Поверхностная закалка титановых сплавов плазменной струей. Мир современных материалов - плазменное упрочнение

Закалка металла представляет собой нагрев до некоторой критической температуры (более 750 градусов) и последующее быстрое охлаждение, в результате чего твердость стали и чугуна увеличивается в 2-3 раза, с HRC 20...25 до HRC 50...65. Благодаря этому изнашивание деталей замедляется. Снижение износа может составлять десятки и даже сотни раз.

Закалка увеличивает срок службы машин, но не всегда доступна. Поэтому значительное число рабочих поверхностей эксплуатируется без упрочнения, быстро изнашивается и становится причиной частых ремонтов. Это положение может исправить установка плазменной закалки УДГЗ-200, разработанная в 2002г и удостоенная в 2008г медали Женевского салона изобретений и инноваций. Сварщик горелкой (как маляр кистью) закаливает поверхность полосами 7…14мм с некоторым перекрытием. Твердый слой закалки HRC45-65 (в зависимости от марки стали) толщиной 0,5…1,5мм обеспечивает хорошую работоспособность в различных условиях эксплуатации, в том числе крановых рельс и колес, зубчатых и шлицевых соединений, футеровочных плит, штампов и др. Закалка происходит без подачи воды на деталь (за счет теплоотвода в её тело), поэтому применяется не только в специализированных цехах, но и на ремонтных площадках. Закалка, оставляя на поверхности цвета побежалости, не ухудшает шероховатость в диапазоне Rz4…40 и не дает деформаций, благодаря чему детали могут эксплуатироваться без последующей механообработки (шлифовки). Упрочняются не только конструкционные, но и низкоуглеродистые стали типа 20ГЛ, 35Л, традиционно считающиеся не закаливающимися: посадочные места в корпусах и станинах различных машин и оборудования. Работу на УДГЗ-200 легко осваивают сварщики 2…3 разрядов. Процесс закалки может быть автоматизирован. Установка УДГЗ-200 состоит из источника питания, блока водяного охлаждения закалочной горелки и самой горелки с кабелем-рукавом. Снабжается паспортом, сертификатом, руководством по эксплуатации и техинструкцией по ведению закалки для сварщика.

В нашей компании "РусСтанКом" вы можете купить высокотехнологичную установку УДГЗ 200 по выгодной цене, мы предлагаем только запатентованное и сертифицированное оборудование.

УДГЗ-200 география поставок

Плазменная закалка: техническая информация

Плазменная закалка представляет собой локальный нагрев детали до температуры более 750 С и последующем быстром охлаждении. В результате этой процедуры твердость и износостойкость металла увеличиваются в несколько раз. Эта технология остается наиболее распространенным способом упрочнения деталей на производствах. Такой процедуре подвергаются, например, пружины, режущие инструменты, крановые рельсы и т.д.

Основное удобство установки УДГЗ 200 заключается в том, что закалку деталей можно осуществлять без их предварительного демонтажа. Упрочнению можно подвергать следующие металлы:

• сталь
• чугун
• низкоуглеродистая сталь
• инструментальная сталь

Перед обработкой сначала проводится предварительная зачистка поверхности и обезжиривание, а затем осуществляется сама плазменная закалка - плазматрон перемещают над изделием полосами с небольшим перекрытием.

Технические характеристики станка УДГЗ 200:

• Твердость слоя (HRC): до 65.
• Производительность (см2/мин): до 110.
• Рабочий газ: аргон (15л/мин).

С таким оборудованием плазменная закалка становится высокоэффективным процессом. Технология и установка запатентованы и много лет применяются на практике.

Установка плазменной закалки УДГЗ 200: технология

Мощная и функциональная установка плазменной закалки УДГЗ 200 позволяет сделать процесс упрочнения автоматизированным. Технология проста и легко осваивается сварщиками любых разрядов.

Закалка с помощью установки УДГЗ-200 избавляет от необходимости использования печей. Процесс осуществляется без подачи воды на деталь, за счет теплоотвода в её тело, что дает возможность использовать станок на ремонтных площадках.

Также эта установка за счет высоких скоростей нагрева, обеспечивающих сохранение концентрации углерода структуре, способна на упрочнение низкоуглеродистой стали. После обработки на поверхности не образуются какие-либо деформации, благодаря чему деталь далее можно использовать без финишной шлифовки.

Цены на плазменную закалку

Устанавливаемая на УДГЗ 200 цена вполне удовлетворяет наших клиентов, реализовано уже более 100 установок на территории Российской федерации, Украины, Казахстана, Азербайджана, Киргизии. Мы являемся эксклюзивными поставщиками данной установки, что позволяет держать доступную цену.

Подробно ознакомиться с ценами вы можете в прайс-листе, размещённом на нашем сайте. При закупке нескольких единиц возможно предоставление скидок.

Покупка у нас очень удобна:

• техника отгружается со склада.
• оборудование всегда в наличии.

Гарантированные преимущества покупки

Ознакомьтесь со следующими преимуществами приобретения установки УДГЗ 200:

1. Повышение износостойкости поверхности.
2. Увеличение безремонтной эксплуатации оборудования.
3. Сокращение затрат на проведение ремонтов.
4. Снижение простоев оборудования.
5. Восполняет отсутствие дорогостоящих печей на предприятии.

Как следствие – повышение производительности и эффективности предприятия в целом.

Благодаря установке плазменной закалки УДГЗ 200, вы сэкономите время и средства. На все модели цены в нашей компании невысоки, предоставляется заводская гарантия. Поэтому сделать заказ предлагаем уже сейчас!

Урал-Техно-Плазма

ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ

ДЕТАЛЕЙ ИЗ СТАЛИ И ЧУГУНА

ПЛАЗМЕННОЙ ЗАКАЛКОЙ

Коммерческое предложение

Нижний Тагил 2012

Введение…………………………………….……………………….…………3

1. Цель плазменной закалки………..…………………………………………4

2. Упрочняемые материалы.....……………………………………….....…….4

3. Физическая сущность процесса……………………………..……………..4

4. Упрочняемые детали……………….……………………….………………5

5. Технологический процесс………………………………………………….10

6. Состав оборудования...…………………………………………………......11

7. Эффективность……………………………………………………..……….15

Заключение …………………………………………...……………………….16

Контактная информация………………………………………………...……18

Приложения…………………………………………………..…………......…19

Введение

Перспективным направлением решения этой проблемы представляется упрочняющая термическая обработка рабочей поверхности концентрированным потоком энергии. Образующиеся при скоростных нагреве и охлаждении структуры закалочного типа обладают высокими твердостью, износостойкостью, сопротивлением разрушению. Причем, упрочнение целесообразно осуществлять как для новых деталей, так и для реставрированных, например, наплавкой и (или) механической обработкой рабочей поверхности, используя дешевые высокопроизводительные методы с низкой трудоемкостью, пригодные для применения в условиях действующего производства.

Широкое промышленное применение большинства известных способов упрочняющей обработки концентрированным потоком энергии (лазерной, электроннолучевой, катодно-ионной и др.) сдерживается высокой стоимостью и сложностью оборудования, недостаточными его надежностью и производительностью, необходимостью использования вакуума , специальных помещений с особыми требованиями, потребностью в квалифицированном обслуживании, высокими эксплуатационными расходами и др.

В этих условиях, для продления эксплуатационного ресурса быстроизнашивающихся деталей рациональным по параметрам универсальности, доступности, экологичности и экономической эффективности представляется способ поверхностной термообработки плазменной дугой прямого действия. Не изменяя параметров шероховатости поверхности, такая термообработка легко встраивается в технологический процесс подготовки и ремонта деталей, являясь финишной операцией, малозатратна, достаточно производительна и позволяет эффективно увеличить их эксплуатационную стойкость.

Необходимо отметить, что применение поверхностной термической обработки не только не исключает, а в целом ряде случаев увеличивает эффективность наплавки, поскольку позволяет использовать относительно дешевые материалы с меньшей твердостью наплавленного металла. При этом наплавкой восстанавливают первоначальные размеры рабочей поверхности, без затруднений проводят механическую обработку наплавленного слоя, а окончательный комплекс свойств формируют в процессе плазменной закалки. Применение комплексного технологического процесса восстановления и упрочнения деталей обеспечивает при весьма невысокой себестоимости эффективность реновации за счет ресурсо - и энергосбережения в сочетании с экологичностью.

Представленные разработки являются результатом научно-исследовательской деятельности -Техно-Плазма совместно с Лабораторией плазменных процессов Нижнетагильского технологического института (филиала) Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России ».

1.Цель плазменной закалки

Целью плазменной закалки является повышение эксплуатационного ресурса деталей машин за счет упрочнения их поверхностного слоя (толщиной до нескольких миллиметров) термической обработкой плазменной дугой при неизменном общем химическом составе материала и сохранении во внутренних слоях первоначальных свойств исходного металла.

2. Упрочняемые материалы

Железоуглеродистые сплавы (0,2…3,7 мас. % С), испытывающие полиморфные превращения при нагреве – охлаждении.

3. Физическая сущность процесса

Упрочнение является результатом высокоскоростного локального нагрева плазменной дугой поверхностного слоя изделия до высоких (выше АС3) температур и быстрое его охлаждение со сверхкритической скоростью в результате теплоотвода в глубинные (внутренние) слои материала изделия. Образующиеся при скоростном нагреве и охлаждении структуры закалочного типа обладают высокими твердостью, износостойкостью и сопротивлением разрушению. Эффект от плазменной закалки определяется повышением эксплуатационных свойств детали благодаря изменению физико-механических характеристик поверхностного слоя, вследствие образования специфической структуры и фазового состава металла, а также получения на поверхности сжимающих остаточных напряжений.

Структурные превращения в целом соответствуют происходящим при объемной закалке, однако, высокие скорости нагрева и охлаждения вызывают изменение соотношений между структурными составляющими, изменение их морфологии вследствие повышенной дефектности кристаллического строения (увеличение плотности дислокаций, измельчение блоков и рост напряжений в кристаллической решетке).

Таблица 1. Твердость поверхности сталей после плазменной закалки, HRC

Конструкционные углеродистые и низколегированные 34ХН1М, 38ХС, 40Х, 40ХН, 45
Пружинные 50ХФА, 65Г, 60С2
Инструментальные углеродистые У7, У8, У9, У10
Валковые 60ХН, 9Х, 9Х2МФ
Штамповые 5ХНМ, 5ХНВ, 4Х5ФМС

Таблица 2. Сравнение твердости сталей после плазменной закалки и

после других способов термообработки

	Твердость, HRC
Объемная закалка	Закалка ТВЧ	Плазменная закалка

В результате плазменной закалки железоуглеродистых сплавов в зоне термического влияния глубиной 0,5…2,5 мм образуется модифицированная мартенситно-аустенитная структура с переменным в зависимости от режима обработки и структурного класса сплава составом. Содержание фазонаклепанного остаточного аустенита в поверхностном слое составляет от 5 до 80 % в зависимости от состава сплава и режима обработки. В условиях динамического контактного трения при эксплуатации возможно дополнительное деформационное упрочнение термообработанной поверхности за счет превращения остаточного аустенита в мартенсит деформации и наклепа металлических фаз. Средняя твердость поверхности при этом возрастает и, соответственно, повышается износостойкость.

4. Упрочняемые детали

Условно можно разделить на три группы по назначению:

4.1. Детали рельсового транспорта (бандажи колес локомотивов, вагонов, колёса шахтных вагонеток, крановые колёса и т. п.). В качестве примера - фото 1-3.

Фото 1. Закалка кранового колеса (сталь 45), повышение твердости поверхности от исходной HB 160 до HB 300 после закалки	Фото 2. Закалка бандажей колёс локомотивов на Качканарском ГОКе
Фото 3. Закалка ходовой части колесных пар, повышение твердости до 58 HRC

4.2. Сменный технологический инструмент и оборудование (прокатные валки, бандажи, ролики, пуансоны, матрицы, ножи, штампы, буровой инструмент и др.). Примеры представлены на фото 4-24:

Фото 4. Закаленная внутренняя поверхность кольца пуансона (сталь 45Х1 от 48...50 до 60...62 HRC)	Фото 5. Закаленный ролик (сталь 34ХН1М от HB 240 до 55 HRC)
Фото 6. Закалка матрицы для холодной штамповки (сталь 40ХН от 20 до 52 НRC)	Фото 7. Закалка тройниковой матрицы для холодной штамповки от 50 до 60 НRC

Фото 8. Закаленная внутренняя поверхность матрицы	Фото 9. Закалка трефа валка (сталь 34ХН1М)
Фото 10. Закаленные ролики трубопрокатного стана	Фото 11. Закаленный валок АНЛПМК
Фото 12. Закаленная с оплавлением деталь буровой коронки	Фото 13. Закалка ролика (сталь 40Х до 50-55 HRC с водяным охлаждением)
Фото 14. Закаленные пальцы (сталь 45ХН2МФА до 55 HRC)	Фото 15. Закаленный вал холодной прокатки (сталь 9ХС до 60 HRC)
Фото 16. Закалка бандажа в механическом цехе Уфалейского завода металлургического машиностроения для Коршуновского ГОКа (сталь 40Л от НВ 200 до 50 HRC)	Фото 17. Устройство закалки направляющей (сталь 9ХФ с 30 HRC до 60 HRC)
Фото 18. Закаленные коренные шейки коленвала (сталь 45Г2 с 30 HRC до 50 HRC)	Фото 19. Закалка клапана (сталь 30Х13 с 28 HRC до 50 HRC)
Фото 20. Закаленный фрагмент полукольца (сталь 45 с 25 HRC до 55 HRC)	Фото 21. Закалка вала (сталь 40Х до 55 HRC)
Фото 22. Лопатка дробомета (сталь 45 до 50 HRC)	Фото 23. Трефы валков пильгерстана (сталь 45 до 57 HRC)
Фото 24. Закаленный нож сталь 6Х3В2МФС до 62HRC

4.3. Детали общего машиностроения (шестерни, звездочки, кольца, валы, оси, втулки, шкивы, посадочные места под подшипники, чугунные станины и пр.). См. фото 25-42:

Фото 25. Закаленная внутренняя поверхность стальной втулки	Фото 26. Закалка втулки изнутри (сталь 20 от HB 140 до 50 HRC)
Фото 27. Закаленная изнутри чугунная гильза дизеля «КАМАЗ»	Фото 28. Закаленные тормозные барабаны
Фото 29. Ось (сталь 45)	Фото 30. Закаленные кулачки на валах (сталь 38Х2Н2МА от HB 240 до HB 500)

Фото 31. Косозубая шестерня	Фото 32. Закаленные зубчатые рейки
Фото 33. Закаленные вал-шестерни (сталь 30ХГСА)	Фото 34. Закаленная звездочка (сталь 20)
Фото 35. закаленные рабочие поверхности муфты кулачковой (сталь 50 с 30 HRC до 60 HRC)	Фото 36. Закаленные зубья шестерни (сталь 30хгса с 25 HRC до 60 HRC)
Фото 37. Закаленные шлицы (55 HRC)	Фото 38. Закалка рычага двигаHRC)
Фото 39. Закаленная рабочая часть рычага двигателя (сталь 45Х до 57 HRC)	Фото 40. Погон (сталь 20Х13 с 20 HRC до 52 HRC)
Фото 41. Закаленная тонкостенная деталь (сталь 20 до 40 HRC)	Фото 42. Пальцы (сталь 40Х до 52 HRC)

5. Технологический процесс

Технологический процесс плазменной закалки включает механическую обработку (при необходимости) и (или) очистку поверхности, подлежащей упрочнению, и собственно термообработку, которая, как правило, является финишной операцией.

Термообработка осуществляется при помощи плазматрона собственной конструкции (фото 43), генерирующего плазменную дугу прямого действия (между катодом и упрочняемым изделием) в атмосфере аргона. Перемещение плазматрона осуществляется в автоматическом режиме с использованием станочного оборудования или вручную, при этом плазмотрон устанавливается на специальном держателе.

Фото 43. Плазматрон

Обработка может производиться с оплавлением поверхности и без оплавления. Следует отметить, что даже при режимах, при которых не наблюдается видимого оплавления поверхности упрочняемого изделия, происходит изменение ее микрорельефа: уменьшается высота микронеровностей, увеличивается радиус закругления вершин за счет их микрооплавления. Это благоприятно сказывается на изменении параметров шероховатости обрабатываемой поверхности и увеличивает её несущую способность, повышает эксплуатационные свойства упрочненных изделий.

При плазменной закалке без плавления поверхности глубину упрочненного слоя можно изменять в пределах 0,5…2,5 мм, ширину локальной зоны закалки можно регулировать в пределах 5…25 мм. Большую ширину можно получить за счет сканирования дуги, когда наряду с поступательным перемещением она совершает поперечные колебания. Сканирование дуги реализуется за счет взаимодействия ее собственного магнитного поля с внешним поперечным переменным полем, создаваемым электромагнитной системой, размещенной на плазмотроне.

Для восстановления деталей различного назначения с одновременным повышением износостойкости возможно применение комбинированной технологии в виде сочетания плазменной закалки с наплавкой. Зачастую, использование наплавки износостойкими сплавами сдерживают проблемы механической обработки наплавленного слоя с твердостью больше 45 HRC. Предлагаются следующие комбинированные способы обработки:

– изношенные детали наплавляются материалом с повышенной твердостью HВ 420…450 (ПП 25Х5ФМС и др.). Механическая обработка наплавленной поверхности производится с плазменным подогревом, что повышает производительность в 2…4 раза. После обточки производится плазменная закалка до твердости 48…52 HRC;

– после наплавки материалами, обеспечивающими твердость HB 290…340 (Нп 30ХГСА и др.) и обточки, деталь упрочняется плазменной закалкой до твердости 49…53 HRC.

6. Состав оборудования

6.1. Установка для закалки в автоматическом режиме (УПЗА-1)

В качестве источника питания плазмотрона применяется сварочный выпрямитель типа ВДУ . Источник комплектуется защитными блокировками, электропневмоклапаном, расходомером газа, пультом для управления возбуждением и сканированием дуги и др.

Таблица 3. Основные данные установки

Наименование параметра	Значение
Номинальная частота, Гц Первичный ток, А, не более Номинальный рабочий ток, А Масса, кг, не более
Наименование	Назначение
Датчик давления воды Датчик давления аргона Датчик вращения детали	Предохранение плазмотронов от выхода из строя

Таблица 4. Узлы, входящие в комплект установки

Аппаратура может работать в комплекте со станком, вращателем или другим механизмом, который обеспечивает перемещение закаливаемой поверхности относительно плазмотрона с линейной скоростью 3…5 см/с.

В институте аппаратура плазменной закалки смонтирована на базе установки плазменной наплавки типа УПН 303 (фото 44). Подобные установки, которые практически не эксплуатируются в связи с высокой стоимостью наплавочных порошков, имеются на ряде предприятий. Рационально их переоборудовать в установки плазменной закалки. К примеру, такую работу планируется провести на Северском трубном заводе.

На Качканарском, Михайловским и Лебединском горно-обогатительных комбинатах и в окатыш» эта установка работает в комплекте со станком КЖ 20 (разновидность колесофрезерного станка). При закалке бандажей для Коршуновского ГОК использовался карусельный станок механического цеха Уфалейского завода металлургического машиностроения (фото 16).

Фото 44. Установка плазменной закалки

на базе УПН 303

Изготовленные в г. г. установки для закалки в автоматическом режиме поставлены на Катав-Ивановский механический завод и на Механический завод (г. Бийск).

6.2. Установка для закалки в ручном режиме

Разработана и предлагается установка плазменной закалки в ручном режиме (УПЗР-1) на базе сварочного выпрямителя ВДМ 2х313 производства «ЭТА» (Санкт-Петербург). На фото 45 показана такая установка, поставленная на Катав-Ивановский механический завод.

Фото 45. Установка УПЗР-1

Таблица 5. Основные данные установки

Наименование параметра	Значение
Номинальное напряжение питающей сети трехфазного переменного тока, В Номинальная частота, Гц Первичная мощность, кВА, не более Первичный ток, А, не более Напряжение холостого хода, В, не более Номинальное рабочее напряжение, В Номинальный рабочий ток, А Пределы регулирования рабочего тока, А Коэффициент полезного действия, % не менее Масса, кг, не более Производительность установки, см2 /с
Блокировки и предохранительные устройства
Наименование	Назначение
Датчик давления воды	Предохранение плазматронов от выхода из строя
Органы управления и их назначение
Расходомер – редуктор Пульт дистанционного управления	Грубая регулировка расхода аргона Возбуждение дуги, регулирование рабочего тока и напряжения, управление сканирующим устройством

Таблица 6. Узлы, входящие в комплект установки

Примеры применения установки показаны на фото 46-57.

Фото 46. Закалка деталей вручную	Фото 47. Закалка зубьев звездочки (сталь 45 от HB 200 до 50 HRC)
Фото 48. Закалка храповых колец (сталь 45х2нмф от 20 до 50 HRC)	Фото 49. Закалка вала для проката шара Д40мм для (сталь 35ХГС от 23 до 50 HRC)
Фото 50. Закалка зубьев кремальерной шестерни для Завода «Металлист» (от 16 HRC до 40 HRC)	Фото 51. Закалка рычага двигателя сталь 45Х для Челябинского тракторного завода
Фото 52. Закалка звездочки (сталь 48 с 20 HRC до 55 HRC)	Фото 53. Трефы валков пильгерстана (сталь 45 до 57 HRC)
Фото 54. Хвостовики (сталь 34хн3м до 58 HRC)	Фото 55. Зубья втулки (сталь 40Х до 52 HRC)
Фото 56. Закалка шлицов сталь 45 до 50HRC	Фото 57. Закалка шестерни сталь 45 до 48HRC

Возможны также изготовление и поставка универсальной установки для закалки в ручном и автоматическом режимах (УПЗРА-1).

Еще раз хотелось бы отметить, что всё вышеперечисленное оборудование обладает мобильностью, малыми габаритами и может быть размещено в составе оборудования механической обработки деталей (с использованием последнего в качестве механизма перемещения этих деталей при плазменной закалке). Закалка может быть совмещена с обтачиванием детали (если это необходимо), образуя единый ремонтный цикл.

Экономическая эффективность от внедрения разработанных научно-технических и технологических решений составляет от 5 до 10 рублей на рубль затрат.

Заключение

Можно отметить следующие преимущества плазменной закалки по сравнению с другими способами термообработки:

1) при закалке концентрированными источниками энергии в силу специфичности обработки (высокие скорости нагрева и охлаждения) удается получить такую структуру и свойства поверхностного слоя, которые недостижимы при традиционных способах термической обработки;

2) упрочняется только поверхностный слой, а сердцевина остается вязкой, что обеспечивает повышенное сопротивление одновременно изнашиванию и усталости;

3) отсутствие или минимальные деформации упрочняемых деталей, что позволяет повысить точность их изготовления, снизить трудоёмкость механической обработки и затраты на изготовление;

4) высокая производительность (3-5 см2/с в зависимости от требуемой глубины и степени перекрытия закаленных участков);

5) при закалке без оплавления поверхности не требуется последующая механическая обработка, что позволяет использовать ее в качестве финишной операции технологического процесса;

6) наличие в поверхностном слое сжимающих напряжений и присутствие остаточного аустенита повышают сопротивляемость зарождению и распространению трещин;

7) возможность замены высоколегированных сталей низколегированными, упрочненными плазменной закалкой, возможно в сочетании с наплавкой;

8) высокий эффективный КПД нагрева плазменной дугой (до 85 %), для сравнения, при лазерном упрочнении – 5 %;

9) простота обслуживания, мобильность, невысокие стоимость и эксплуатационные расходы, малые габариты технологического оборудования, возможность автоматизации и роботизации технологического процесса.

10) по сравнению с лазерной и электроннолучевой закалкой плазменная имеет следующие преимущества:

– стоимость оборудования на порядок ниже;

– простота работы на установке и её обслуживания, т. е. не требуется высококвалифицированный обслуживающий персонал;

– мобильность установки, т. е. возможность перемещения и быстрого монтажа на любом станке, обеспечивающем необходимую скорость перемещения детали или плазматрона;

– не требуется, как при лазерной закалке, наносить на поверхность специальные покрытия для увеличения поглощения лазерного излучения;

Технология закалки плазменной дугой является оптимальной по параметрам универсальности, доступности, экологичности и экономической эффективности. Она позволяет увеличить срок службы деталей, минимум, в 1,5…2 раза и сократить затраты на обслуживание и ремонт оборудования на 40…50 %. Кроме того, эта технология производительней и дешевле других способов поверхностной закалки (в том числе и ТВЧ). Установка плазменной закалки малогабаритна, мобильна, проста в эксплуатации и обслуживании, обеспечивает возможность автоматизации процесса в сочетании с обычными требованиями производственной безопасности. После плазменной закалки без оплавления не требуется механической обработки, и она может являться финишной операцией.

В экономической эффективности этой технологии убедились такие предприятия, как Северский трубный завод, Лысьвенский металлургический завод, Качканарский, Михайловский и Лебединский горно-обогатительные комбинаты, Уралмашзавод, Уфалейский машиностроительные завод, Механический завод (г. Бийск), ЗАО «Горнозаводсктранспорт» и другие.

В рамках коммерческого предложения - оказание услуг по закалке требующих упрочнения деталей, поставка установок плазменной закалки, включая монтаж, пусконаладочные работы, гарантийный ремонт, сервисное обслуживание и обучение персонала. Работы могут производиться непосредственно на вашем предприятии или в г. Нижний Тагил. Возможна закалка опытных образцов. Рассмотрим предложения по созданию участка на ваших производственных площадях.

Контактная информация

г. Нижний Тагил, -40, -Техно-Плазма

Директор: - 8-

Начальник отдела сбыта: (34, 8-,

E-mail: dryzhinin. *****@***ru

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Приложение 7

Расчет фактического экономического эффекта от плазменной закалки бандажей и планшайб роликоправильной машины Нижнетагильского металлургического комбината (повышение стойкости в 2,5-3 раза).

Приложение 8

Характеристика приводных вал-шестерней, представленная (увеличение срока службы в 1,6 раза).

Приложение 9

Акт производственных испытаний роликов рольгангов Череповецкого металлургического комбината. Износ закаленных плазмой роликов уменьшился в 5 раз.

Приложение 10

Акт производственных испытаний прокатных валков блюминга 1150 НТМК, сталь 50ХН. Стойкость после плазменной закалки повысилась на 45 %.

Приложение 11

Акт эксплуатационных испытаний прокатных валков из стали 60ХН удостоверяет повышение стойкости после плазменной закалки в 1,7 раза.

Приложение 12

Акт промышленных испытаний молотовых штампов на ВСМПО (увеличение эксплуатационной стойкости после плазменной закалки на 25 %).

Приложение 13

После плазменной закалки чугунных валков (СШХНМ-42) рельсобалочного цеха Нижнетагильского металлургического комбината, их износостойкость возросла на 46 %.

Приложение 14

Стойкость валков из чугуна СПХН-45 возросла на 33,7 %.

Приложение 15

Стойкость бандажей локомотивов увеличилась в 1,8 раза.

ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ ПЛАЗМЕННОЙ ЗАКАЛКИ

ДЛЯ ПРОДЛЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

В сфере поверхностного упрочнения металлических изделий плазменное воздействие концентрированными источниками энергии находит всё более широкое применение. Но зачастую подходы конструкторов к проектированию деталей с износостойкой рабочей поверхностью по закалке ограничиваются требованиями по применению ТВЧ, цементации или азотирования. Накопленный опыт внедрения плазменной закалки свидетельствует о высокой экономической эффективности её использования. Особенно когда предприятие-заказчик является конечным потребителем и комплексно осуществляет упрочнение и эксплуатацию изделий. Технологически грамотное применение плазменной закалки может существенно расширить перечень упрочняемых деталей. Так, эта технология позволяет термообрабатывать детали различных типоразмеров, как с относительно простой геометрией (прокатные валки, валы, колёса, бандажи, шкивы и т.п.) в автоматическом режиме, так и поверхности с развитым профилем (шестерни, гравюры штампов, звёздочки, шлицевые соединения и т.п.) в ручном и автоматическом режимах. Плазменная закалка без оплавления не ухудшает параметров поверхности после механической обработки, поэтому эффективно встраивается в технологический процесс изготовления или ремонта деталей в качестве финишной операции. Широкая гамма упрочняемых плазменной закалкой железоуглеродистых сплавов – от низкоуглеродистых сталей до чугунов – требует внедрения установок, обеспечивающих широкий диапазон регулирования мощности, длины и сосредоточенности плазменной дуги. Последнее поколение установок, разработанных кафедрой, полностью отвечает этим требованиям. Эти установки более мощные, и позволяют закаливать детали на глубину более 2 мм. В качестве примера на рис.1 показаны данные по глубине, твердости и структуре зоны закалки на образце из стали 30ХН2МА.

Одна из таких установок, предназначенная для закалки ручным инструментом (УПЗР1) показана на рис. 2. Номинальный рабочий ток – 220 А. Масса установки – не более 160 кг, напряжение питающей сети – 380 В, мощность – не более 20 кВА, расход плазмообразующего газа (аргона) составляет не более 10 л/мин. Производительность УПЗР1 – 180…300 см 2 обрабатываемой поверхности в минуту.

Принцип действия УПЗР заключается в создании при помощи источника питания, осциллятора и плазмотрона плазменной (сжатой) дуги прямого действия. За счет теплового воздействия дуги при перемещении держателя с плазмотроном относительно обрабатываемой поверхности получается закаленная полоса, ширина которой регулируется расстоянием от торца плазмотрона до изделия и напряжением на электромагнитной катушке сканирующего устройства. В целях расширения технологических возможностей установки предусмотрена также обработка плазменной дугой комбинированного действия. При этом в плазмотроне горят одновременно две дуги (между катодом и соплом плазмотрона и между катодом и поверхностью детали), электрическая мощность каждой из них регулируется независимо, что позволяет в широких пределах варьировать тепловложение.

Согласно результатам производственных испытаний закаленных подобной установкой трефовых шеек (сталь 45) валков пильгерстана Северского трубного завода, износостойкость после плазменной закалки возросла в три раза, срок службы закалённых деталей увеличился на 30% (Рис. 3).

С помощью этой установки для ОАО «ПРОМКО» производится закалка вставок штампов пресса PKZe-800 для производства шаров стальных мелющих (Рис. 4). В результате поверхностного упрочнения гравюр стойкость штампов увеличилась в 2,7 раза.

В три раза возрос срок службы закаленных с помощью УПЗР-1 лопаток дробомета (сталь 45) в ОАО «Металлист» (г. Качканар) с увеличением твердости от 26..30 до 50 HRC (Рис 5.).

В ОАО «Северский трубный завод» с помощью УПЗР-1 проводилось упрочнение зубчатого колеса сталь 45Л непосредственно на кране цеха переработки металлолома (рис. 6). До закалки колесо было аварийно заменено на неупрочненное. Плазменная термообработка увеличила твёрдость с HB 200 до 51 HRC.

Для ООО «Уралпромтехсервис» (г. Екатеринбург) осуществлялась плазменная закалка плоскостей направляющих (сталь ШХ15) от HB 250 до 60 HRC (рис. 7)

Такая установка успешно работает на Бийском механическом заводе. В 2012 году установку УПЗР-1 приобрел Комбинат «Североникель» Кольской горно-металлургической компании (г. Мончегорск).

В 2011 году была создана установка УПЗР-2 с использованием инверторных источников питания дуги, она позволяет упрочнять ручным инструментом более мелкие детали, например, шестерни с модулем 3. Номинальный рабочий ток – 150 А. Масса УПЗР-2 – не более 80 кг, напряжение питающей сети – 220 В, потребляемая мощность – 12 кВА. Производительность – 30…120 см 2 обрабатываемой поверхности в минуту.

Успешно обрабатывались такой установкой шлицевые соединения эджерных валов из стали 5ХНМ для ОАО «ЕВРАЗ НТМК» от 37 до 58 HRC (Рис. 8,9).

Рис. 9. (х 2)

Установкой УПЗР-2 упрочнялись захваты из чугуна СЧ30 для ООО «Югсон-сервис» (г. Тюмень) от 40 до 60 HRC (рис.10).

Установки для плазменной закалки в ручном режиме позволяют упрочнять детали шлицевых соединений, шпоночные пазы, зубья шестерен, гравюры штампов и другие изделия с рабочими поверхностями сложной формы, но результаты закалки, особенно стабильность свойств обработанной поверхности, в значительной мере определяются квалификацией и опытом оператора.

Этот недостаток позволяют преодолеть установки плазменной закалки в автоматическом режиме. Например, установка УПЗА-1 (Рис. 11) для обработки поверхности деталей, представляющих собой тела вращения, с использованием стандартного механического оборудования (станков, манипуляторов, вращателей и т.п.) для позиционирования детали и (или) плазмотрона.

В качестве генераторов дуги используются плазмотроны прямого действия, т.е. плазменная дуга горит между катодом плазмотрона и упрочняемым изделием. Номинальное напряжение питающей сети – 380 В, номинальный рабочий ток – 300 А, потребляемая мощность не более 40 кВА, масса не более 300 кг. Установка снабжена блокировками и предохранительными устройствами, исключающими дефекты закалки и выход плазмотрона из строя при неполадках с водо и газоснабжением, а также при сбоях в работе станка, перемещающего обрабатываемую деталь.

На производственной площадке ООО «ТУР-1» (г. Пермь) посредством УПЗА-1 упрочнялись ребристые ролики (сталь 50) раскатного поля стана 5000 для Магнитогорского металлургического комбината с увеличением твердости от 27 HRC до 59 HRC (Рис.12).

С помощью такой установки упрочнялись многие детали в ОАО «Северский трубный завод» (г. Полевской). В том числе шаблоны технологические, (сталь 32Г2), срок эксплуатации которых после плазменного упрочнения повысился на 40% (Рис. 13). Плазменная закалка увеличила твердость рабочей поверхности от HB 180 до 50 HRC.

Такие установки нашли своё применение при закалке дистанционных колец для ОАО «Уралмашзавод», (сталь 34ХН1М) с повышением твердости от 33..35 до 59 HRC, при упрочнении ручьев шкивов (сталь 45), для ЗАО «Уралмаш Буровое Оборудование» с увеличением твёрдости от 27 до 52 HRC, валов сталь 40Х с повышением твердости от HB 236 до 52 HRC для ОАО «СПЕЦНЕФТЕХИММАШ» (г. Краснокамск) и др.

Из наиболее примечательных вариантов технологических решений по упрочнению установкой УПЗА следует отметить закалку штоков толкателя пресс-ножниц (производства Франции) на ОАО «Трубная металлургическая компания» г. Полевской (рис. 14). Длина штока более 9 метров, диаметр – 180мм. Он был изготовлен для аварийной замены из стали 21ХМФА. Плазменной закалкой удалось увеличить твердость поверхностного слоя с HB 130 до 40 HRC без продольной деформации штока, и пресс-ножницы продолжают бесперебойную работу вот уже более двух лет.

Установки УПЗА были изготовлены и поставлены для Полтавского Горно-обогатительного комбината (г. Комсомольск, Украина), ООО НПО Техногрупп (г. Волгоград), Механический завод (г. Бийск). Такие установки эффективно работают при закалке гребней бандажей локомотивов на Лебединском и Качканарском горно-обогатительных комбинатах.

Конструкция установок для плазменной закалки основана на использовании узлов и блоков современного серийного сварочного оборудования, что обеспечивает малые габариты, мобильность, высокую эксплуатационную надежность, простоту эксплуатации и обслуживания.

В 2012 году сотрудниками лаборатории плазменных процессов Нижнетагильского технологического института была создана и успешно испытана универсальная установка плазменной закалки в ручном и автоматическом режиме УУПЗ-1 (Рис. 15). С помощью этого оборудования появилась возможность упрочнять практически любые детали как с относительно простой геометрией, так и поверхности с развитым профилем. В качестве источника плазменной дуги в УрФУ был разработан и изготовлен инверторный выпрямитель. Напряжение питающей сети – 380 В, номинальный рабочий ток — 350 А, КПД установки – 0,9; масса – не более 40 кг.

Мобильность УУПЗ-1 позволяет проводить закалку с выездом на производственную площадку заказчика. Так, например, в ООО «Уралтехпромсервис» (г. Екатеринбург) проводилась термообработка валов (сталь 40Х) с увеличением твердости от 27 до 62 HRC (рис. 16). Диаметр вала 170 мм, длина 3500 мм.

Для ОАО «СПЕЦНЕФТЕХИММАШ» (г. Краснокамск) упрочнялись шлицы и шейки валов (сталь 40Х) от 25 до 52 HRC (Рис. 17).

Все перечисленные установки удовлетворяют условиям промышленной эксплуатации и отвечают требованиям по экологии и безопасности к проведению работ по аргонодуговой сварке.

Внедрение таких установок не требует существенных капитальных затрат. Необходима организация одного или нескольких рабочих мест (в зависимости от желаемых объемов внедрения), подобных рабочим местам для аргонодуговой сварки, Рабочее место должно быть обеспечено источником и сливом водопроводной воды для охлаждения плазмотрона.

1. Плазменная закалка

2. Плазменная нитроцементация

В общем виде стадии изнашивания поверхности трения выглядят следующим образом, рис. 2.56.

Стадия начального изнашивания (приработка) характеризуется приобретени­ем стабильной шероховатостью поверхностей трения. Стадия установившегося из­нашивания характеризуется изменением микро- и макрогеометрия трения и постепенным увеличением интенсивности изнашивания. Процесс установившегося изнашивания заключается в деформировании, разрушении и непрерывном воссоздании

на отдельных участках поверхности слоя со стабильными свойствами. По мере истирания поверхностного слоя с повышенной износостойкостью открываются по­верхности с нестабильными свойствами, что вызывает катастрофический износ. Рис. 2.56а соответствует случаю, когда во время этапа приработки накапливаются факторы, которые после окончания приработки ускоряют процесс изнашивания.

Рис. 2.56б соответствует случаю, когда отсутствует этап приработки, апериод установившегося изнашивания наступает сразу после начала работы (металлообрабатывающий, деревообрабатывающий, медицинский инструмент, рабочие органы машин и т. д.). Рис. Рис. 2.56в соответствует случаю, когда детали находятся под действием контактных напряже­ний и длительное время работают практически без истирания. Основной механизм износа - усталостное выкрашивание поверхностных слоев.

Проведенные испытания на износостойкость сталей после различных видов термообработки при различных видах трения, показали существенные преимущест­ва плазменного поверхностного упрочнения перед традиционными способами. Ре­зультаты испытания в условиях сухого трения на воздухе по пальчиковой схеме образцов стали 20, 45, 40Х, ЗОХГСА, прошедших плазменную закалку (без оп­лавления) представлены в табл. 2.20.

Результаты испытаний на износостойкость стали 40Х

Вид обработки
Плазменная закалка	415	5	0,28	13,8	0,69
Закалка ТВЧ	360	14	0,40	17,9	1,98
N y – общее число; N кр – число циклов до приработки; f тр – коэффициент трения; S – среднее значение площади поперечного сечения дорожки износа; I – путь трения

Из таблицы видно, что плазменная закалка снижает износ и коэффициент поения, а также количество циклов до приработки. Это обусловлено морфологическими особенностями упрочненного слоя после плазменной закалки.

При плазменном упрочнении с перекрытием дорожек упрочнения происхо­дит уменьшение микротвердости в зоне перекрытия (~ 10-30 %) . Однако, как показали исследования, интенсивного изнашивания в зоне перекрытия не наблюдается, так как эти зоны занимают значительно меньшую площадь, по сравнению с зонами закалки и при их изнашивании проявляется «теневой эффект» .

При упрочнении с оплавлением поверхности износостойкость упрочненного

слоя снижается (по сравнению с упрочнением без оплавления). Особенностью мартенситной структуры оплавленного слоя является ее столбчатый характер. Дис­персность мартенсита в оплавленной зоне, не смотря на высокие скорости охлажде­ния, зависит от химического

состава стали. Так, для стали

30ХГСА,30ХС,30ХГСН2А,

38Х2МЮА в оплавленной зоне зафиксирован мелкоигольчатый мартенсит, а в стали 20,30,45, 55, 9ХФ, 9ХФМ, 8Н1А, 40ХН -«крупноигольчатый».

Кроме того, в структуре оплавленной зоны обнаружено повышенное содержание остаточного аустенита (20-60%).

По мнению плазменное упрочнение с оплавлением поверхности наиболее эффективно для деталей, работающих в условиях интенсивного износа, но неиспытывающих значительныхударных и знакопеременных нагрузок.

Износостойкость стали 30ХГСА, 9 ХФ, 50ХН, 150 ХНМ после плазменного упрочнения (без оплавления) возрастает в 2,5-4 раза, по сравнению с объемной закалкой при испытаниях по схе­ме «вращающееся кольцо - неподвижная колодка» на машине трения МИ-1М (9) (в масляно - абразивной среде).

Оценка износостойкости конструкционных сталей, прошедших плазменное азотирование из газовой фазы (по различным режимам), показала, что износостой­кость сталей 20 возрастает в 1,3-1,5 раза по сравнению с плазменной закалкой и в 3-6 раз по сравнению с объемной закалкой рис. (испытание на машине СМУ-2).

Износостойкость нитроцементированного слоя на сталях 20, 45 в условиях сухого трения возрастает по сравнению с объемной ХТО, рис.

Дополнительная обработка холодом (кривая 5, рис. 2.58.) снижает содержание остаточного аустенита в нитроцементированном слое и, как следствие этого, увеличивается износостойкость.

Сравнительные испытания образцов стали 45, 40Х на износостойкость при различных способах упрочнения показали, что плазменная закалка не уступает электронно-лучевой и лазерной закалке, табл. 2.21.

Рис. 2.58. Влияние режима плазменного легирования

на износостойкость стали 45.

1- исходное состояние

2- объемная ХТО /нитроцементирование/

3- плазменная нитроцементация из газовой фазы

4- плазменная нитроцементация из твердойй фазы

5 - плазменная нитроцементация из твердой фазы + обработка холодом.

Из всех видов изнашивания, встречающегося в промышленности, наиболее часто проявляется абразивный износ. Согласно детали машин и инструмен­ты, эксплуатирующиеся в различных условиях работы, наиболее часто испытывают абразивный износ (до 60-70 %). Абразивное изнашивание наиболее часто вызывает разрушение поверхности детали в результате ее взаимодействия с твердыми частицам. К твердым частицам! относятся:

Неподвижно закрепленные твердые зерна, входящие в контакт по каса­тельной,

либо под небольшим углом атаки к поверхности детали;

Незакрепленные частицы, входящие в контакт с поверхностью детали;

Свободные частицы в зазоре сопряжения детали;

Свободные частицы, вовлекаемые в поток жидкостью или газом.

Испытание на абразивное изнашивание проводят по двум схемам взаимо­действия поверхности материала с абразивом: при трении и при ударе об абразив­ную поверхность . Методики испытаний, оборудование подробно изложены в работах , поэтому нет необходимости их описания, остановимся на резуль­татах испытаний. В качестве критерия оценки износостойкости упрочненных материалов использовалась относительная износостойкость, которая выражается отно­шением износа эталона к износу (линейному, весовому или объемному) исследуемого образца.

Самый простой способ оценки относительной износостойкости материалов – взвешивание образцов до и после испытания на абразивное изнашивание.

Сравнительные испытания на износостойкость пар трения шарик-цилиндрический образец

Способ упрочнения марки стали, образца	Линейный, мкм		По массе, мг		Суммарный
					Линейный, км	По массе, мг
1. Электронно-лучевое упрочнение, 40Х
2. Лазерное упрочнение
3. Плазменное упрочнение40Х
4. Закалка ТВЧ
5. Объемная закалка
6. Азотирование 20
7. Цементация 20				Закалку непосредственно под электровозом или вагоном (без выкатки колесных пар) . За восемь лет работы на ВСЖД открыты 12 участков плазменного упрочнения гребней колесных пар и обработано более 35 500 колесных пар. В течение этих лет проводились исследования триботехнических свойств упрочненных колесных пар на фиксированном участке ВСЖД, а именно на горном участке Иркутск-Слюдянка. Выбор... Триботехника,-М.: Машиностроение, 1985. Лахтин Ю.М. и др. Материаловедение: Учебник для ВУЗов, 3е издание. М.: машиностроение 1990. Плазменное поверхностное упрочнение / Лещинский Л.К. и др.- К.: Техника, 1990. Повышение несущей способности деталей машин алмазным выглаживанием / Яценко В.К. и др.- М.: Машиностроение,1985. Упрочнение поверхностей деталей комбинированными способами / А.Г. Бойцов и... Перемещения луча приведено на рис. 1.5. Наблюдаемые различия в структуре и твёрдости слоёв зоны в стали 35, обрабатываемой непрерывным излучением лазера на СО2, объясняют различными условиями их нагрева и охлаждения. 1.6. Упрочнение кулачка главного вала В течение последних трёх – пяти лет появились мощные газовые лазеры, обеспечивающие в режиме непрерывной генерации мощность порядка... Является то, что рабочий стол 6 с обрабатываемыми образцами 5 размещается внутри данного устройства. Разрабатываемое оборудование позволит осуществлять имплантацию ионов азота с энергией 1 – 10 кэВ (Дж) в металлы и сплавы, модифицируя их свойства в нужном направлении. Заключение Несмотря на большое количество исследований в области ионной имплантации, остаётся ещё множество вопросов, ...

Владельцы патента RU 2313581:

Изобретение относится к области термической обработки. Для получения закаленной поверхности без оплавления с достаточной глубиной упрочнения поверхностную закалку осуществляют путем перемещения по поверхности закаливаемого изделия плазменной дуги прямого действия на обратной полярности, когда электрод является анодом, а изделие - катодом. 3 ил.

Изобретение относиться к машиностроению и предназначено для поверхностного упрочнения деталей.

Известно, что поверхностное упрочнение (закалку) деталей производят газовыми горелками, индукторами ТВЧ, лазерным лучом и др. источниками поверхностного нагрева. С 80 х годов распространение получила плазменная закалка дугой прямого действия, горит между электродом (плазматроном) и изделием. При этом используется дуга прямой полярности, когда неплавящейся электрод является катодом, а изделие - анодом. (Металловедение и термическая обработка металлов, 1988, №12, с.35 в статье "Упрочнение рабочих поверхностей чугунных деталей методом плазменного оплавления" авторов Н.С.Шепелева, М.В.Селиванова и др.).

Недостатком плазменной закалки на прямой полярности является то, что качество закалки в значительной степени зависит от скорости перемещения плазменной дуги по поверхности изделия. С ее увеличением глубина закалки резко уменьшается (Сварочное производство, 2003, №2, с.26 в статье "Поверхностное упрочнение стальных деталей сжатой электрической дугой" авторов А.Е.Михеева, С.С.Ивасева и др.). В еще большей степени на свойства закаленного слоя влияет длина дуги. Обычно для каждого режима подбирается оптимальная длина дуги, при которой дуга горит устойчиво. Ни один из авторов известных публикаций не пытался исследовать влияние длины дуги на свойства закалки. Это произошло потому, что проследить это чрезвычайно трудно. Обычно даже небольшое увеличение длины дуги от оптимального значения резко уменьшает глубину и твердость закалки, а укорочение дуги приводит к оплавлению поверхности, что часто является браковочным признаком.

Высокая чувствительность качества закалки к скорости перемещения и длине плазменной дуги обусловило, что плазменную закалку производят только на автоматических установках, где два вышеприведенных параметра поддаются точной настройке и точному поддержанию в процессе закалки. Ручная плазменная закалка до последнего времени не приводилась именно потому, что неизбежные в ручном процессе колебания длины дуги и скорости закалки дают оплавление поверхности или не обеспечивают ее упрочнения.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение чувствительности качества закалки к длине дуги, скорости ее перемещения и, на основе этого, изыскания возможности выполнения плазменной закалки вручную без оплавления поверхности.

Поставленная задача решена путем применения для поверхностной закалки дуги обратной полярности, когда электрод является анодом, а изделие - катодом.

Производилась плазменная закалка на автоматической установке цилиндра из стали 40 диаметром ⊘60 мм со скоростью 43,6 м/час на токе 60 А. Было установлено, что и на прямой и на обратной полярности при длине дуги 9 мм (расстояние от среза сопла плазмотрона до поверхности детали) оплавление закаленной дорожки не происходит. На фиг.1 показаны темплеты, вырезанные из образца с плазменной закалкой, выполненной при длине дуги 3 мм. По ним видно, что при закалке на обратной полярность (поз.1.) поверхность закаленной дорожки не имеет оплавления, а при закалке на прямой полярности (поз.2.) по средине закаленных дорожек имеется оплавление, сформировавшее буртик высотой 0,12 мм. При увеличении длины дуги прямой полярности до 6 мм избежать оплавления не удалось, но высота буртика уменьшилась до 0,06 мм. Таким образом, дуга обратной полярности даже при существенном укорочении не вызывает оплавления закаливаемой поверхности, тогда как даже небольшое укорочение дуги прямой полярности приводит к оплавлению.

На фиг.2 представлено распределение микротвердости по глубине закалки, выполненной дугой прямой полярности. Из нее видно, что с увеличением длины дуги с 3 мм до 9 мм произошло уменьшение: микротвердости с Н 500 500 до Н 500 450; а глубины закалки с 0,9 мм до 0,7 мм.

На фиг.3 представлено аналогичное распределение микротвердости по глубине закалки, но выполненное дугой обратной полярности. В данном случае имеет место обратная закономерность: с увеличением длины дуги с 3 мм до 9 мм микротвердость и глубина закалки не уменьшились, а увеличились: микротвердость - с Н 500 480 до Н 500 640, а глубина закалки - с 0,7 мм до 1,1 мм. Отсюда можно сделать следующие выводы о преимуществах плазменной закалки на обратной полярности по сравнению с закалкой на прямой полярности.

1. При длине дуги 9 мм, когда в обоих случаях нет оплавления, на обратной полярности выше микротвердость (Н 500 640 вместо Н 500 430) и больше глубине закалки (1,1 мм вместо 0,7 мм).

2. Максимальные значения микротвердости и глубины закалки на обратной полярности получены на длинной (9 мм) дуге, которая более удобна, чем короткая, для ведения процесса вручную. Ибо при короткой дуге корпус плазматрона мешает наблюдению за ней, что создает трудности с направлением дуги в требуемое место.

Изложенное позволяет заключить, что на обратной полярности при ведении плазменной закалки вручную, когда происходят колебания длины дуги и скорости ее перемещения, все же возможно получение закаленной поверхности без оплавления с достаточной глубиной упрочнения.

Практическое применение нового способа

Штамп из стали 5ХНМ, массой 2200 кг используется для горячей штамповки титана ВТ-20. При изготовлении он упрочняется объемной закалкой с отпуском на НВ 340. После 1100 штамповок его осаживают для восстановления гравюры. По мере удаления от поверхности во время осадок твердость гравюры снижается и после 8 осадок она достигла НВ 300. Штамп подлежал утилизации, ибо его повторная объемная закалка была невозможна, т.к. потеряв в толщине, при объемной закалке он получил бы недопустимую деформацию. Тогда сложнопрофильную гравюру штампа вручную упрочнили плазменной закалкой на обратной полярности. Твердость поверхности увеличилась до НВ 540, а съем - до 1862 штамповок. Таким образом, ручная плазменная закалка не только продлила срок службы штампа, но и увеличила его стойкость во время компании в 1,7 раза (с 1100 шт. до 1862 шт.).

Штамп из стали 8Х3 используется для холодной вырубки заготовок из стали 30ХГСА толщиной 6,5 мм. Обычно на нем нарубают ˜5 тыс. заготовок, подвергают зачистке, дополнительно нарубают 10 тыс. шт. и утилизируют. Штамп по рабочим кромкам упрочнили вручную плазменной закалкой на обратной полярности; твердость кромок увеличилась с HRC 52 до HRC 60. С двумя зачистками штамп нарубил 40 тыс. заготовок, что в 2,6 раза больше, чем нарубает штамп без плазменной закалки (15 тыс. шт.).

Штамп из стали 5ХВ2С используется для горячей вырубки заготовок из стали 30ХГСА толщиной 10 мм. Обычно с периодическими зачистками он нарубает 8 тыс. заготовок. После ручной плазменной закалки по рабочим кромкам твердость увеличилась с HRC 54 до HRC 62, а наработка штампа возросла до 42,2 тыс. шт., т.е. в 5,3 раза.

Производилась плазменная закалка зубьев венца шестерни сталеразливочного крана. Затрудненный доступ к поверхности зубьев потребовал увеличения длины дуги до 20 мм. Это не отразилось на качестве закалки и срок службы зубчатых венцов увеличелся с 6 мес. до 17 мес., т.к. в 2,8 раза.

Способ поверхностной закалки изделий, включающий закалку путем перемещения по поверхности изделия плазменной дуги прямого действия, возбуждаемой между электродом и изделием, отличающийся тем, что для предупреждения оплавления закаливаемой поверхности с одновременным обеспечением достаточной глубины и твердости закаленного слоя плазменную закалку выполняют на обратной полярности, когда электрод является анодом, а изделие - катодом.

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам упрочнения изделий и может быть использовано преимущественно в машиностроении при индукционной закалке изделий типа осей, валов, имеющих сложную конфигурацию упрочняемых участков в местах выхода шлиц, пазов, лысок и т.д.