Содержание:

Общие сведения. Что такое ХТО?

Азотирование червячных валов

Изменение поверхностного слоя изделия путем преобразования химического и фазового состава называют химико-термической обработкой (ХТО). Химико-термическую обработку используют для улучшения механических, трибологических и коррозионных свойств сталей и сплавов, повышая поверхностную твёрдость и, как следствие, износостойкость изделия. 

При использовании углерода в качестве насыщающего элемента процесс называется цементация, при применении азота в этом качестве — азотирование. Если применяются оба вышеуказанных элемента — нитроцементация, карбонитрация или карбонитрирование (широко употребляются все термины). Проникая в поверхностный слой изделия, атомы насыщающего элемента образуют твёрдые растворы внедрения, а также химические соединения с металлами, составляющими основу стали или сплава.

Азотирование сталей и сплавов - это один из видов химико-термической обработки металла. В качестве насыщающего элемента выступает азот. В процессе обработки атомы азота проникают в кристаллическую решетку металла, искажая её и создавая внутренние напряжения сжатия, часть атомов создаёт химические соединения – нитриды, которые образуют кристаллические структуры в виде игл и глобулярных образований в поверхностном слое, таким образом, уплотняя его, при этом твёрдость нитридов металла значительно больше, чем твердость самого металла. В итоге финишное диффузионное покрытие обладает как повышенным внутренним напряжением сжатия в поверхностном слое, так и включением нитридных образований легирующих элементов, именно такая композитная структура и определяет физико-механические характеристики всего изделия в целом.

Карбонитрирование стали - это химико-термический процесс насыщения поверхности стали азотом и углеродом. Во время этого процесса атомы углерода и азота диффундируют в структуру металла, создавая твердые растворы внедрения и/или замещения, таким образом, повышая твёрдость поверхностной зоны материала. Главное преимущество процесса карбонитрирования заключается в возможности применения недорогих, легко обрабатываемых низкоуглеродистых сталей для придания их поверхностям свойств, характерных для более дорогих и сложных в обработке марок сталей.

Весь процесс химико-термической обработки можно условно разделить на 3 этапа:

  • диссоциацию (преобразование насыщающих элементов в химически активную, в т.ч. атомарную форму, под воздействием температуры и/или электромагнитного поля);
  • адсорбцию и диффузию в структуру металла;
  • образование устойчивых атомарных связей с элементами кристаллической решётки в виде твёрдых растворов и химических соединений.

Ионная ХТО

Ионная химико-термическая обработка (ИХТО)– комплекс наиболее прогрессивных, ресурсосберегающих и безотходных процессов – ионное азотирование и карбонитрирование, которые обеспечивают преимущественные качества и служебные свойства на любых сталях, сплавах и металлокерамике и предназначены для различных изделий и инструмента во всех отраслях промышленности.

Процесс диффузионного насыщения осуществляется в азотсодержащей газовой среде при рабочем давлении в камере установки 0,4-10 мбар под воздействием импульсной плазмы (частота 10 кГц, напряжение 400-800 В), возникающей между катодом (деталями) и анодом (стенками вакуумной камеры). В результате физико-химических реакций, протекающих на поверхности деталей, охваченных слоем ионизированного газа, активно образуются различные модификации диффузионных покрытий, состоящие из нитридов и карбонитридов железа, хрома, ванадия, титана и других элементов. Такие покрытия в зависимости от исходной прочности металла обладают высокими качеством и служебными свойствами, в частности:

  • углеродистые и низколегированные стали  
    - h=0,2-1,1 мм, 350-650 HV; (35-58 HRC);
  • среднелегированные стали 
    - h=0,1-0,8 мм, 650-1200 HV; (58-71 HRC);
  • высоколегированные стали и Ti-сплавы 
    - h=0,01-0,3 мм, 700-1300 HV; (60-73 HRC);
  • инструментальные стали 
    - h=0,01-0,3 мм, 800-1300 HV; (64-73 HRC);
  • металлокерамика 
    - h=0,01-1,0 мм, 350-650 HV; (35-58 HRC);
  • чугуны 
    - h=0,1-0,3 мм, 500-700 HV; (49-60 HRC).
Ионное азотирование коленвала в установке ИОН
Упрочнённые изделия обладают высокой твёрдостью, усталостной и контактной прочностью, наилучшим комплексом износо-задиростойких и антикоррозионных свойств:
 
  • коэффициент трения со смазкой - 0,03-0,05;
  • коэффициент трения в сухих условиях - 0,1-0,3;
  • коррозионно-эрозионная стойкость соответствует высоколегированной стали 12Х18Н10Т;
  • контактно-усталостная прочность и долговечность выше в 1,5-2 раза.

В целом вышеуказанные свойства превосходят показатели хромированных и других химико-термических покрытий в 2-4 раза.

Преимущества и отличия

Процесс азотирования втулок

Основные преимущества и отличия новых технологий в сравнении с существующими процессами ХТО и гальваники (цементация, цианирование, печное и каталитическое азотирование, хромирование и др.):

  • экологическая чистота, безвредность и безотходность процессов;
  • ресурсосбережение за счет резкого сокращения электроэнергии в 2-5 раз (среднее потребление 0,05...0,1 кВт-час на 1 кг изделия) и рабочих газов в 100-200 раз (1 баллон аммиака на 3 месяца работы установки);
  • повышение производительности, снижение трудоёмкости и себестоимости обработки в 2-4 раза;
  • повышение качества покрытий за счет равномерного, регулируемого и бездефектного формирования упрочненных слоёв;
  • минимальное изменение размеров и сохранение чистовых параметров в допусках конструкторской документации, что исключает дополнительную механическую обработку упрочнённых изделий;
  • применение простых и дешёвых способов предохранения деталей при местном упрочнении, которые заменяют вредные и дорогостоящие гальванические, а также другие изолирующие химические покрытия;
  • создание специализированных типов защитных покрытий, имеющих специально ориентированное и регулируемое строение, обладающих уникальным комплексом свойств по износостойкости и сопротивляемости трещинообразованию;
  • разработка экспресс-анализа для диагностики качества покрытий в течение 2-5 минут;
  • наличие 40-летнего опыта научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР), а также опыта производственного внедрения приоритетных конструкторских решений и ноу-хау.
Косозубые конические зубчатые колеса и шестерни в процессе азотирования

Развивая на своем производстве технологии поверхностной ионно-плазменной обработки, Вы экономите материальные ресурсы, улучшаете экологическую обстановку на своем предприятии, способствуете многократному увеличению производительности и поднимаете качество продукции на недосягаемый ранее уровень. Современная техника, компьютерное управление режимами ХТО и  возможность оперативного регулирования параметров процесса  азотирования  – всё это способствует модернизации и повышению технического уровня  термических производств.

Мы готовы решить ваши проблемы и выполнить весь комплекс работ по внедрению новой технологии на серийные и перспективные изделия, разработке руководящей и нормативно-технической документации, обучению персонала и сервисному обслуживанию. Для создания прогрессивного проекта Вы делаете заказ, а всё остальное – консалтинг, инжиниринг, поставку и настройку оборудования «под ключ», внедрение комплекса передовых технологий и сервисные услуги выполняем мы.

Наша компетенция и передовой опыт гарантируют достижение наилучшего результата в реализации проекта с оптимально выгодным соотношением цены, качества и времени.

Сферы применения 

Сферы применения технологий ионной химико-термической обработки весьма обширны,  это без исключения все отрасли промышленности, далее мы приводим основные направления с указанием предприятий, где работают наши технологии и оборудование (также см. фотографии изделий):       

Топливно-энергетическая, нефтехимическая промышленность - роторы, плунжеры и цилиндры скважинных штанговых насосов (СШН), штоки, штанги, оси, валы, червячные пары, шестерни, резьбовые замки, муфты, переходники, корпусные детали, втулки, гидроцилиндры, различные детали турбин и компрессоров, запорная арматура и прочее. В результате обработки повышается износостойкость и коррозионная стойкость, возрастает эксплуатационная надёжность и долговечность изделий.

Например, в Перми освоено серийное производство штанговых насосов СШН в  ПКНМ и Элкам-Нефтемаш. Бездеформационное упрочнение  цилиндро-плунжерных пар обеспечивает повышение гарантийного ресурса в 2 раза и МРП в 5 раз. Безотказная эксплуатация насосов СШН в ОАО «ЛУКОЙЛ-Пермь» продолжается уже более 10 лет. Аналогичное производство насосов СШН в Казахстане (20 тыс. шт. в год) создано на предприятии Мунаймаш.

Разработаны технологии упрочнения изделий бурового и глубинно-насосного оборудования (ГНО), узлов и механизмов мобильных буровых установок, роторов забойных двигателей, гидроцилиндров, штоков, муфт, пакеров, замковых и быстроразъёмных соединений, переходников, переводников НКТ и БТ, различных резьбовых соединений высокой герметичности. Выполняется комплекс НИОКР для упрочнения центробежных насосов, винтовых насосных систем Серийное производство этих изделий обеспечивает нужды всех нефтегазодобывающих компаний России (НК ЛУКОЙЛ, Роснефть, ГАЗПРОМ). Завод Синергия (Пермь), Филиал Газэнергосервис - Завод РТО. Процион г.Пермь, Профтермо (Набережные Челны).

Тяжёлое машиностроение, горнодобывающая и судостроительная промышленность – различные кинематические зацепления, узлы и механизмы с массой отдельных деталей до 5 тонн: планетарные редукторы, шевронные, конические, прямозубые о косозубые передачи, вал-шестерни, эксцентрики, втулки, обоймы, колёса, сателлиты, барабаны.  ПЗТМ(Казахстан), УралМаш, Дальэнергомаш, Калужский турбинный завод

Автотракторное машиностроение, двигателестроение - различные виды зубчатых колёс, валы, оси, коленчатые валы и распредвалы, прецизионные цилиндры и плунжеры, гильзы, диски, винты, пиноли, направляющие, клапаны, пружины, шаровые пальцы, кольца синхронизатора, штоки, червяки, муфты, фрикционные диски, различные детали трения.  ГАЗ, МАЗ, Псковский завод Механических Приводов (ПЗМП), Уралкран, ЗВЕЗДА.

Авиационное двигателестроение, точная механика  - все детали двигателей и редукторов из легированных, нержавеющих и жаропрочных сталей. Азотирование позволяет создать минимальные диффузионные слои с высочайшей твёрдостью, исключающей износ и радикально облегчающей конструкцию моторов, как следствие увеличивается тяговооружённость двигателей и эксплуатационная надёжность. Детали управляющих и навигационных приборов и систем, шестерни, трибки, секторы с модулем 0,2-0,4 мм. МоторСич, НПО Сатурн, Омское Моторостроительное КБ, МГТУ им. Баумана, Мичуринский завод «Прогресс», АНПП «ТЕМП-АВИА» г. Арзамас

Гидравлика, порошковая металлургия – цилиндры, штоки, гильзы, винты домкрата, ролики, детали редукторов, тахометров, шестерни, шпильки, поршни, детали передаточных механизмов, валики, клинья, пальцы, кольца синхронизатора, рейки, полумуфты. После обработки повышаются качество и эксплуатационные свойства изделий (твёрдость, износо-задиростойкость, усталостная и контактная прочность, антикоррозионные свойства) и исключаются трудоёмкие шлифовочные операции в связи с бездеформационным упрочнением и сохранением исходной шероховатости деталей, снижается их металлоёмкость и себестоимость. Шахтинский завод Гидропривод, Омскгидропривод, Гидросила, Волчанский агрегатный завод, Димитровградский завод порошковых материалов.

Производство пластмасс и алюминиевых профилей - экструзионные шнеки, цилиндры экструдера, стержни, дорна, фильеры, пуансоны и другие детали. Даже после кратковременной обработки ионным азотированием повышается поверхностная твёрдость, многократно увеличивается ресурс изделий, снижается налипание пластмассы и алюминия, как следствие увеличивается производительность процессов. Сатурн (Набережные Челны), ИОЛЛА (Пермь).

Инструментальное  и высокоточное производство для атомной промышленности: пресс-формы, матрицы, штампы, пуансоны для горячей и холодной обработки металлов, пластмасс, стекла и резины - повышается износостойкость, сопротивляемость к трещинообразованию, уменьшается налипание металла, увеличивается срок эксплуатации в 2-6 раз; режущий инструмент: свёрла, метчики, развертки, фрезы, прошивки, протяжки, долбяки, резцы - в результате применения кратковременных комбинированных процессов ХТО увеличивается твердость, улучшаются режущие свойства, повышаются износостойкость в 2-4 раза и производительность механической обработки. Чепецкий механический завод, Ижорские заводы, Завод Элекон (Казань), Ирбитский механический завод «Ница»

Военная продукция: Завод №9, АО "ЦКБ "Титан" (ПО Баррикады) (и ещё многие заводы, выпускающие смежную продукцию).

Следите за новостями нашей компании.

Изменение поверхностного слоя изделия путем преобразования химического и фазового состава называют химико-термической обработкой (ХТО). Химико-термическую обработку используют для улучшения механических, трибологических и коррозионных свойств сталей и сплавов, повышая поверхностную твёрдость и, как следствие, износостойкость изделия.