титановых сплавов2014 год, кандидат наук Медисон, Виталий Викторович
Интегральное оценивание качества процесса плазменной модификации рабочей части металлорежущего инструмента по параметру микротвердости2013 год, кандидат наук Стариннова, Виктория Олеговна
Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Егоров Иван Святославович, 2024 год
/ \
/ /
г /
3 3*
и 20 40 60 80 100 120 ПО 160 180 200 220 240 260 280 300 с
Рисунок 2.9 - Кинетика нагрева и температура выдержки стальной основы с титановой пластиной толщиной 0,5 мм: 1,1* - левый, правый край пластины (/инд = 2,3 кА); 2, 2* - левый, правый край пластины (/инд = 2,1 кА); 3,3* - левый, правый
край пластины (/инд = 1,8 кА)
Моделирование позволило выявить особенности распределения тепловыделения и температуры нагрева отдельных участков сталь-титановой заготовки при воздействии ТВЧ. В процессе изучения результатов выходных параметров определены максимальные значения температуры для разных вариаций исполнения СРП при различных параметрах тока индуктора. Обеспечение точности решения краевой задачи методом конечных элементов может быть достигнута только при корреляции с экспериментальными данными нагрева при модификации СРП со структурой «сталь-титан» бесконтактным методом измерения температуры, например, инфракрасной пирометрии.
Выводы по главе 2
Таким образом, численное моделирование позволило определить, что при токе индуктора 1,7-2,3 кА достигаемая поверхностная температура СРП обеспечивает протекание высокотемпературной модификации поверхности покрытия при 900-1400 °С с выдержкой не менее 180 с, а взаимное изменение толщин покрытия и стальной основы на 0,3 мм не оказывает значительного влияния.
Определены зависимости плотности тока и тепловыделения в стальной основе изделия от тока индуктора. При нагреве СРП с толщиной основы 3,8 мм и покрытия 0,5 мм до температуры 1200-1240 °С и токе 2,1 кА значение составило не более 0,480х108 А/м2 и 2,034х109 Вт/м3. При нагреве СРП толщиной 4,1 мм и покрытия 0,2 мм до температуры 1250-1285 °С и токе 2,1 кА плотность тока достигла 0,475 х 108 А/м2 и 2,124х 109 Вт/м3.
Определены временные промежутки, в течение которых достигается стационарная температура в нагреваемом изделии. СРП с толщиной основы 3,8 мм и покрытия 0,5 мм достигает температуры центра и боковой грани 1200-1240 °С за 33-35 с при токе индуктора 2,1 кА. СРП с толщиной основы 4,1 мм и покрытия 0,2 мм достигает температуры центра и боковой грани 1250-1285 °С за 23-25 с при токе индуктора 2,1 кА.
Определены пиковые значения температуры различных участков СРП при нагреве в спиральном индукторе. Так при токе индуктора 2,1 кА СРП с толщиной основы 3,8 мм и покрытия 0,5 мм разница температур составляет 40 °С при достижении нагрева боковой грани до 1240 °С температура центральной части боковой поверхности достигала 1200 °С в течение всей выдержки. При токе индуктора 2,1 кА СРП с толщиной основы 4,1 мм и покрытия 0,2 мм разница температур составляет 25 °С при достижении нагрева до 1285 °С центральная часть нагревалась до 1250 °С в течении всего времени выдержки. Согласно пиковой температуре нагрева процесс модификации СРП с толщиной основы 3,8 мм и покрытия 0,5 мм в отличие от СРП с толщиной основы 4,1 мм и покрытия 0,2 мм
при одинаковой температуре требует меньших значений тока индуктора. В процессе нагрева стальная часть изделия прогревалась быстрее титановой. Но в виду малой толщины покрытия и за счет теплообмена со стальной основой кинетика нагрева стали и титана практически идентичные.
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТОЧЕЧНОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ТЕРМООБРАБОТКИ ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Проведение экспериментальных исследований основывается на разработке конструкции образцов режущих пластин для дальнейшего исследования, создании образцов согласно разработанной технологии и определении необходимых методов исследования с дальнейшим анализом полученных данных. Для достижения поставленной цели определения влияния ТКС на соединение стали с титаном и последующей обработки ТВЧ полученной сборки необходимо выполнить планирование исследовательских работ.
Ввиду особенности предлагаемой технологии процесс создания и исследования образцов разбит на несколько этапов. Первыми этапом необходимо определить материалы, уточнить тип конструкции и геометрические параметры исследуемого объекта.
Для обеспечения высокой прочности и твердости основы в качестве материала была выбрана быстрорежущая инструментальная сталь Р6М5. Данная сталь относится к высокоуглеродистым легированным сталям с содержанием углерода 0,8-0,88 %, также в ее состав входят легирующие элементы: Cr, W, V, Mo. После закалки при температуре 1200-1230 °С и высокого отпуска достигает твердости 63-66 HRC. В данной работе используется сталь в исходном (отожжённом) состоянии и её твердость не превышает 26 HRC [32, 72, 142]. Для процесса нанесения покрытия были подготовлены образцы с определенными геометрическими параметрами для получения СРП согласно стандарту ISO 1832 [20]. Пластина представляет собой квадрат со сторонами 10,5 мм высотой 3,8 мм и сквозным отверстием 4,6 мм (Рисунок 3.1). Контактные поверхности пластины после предварительной шлифовки имели шероховатость Ra 1,6. Данная шероховатость позволяет получить достаточное тепловыделение за счет высокого электрического сопротивления тока на границе двух металлов для формирования сварочной ванны.
Рисунок 3.1 - Основа режущей пластины из стали Р6М5
В качестве наносимого покрытия использовались титановые листы из технического титана марки ВТ1 -0. Они изготавливались в виде пластин толщиной 1 мм. Такая толщина обусловлена дополнительной шлифовкой поверхности после ТКС до высоты не менее 0,5 мм покрытия. Плоскостность пластин равная 0,025 мм обеспечивалась за счет предварительного обжатия на прессе и шлифовке контактных поверхностей до шероховатости Ra 1,6.
Основным объектом исследования является сталь-титан-оксидная (СТО) структура инструментального назначения, а именно для СРП для токарной обработки конструкционных сплавов, например среднеуглеродистой стали 45. Согласно теоретическому анализу литературных данных и технологических особенностей конструкции СРП было принято при изготовлении образцов ориентироваться на пластины, предназначенные для черновой обработки металлов резанием типа SAGA090401-NR1T по стандарту ISO 1832 (Рисунок 3.2) [20]. Исходя из маркировки, имеем следующие обозначения: S - пластина квадратной формы с углами на вершинах 90°, А - угол наклона боковой поверхности 3°, G - предельное отклонения от размеров 0,025 мм, А - конфигурация поверхности без струж-коломающего рельефа, 09 - длинна режущей кромки 9+0,9 мм, толщина пластины 4+0,9 мм, радиус скругления боковой грани 0,1 мм, NR1 - пластина плоской ровной
формы для черновой обработки с острым исполнением режущей кромки, Т - ра-
Рисунок 3.2 - Геометрия и компоновка СТО структуры СРП: 1 - стальная основа;
2 - титановое покрытие; 3 - оксидный и диффузионный слои
Формирование СТО структуры, как показано на рисунке 3.2, проводится в несколько операций. Первой операцией осуществляется соединение стали с титаном методом ТКС, после чего поверхность стали и титана шлифуются в чистовые размеры согласно конфигурации изделия. После механической операции обработки полученная сборка подвергается термообработке ТВЧ на воздухе. В процессе высокотемпературной выдержки происходит поверхностное насыщение титана кислородом, что приводит к формированию оксидного покрытия и диффузионного слоя на рабочей поверхности.
Данная технология состоит из двух электротехнологических процессов, что приводит к необходимости отдельного исследования влияния первого технологи-
бочая часть на основе титана [32, 72, 143].
□ 9,5+0,025
1
ческого этапа - ТКС на образование неразъёмного соединения и влияние второго этапа - термообработки ТВЧ на сталь-титановую сборку.
3.1 Разработка методики исследования воздействия точечной контактной сварки на формирование соединения стали с титаном и высокотемпературной термообработки сталь-титановой сборки
В процессе изучения теоретических данных для образования качественного неразъёмного соединения между титаном и сталью был выбран метод ТКС. Данный метод характеризуется высокой скоростью процесса и воспроизводимостью технологических факторов, что обеспечивает удаление оксидных соединений из зоны сплавления. Процесс контактной сварки стали с титаном осуществлялся на аппарате точечной контактной сварки «DIGITAL MODULAR 230» (таблица 3.1).
Таблица 3.1 - Технические характеристики «DIGITAL MODULAR 230»
Параметры Показатели
Однофазное напряжение сети 220-230 В
Макс. сварочный ток 6900 А
Мин. сварочный ток 1200 А
Напряжение холостого хода 2,5 В
Макс. потребляемая мощность 13 кВт
Номинальная мощность 2,3 кВт
Макс. толщина свариваемых деталей 2+2 мм (по стали)
Макс. длительность импульса 1,2 с
Мин. длительность импульса 0,1 с
Данный аппарат позволяет управлять несколькими технологическими параметрами, что обеспечило возможность контролировать постоянные условия и изменяемые факторы. К условиям сварочного процесса относятся размер контактных площадок электродов, усилие их сжатия и рабочее напряжение исв. К факторам относятся величина сварочного тока 1св, вид импульса (постоянный или
модулированный), и продолжительность сварочного процесса гсв. Контактная сварка осуществлялась по традиционной схеме (Рисунок 3.3).
Стальная пластина 1 толщиной 3,8 мм устанавливалась на нижний электрод 4, титановый лист 2 толщиной 1,0±0,05 мм располагался на пластине, затем прижимался верхним электродом 3 с усилием сжатия В качестве электродов использовали медные прутки с диаметром 10 мм и контактной площадкой й = 5 мм. Согласно возможным параметрам оборудования были установлены следующие технологические режимы ТКС титана и стали. Постоянными являлись напряжение сварочного тока исв = 2,5±0,2 В и сила сжатия = 600±30 Н. Плотность сварочного токаусв изменялась в диапазоне от 60 до 310±2 А/мм2, а также изменялась длительность сварочного импульса гсв от 0,1 до 1,2 с (таблица 3.2) [32, 33, 107, 110, 142].
Рисунок 3.3 - Схема расположения элементов при ТКС: 1 - стальная основа; 2 -титановый лист; 3 - верхний электрод; 4 - нижний электрод
Таблица 3.2 - Электротехнологические режимы сварочного тока.
№ ре- Вид импульса Плотность Сварочный Длительность Код режима
жима сварочного тока _/св , А/мм2 (±2%) ток /св, А импульса сварки Тсв, с
1 Модулированный 60 1200 0,1 м-1200-0,1
2 60 1200 0,4 м-1200-0,4
3 60 1200 0,6 м-1200-0,6
4 120 2400 0,1 м-2400-0,1
5 Постоянный 60 1200 0,1 1200-0,1
6 60 1200 0,4 1200-0,4
7 60 1200 0,6 1200-0,6
8 60 1200 0,9 1200-0,9
9 60 1200 1,2 1200-1,2
10 120 2400 0,1 2400-0,1
11 120 2400 0,4 2400-0,4
12 120 2400 0,6 2400-0,6
13 120 2400 0,9 2400-0,9
14 180 3600 0,1 3600-0,1
15 180 3600 0,4 3600-0,4
16 240 4800 0,1 4800-0,1
17 240 4800 0,4 4800-0,4
18 310 6000 0,1 6000-0,1
Закономерность применения определенных технологических режимов обусловлена воздействием на геометрические параметры исходных образцов титана и стали. Изначально задавался вид импульса (модулированный или постоянный) при малом токе и изменялось время воздействия от минимального к максимальному. Как только время достигало максимальной отметки или же при определенном временном режиме чрезмерно повреждались компоненты системы, повышали сварочный ток и начинали сварку при минимальной длительности импульса.
Образование неразъемного соединения между металлами характеризуется несколькими параметрами: адгезионной прочностью соединения, разницей в
твердости в металлах и на границе соединения, а также геометрическими изменениями (макродеформацией) в исходных частях металлов и в зоне сварки. Для исследования всех параметров необходимо было подготовить несколько видов образцов при одинаковых технологических режимах.
Первоначально исследовалось воздействие ТКС на прочностные характеристики соединения. Стальные образцы, использованные в процессе определения прочности, оставались без изменения (рисунке 3.1). Титановая пластина представляла собой ленту толщиной 1 мм длинной 40 мм и шириной 10 мм. Такая форма титана необходима для закрепления образца в зажимном устройстве разрывной машины. Процесс ТКС и образец после нагрева с выраженной зоной теплового воздействия отображены на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 - ТКС титана 2 и стали 3, обжатие между электродов 1 (а), образец после контактной сварки с зоной термического влияния 4 (б)
Первоначально проводился визуальный контроль получившихся соединений согласно ГОСТ Р ИСО 15614-13-2009, п.7.2.2. при увеличении 6-7 крат [18]. Контроль качества морфологии макроструктуры осуществлялся на оптическом микроскопе «МБС-10».
Разрушающий контроль сварных соединения также проводился согласно ГОСТ Р ИСО 15614-13-2009, п.7.3.1. испытания на растяжение. Испытания на статическое растяжение проводили в разрывной машине с программным управлением «ИМПУЛЬС ИР5282-100» (Рисунок 3.5). Скорость растяжения составляла 10 мм/мин. При растяжении фиксировался предел прочности и абсолютное удлинение. После проведения испытания место разрыва исследовали на характер повреждений при помощи оптического микроскопа «МБС-10».
Рисунок 3.5 - Машина испытательная универсальная ИР 5082-100: 1 - неподвижная опора захвата; 2 - захватные механизмы; 3 - подвижная опора захвата; 4 - органы управления и вывода результатов
После определения технологических параметров ТКС, позволяющих получить высокий предел прочности соединения сталь-титан, соединения исследовались на твердость по сечению образца в титане, в стали и на границе соединения [142]. Для измерения твердости были подготовлены микрошлифы образцов, режимы получения которых соответствовали высоким показателям прочности полученного соединения. В данном случае титановые пластины, приваренные к стальной основе, имели иную конфигурацию. Они представляли собой круглую пластину диаметром 6 мм с толщиной 1 мм. Полученные после ТКС образцы со структурой «сталь-титан» проходили шлифовку и полировку боковой поверхности до достижения центра сварочной зоны (рисунок 3.6).
Рисунок 3.6 - Образец «сталь - титан» после ТКС: 1 - стальная основа; 2 -
титановая дисковая пластина
Измерение твердости методом вдавливания алмазной четырехгранной пирамиды Виккерса и исследование границы сплавление на наличие дефектов проводили на микротвердомере «ПМТ-3М». Время воздействия нагрузки на инден-тор составило не менее 15 с под нагрузкой 0,98 Н (ГОСТ 9450 - 76) [27]. Процесс измерения твердости осуществлялся по определенной схеме: в приповерхностном слое, сечении титанового покрытия, сварочной зоне, сечении стальной основы и
нижней поверхности стали (рисунок 3.7). Данный подход позволил косвенно оценить наличие напряжений в сварном соединении и наличие интерметаллидных включений.
Рисунок 3.7 - Схема измерения микротвердости по сечению «сталь-сварное соединение-титан»
На следующем этапе необходимо получить оксидную структуру на поверхности титана, приваренного к стальной основе. Для данной задачи был выбран метод термообработки ТВЧ в воздушной атмосфере. Процесс данной обработки заключается в быстром нагреве до заданной температуры, выдержке при определенных значениях температуры и плавное охлаждение до комнатной температуры. В процессе выдержки возможно образование титан-оксидных структур в поверхности покрытия титана. Согласно литературным данным, данная обработка должна обеспечить высокопрочную и твёрдую рабочую поверхность полученной инструментальной сборки.
Для проведения исследования воздействия ТВЧ на сталь-титановую структуру необходимо уточнить схему ТКС для получения конечного изделия (рисунке 3.2). Предлагаемая схема контактной сварки (рисунок 3.8) описывает нанесения дисков из технического титана диаметром й = 6 мм, толщиной И = 1±0,05 мм
на стальную пластину марки Р6М5 со сторонами 10,5 мм толщиной 3,8 мм (рисунок 3.1) [72, 110].
Рисунок 3.8 - Схема контактной сварки по 4 рабочим вершинам СРП
В процессе сборки стали с титаном главным условием являлось расположение пластины на нижнем электроде крайней вершиной, а титановый диск был со-осным с верхним электродом. Размещение титановых дисков на передней поверхности пластины с расстоянием от центра диска до боковых сторон пластины 1,2±0,2 мм обусловлено необходимостью обеспечения наличия пятна сварки в непосредственной близости к вершине после шлифовки сторон в итоговый размер согласно рабочему эскизу (рисунок 3.2). Толщина титанового покрытия указана для справок по причине допустимой деформации в процессе ТКС, что допустимо по причине дальнейшей шлифовки в необходимый размер.
Первичная шлифовка образцов с припуском 0,1 мм осуществлялась на шлифовальном станке с абразивным кругом и обеспечением шероховатости не
хуже Яа 0,8. Конечная шлифовка проводилась на станке с алмазным диском до шероховатости Ra 0,2 для обеспечения наименьшего коэффициента трения для последующей работы инструмента.
Для проведения процесса нагрева и выдержки воздействием ТВЧ использовался высокочастотный индукционный нагреватель «ВЧ-15» (рисунок 3.9). Представленная установка согласно техническим характеристикам обеспечивала максимальную потребляемую мощность Р = 15 кВт в при частоте в диапазоне = 30-80 кГц, что позволяет достичь необходимого нагрева сталь-титановых образцов с заданными геометрическими параметрами до необходимой температуры и провести выдержку для получения титан-оксидного покрытия и диффузионного слоя [34, 108, 114].
Рисунок 3.9 - Высокочастотный нагреватель «ВЧ-15»: 1 - источник питания с генераторным блоком (рабочий ток индуктора соответствует 1/16 тока индуктора);
2 - индуктор; 3 - нагреваемое изделие
Для измерения стационарной температуры в зависимости от тока индуктора необходимо контролировать температуру бесконтактными методами. Первый метод основывался на визуальном колориметрическом сравнении спектральной светимости твердых тел в зависимости от температуры нагрева в диапазоне от 530570 (темно-красное тусклое свечение) до 1200-1250 °C (яркое бело-желтое свечение). Во втором случае использовался высокотемпературный тепловизор «Fluke Ti400», который позволяет измерять температуру в широком диапазоне от -50 до 1200±30 °С с высокой точностью, исключая субъективный фактор (рисунок 3.10).
Рисунок 3.10 - Тепловизор инфракрасный «Fluke Ti400»: 1 - фокусирующая линза; 2 - панель вывода и ввода данных; 3 - рукоять
Сталь-титановая сборка, закрепленная в подающем устройстве, располагалась в камере нагрева 3 (рисунок 3.11). Изделие 1 устанавливалось на керамиче-
ской опоре 2 титановым покрытием вверх и в центре активной зоны витков индуктора 4 для большей эффективности нагрева ТВЧ и доступа воздушной атмосферы к модифицируемой поверхности.
Рисунок 3.11 - Камера термообработки ТВЧ: 1 - сталь-титан сборка (изделие); 2 -керамическая опора (показано неподвижное основание); 3 - стенки камеры; 4 -
медный водоохлаждаемый индуктор
Для насыщения поверхности титана кислородом необходимо провести высокотемпературную модификацию. Ускоренный нагрев ТВЧ до заданной температуры исключит активное взаимодействие с прочими газами (водородом или азотом), которые приведут к охрупчиванию структуры. В результате высокотемпературного воздействия на поверхности титана образуется толстый слой хрупкой окалины, который затрудняет доступ кислорода к поверхности металла. В связи с этим требуется выдерживать титан при высокой температуре для роста диффузи-
1
онного титан-оксидного слоя. Согласно этому были подобранны режимы МТО сталь-титановых изделий для образования титан-оксидного покрытия и диффузионного слоя (таблица 3.3).
Термообработка ТВЧ проводилась при температуре от 1000 до 1250 °С с выдержкой от 60 до 180 с [32, 34, 114]. По истечению выдержки образец до полного охлаждения находился в камере в открытой атмосфере, после чего извлекался. В процессе охлаждения до комнатной температуры образованная на титане окалина практически полностью отделялась от поверхности и легко удалялась при извлечении изделия. Процесс химико-термической модификации СРП представлен 3 основными стадиями: загрузка, нагрев и выдержка, охлаждение и извлечение (рисунок 3.12).
Таблица 3.3 - Электротехнологические режимы термообработки ТВЧ
№ режима Удельная потребляемая электрическая мощность /п, Вт/г (±1%) Ток индуктора /инд, кА Температура нагрева Т, °С (±30 °С) Длительность выдержки с Условное обозначение
1 117 2,80 1000 60 1000-60
2 125 2,90 1100 60 1100-60
3 140 2,75 1200 60 1200-60
4 145 2,70 1250 60 1250-60
5 117 2,80 1000 120 1000-120
6 125 2,90 1100 120 1100-120
7 140 2,75 1200 120 1200-120
8 145 2,70 1250 120 1250-120
9 117 2,80 1000 180 1000-180
10 125 2,90 1100 180 1100-180
11 140 2,75 1200 180 1200-180
12 145 2,70 1250 180 1250-180
После проведения всех технологических этапов сварки-сборки и последующей термообработки ТВЧ, образцы подвергались изучению морфологии поверхности вершин СРП, микроструктуры и физико-механических свойств, выбо-
рочно определялся элементный химический и фазовый состав, а также эксплуатационные возможности СРП с наилучшими значениями твердости и износостойкости.
Первоначально проводился макроанализ, в ходе которого исследовалась морфология поверхности после очистки от образованной окалины. Определялось также наличие усадочных раковин, отслоений, образования трещин между стальной основой и титановым покрытием, а также на поверхности изделия. Данная работа проводилась на оптическом микроскопе «МБС-10» при увеличении от 7 до 30 крат.
Рисунок 3.12 - Сталь-титановая сборка после шлифовки (а), процесс МТО (б) при температуре 1200±50 °С и полученная СРП с титан-оксидным покрытием (в): 1 -титановое покрытие; 2 - стальная основа; 3 - титан-оксидное покрытие
Образцы, прошедшие визуальный контроль, исследовались на параметры твердости поверхности и сечения вглубь покрытия и основы. Измерение макротвердости поверхности покрытия и стальной основы осуществлялось методом вдавливания алмазного конуса по шкале ИЯА на портативном твердомере Ро-квелла «РНБК-2 ТХ» (рисунок 3.13).
Дальнейшее исследование физико-механических свойств было направленно на измерение микротвердости по всему боковому сечению образцов СРП. Образец заливали в легкоплавкий состав (эпоксидная смола ЭДП) для подготовки мик-
рошлифов. Микротвердость измеряли на микротвердомере «ПМТ-3М». Измерение проводили согласно схеме индентирования (рисунке 3.7).
Рисунок 3.13 - Портативный твердомер Роквелла «PHBR-2 TX» (шкалы HRA, HRB, HRC): 1 - опорная площадка; 2 - сфероконический индентор; 3 - рукоять для идентирования; 4 - шкала твердости; 5 - индикатор нагрузки; 6 - фиксируемая рукоять
По завершению исследования физико-механических свойств, образцы показавшие наивысшие показатели по твердости, микротвердости и однородную морфологию поверхности, направлялись на исследование элементного химического состава поверхности и сечения. Состав отобранных образцов был изучен методом энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного анализа (ЭДА) в сочетании с растровой электронной микроскопией (РЭМ). РЭМ и ЭДА были выполнены на сканирующем электронном микроскопе «Tescan MIRA II LMU» с детектором «INCA PenxaFETx3» при напряжении 20 кВ.
Так как СТО-структура может быть применена в качестве металлорежущего инструмента было проведена оценка работоспособности в реальных условиях ра-
боты. Образцы, прошедшие предварительные исследования состава, структуры и свойств, были протестированы в условиях резания конструкционной стали 45 (наиболее распространенный тестовый материал). Для проведения испытаний на режущую способность использовался универсальный токарно-винторезный станок «Витязь 1Н628В».
В качестве обрабатываемого материала был использован пруток стали 45 с диаметром 18 мм и длинной 250 мм. При испытании режущей способности, использовались режимы резания, в частности глубина резания, скорость резания и подача, согласно рекомендованным табличным значениям (ISO 3685:1993) [122]. Исходя из данного стандарта, подача составила 0,3 мм/об, скорость резания ир = 34,5 м/мин, глубина резания Нр = 0,5 мм. Данные режимы рекомендованы при использовании быстрорежущей стали в качестве режущего инструмента. После каждого прохода осуществлялся контроль износа режущей кромки. Критическим считался линейный износ 0,3 мм от вершины пластины. Испытание режущей способности основывались на сравнении работоспособности сменных режущих пластин Р6М5 без покрытия с предлагаемой пластиной с СТО-системой покрытия.
Последним этапом исследования слоистой структуры было принято проведение фазово-структурного анализа кристаллической структуры с целью определения образовавшихся в процессе ТКС и последующей термообработки ТВЧ соединений, в частности оксидных, карбидных, интерметаллидных и других. Для этого применялся метод рентгенофазового анализа (РФА) на дифракционном аппарате «ARL X'TRA» (Thermo Fisher Scientific) с использованием рентгеновской трубки с медным анодом (CuKa, длина волны X = 1,540562 Ä, угол сканирования 2© = 20-95°). Кристаллическую структуру покрытий выявляли с помощью обработки рентгенограмм в программной среде «Match! Phase Iddentification from Powder Diffraction» (v.1.11k) с использованием актуальных базы данных «COD-Inorganics reference database» (обновление от 14.06.2021).
3.2 Исследования процесса образования неразъёмного соединения стали с титаном методом точечной контактной сварки
Качество сварных соединений зависит от множества факторов, таких как характеристики свариваемых материалов, технологические режимы сварки, свойства неразъёмных соединений и окружающие условия. ТКС стали с титаном осуществлялось при токе 1св = 1200-6000 А и длительности импульса гсв = 0,1-1,2 с. Исследование характеристик сварных соединений заключалось в качественном изучении и анализе макрогеометрии и микроструктуры сварочной зоны в стали с титаном. Дальнейшее изучение неразъёмного соединения основывается в определении воздействия ТКС на прочностные характеристики и твердость системы по поперечному сечению в титановом покрытии, переходной (сварной) зоне и в стальной основе.
3.2.1 Анализ макрогеометрии и прочности на сдвиг сварного соединения стали с титаном
После образования неразъёмного сталь-титанового соединения необходимо провести анализ внешней геометрии. Фиксировалась форма и отклонения от заданных значений (деформации) от сварочных электродов и характер теплового воздействия в зоне сварки.
В процессе ТКС происходит тепловое воздействие на два соединяемых металла. В случае недостаточного количества выделяемого тепла при сопротивлении на границе металлов образования сварочной ванны не происходит, что приводит к частичному отслоению соединяемых металлов. Это ведет к снижению прочности контакта. В свою очередь чрезмерное количество выделяемого тепла не желательно, так как толщина свариваемых металлов не одинаковая и распределение тепловыделения в материалах основы и покрытия не однородное. Эта проблема приводит к повреждениям более тонкого конструктивного элемента - по-
крытия из титана, хотя температура плавления титана выше температуры плавления стали. Вследствие этого явления снижается прочность соединения, наплавленное покрытие теряет плоскостность рабочей поверхности или полностью разрушается, выплескиваясь из сварочной зоны [72, 110].
Внешний анализ сталь-титановой сборки определил, что при режиме (м-1200-0,6, м-2400-0,1, 2400-0,9, 3600-0,4, 4800-0,4, 6000-0,1) происходит полное разрушение титанового покрытия и изменение макрогеометрии основы (Рисунок 3.14). Образцы, подготовленные при данных режимах, дальнейшему исследованию не подлежали, а повышение продолжительности импульса при равной величине сварочного тока приводили к еще большим повреждениям.
«р . IV
I
а
Рисунок 3.14 - Образец «сталь-титан» после ТКС на режиме 6000-0,1, вид сверху (а) и вид снизу (б): 1 - выплески стали из сварочной зоны; 2 - трещины на титановом покрытии в зоне теплового воздействия
Остальные режимы позволили получить неразъёмные соединения стали с титаном без критического повреждения составляющих частей. Однако образцы, подготовленные на режимах (м-1200-0,4, 2400-0,6, 3600-0,1, 4800-0,1) подверглись повреждениям и изменениям геометрии (рисунок 3.15).
Рисунок 3.15 - Образцы «сталь-титан» после ТКС 4800-0,1 вид сверху (а), м-1200-0,4 вид снизу (б): 1 - область теплового воздействия, 2 - повреждение геометрии титанового покрытия, 3 - застывшие выплески расплава из сварочной зоны
Поверхность титана в зоне контакта электрода имела значительное смятие 2, а поперечная грань искривилась под действием оплавления, на боковых поверхностях и на границе металлов отмечалось наличие выплесков 3. Также для таких образцов является обязательным наличие значительной зоны теплового воздействия 1 на стальной основе и титановом покрытии.
Остальные образцы имели незначительные повреждения характерные для контактной сварки (Рисунок 3.16). Их поверхность имела меньшую величину шероховатости в области контакта электрода 2, на поверхности практически отсутствовали следы теплового воздействия 1 за областью пятна протекания тока. По данному пятну сварки можно констатировать, что температура в зоне соединения была достаточно высокой, но перегрева деталей по всему сечению не произошло.
Рисунок 3.16 - Образцы «сталь-титан» (вид сверху) после ТКС на режимах «12001,2» (а), «2400-0,4» (б), «м-1200-0,1» (в): 1 - область теплового воздействия, 2 -
следы контакта верхнего электрода
Образцы, прошедшие визуальный контроль, исследовались на прочность сварного соединения методом статического растяжения [18]. Процесс растяжения фиксировался в виде диаграмм «удлинение - нагрузка». Конечным показателем измерения служило максимальное усилие на разрыв, согласно которому определяли наиболее устойчивое сварное соединение (таблица 3.4) [32, 33, 72, 110].
Таблица 3.4 - Результаты испытания на разрыв соединения «сталь титан»
Код режима Максимальное усилие, кН Прочность соединения Об, МПа Код режима Максимальное усилие, кН Прочность соединения Об, МПа
м-1200-0,1 1,93±0,08 98±0,04 1200-1,2 2,17±0,11 111±0,06
м-1200-0,4 1,81±0,13 92±0,07 2400-0,1 1,43±0,08 58±0,04
1200-0,1 0,77±0,06 39±0,03 2400-0,4 1,87±0,11 95±0,06
1200-0,4 0,92±0,10 47±0,05 2400-0,6 1,83±0,09 93±0,05
1200-0,6 1,08±0,11 55±0,06 3600-0,1 1,37±0,10 70±0,05
1200-0,9 1,64±0,09 84±0,05 4800-0,1 1,54±0,05 78±0,03
Исходя из полученных результатов измерения, образцы, полученные при режимах 1200-0,1, 1200-0,6, 1200-0,9, 2400-0,1, 3600-0,1, 4800-0,1, не обладают
высокими показателями прочности. Поэтому дальнейшее подробное изучение графиков растяжения и прочих тестов для этих образцов не проводилось.
В зависимости от прочности и пластичности максимально выдерживаемая нагрузка может иметь различное значение. Для определения характера растяжения и разрыва необходимо изучить кривые растяжения образцов, показавших наилучшие результаты по показателю прочности. Сравнение кривых растяжения всех образцов выполнено в программном обеспечении «ИМПУЛЬС ИР5282-100» (рисунке 3.17).
Удлинение /, (мм) Удлинение /, (мм)
а б
Рисунок 3.17 - Графики статического растяжения сварных сталь-титановых соединений
По полученным графикам растяжения наблюдается существенные различия в поведении образцов под нагрузкой. Соединение «1200-1,2» показало наибольшую прочность на разрыв в 2,17 кН, однако относительное удлинение имеет одно из наибольших значение, что говорит о высокой пластичности соединения. Соединение образца «2400-0,6» при растяжении также показало наибольшее удлинение при меньшей нагрузке в 1,83 кН, а сам разрыв происходил плавно, что на графике показано спадающей кривой. Образцы «2400-0,4» и «м-1200-0,4» обла-
дают прочностью схожей с предыдущим соединением, но показал меньшее относительно удлинение, что говорит о менее пластичном соединении между сталью и титаном. Образец «м-1200-0,1» согласно графику получил остаточное удлинение не более 1,5 мм при нагрузке 1,93 кН. Данное соединение обладает наилучшей прочностью относительно других соединений со схожей величиной удлинения. По полученным показателям этот режим позволяет получить достаточно прочное соединение с умеренной пластичностью.
3.2.2. Исследование микроструктуры и микротвердости полученной системы сталь-титан и химического состава соединения
Структура сварного соединения на микроуровне одна из важнейших характеристик качества сплавления. Для выявления наличия или отсутствия дефектов в соединении и структуры металлов было проведено исследование микро- и макроструктуры по поперечному сечению образцов. Для исследования микроструктуры использовалась оптическая система микротвердомера «ПМТ-3М», а для макроструктуры оптический микроскоп «МБС-10» [32,114, 142].
На рисунке 3.18 отображена макроструктура сварного соединения, полученного при модулированном импульсе, плотности тока _//св = 61 А/мм2 и длительности импульса гсв = 0,1 с.
Рисунок 3.18 - Макроструктура неразъёмного соединения «сталь-титан» при режиме ТКС «м-1200-0,1»
Применение модулированного импульса, как известно, используется для металлов, имеющих склонность к обрастанию оксидной пленки. Циклическое короткое временное воздействие привело к оплавлению стальной и титановой поверхности и образованию сплошного равномерного соединения.
Для анализа микроструктуры образец подвергался травлению. В процессе исследование микроструктуры наличие дефектов в зоне соединения не выявлено, а сама граница раздела металлов не превышала 5-10 мкм (рисунке 3.19). Данные показатели свидетельствуют об отличном качестве соединения.
Рисунок 3.19 - Микроструктура неразъёмного соединения «сталь-титан» при режиме ТКС «м-1200-0,1»
На рисунке 3.20 сварное соединение подверглось высокотемпературному воздействию, однако структурные характеристики титана по сечению разнятся при сравнении правой и левой части по размеру зерен, что говорит о неравномерном тепловом воздействии. Наличие существенного дефекта размером более 1 мм снижает прочностные качества. Судя по макроструктуре в области образовавшейся пустоты, произошел локальный перегрев, повлекший образование крупнозернистой структуры в титане и повреждение стальной основы.
Рисунок 3.20 - Макроструктура неразъёмного соединения «сталь-титан» при режиме ТКС «м-1200-0,4» в области сварного дефекта (а)
При дальнейшем изучении микроструктуры после травления на границе раздела были выявлены многочисленные очаги образовавшихся трещин, отслоений и разрушений зоны сплавления в виду чего наблюдалось снижение прочности относительно режима «м-1200-0,1» при увеличении длительности сварочного импульса (рисунок 3.21).
Рисунок 3.21 - Микроструктура неразъёмного соединения «сталь-титан» при режиме ТКС «м-1200-0,4»
Применение ТКС для сплавления стали с титаном при плотности тока Рсв= 60 А/мм2 (±2%), длительности импульса гсв = 1,2 с привело к образованию
высокопрочного соединения относительно других применяемых режимов. Макроструктура образца в титановом покрытии обладает крупнозернистой структурой по всему сечению согласно чему, нагрев и распределение температуры происходило по всему сечению без локальных неоднородностей (рисунок 3.22).
Рисунок 3.22 - Макроструктура неразъёмного соединения «сталь-титан» при режиме ТКС «1200-1,2»
Рисунок 3.23 - Макроструктура неразъёмного соединения «сталь-титан» при режиме ТКС «1200-1,2» Толщина раздела металлов в сварном соединении при рассмотрении микроструктуры не превышала нескольких микрометров (рисунок 3.23). Также о высоком качестве соединения можно судить по отсутствию пор, трещин и раковин в зоне сплавления.
Согласно макро- и микроструктуре режим контактной сварки, при котором плотность тока усв= 122 А/мм2 (±2%), длительность импульса гсв = 0,4 с в соединении «сталь-титан» не сформирован равномерный и сплошной контакт между соединяемыми металлами (рисунки 3.24, 3.25). Плоскость шва имеет изгиб в интервале до 30-50 мкм, что приводит к неравномерной толщине покрытия. Наличие различных пор в соединении связанно с наличием локальных точек протекания тока, в которых формировалось соединение.
х
то »-
■О
с;
03 }-
и
Рисунок 3.24 - Макроструктура неразъёмного соединения «сталь-титан» при режиме ТКС «2400-0,4» и сварочный трещиноватый дефект (а)
Наличие мелкозернистой структуры титана соответствует (а+Р)-фазе, которая характерна для титановых сплавов после закалки при температуре 800-850 °С. Данной температуры недостаточно для оплавления компонентов системы и образования плотного равномерного соединения.
Рисунок 3.25 - Микроструктура неразъёмного соединения «сталь-титан» при режиме ТКС «2400-0,4»
Макроструктура сварного соединения обладает неравномерностью структуры титана (рисунке 3.26). Часть объема (сторона слева) покрытия преимущественно имеет мелкозернистую структуру, остальная часть (сторона справа) -крупнозернистую. Данное различие возникло в результате неравномерного локального нагрева.
Рисунок 3.26 - Макроструктура неразъёмного соединения «сталь-титан» при режиме ТКС «2400-0,6»
Анализ изображения микроструктуры соединения стали с титаном показал, что граница раздела имеет значительное искажение на ширину до 150 мкм (рисунок 3.27). На границе раздела имеются поры и раковины, а в стальной основе образовались многочисленные трещины вследствие локального перегрева.
Рисунок 3.27 - Микроструктура неразъёмного соединения «сталь-титан» при режиме ТКС «2400-0,6»
Для дополнительной оценки качества сварных соединений стали с титаном были проведены механические испытания, в частности микроиндентирования по переходной зоне образцов. Микротвердость титановых вставок после ТКС находилась на уровне 2,0-2,5 ГПа (рисунок 3.28).
Таким образом, существенных изменений в свойствах титана при рациональных режимах ТКС не произошло. Однако в случае со стальным основанием наблюдались различия. Применение немодулированного импульса с плотностью тока 60-120 А/мм2 (±2%) и длительности импульсов гсв = 0,6-1,5 с соответственно микротвердость увеличилась с 3до 4-4,5 ГПа, а в переходной зоне достигла 4,75,5 ГПа (рисунок 3.28а). При уменьшении длительности импульса до гсв = 0,4 с микротвердость переходной области составила 4,5-6,2 ГПа (рисунок 3.286). Это значение микротвердости в сочетании с данными ЭДА характеризовало появление хрупких соединений в структуре переходной области, в частности интерме-таллидов и оксидов. Применение модулированного импульса с плотностью тока 61 А/мм2 (±2%) и минимальной длительности импульса 0,1 с способствовало возрастанию микротвердости переходной области до 8,5-10,3 ГПа, что, вероятно, было связано с появлением твердых фаз.
а
б
Рисунок 3.28 - Распределение микротвердости в переходной зоне сварных соединений технического титана с быстрорежущей инструментальной сталью Р6М5
Согласно результатам ЭДА в переходной области содержание железа варьировалась от 4,47 до 18,93 вес.% (среднее значение составляло около 13,21 вес.%), хрома - около 3,06 вес.%, а содержание кислорода было высоким (рисунок 3.29, таблица 3.5) [107, 114, 136].
Таблица 3.5 - Элементный состав переходной зоны сварного соединения стали с титаном, вес.%
Спектр О Т1 Сг Мп Ее Мо
1 50,95 48,45 - - 0,60 -
2 60,59 33,65 1,30 - 4,47 -
3 41,91 39,72 3,49 - 14,88 -
4 26,74 48,36 5,96 - 19,93 -
5 - - 18,85 1,03 77,32 2,80
6 45,99 37,74 3,06 - 12,21 -
Рисунок 3.29 - Микроструктура переходной области с отмеченными местами измерения химического элементного состава (участки «1-5» и выделенной областью «6») [114]
Таким образом, в составе переходной зоны данные микротвердости подтвердились наличием хрупких интерметаллических соединений и оксидных включений.
Согласно полученным результатам исследования воздействия ТКС на процесс образования неразъемного соединения «сталь-титан» было выявлено, что применение модулированного токового импульса при наименьшей плотности тока 60 А/мм2 (±2%) и длительности 0,1 с обеспечивало образование прочных связей между свариваемыми металлами. В свою очередь применение постоянного импульса при низкой плотности тока 60-120 А/мм2 (±2%) и длительности импульса 0,1 и 0,9 с соответственно не приводило к образованию прочного соединения. Сварные соединения, полученные на режимах ТКС «1200-1,2» и «2400-0,6» обладали одними из самых высоких показателей прочности в сочетании с высо-
кой пластичностью. Ввиду всех полученных показателей неразъёмных соединений для дальнейшей термообработки ТВЧ были отобраны образцы с наибольшей прочностью 112 МПа, полученные по режиму «1200-1,2» и образцы с прочностью 96 МПа (режим получения «м-1200-0,1»).
3.3. Исследование последующей термообработки ТВЧ сталь-титановой сборки
Вторым этапом технологии получения СТО-структуры для режущего инструмента является процесс термообработки ТВЧ. Для проведения процесса модификации были подготовлены образцы двух серий. Пластина технического титана приваривалась к инструментальной стали Р6М5 методом ТКС на оптимальных режимах, установленных ранее. При образовании неразъемного соединения неизменными являлись диаметр контактных площадок электродов йэл = 5 мм и сила сжатия электродами = 600 Н. Для первой серии применялся режим контактной сварки с модулированным импульсом тока с величиной сварочного тока 1св = 1200 А при плотности усв = 61 А/мм2 (±2%) и длительности импульса гсв = 0,1 с. Для второй серии постоянный единичный импульс с током /св = 1200 А при той же плотности У/св = 61 А/мм2 (±2%), но с длительностью импульса гсв = 1,2 с. Термообработка ТВЧ сборки «сталь-титан» проводилась в открытой воздушной атмосфере в температурном интервале от 1000 до 1250 °С (температура в данном процессе является выходной характеристикой задаваемой электрическими параметрами установки). Далее осуществлялась выдержка в течении 60180 с, в результате которой происходит диффузия кислорода в титан и формирование титан-оксидного слоя на поверхности СРП. По завершению цикла термообработки образец охлаждался в камере нагрева до комнатной температуры. Применяемые режимы термообработки ТВЧ представлены ниже (таблица 3.6) [32, 34, 83, 109, 114, 136].
Таблица 3.6 - Режимы термообработки ТВЧ сталь-титановой сборки
Режим ТКС [вид импульса-/св, А-Тсв, с] № образца Удельная потребляемая электрическая мощность Вт/г (±1%) Ток индуктора /инд, кА (±0,05) Температура термообработки, Т ,°С (±30°С) Длительность выдержки с Код режима [серия образца-Т, °С-*, с]
1 117 2,80 1000 60 1-1000-60
2 125 2,90 1100 60 1-1100-60
3 140 2,75 1200 60 1-1200-60
4 145 2,70 1250 60 1-1250-60
5 117 2,80 1000 120 1-1000-120
м- 6 125 2,90 1100 120 1-1100-120
1200-0,1 7 140 2,75 1200 120 1-1200-120
8 145 2,70 1250 120 1-1250-120
9 117 2,80 1000 180 1-1000-180
10 125 2,90 1100 180 1-1100-180
11 140 2,75 1200 180 1-1200-180
12 145 2,70 1250 180 1-1250-180
1 117 2,80 1000 60 2-1000-60
2 125 2,90 1100 60 2-1100-60
3 140 2,75 1200 60 2-1200-60
4 145 2,70 1250 60 2-1250-60
5 117 2,80 1000 120 2-1000-120
1200-1,2 6 125 2,90 1100 120 2-1100-120
7 140 2,75 1200 120 2-1200-120
8 145 2,70 1250 120 2-1250-120
9 117 2,80 1000 180 2-1000-180
10 125 2,90 1100 180 2-1100-180
11 140 2,75 1200 180 2-1200-180
12 145 2,70 1250 180 2-1250-180
3.3.1. Анализ макрогеометрии и твердости поверхности металлооксидной структуры
В результате термообработки ТВЧ на поверхности титана образуется толстый слой окалины, характеризуемый хрупкостью и наличием внутренних напряжений. При охлаждении из-за недостаточной прочности данный наружный слой разрушается или самопроизвольно отделяется. Под отделившимся слоем окалины находятся высокотвердый оксидный и диффузионный слои, которые определяют функциональность слоистой СТО-структуры.
Для первичного отбора наиболее перспективных СТО-изделий была проведена оценка физико-механических свойств и морфологии поверхности. Для измерения твердости поверхности модифицированного титана применялся метод измерения твердости вдавливанием алмазного конуса под нагрузкой 60 кгс по шкале HRA. Данный метод позволил оценить твердость оксидного покрытия с диффузионным слоем без воздействия на стальную основу самого изделия.
Результат воздействия термообработки ТВЧ на 1 серию образцов для выходного параметра У от входных факторов х1, х2 представлен полиномиальной функцией 2-го порядка:
У = а + Ь • х± + с • х2 + й • х\ + е • х| + / • х± • х2, (3.1)
где а, Ь, с, d, е, f - весовые коэффициенты модели, статистическая значимость которых рассчитывалась с применением критерия Стьюдента (условие Р(1) ^ 0). Проверка адекватности выбранного типа модели выполнялась с применением F-критерия Фишера (условие Р(Р) ^ 0).
Для твердости титан-оксидной структуры выбранная модель характеризовалась коэффициентом корреляции Я2 не менее 0,91 (рисунок 3.30). Для оценки мо-
дели представлены весовые коэффициенты и критериальная оценка зависимости ШЛ1 / О (Таблица 3.7).
Рисунок 3.30 - Зависимость твердости ИКЛ поверхности титан-оксидной структуры от удельной потребляемой электрической мощности/п и длительности ? выдержки (ТКС проведена на режиме «м-1200-0,1»)
Таблица 3.7 - Весовые коэффициенты и критериальная оценка для /) зависимости 1-ой серии экспериментальных образцов
Переменная Значение Стандартное отклонение ¿-критерий Стьюдента Вероятность Р®
а 2,3068х102 89,6264 2,5737 0,04
Ь -0,2844 0,1589 -1,7888 0,1
с -0,1798 0,1285 -1,3988 0,2
й 1,3057х10-4 7,0479х10-5 1,8526 0,1
е -2,4306х10-4 2,6966х10-4 -0,9013 0,4
/ 2,2034х10-4 9,7292х10-5 2,2647 0,06
Я2 0,918 - - -
Б-критерий 13,42 - - 0,0
Типовая характеристика процесса термообработки ТВЧ для выходного параметра твердости от входных значений температуры и длительности выдержки соответствует:
ЯДЛ = (2,3068 X 102) + (-0,2844) • уп + (-0,1798) • г + (1,3057 X 10-4) • уп2 + (-2,4306 X 10-4) • + (2,2034 X 10-4) • уп • г.
(3.2)
Результат воздействия процесса термообработки на 2 серию образцов для выходного параметра У от входных факторов х\, х2 описывалась полиномиальной функцией 2-го порядка:
У = а + + + й
*2,
(3.3)
где а, Ь, с, d - весовые коэффициенты модели. Выбранная модель характеризовалась коэффициентом корреляции Я2 не менее 0,71 (рисунок 3.31). Для весовых коэффициентов модели представлена критериальная оценка зависимости НКА2(/п,0 (Таблица 3.8).
Рисунок 3.31 - Зависимость твердости НЯА поверхности титан-оксидной структуры от удельной потребляемой электрической мощности /п и длительности ? выдержки (ТКС проведена на режиме «1200-1,2»)
Таблица 3.8 - Весовые коэффициенты и критериальная оценка для ИКЛ2(/ ?) зависимости 2-ой серии экспериментальных образцов
Переменная Значение Стандартное отклонение ¿-критерий Стьюдента Вероятность т
а 49,7994 9,9567 5,0016 0,001
Ь 1,8418х10-2 7,3817х10-3 2,4951 0,04
с 0,2292 0,1013 2,2629 0,05
й -1,1111 х10-3 4,1763 х10-4 -2,6605 0,03
Я2 0,715 - - -
Б-критерий 6,67 - - 0,0
Типовая характеристика процесса ИТО для выходного параметра твердости от входных значений температуры и длительности выдержки соответствует:
НЯА = 49,7994 + 1,8418 X 10-2 • уп + 0,2292 • t + (-1,1111 X 10-3) • г2 (3.4)
Применение выдержки при температуре 1000 °С продолжительностью 60 с позволяет сформировать слой с твердостью около 78-79 ИКЛ независимо от режима ТКС. Рост температуры при той же выдержке в обоих случаях обеспечивает увеличение твердости покрытия до 82-84 НЕЛ. При дальнейшем увеличении выдержки до 120 с и при температуре 1000-1250 °С (±2%) формируется твердый оксидный слой с большей твердостью 80-87 НЕЛ (соответственно температуре) в первой серии изделий и 80-85 ИЯЛ - во второй образцов. Однако дальнейшее увеличение выдержки во второй серии привело к снижению твердости ниже 75 НЕЛ не зависимо от температуры. Данные результаты твердости связанны с возможным наличием пор в основе, которые при повышении температуры выдержки привели к образованию пустот в соединении титана со сталью. В случае первой серии изделий предварительная контактная сварка не оказывает существенного влияния на СТО-систему в связи с линейным ростом твердости при повышении температуры выдержки и выдержки. Хотя применение выдержки при
температуре 1000±30 °С не обеспечивает линейной зависимости твердости от выдержки.
Анализ полученных результатов твердости показал, что применение ТКС на режиме «м-1200-0,1» обеспечивает более стабильную систему «сталь-титан», при которой идет рост твердости в зависимости от повышения технологических режимов МТО ТВЧ. В свою очередь термообработка ТВЧ при температуре 10001100 °С не обеспечивает высокой твёрдости поверхности покрытия в отличии от применения более высокой температуры. Так как конечной целью работы является получения системы с наибольшей износостойкостью и твердостью, то дальнейшее изучения образцов с твердостью ниже 82 НЯА (эквивалентно твердости около 62 НКС для инструментальной стали) не целесообразно.
В процессе работы режущие инструменты являются одним из элементов пар трения «инструмент - обрабатываемая деталь» и «инструмент - стружка». Любой процесс трения сопровождается налипанием обрабатываемого материала и выделением тепла, которые вызывают локальный перегрев поверхности и отрывания верхнего слоя изделия вследствие чего живучесть инструмента значительно снижается. Для уменьшения налипания и перегрева рабочая поверхность должна обладать наименьшей шероховатостью, поэтому дальнейшее исследование изделий было направленно на исследование морфологии поверхности при помощи оптической микроскопии.
Анализ морфологии поверхности осуществлялся для образцов, прошедших высокотемпературную модификацию при 1200±30 и 1250±30 °С для 1-ой серии с выдержкой 60, 120 и 180 с, для 2-ой серии с выдержкой 60 и 120 с (рисунки 3.32, 3.33).
Согласно полученным изображениям морфологии поверхности, наблюдаются черты характерные для высокотемпературной обработки при 1200±30 и 1250±30 °С. Образцы во время выдержки при 1250±30 °С обладали характерной тёмно-серой поверхностью (рисунки 3.326,д, 3.336,г). Наличие тёмно-серого оттенка титана свидетельствует о наличии прочной твердой оксидной фазы рутила
TiO2 в поверхности. Качество плоскости данных изделий была выше в виду отсутствия или же малого размера различных дефектов и несплошностей в приваренном титане.
Рисунок 3.32 - Изображение морфологии поверхности образцов 1-ой серии на виде сверху титан-оксидной поверхности и на виде сбоку титанового покрытия 1 и стальной основы 2: а) образец «1-1200-60»; 6) образец «1-1250-60»; в) образец «11200-120»; г) образец «1-1200-180»; д) образец «1-1250-180»
Рисунок 3.33. - Изображение морфологии поверхности образцов 2-ой серии на виде сверху титан оксидной поверхности и на виде сбоку титанового покрытия 1 и стальной основы 2 с дефектом покрытия 3: а) образец «2-1200-60»; б) образец «2-1250-60»; в) образец «2-1200-120»; г) образец «2-1200-120»
При температуре 1200 °С на поверхности титана кроме тёмно-серых областей сформировались области коричневого и синего оттенков (рисунки 3.32а,в,г, 3.33а,в). Данный цвет характерен также для окисленных фаз железа FeO, которые в процессе нагрева перенеслись на поверхность титана и вступили в реакцию с ним, образовав дополнительные фазы. При достижении температуры 1200±30 °С удельная потребляемая электрическая мощность Рп составляла 140(±1%) Вт/г, вследствие чего скорость нагрева ниже, чем при Т = 1250 °С (±2%). Так как температура окисления железа ниже температуры окисления титана. При продолжительном времени нагрева железо успевает окислиться и вступить в реакцию с поверхностью титана, которая еще не приобрела поверхностную окалину. В свою очередь на титановом покрытии после термообработки ТВЧ при 1250±30 °С наблюдалось образование более толстого слоя окалины белого цвета без дополнительных включений.
В процессе изучения поверхностной твердости покрытие образца «1-125060» было разрушено и полностью отделилось от основы в виду наличия внутренних дефектов. Также на образце «2-1200-60» часть вершины при индентировании откололась с образованием дефекта 3 (рисунок 3.33а).
3.3.2 Исследование микротвердости и элементного химического состава слоистой сталь-титан-оксидной структуры
В процессе первичного исследования морфологии и твердости поверхности были отобраны образцы с наилучшими показателями. Для осуществления дальнейших исследований влияния термообработки ТВЧ на сталь-титановую сборку были подготовлены шлифы поперечного сечения изделий. Для измерения твердости верхнего слоя, границы сплавления и стали применен метод вдавливания алмазной четырехгранной пирамиды под нагрузкой в 0,98 Н по методу Виккерса. Из полученных результатов были построены графики зависимости твердости от глубины индентирования (рисунки 3.34, 3.35). Согласно полученным результатам твердости, закалка стальной основы завершилась с достижением твёрдости сердцевины основы в диапазоне 8-10 ГПа. Однако твердость поверхностного слоя, контактирующего с титаном заметно ниже (5-6 ГПа) сердцевины до глубины в 100 мкм при малой и средней выдержках, а при выдержке 180 с твердость заметно снижается в поверхностном слое на глубине до 200 мкм при температуре 1200±30 °С, когда при температуре 1250±30 °С верхний слой незначительно ниже сердцевины и составляет 7-8 ГПа. В процессе построения графиков были отмечены пределы стандартного отклонения, которые характеризуют образования различных слоев в зависимости от глубины. Так при глубине 50 мкм от границы раздела металлов наблюдалось высокое стандартное отклонение, вызванное высокими напряжениями, наличием высокотвердых и хрупких интерметаллидных фаз. Наиболее стабильные показания фиксируются при выдержке 180 с и при температуре 1250±30 °С стандартное отклонение в основном не превышает 5% от средне-
го значения. Данный режим также значительно снизил перепад твердости в зоне соединения, обеспечив тем самым повышение адгезионных свойств покрытия к основе.
12 11
-500 0 500 мкм
Титан ^ Сталь
500 0 500 мкм -500 0 500 мкм
Титан ^ Сталь Титан ^ Сталь
Рисунок 3.34 - Микротвердость СТО структуры 1-ой серии образцов при различной выдержке V. 60 с (а), 120 с (б) и 180 с (в)
Также выявлено, что более продолжительная выдержка изделий значительно повышает твердость поверхностных слоев, образовывая оксиды титана. Наибольшая твердость составила 14,0±1,1 ГПа, что соответствует показателям
для твёрдых сплавов. Основная часть покрытия обладает твердость не более 11 ГПа, что находится на уровне твердости для закаленных инструментальных сталей. Одним из лучших результатов по твердости обеспечивался термообработкой по режиму «1-1250-180» в виду наибольшей твердости поверхности, стабильных показаний по всей слоистой структуре и снижении напряжений в границе раздела металлов. В виду чего следующим этапом уточняющего исследования стало изучение элементного химического состава СТО-структуры образца «11250-180».
14 14
13 13
-Б00 0 500 мкм -500 0 500 мкм
Титан о^ Сталь Титан ^ Сталь
Рисунок 3.35 - Микротвердость СТО пластин 2-ой серии образцов с выдержкой V.
60 с (а) и 120 с (б)
Для данной цели была исследована поверхность модифицированного титана и поперечное сечение всей СТО-системы. Элементный состав покрытия с наибольшей твердостью был представлен титаном и кислородом, а также незначительным количеством примесей (Рисунок 3.36, Таблица 3.9).
а б
Рисунок 3.36 - Морфология поверхности окисленного титанового покрытия и
участки «1-3» уточняющего исследования элементного состава: а - общий вид
рабочей поверхности вершины режущей пластины; б - морфология поверхности
вершины (прямоугольниками показаны участки для анализа элементного состава)
Таблица 3.9 - Элементный состав поверхности титан-оксидного покрытия,
вес.%
Спектр С О Т1 V Ее
1 1,31 36,90 60,03 0,74 1,02
2 1,58 24,36 71,77 1,20 1,09
3 0,92 34,80 63,71 0,00 0,56
Среднее значение 1,27±0,27 32,02±5,48 65,17±0,49 0,65±0,5 0,89±0,24
Результаты энергодисперсионного анализа подтвердили, что в процессе термообработки ТВЧ поверхность титана насыщалась кислородом, что привело к формированию в покрытии оксидов титана, в частности тонкого слоя рутила ТЮ2. Значение содержания углерода завышено, что связано с особенностями данного метода определения элементного состава материалов; содержание углерода в данной стали не превышает 0,9-1,0 вес.%. В свою очередь наличие железа и углерода на поверхности титана подтверждают данные анализа макроструктуры, где
было зафиксировано наличие дополнительных включений в виде различных цветовых оттенков после высокотемпературного нагрева.
Дальнейшее исследование элементного состава было проведено по поперечному сечению СТО-структуры (рисунок 3.37, таблицы 3.10, 3.11). В результате исследования определено, что в процессе модификации кислород проникает на глубину до 300 мкм, однако, его высокая концентрация наблюдалась только в приповерхностном слое. Так при температуре 1200 °С толщина насыщенного титан-оксидного слоя составила около 50 мкм, что подтверждается зафиксированными результатами твердости на поверхности и данной глубине свыше 12 ГПа. А применение ТВЧ при температуре 1250±30 °С позволило увеличить диффузионный насыщенный кислородом слой до 150 мкм, что обеспечило прирост твердости еще на 2-3 ГПа относительно меньшей температуры. Результаты элементного состава границы и около граничной области стали и титана значительно различаются на разных режимах.
Таблица 3.10 - Элементный состав титан-оксидного покрытия, границы «сталь-титан» и стальной основы в поперечном сечении изделия «2-1200-120» (вес.%)
Спектр О Т1 V Сг Ее Мо W
1 40,66 39,13 - - 20,21 - -
2 35,51 64,49 - - - - -
3 4,13 95,87 - - - - -
4 4,29 95,71 - - - - -
5 4,28 95,72 - - - - -
6 0,47 99,53 - - - - -
7 - 67,71 0,92 1,44 30,23 - 3,70
8 - 0,17 1,96 4,16 84,58 0,93 8,20
9 - - 2,14 4,15 82,37 1,56 9,78
10 - - 2,11 4,30 83,99 1,02 8,58
Таблица 3.11 - Элементный состав титан-оксидного покрытия, границы «сталь-титан» и стальной основы в поперечном сечении изделия «1-1250-180» (вес.%)
Спектр О Т1 V Сг Ее Мо W
1 43,84 32,65 - - 23,51 - -
2 47,43 52,57 - - - - -
3 43,72 56,28 - - - - -
4 40,74 59,26 - - - - -
5 5,47 94,53 - - - - -
6 3,99 96,01 - - - - -
7 9,28 53,96 0,97 1,40 30,74 - 3,65
8 3,46 26,89 2,06 3,50 56,23 1,37 6,48
9 1,88 4,11 83,81 1,91 8,28
10 1,76 4,22 84,82 1,57 7,63
11 1,82 4,21 84,49 1,94 7,53
а б
Рисунок 3.37 - Микроструктура сечения СТО-системы и распределение по глубине элементного состава для изделий: «2-1200-120» (а) и «1-1250-180» (б) (прямоугольниками показаны участки для анализа)
В первом случае граница сплавления характеризуется взаимным перемешиванием компонентов системы на глубине до 50 мкм и образованием соединений титана с железом и легирующими элементами, содержащимися в стали без наличия кислорода. Это обеспечило высокие результаты прочности соединений с пластическим характером растяжения, что было показано ранее. В свою очередь на режиме 1250±30 °С на расстоянии от границы сплавления не более 50 мкм так же происходит образование соединений стали и титана, но с наличием кислорода. Наличие умеренного количества кислорода снижает пластичность соединения и образует твердый подслой у основания покрытия после высокотемпературной обработки, что подтверждается результатами твердости.
В результате исследования морфологии, физико-механических свойств и элементного химического состава СТО-структуры было выявлено, что применение ТКС при определенных режимах довольно эффективно для образования неразъёмного соединение между стальной основой и титановым листом. Дальнейшая высокотемпературная (1200-1250°С) модификация обеспечивает повышение твёрдости титанового покрытия более чем в 5 раз.
3.3.3 Определение режущей способности и долговечности сталь-титан-оксидной структуры сменной многогранной пластины
Исследования морфологии поверхности, элементного химического состава и физико-механических свойств определили количественные показатели системы со СТО-структурой. Полученные данные позволяют оценить теоретический потенциал полученного решения задачи, однако для подтверждения эффективности к ее применению в качестве обрабатывающего инструмента необходимо выполнить тесты на режущую способность. По этой причине в данной работе применен метод реальных испытаний СРП с износостойкими покрытиями при токарной обработке. Результат измерения твердости покрытия составил 11-12 ГПа, что выше показателей легированных инструментальных, углеродистых сталей и сравнима с
показаниями титановольфрамовых сплавов. В связи с этим для обработки резанием была выбрана углеродистая сталь 45 в нормализованном состоянии (твердость 2,0-2,5 ГПа). Обрабатываемое изделие для обеспечения чистоты эксперимента имело обработанную поверхность до диаметра 18 мм и длинной 200 мм.
В процессе эксперимента предлагаемый вариант сравнивался с аналогичными сменными режущими инструментами. В качестве аналога использовали СРП с идентичной геометрией из быстрорежущей стали Р6М5 и твердого сплава с покрытием TiN [34, 72, 114, 143].
Процесс обработки осуществляли при одинаковых режимах резания, согласно рекомендованным табличным значениям (ISO 3685:1993), а именно глубине резания h = 0,5 мм, скорости резания и = 34,5 м/мин, подаче 0,3 мм и без подачи СОЖ (рисунок 3.38) [122]. Процесс резания останавливался при потере работоспособности или же при критическом износе в 0,3 мм. При испытании режущей способности, использовались режимы резания, в частности глубина резания, скорость резания и подача.
а б
Рисунок 3.38 - Испытание на стойкость СРП со слоистой СТО-структурой изделия первой серии после термообработки при 1250 °С в течении 180 с при 1-ом (а)
и 11-ом (б) проходах: 1 - обрабатываемая прутковая заготовка из стали 45; 2 -сегментная стружка; 3 - сливная стружка; 4 - сменный резец экспериментальной
конструкции; 5 - державка резца
Сменные пластины, изготовленные по технологии 2-ой серии образцов при испытании на режущую способность практически с первых миллиметров контакта с обрабатываемой деталью подверглись износу и потеряли работоспособность. Титановое покрытия на режущей кромке было полностью разрушено.
На изделиях «2-1200-60», «2-1250-60» и «2-1200-120» (рисунок 3.39а, б) титановое покрытие разрушилось моментально при воздействии нагрузки. Изделие «2-1250-120» (рисунок 3.39г) при исследовании твердости отличалось высокой твердостью поверхности и покрытия, что позволило ему проработать до образования критического износа за два прохода. Видно, что титановое покрытие частично деформировалось на глубину около 0,3 мм, но не отделилось фрагментом, как в предыдущих испытаниях.
Рисунок 3.39 - Рабочая поверхность СРП после испытания на режущую способность: а) «2-1200-60»; б) «2-1250-60»; в) «2-1200-120»; г) «2-1250-120»
При проведении эксплуатационных испытаний СРП, полученных при режимах 1-ой серии образцов, наиболее устойчивыми оказались изделия «1-1250120» и «1-1250-180». Пластины этой серии, полученные при 1200 °С (±2%) с выдержкой 60-180 с и при 1250 °С (±2%) с выдержкой 60 с, получили критический износ на первом проходе. Судя по характеру износа режущей кромки, система «сталь - титан», модифицированная в течение 60 с, обладала наименьшей стойкостью. В результате титановое покрытие полностью было срезано со стальной основы, при этом наблюдалась поводка самой основы (рисунок 3.40а, б).
Рисунок 3.40 - Рабочая поверхность СРП после испытаний на режущую способность: а) «1-1200-60»; б) «1-1250-60»; в) «1-1200-120»; г) «1-1200-180»
Применение более продолжительной модификации обеспечило повышение твердости, как это было отображено в зависимостях (рисунки 3.30, 3.31). Вследствие чего на образцах «1-1200-120» и «1-1200-180» образовался критический износ в 0,3 мм, но целостность нижней части покрытия осталась не нарушенной
(рисунок 3.40 в, г). Образцы СРП, показавшие наилучшие результаты по износостойкости при резании металлов, сравнивали с существующими аналогами (таблица 3.12).
Таблица 3.12 - Результаты испытания на стойкость экспериментальных и стандартных режущих пластин.
№ изделия Вид сменной режущей пластины Время работы Граб, мин
1 Быстрорежущая сталь марки Р6М5 с титан оксидным покрытием «1-1250-120» 8
2 Быстрорежущая сталь марки Р6М5 с титан оксидным покрытием «1-1250-180» 20
3 Быстрорежущая сталь марки Р6М5 10
4 Твердый сплав с покрытием TiN 20
Образцы «1-1250-120» и «1-1250-180» при токарной обработке стали 45 показали наилучшие результаты среди всех пластин, полученных методом ТКС и последующей термообработки ТВЧ. На поверхности изделий зафиксирован характерный износ, связанный с образованием кратера вблизи режущей кромки из-за трения сходящего слоя металла - стружки (рисунок 3.416, 3.436). Характерно также, что в процессе резания на начальном этапе стружка разделялась на мелкие сегменты, что характерно только для резцов со специальной поверхностью имущей стружколомательный профиль (рисунок 3.38а). После отработки половины своего ресурса экспериментальные пластины стали образовывать цельную сливную стружку (рисунок 3.386).
СТО режущая пластина «1-1250-120» проработала до образования критического износа не более 8 минут. Как показано далее, произошло стачивание боковой грани инструмента, после которого пластина продолжала работать, однако качество обработанной поверхности ухудшилась (рисунок 3.41). Размер износа превысил допустимую отметку 0,3 мм, что стало окончательным тестовым результатом. Данная пластина по износостойкости сравнима с пластиной из быст-
рорежущей стали Р6М5, наработка на отказ которой была не более 10 минут (рисунок 3.42).
а б
Рисунок 3.41 - Морфология поверхности СРП с титан-оксидным покрытием «11250-120»: а) до тестового испытания; б) после тестового испытания
а б
Рисунок 3.42 - Морфология поверхности пластины, изготовленной из закаленной
быстрорежущей стали марки Р6М5: а) до тестового испытания; б) после тестового
испытания
Хотя пластина также продолжала работать, критический износ имел наиболее выраженный вид, чем при применении режущей пластины со СТО-структурой (рисунки 3.416, 3.426). При резании СРП из быстрорежущей стали с первой минуты обработки образовывалась цельная сливная стружка. Так же сход стружки по пластине оставил наиболее выраженный кратер износа. Боковая режущая грань так же была сточена на глубину более 0,3 мм.
По результатам испытания СРП «1-1250-180» показала белее высокую износостойкость (рисунок 3.43). Данный режим формирования СТО-структуры позволил получить режущую пластину с износостойкостью сравнимой с пластиной из твердого сплава на поверхности, которой нанесено нитридное покрытие ТМ По истечении времени работы равном 20 минут критического износа экспериментальной пластины не наступило. На рабочей поверхности зафиксирован износ с образованием кратера и небольшой боковой износ не более 0,2 мм. При длительной обработке в течение всего времени качество обротанной поверхности было неизменным, что также было косвенным показателем отсутствия критического износа режущих кромок. Аналогичный результат по износостойкости виден при испытании твердосплавной пластины (рисунок 3.44).
а 6
Рисунок 3.43 - Морфология поверхности СРП с титан-оксидным покрытием «11250-180»: а) до тестового испытания; 6) после тестового испытания
а б
Рисунок 3.44 - Морфология поверхности СМП с TiN покрытием на твердом сплаве: а) до тестового испытания; б) после тестового испытания
Время работы СРП из твёрдого сплава с нитридным покрытием, как и при испытании СРП со СТО-структурой покрытия составило 20 минут. За это время наличие критического износа также не было зафиксировано, однако время работы самого покрытия из TiN менее 20 минут. За это время на режущей грани сформировался характерный износ твердого сплава в виде выкашивания поверхности налипающим материалом (рисунок 3.44б), чего не было зафиксировано на экспериментальных образцах пластин.
Полученная износостойкая СТО-структура «1-1250-180» по работоспособности и ресурсу, показавшая результат сравнимый с твердым сплавом, была изучена для выявления фазово-структурного состояния. Процесс РФА осуществляли на границе соединения «сталь-титан» после ТКС, проведенной на режиме модулированного импульса при сварочном токе 1св = 1200 А, и длительности импульса тсв = 0,1 с (Рисунок 3,45а), на поверхности СТО-структуры самого покрытия (Рисунок 3.46б), на глубине 0,25 мм от поверхности покрытия (Рисунок 3.45в) и на границе раздела металлов (Рисунок 3.45г) после термообработки ТВЧ при температуре Т = 1250±30 °С и выдержки 180 с (рисунок 3.45, таблица 3.13).
Рисунок 3.45 - Дифрактограмма СТО-структуры «1-1250-180» на границе раздела после ТКС (а), на поверхности титана после термообработки ТВЧ (6), на глубине 250 мкм титанового покрытия модификации (в) и на границе раздела материалов,
подвергнутых модификации (г)
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.