Nanotechnology in mechanical engineering: plasma modification of a thread-cutting tool
DOI:
https://doi.org/10.31498/2225-6733.37.2018.160266Keywords:
strengthening, plasma, comb, thread cutting, submicrostructureAbstract
The paper studies the process of plasma surface modification of a screw-threaded comb from Steel P6M5steel to form submicrocrystalline structure on the tool surface. Under certain technological conditions of plasma modification of the high-speed steel tool, the possibilities of additional increase of hardness and heat resistance are created due to the formation of the ultra-fine martensitic-carbide structure in the modified zone after the final tempering. Studies have shown that increase in the hardness and heat resistance of the cutting edges of the Steel P6M5 comb in plasma modification result from the action of substructural, dislocational and solid-hardening mechanisms of strengthening. In the structure of the modified zone, extremely dispersed carbide particles (about 100 nm) are formed that act as barriers and prevent the growth of austenitic grain and, consequently, martensite crystals at high-speed hardening in both the liquid and solid phases. However, the degree of HV and K4r58 increase is not significant, and the increase in the content of residual austenite and, moreover, saturation of the solid solution with carbon and carbide-forming elements presuppose the effectiveness of the final bulk tempering and the solidification with the release of secondary carbides. The values of hardness and heat resistance of the cutting edges exceeding the level of plasma modification without surface melting for a massive tool of high speed steel are achieved and, accordingly, plasma processing with surface micromelting, called plasma micro-and nanostructurization. The degree of dispersion of the structure after the complex reinforcement is an order of magnitude higher than that of a plasma processing of a massive instrument, and is similar to that of a plasma processing with micromelting and 2-3 orders of magnitude higher than with a standard bulk heat treatmentReferences
Список использованных источников (ГОСТ):
Иноземцев Г.Г. Проектирование металлорежущих инструментов / Г.Г. Иноземцев – М. : Машиностроение, 1984. – 272 с.
Родин П.Р. Металлорежущие инструменты / П.Р. Родин. – М. : Высшая школа, 1974. – 400 с.
Самотугин С.С. Плазменное модифицирование резьбонарезного инструмента / С.С. Самотугин, О.А. Христенко // Вісник Приазовського державного технічного університету. – 2017. – № 34. – С. 105-112. – (Серія : Технічні науки).
Самотугин С.С. Математическая модель процесса поверхностного плазменного упрочнения резьбонарезной гребенки / С.С. Самотугин, О.А. Христенко, В.А. Мазур // Захист металургійних машин від поломок : Зб. наук. пр. – 2014. – Вип. 16. – С. 14-16.
Горелик С.С. Рентгенографический и электронно-оптический анализ / С.С. Горелик, Я.Н. Расторгуев, Ю.А. Скаков. – М. : Металлургия. – 1971. – 368 с.
Васильев Д.М. Дифракционные методы исследования структуры / Д.М. Васильев. – М. : Металлургия. – 1977. – 247 с.
Самотугин С.С. Плазменное упрочнение инструментальных материалов / С.С. Самотугин, Л.К. Лещинский. – Донецк : Новый мир, 2003. – 338 с.
Самотугин С.С. Эксплуатационные свойства инструментальных сталей после комплексного объемно-поверхностного упрочнения / С.С. Самотугин, А.В. Пуйко, Н.Х. Соляник, Е.Б. Локшина // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1997. – № 5. – С. 2-6.
Крянина М.Н. Термическая обработка быстрорежущей стали с применением непрерывного лазерного излучения / М.Н. Крянина, А.М. Бернштейн, Т.П. Чупрунова // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1989. – № 10. – С. 7-12.
Бровер Г.И. Особенности строения и свойства инструментальных сталей после высококонцентрированного нагрева и отпуска / Г.И. Бровер, В.Н. Варавка, А.П. Русин // Физика и химия обработки материалов. – 1988. – № 5. – С. 107-113.
Залкин В.М. Некоторые аспекты теории эвтектических сплавов в свете новых экспериментальных данных / В.М. Залкин // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1993. – № 11. – С. 2-7.
Гончаренко И.А. Механизмы сверхпластичности и структурообразования в гетерофазных металлических материалах при фазовых переходах / И.А. Гончаренко, А.З. Гвоздеев // Металлы. – 1992. – № 3. – С. 166-171.
Долженков И.Е. Сфериодизация карбидов в стали / И.Е. Долженков, И.И. Долженков. – М. : Металлургия. – 1984. – 143 с.
Самотугин С.С. Плазменное микро- и наноструктурирование поверхности инструментальных сталей / С.С. Самотугин, В.А. Мазур // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2013. – № 4. – С. 29-37.
Гуляев А.П. Металловедение / А.П. Гуляев. – М. : Металлургия. – 1986. – 554 с.
Молотилов Б.В. Нанотехнологии – новое направление в прецизионной металлургии / Б.В. Молотилов // Сталь. – 2005. – № 1. – С. 97-100.
Валиев Р.В. Структура и свойства металлических материалов с субмикрокристаллической структурой / Р.В. Валиев, А.В. Корзников, Р.Р. Мулюков / Физика металлов и металловедение. – 1992. – № 4. – С. 70-86.
Шулаев В.М. Инженерия неорганических наноматериалов / В.М. Шулаев // Мир техники и технологий. – 2007. – № 2. – С. 62-64.
References:
Inozemtsev G.G. Proektirovanie metalorejuschieh instrumentov [Engineering cutting tools]. Moskow, Mashunostroinie Publ., 1984. 272 р. (Rus.)
Rodin P.R. Metalorejuschie instrumentu [Cutting tools]. Moskow, Vuschay shkola Publ., 1974. 407 р. (Rus.)
Samotugin S.S., Khrystenko O.A. Plazmenoe modifizurovanie rezbonareznogo instrumenta [Plasma modification of a threading tool]. Vestnik Priazovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Tekhnicheskie nauki – Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical sciences, 2017, no. 34, pp. 105-112. (Rus.)
Samotugin S.S., Khrystenko O.A., Mazur V.A. Matematicheskaya model prozesa plazmenogo poverhnostnogo uprochneniya rezbonareznoi grebenki [Mathematical model of the process of surface plasma hardening thread-cutting comb]. Zahust metalurgiinuh machun vid polomok – Protection of metallurgical machines from breakdowns, 2014, no. 16, pp. 14-16. (Rus.)
Gorelik S.S., Rastorguev Y.N., Skakov Y.A. Rentgenograficheskii i elecktronno-opticheskii analiz [X-ray and electron-optical analysis]. Moskow, Metallurgy Publ., 1971. 368 p. (Rus.)
Vaasiel’ev D.M. Difrakzuonnue metodu issledovaniya structuru [Diffractional structure analysis methods]. Moskow, Metallurgy Publ., 1977. 247 p. (Rus.)
Samotugin S.S., Leschinskiy L.K. Plazmenoe uprochnenie instrumentalnuh materialov [Plazma hardening of tools material]. Donetsk, Novui mir Publ., 2003. 338 p. (Rus.)
Samotugin S.S., Pyiko A.V., Solyanik N.H., Lokschuna E.B. Ekspluatazuonue svoistva instrumentalnuh stalei posle kompleksnogo ob’emno-poverhnostnogo yprochneniya [Performance properties of tool steels after complex bulk-surface hardening]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov – Metal science and heat treatment of metals, 1997, no. 5, pp. 2-6. (Rus.)
Kryanina M.N., Bernschtein A.M. Chuprunova T.P. Termicheskaya obrabotka bustroreguscei stali s primeneniem nepreruvnogo lazernogo izlucheniya [Heat treatment of high-speed steel using continuous laser radiation]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov – Metal science and heat treatment of metals, 1989, no. 10, pp. 7-12. (Rus.)
Brover G.I., Varavka V. N., Rusin A.P. Osobennosti stroeniya i svoista instrumentalnuh stalei posle vusokokonzentrirovanogo nagreva i otpuska [Features of the structure and properties of tool steels after highly concentrated heating and tempering]. Fizika i himiya obrabotki materialov – Physics and chemistry of materials processing, 1988, no. 5, pp. 107-113. (Rus.)
Zalkin V.M. Nekotorue aspect teorii evtekticheskih splavov v svete novuh eksperemental’nuh dannuh [Some aspects of the theory of eutectic alloys in the light of new experimental data]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov – Metal science and heat treatment of metals, 1993, no. 11, pp. 2-7. (Rus.)
Goncharenko I.A., Gvozdeev A.Z. Mehanizmu sverhplastichnosti istructuroobrazovaniya v geterofaznuh metalicheskih materialah pri fazovuh perehodah [Mechanisms of superplasticity and structure formation in heterophase metallic materials during phase transitions]. Metallu – Metals, 1992, no. 3, pp. 166-171. (Rus.)
Dolgenikov I.E., Dolgenikov I.I. Sveriodizazuya karbidov v stali [Spiderodization of carbides in steel]. Moskow, Metallurgy Publ., 1984. 143 p. (Rus.)
Samotugin S.S., Mazur V.A. Plazmenoe micro- i nanostructurirovanie poverhnosti instrumrntalnuh stalei [Plasma micro- and nanostructuring of the surface of tool steels] Uprochnyauschie tehnologii i pokrutiya – Strengthening technologies and coatings, 2013, no. 4, pp. 29-37. (Rus.)
Gulyav A.P. Metallovedenie [Metal science]. Moskow, Metallurgy Publ., 1986. 554 p. (Rus.)
Molotilov B.V. Nanotehnologii – novoe napravlenie v prezezionnoi metalurgii [Nanotechnology - a new direction in precision metallurgy]. Stal’ – Steel, 2005, no. 1, pp. 97-100. (Rus.)
Valiev R.V., Korznikov A.V., Mulykov R.R. Structura i svoistva metallicheskih materialov s submikrokristallicheskoi structuroi [Structure and properties of metallic materials with submicrocrystalline structure]. Fizika metallov i metallovedenie – Metal physics and metallography, 1992, no. 4, pp. 70-86. (Rus.)
Schulaev V.M. Ingeneriya neorganicheskih nanomaterialov [Inorganic Nanomaterials Engineering]. Mir tehniki i tehnologii – The world of equipment and technology, 2007, no. 2, pp. 62-64. (Rus.)
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
The journal «Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical sciences» is published under the CC BY license (Attribution License).
This license allows for the distribution, editing, modification, and use of the work as a basis for derivative works, even for commercial purposes, provided that proper attribution is given. It is the most flexible of all available licenses and is recommended for maximum dissemination and use of non-restricted materials.
Authors who publish in this journal agree to the following terms:
1. Authors retain the copyright of their work and grant the journal the right of first publication under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). This license allows others to freely distribute the published work, provided that proper attribution is given to the original authors and the first publication of the work in this journal is acknowledged.
2. Authors are allowed to enter into separate, additional agreements for non-exclusive distribution of the work in the same form as published in this journal (e.g., depositing it in an institutional repository or including it in a monograph), provided that a reference to the first publication in this journal is maintained.
