Поверхностное упрочнение деталей из стали и чугуна плазменной закалкой

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

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

Таблица 6. Узлы, входящие в комплект установки

Примеры применения установки показаны на фото 46-57.

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.

Основные требования безопасности при плазменной закалке определяются применением сварочных источников питания и предполагают использование вытяжной вентиляционной системы и защиту органов зрения от излучения.

7. Эффективность

По данным производственных испытаний эксплуатационный ресурс закаленных деталей возрастает в 2…4 раза, увеличивается наработка упрочненного технологического инструмента, а его удельный расход снижается на 20…50 %. В целом ряде случаев сокращаются простои на ремонт и обслуживание современных высокопроизводительных агрегатов, уменьшаются затраты на запасные части и техническое обслуживание.

Эксплуатационные расходы не превышают аналогичных затрат при использовании сварочного оборудования.

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