Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева, Самара, Россия:

О. С. Бондарева, доцент кафедры технологии металлов и авиационного материаловедения, канд. техн. наук, эл. почта: osbond@yandex.ru
О. С. Добычина, аспирант кафедры технологии металлов и авиационного материаловедения
А. А. Мельников, доцент кафедры технологии металлов и авиационного материаловедения, канд. техн. наук

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева, Самара, Россия¹ ; Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк, Россия²:
С. В. Коновалов, главный научный сотрудник лаборатории ОНИЛ-4¹, проректор по научной и инновационной деятельности², докт. техн. наук, профессор, эл. почта: Konovalov@sibsiu.ru

Исследованы пробивной пуансон и профилегибочный ролик из стали Х12МФ, разрушенные в процессе эксплуатации. Методом искровой спектрометрии установлено, что сталь отвечала требованиям нормативной документации по химическому составу. Металлографические исследования показали, что структура стали представляет собой мелкоигольчатый мартенсит с выделениями карбидов разной величины по границам зерен. Методом энергодисперсионного рентгеноспектрального микроанализа в структуре стали обнаружены сульфиды, наличие которых является характерным для этого типа стали. Фрактографический анализ изломов позволил определить место зарождения первоначальной трещины и характер последующего разрушения инструмента. Установлено отклонение геометрии пуансона от чертежа, его рабочая поверхность имеет односторонний уклон. Это привело к неравномерным боковым напряжениям и хрупкому разрушению опорной поверхности пуансона. На рабочей поверхности профилегибочного ролика обнаружены следы износа и поперечные трещины, вызванные высокими контактными напряжениями в совокупности с разницей относительных скоростей поверхности ролика и заготовки. Развитие магистральных трещин в радиальном направлении ролика привело к его усталостному разрушению. Измерения твердости пуансона и ролика методом Роквелла выявили отклонение значений от нормативной документации. Обнаружено, что у пуансона повышена твердость, что увеличивает хрупкость инструмента и снижает его сопротивление ударным нагрузкам. Твердость рабочей поверхности ролика снижена, что приводит к уменьшению прочностных характеристик инструмента. Таким образом, разрушение инструмента было вызвано неравномерным действием рабочих напряжений в совокупности с нарушением рекомендаций по твердости инструмента.

1. Фридман Я. Б. Строение и анализ изломов металлов. — М. : Машгиз, 1960. — 128 с.
2. Григоренко В. Б., Морозова Л. В. Применение фрактографического анализа для определения причин разрушения изделий из среднеуглеродистых сталей // Труды ВИАМ. 2018. № 8 (68). С. 98–111.
3. Mecholsky J. J., DeLellis D. P., Mecholsky N. A. Relationship between fractography, fractal analysis and crack branching Journal of the European // Ceramic Society. 2020. Vol. 40, Iss. 14. P. 4722–4726.
4. Nukui Y., Kubozono H., Kikuchi S., Nakai Y., Ueno A., Kawabata M. O., Ameyama K. Fractographic analysis of fatigue crack initiation and propagation in CP titanium with a bimodal harmonic structure // Materials Science and Engineering: A. 2018. Vol. 716. P. 228–234.
5. Быстров В. А., Дьяков П. К., Уманец А. Г. Условия эксплуатации и износ валков прокатного стана горячего металла // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2014. № 5. С. 24–29.
6. Прозоров Я. С. Механизмы изнашивания инструментов при изготовлении изделий из древесных материалов. — Брянск : Изд-во БГИТА, 2018. — 25 с.
7. Болобов В. И. Закономерности разрушения материала ударника при повторяющихся единичных ударах // Записки Горного института. 2018. Т. 233. С. 525–533.
8. Околович Г. А. Штамповые стали для холодного деформирования металлов. — Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2010. — 202 с.
9. Бондарь О. В. Технологические особенности применения инструментальных высокохромистых штамповых сталей холодного деформирования в машиностроении // Актуальные проблемы в машиностроении. 2015. № 2. С. 386–390.
10. Корнилова А. В. Новые подходы к выбору инструментальных сталей для холодной листовой штамповки // Вестник МГТУ "Станкин". 2010. № 1 (9). С. 61–65.
11. Тюрин Н. Ф., Кирильченко П. Н., Фомицкий Е. И., Бочек А. П., Рубец А. С. Уменьшение карбидной неоднородности сталей типа Х12МФ для сварочных валков // Сталь. 2007. № 1. С. 69–74.
12. Корнилова А. В. Особенности разрушения инструментальной стали Х12МФ // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2015. № 6. С. 33–41.
13. Сотова Е. С., Якушкова А. И. Выбор оптимального режима термической обработки штампового инструмента из стали Х12МФ для операций холодного деформирования // Автоматизация и управление в машиностроении. 2018. № 1 (30). С. 1–9.
14. Степанкин И. Н., Поздняков Е. П., Куис Д. В. Контактное изнашивание полутеплостойких штамповых сталей Х12М И Х12МФ с поверхностно-модифицированным слоем // Трение и износ. 2019. Т. 40. № 1. С. 5–11.
15. Степанкин И. Н. Учет закономерностей контактного изнашивания поверхностного слоя штампового инструмента с целью повышения его стойкости // Трение и износ. 2017. № 3 (38). С. 185–192.
16. Алифанов А. В., Горецкий Г. П., Цуран В. В., Богданович И. А., Толкачева О. А. Исследование влияния высокотемпературной термомеханической обработки на структуру и механические свойства сталей, применяемых для изготовления рубильных ножей // Технические науки. 2020. № 8. С. 10–16.
17. Смирнов А. Е., Плохих А. И., Рыжова М. Ю., Акинин А. Б., Боев С. В. Повышение стойкости чеканного инструмента из стали Х12МФ проведением закалки в азоте высокого давления и термоциклирования // Металловедение и термическая обработка металлов. 2020. № 2 (776). С. 31–36.
18. Федосеев М. Е., Фомин А. А. Повышение эксплуатационных свойств инструментальной стали Х12МФ методом электроискрового легирования // Перспективное развитие науки, техники и технологий : сб. статей. — Курск, 2019. С. 307–311.
19. Bepari M. M. A. Carburizing: a method of case hardening of steel // Comprehensive Materials Finishing. Elsevier. 2017. P. 71–106.
20. Sugawara Y., Inoue W., Muto I., Hara N. Methodology for fabrication of highly pitting corrosion-resistant type 304 stainless steel by plasma carburizing and post-pickling treatment // Journal of the Electrochemical Society. 2018. Vol. 165, Iss. 9. P. 441–449.
21. Григоренко В. Б., Морозова Л. В. Применение растровой электронной микроскопии для изучения начальных стадий разрушения // Авиационные материалы и технологии. 2018. № 1 (50). С. 77–87.
22. ГОСТ 5950–73. Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Общие технические условия. Введ. 01.01.2002.