Исследование структуры и свойств сварной сталь-титановой конструкции и процесса ее последующей химико-термической обработки токами высокой частоты для создания металлообрабатывающего инструмента с износостойкими металлооксидными покрытиями

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований решена проблема повышения качества изделий комбинированной структуры «сталь – титан» за счет точечной контактной сварки и последующей индукционно-термической обработки, а также разработки технологических процессов получения функциональных оксидных покрытий с уникальным сочетанием структурных характеристик и повышенных физико-механических свойств. 1. На основе анализа научно-технической информации сформулированы ключевые положения, описывающие необходимость повышения физико-механических свойств поверхности металлов и сплавов различного назначения. 2. Разработана общая методика изготовления комбинированных конструкций системы «сталь – титан» за счет точечной контактной сварки и последующей индукционно-термической обработки; представлено обоснование выбора диапазонов температуры, продолжительности выдержки для возможности изменения структуры и свойств изделий, содержащих титановые элементы. 3. Получены численные решения самосогласованной краевой задачи электродинамики и теплопроводности для системы «индуктор – изделие», которые описывают кинетику нагрева комбинированных образцов системы «сталь – титан» до 1500 ºC и отражают влияние тока ин-дуктора (одновиткового) в диапазоне от 100 до 500 А и продолжительности воздействия ТВЧ до 300 с, включая выдержку при квазистационарной температуре, а также учитывают геометрию элементов системы, изменения тепло- и электрофизических свойств материалов, в частно-сти титана, и тепловых потерь, вызванных конвекцией и излучением. 4. Получены результаты экспериментальных исследований ИТО металлоизделий системы «сталь – титан» в высокотемпературном диапазоне, которые подтверждают протекание процесса формирования износостойкого оксидного подслоя, а также определены механизмы получения оксидных покрытий и разработаны технологические режимы обработки ТВЧ, которые дают возможность получить высокую твердость (не менее 1500 HV) в сочетании с достаточной износостойкостью в условиях механической обработки (резания) конструкционных сталей. Таким образом, применение комбинированных конструкций системы «сталь – титан» для металлообрабатывающих инструментов обеспечивается благодаря созданию прогрессив-ных технологических процессов их изготовления и модифицирующей обработки. Последним направлением технологического прогресса является использование аддитивных технологий, в частности электроискрового легирования. Однако этот подход имеет существенные ограничения в плане прочностных характеристик цельных «напечатанных» изделий и требует последующей обработки, включая формирование функциональных покрытий. Достаточно перспектив-ным является использование менее энергоемких процессов, в частности точеной контактной сварки стали с титаном, а также проведение последующего модифицирующего воздействия ИТО.