 |
| 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.
Перспективными методами упрочнения являются технологии ХТО: 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/мм2 | 760 -780 | 800 - 840 |
| Поверхностная твердость HV 10, кгс/мм2 | 710 - 730 | 740 - 790 |
| Поверхностная твердость HV 30, кгс/мм2 | 695 - 700 | 710 - 750 |
| Поверхностная микротвердость HV 0.1, кгс/мм2 | 775 - 840 | 840 - 885 |
| Глубина слоя по микроструктуре hm, мм | 0.41 - 0.42 | 0.41 - 0.42 |
| Глубина слоя по микротвердости hс, мм | 0.60 | 0.50 |
| Толщина нитридной зоны, мкм | 9 - 10 | 3 - 4 |
| Хрупкость по шкале ВИАМ | I балл, не хрупкий | I балл, не хрупкий |
 | |||
Рисунок 1. Микроструктура азотированного слоя фрагментов детали: а – х50; б – х1000 а, в – № 1 (ионное азотирование); б, г – № 2 (импортное упрочнение) |
 | |||
| Рисунок 2. График распределения микротвердости по глубине азотированного слоя на деталях |
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
 до упрочнения |  в процессе упрочнения | ||
 после упрочнения |  замер твердости | ||
| Рисунок 3. Детали «Накладка головки экспандера для трубы 1420 мм», заказчик «Выксунский металлургический завод» | |||
 до упрочнения |  в процессе упрочнения | ||
 после упрочнения |  замер твердости | ||
| Рисунок 4. Деталь «Сегмент-накладка для трубы 508х25» | |||
|
| ||
| Рисунок 5. Детали «Суппорт резцедержки», заказчик «Выксунский металлургический завод» | |||
|
| ||
| Рисунок 6. Детали «Гибочный валок прокатный», после ионного азотирования с поверхностной твердостью 585 – 610 HV10 (54 – 55 HRC) | |||
Дополнительный материал о сталях, применяемых в отечественном машиностроении для изготовления оснастки и инструмента.
В отличие от Выксунского завода, для которых покупали металл из Германии, для этой продукции было выбрано отечественное сырьё – раскатная поковка из стали 40ХН2МА.
Работы выполнены совместно с «НПП Редуктор» г. Кумертау.
 |  | ||
 |  | ||
 |  | ||
| Рисунок 7. Изделие – «Распорное кольцо подшипника» для прокатного стана «2500» и «Распорное кольцо», заказчик «Магнитогорский металлургический комбинат» | |||
 |  | ||
 |  | ||
| Рисунок 8. Изделия для холодной протяжки металла – штампы и пуансоны из стали Х12Ф1, заказчик – Лысьвенский металлургический завод, Пермский край, г. Лысьва, изготовитель – ИжСпецМаш, г. Ижевск. | |||
Упрочнение инструмента пресса для пошаговой формовки труб
Для предприятия ООО «Уралтехпромсервис» (г. Екатеринбург) выполнены работы по упрочнению инструмента пресса для пошаговой формовки и валы для прокатки труб. Детали изготовлены из сталей 30Х2Н2М и 40ХН.
 |  | ||
 |  | ||
 |  | ||
| Рисунок 9. Инструмент пресс для пошаговой формовки и валы для прокатки труб из сталей 30Х2Н2М и 40ХН, заказчик ООО «Уралтехпромсервис», г. Екатеринбург | |||
Таблица 2. Характеристики азотированного слоя
40ХН2МА | 40ХН | |
| Поверхностная твердость HV 5, кгс/мм2 | 635 – 665 | 605 – 645 |
| Поверхностная твердость HV 10, кгс/мм2 | 620 – 650 | 585 – 610 |
| Поверхностная твердость HV 30, кгс/мм2 | 570 – 585 | 520 – 530 |
| Поверхностная микротвердость HV 0.1, кгс/мм2 | 750 – 780 | 690 – 720 |
| Глубина слоя по микротвердости hс, мм | 0,45 | 0,35 |
| Толщина нитридной зоны, мкм | 3 – 10 | 9 – 10 |
| Хрупкость по шкале ВИАМ | I балл, не хрупкий | I балл, не хрупкий |
 | |||
| Рисунок 10. Микроструктура азотированного слоя стали 40ХН2МА |
 | |||
| Рисунок 11. Микроструктура азотированного слоя стали 40ХН |
 | |||
| Рисунок 12. График распределения микротвердости по глубине азотированного слоя на cталях |