Ионные технологии упрочнения металлов:
азотирование, карбонитрация, оксидирование |  ION@PROCION.RU
Детали промышленных трубопроводов:
продажа, проектирование,
производство |  INFO@PROCION.RU
Детали промышленных трубопроводов:  INFO@PROCION.RU
Ионные технолгии упрочнения металлов:  ION@PROCION.RU
Азотирование стальных деталей и запирающих элементов трубопроводной арматуры

 

ООО "Ионные технологии" руководитель НИОКР, главный тех.эксперт В.В. Богданов
bogdan.ion@mail.ru
ООО "Ионные технологии" директор А.В. Оборин
oborin@procion.ru
ООО "Ионные технологии" инженеры исследователи Д.М. Кинзибаев
И.С. Соколова
Е.С. Уткин
lab@procion.ru

 В условиях стагнации мировой экономики одной из наиболее важных и ключевых задач, стоящих перед многими предприятиями, является, в-первую очередь, радикальное улучшение качества продукции при одновременном снижении затрат. Это возможно только с внедрением инновационных решений – замене дорогостоящего импортного оборудования и запасных частей на отечественные аналоги, не уступающие в качестве. Освоение передовых методов упрочнения металлов позволит догнать зарубежных производителей, которые за последние годы ушли далеко вперёд. К сожалению, в нашей стране технологии развиваются не столь стремительно, как в других странах, по одной простой причине – деградация отраслевой науки. Однако, не всё так плохо – поисковые работы, выполняемые малыми исследовательскими группами, позволяют в кратчайшие сроки возместить нехватку знаний и сократить отставание.

 Одним из решений задач, указанных ранее, является поверхностное упрочнение инструмента, используемого на производственных площадках крупных заводов. Упрочнение штампов, пресс-форм, режущего и различного вспомогательного инструмента позволит улучшить качество продукции, увеличить производительность и снизить затраты на производство деталей.

 Существует множество видов покрытий, применяемых для упрочнения изделий из металлов и сплавов (диффузионные, газотермические, гальванические и др.).

 Нанесение покрытий напылением (в том числе магнетронным), физическим или химическим осаждением, а также направленным излучением в вакууме являются высокоэффективными, но узкоспециализированными способами поверхностного упрочнения изделий. Основной недостаток – они являются трудозатратными и дорогостоящими для производства изделий массовой продукции.

 В массовом производстве наибольшее распространение нашли адгезионные гальванические покрытия, из диффузионных методов распространены азотирование и цементация.

 Гальванические покрытия, в частности хромирование или никелирование, не отвечают требованиям по конструктивной прочности и сцеплению слоя.

 Традиционные методы химико-термической обработки – азотирование в солях и газах, цементация в угле и газах – эффективные методы поверхностного упрочнения изделий, однако, являются высокозатратными, вредными и не обеспечивают размерную и чистовую точность, вдобавок опасны непосредственно для инженерного персонала.

 Перспективными методами ХТО являются ионно-вакуумное азотирование, карбонитрирование, оксикарбонитрирование, а также вакуумный отпуск/отжиг, всё вместе – комплекс ионно-вакуумной ХТО. Ионная ХТО имеет ряд преимуществ по сравнению с газами и цианистыми солями, а именно: экологическая безвредность и безопасность процесса; скорость обработки выше в 2 – 5 раз для тех же параметров упрочненного слоя; управляемость и гарантированная повторяемость результата; наилучшие показатели хрупкости/вязкости из всех видов покрытий; наименьшие деформации изделий в процессе обработки ввиду меньших температур; проектирование покрытий с обеспечением размерной и чистовой точности до нескольких микрометров. Только в вакууме можно обеспечить равномерную температуру и её плавное изменение по всему объёму камеры.

 В настоящее время наша компания ведет комплекс НИОКР по упрочнению различного типа инструмента, в частности для ООО «ВКС-Техно» г. Выкса. Проведены работы по замене импортных деталей немецкого производителя, применяемых в прокатном оборудовании.

РЕЗУЛЬТАТЫ МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

     Металлографическое исследование фрагментов деталей из стали 56NiCrMoV7 для ООО «ВКС-Техно» (г. Выкса).

     №1 – ионное азотирование 09.02.19 г. на установке ИОН-25И;

     № 2 – импортное упрочнение.

Таблица 1. Характеристики азотированного слоя
 

№1 Ионное азотирование

№2 Импортное упрочнение

Поверхностная твердость HV 5, кгс/мм2760 -780800 - 840
Поверхностная твердость HV 10, кгс/мм2710 - 730740 - 790
Поверхностная твердость HV 30, кгс/мм2695 - 700710 - 750
Поверхностная микротвердость HV 0.1, кгс/мм2775 - 840840 - 885
Глубина слоя по микроструктуре hm, мм0.41 - 0.420.41 - 0.42
Глубина слоя по микротвердости hс, мм0.600.50
Толщина нитридной зоны, мкм9 - 103 - 4
Хрупкость по шкале ВИАМI балл, не хрупкийI балл, не хрупкий

 

Микроструктура азотированного слоя фрагментов детали: а – х50; б – х1000 а, в – № 1 (ионное азотирование); б, г – № 2 (импортное упрочнение)

Рисунок 1. Микроструктура азотированного слоя фрагментов детали: а – х50; б – х1000

а, в – № 1 (ионное азотирование); б, г – № 2 (импортное упрочнение)

 

График распределения микротвердости по азотированного слоя детали
Рисунок 2. График распределения микротвердости по глубине азотированного слоя детали

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 На фрагменте детали №1 (ионное азотирование) азотированный слой имеет следующие характеристики: твердость 695 – 700 HV30; глубина слоя по микротвердости 0,60 мм; хрупкость I балл – не хрупкий.

 На фрагменте детали №2 (импортное упрочнение) в результате исследований механических свойств и химического состава, определено, что упрочнение является ионным азотированием в вакууме, слой имеет следующие характеристики: твердость       710 – 750 HV30; глубина слоя по микротвердости 0,50 мм; хрупкость I балл – не хрупкий.

 Полученный результат аналогичен импортному упрочнению, характеристики слоя в допусках КД, глубина слоя при значении большем на 15% даёт уменьшение поверхностной твёрдости на 5%. Износостойкий нитридный слой более развитый.

 Технологии упрочнения методами ионной ХТО позволяют внедрить новые конструкторско-технологические решения, поднять качество продукции на принципиально новый уровень, существенно снизить стоимость и обеспечить увеличение эксплуатационного ресурса ответственных деталей.

 На сегодняшний день ионно-вакуумное азотирование является передовой технологией поверхностного упрочнения деталей, превышающей по своим техническим характеристикам другие типы покрытий.

 Многолетний опыт, компетенции и приоритетные конструкторско-технологические решения позволили нам занять лидирующие позиции в разработке многих проектов «под ключ» для создания сберегающих производств белой металлургии в России и за рубежом (www.procion.ru).

ЧАСТЬ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ ДЛЯ ТРУБНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Детали «Накладка головки экспандера для трубы 1420 мм» заказчик «Выксунский металлургический завод» до упрочнения
до упрочнения
Детали «Накладка головки экспандера для трубы 1420 мм» заказчик «Выксунский металлургический завод» во время упрочнения
в процессе упрочнения
Детали «Накладка головки экспандера для трубы 1420 мм» заказчик «Выксунский металлургический завод» после упрочнения
после упрочнения
Замер твердости детали «Накладка головки экспандера для трубы 1420 мм» заказчик «Выксунский металлургический завод»
замер твердости
Рисунок 3. Детали «Накладка головки экспандера для трубы 1420 мм», заказчик «Выксунский металлургический завод»
  
Деталь «Сегмент-накладка для трубы 508х25» до ионного азотирования
до упрочнения
Деталь «Сегмент-накладка для трубы 508х25» во время ионного азотирования
в процессе упрочнения
Деталь «Сегмент-накладка для трубы 508х25» после ионного азотирования
после упрочнения
Замер твердости детали «Сегмент-накладка для трубы 508х25»
замер твердости
Рисунок 4. Деталь «Сегмент-накладка для трубы 508х25»
 

Детали «Суппорт резцедержки», заказчик «Выксунский металлургический завод»

Замер твердости детали «Суппорт резцедержки»,  заказчик «Выксунский металлургический завод»

Рисунок 5. Детали «Суппорт резцедержки»,  заказчик «Выксунский металлургический завод»

Дополнительный материал о сталях, применяемых в отечественном машиностроении для изготовления оснастки и инструмента.

 Работы выполняются в настоящее время и совместно с «НПП Редуктор» г. Кумертау.

 В отличии от Выксунского завода, для которых покупали металл из Германии, для этой  продукции было выбрано отечественное сырьё – раскатная поковка из стали 40ХН2МА.

Рисунок 6. Изделие – «Распорное кольцо подшипника» для прокатного стана  «2500» и «Распорное кольцо», заказчик «Магнитогорский металлургический комбинат»

 

Рисунок 7. Изделия для холодной протяжки металла – штампы и пуансоны из стали Х12Ф1, закачик – Лысьвенский металлургический завод, Пермский край, г. Лысьва, изготовитель – ИжСпецМаш, г. Ижевск.