НМЦ

Особливості виготовлення і сучасні технології зміцнення

трубного інструменту для виробництва корозійностійких труб

Електронний посібник

 

ВФПО

ПІСЛЯМОВА

 

У цьому навчально-методичному посібнику наведено технологію виготовлення зі складанням технологічних карт основного трубного інструменту (матричних кілець, голок-оправок горизонтальних трубопрофільних пресів, роликів, опорних планок станів ХПТР), запропоновано нові розв’язки науково-технічної задачі, які полягають у розроблення параметрів зміцнювальних технологій трубного інструменту для виробництва гарячепресованих і холоднодеформованих труб.

Запропоновано нові шляхи зміцнення трубного інструменту – використання іонного азотування в плазмі ДВДР, карбонітрація в розплавах солів ціанатів і карбонатів лужних металів, нанесення наноструктурних нанопокриттів на робочі поверхні інструменту. Запропоновано використання нових матеріалів для виготовлення інструменту: для виготовлення опорних планок і роликів станів ХПТР замість сталі 60С2ХФА ‒ сталь 4Х5МФ1С, а для інструменту гарячого пресування корозійностійких труб (матричні кільця горизонтальних пресів) замість сталі з вольфрамом 5Х3В3МФС використовувати сталь 4Х5МФ1С, що у поєднанні із запропонованою комбінованою технологією термічного оброблення забезпечує підвищення в 1,5 – 2 рази експлуатаційну стійкість інструменту. Результати зміцнення інструменту підтверджено відповідними актами промислових підприємств (додатки) і патентами, які належать автору цього навчально-методичного посібника (додатки).

 

v запропоновано для виготовлення інструменту гарячої і холодної деформації (матричних кілець, роликів і опорних планок) сталь 4Х5МФ1С, температура аустенітизації якої 1050 – 1070°С забезпечує раціональне насичення аустеніту легуючими елементами та сприяє досягненню ефекту вторинного твердіння (на рівні твердості 48 – 53 HRC) після загартування та подальшого відпускання за 550 – 570°С (перше відпускання) та 530 – 550°С (друге відпускання) і поєднання третього відпускання з іонним азотуванням за температури 540 – 570°С. Рекомендовано нагрівання до температури аустенітизації проводити ступінчасто, внаслідок низької теплопровідності сталі (спочатку повільно до 800 – 850°С в шахтній печі, а потім швидко до кінцевої температури в соляній ванні, що виключає окиснення і зневуглецювання інструменту). Для матричних кілець зі сталі 5Х3В3МФС пропонується використовувати температуру аустенітизації 1070 – 1100°С внаслідок більшого вміщення легуючих елементів і складності розчинення тугоплавкого карбіду вольфраму.

 

Структура інструменту після об`ємного загартування і відпусків – мартенсит відпущений та карбіди легуючих елементів;

v загартування інструменту з цих марок сталі рекомендується проводити шляхом остуджування за температури аустенітизації на повітрі до 950 – 900°С (тобто ≥Аr3), а як охолоджувальне середовище для загартування інструменту запропоновано використовувати замість оливи водний розчин полімеру Aqua-Quench 400 на основі акрилату за концентрації 20 – 35% як більш економічне, технологічне, пожежобезпечне та екологічно чисте гартувальне середовище;

v для збільшення експлуатаційної стійкості голок-оправок і матричних кілець (трубопресовий інструмент) зі сталей 4Х5МФ1С і 5Х3В3МФС запропоновано комбіноване оброблення, яке охоплює об`ємне загартування з подальшими двома відпусканнями та поєднання в подальшій операції третього відпускання з карбонітрацією інструменту в розплавах солей ціанатів і карбонатів лужних металів.

 

Таке комбіноване оброблення рекомендовано через значний розмір голок-оправок та брак в країні відповідних розмірів камер для азотування;

v матричні кільця (трубопресовий інструмент) і ролики станів ХПТР зі сталі 4Х5МФ1С після об`ємного загартування і двократного відпускання рекомендовано піддавати додатковому плазмовому нанесенню на поверхню порошку аморфного сплаву на основі системи «Fe-Si-B» завтовшки 100 – 150 мкм з тривалістю процесу 1 – 1,5 год, що дає змогу збільшити експлуатаційну стійкість інструменту на 25 – 30%.

 

Порівняння механічних властивостей сталей та експлуатаційної стійкості інструменту після проведених зміцнювальних обробок свідчать про таке:

v для голок-оправок і матричних кілець трубопрофільного преса зі сталі 4Х5МФ1С після реалізації комплексного оброблення з використанням карбонітрації, яка рекомендується для оброблення виробів значних розмірів, твердість поверхневого шару збільшується до рівня 9500 – 10000 МПа, а експлуатаційна стійкість інструменту в 1,5 – 2 рази;

v для матричних кілець зі сталі 5Х3В3МФС після реалізації комплексного оброблення з використанням карбонітрації твердість поверхневого шару збільшується до рівня 10000 – 12000 МПа, а експлуатаційна стійкість інструменту ‒ в 1,5 – 2 рази, що забезпечується утворенням на поверхні інструменту зміцненого шару, який складається з декількох зон (верхній шар являє собою ε-карбонітрид типу Fe3(NC), під яким розташовується зона (g¢- фази типу Fe4(NC), під якою розташована дифузійна зона (гетерофазний шар), яка складається з твердого розчину вуглецю і азоту в α-залізі з включеннями карбонітридних фаз легуючих елементів (W, Cr, Mo,V), твердість якої значно вища твердості серцевини;

v для матричних кілець зі сталей 4Х5МФ1С і 5Х3В3МФС після іонного азотування твердість поверхневого шару підвищилася до рівня 9500 – 11000 МПа, а експлуатаційна стійкість інструменту збільшилася в 1,5 – 1,7 раза, що забезпечується утворенням на поверхні інструменту зміцненого шару, який складається після іонного азотування з нітридної зони Fe2-3N (ε-фаза) і Fe4N (g¢-фаза) і підшару азотистого фериту (α-фаза), в якому під час охолодження виділяються нітриди хрому, молібдену, ванадію, що підтвердили результати металографічних досліджень, електронної мікроскопії, рентгеноструктурних досліджень і випробування механічних властивостей та результатами промислової апробації інструменту.

 

Контрольні запитання

з розділу «Технології зміцнення трубного інструменту»

 

 

Попередня тема

На початок