Інші праці КМТОМ (ДМетІ)

Permanent URI for this collectionhttp://crust.ust.edu.ua/handle/123456789/14634

Browse

Now showing 1 - 1 of 1

Розробка параметрів зміцнюючих технологій трубного інструменту для виробництва гарячепресованих і холоднодеформованих труб
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2023) Кривчик, Лілія Сергіївна
UKR: Дисертацію присвячено розробці зміцнюючих технологій інструменту для виробництва гарячепресованих і холоднодеформованих корозійностійких труб. Умови праці цього інструменту складаються зі знакозмінних навантажень, високих температур, інтенсивних динамічних навантажень, значного зносу в умовах тертя і високого питомого тиску. Доцільність підвищення зносостійкості трубного інструменту обумовлена необхідністю підвищення його експлуатаційної стійкості і полягає у встановленні закономірностей формування структури і властивостей дослідного металу за рахунок використання розроблених раціональних режимів термічної та хіміко-термічної обробки; нанесення зносостійких покриттів і покриттів аморфних сплавів на робочу поверхню інструменту.[93] Одним із основних напрямків сучасного матеріалознавства та термічної обробки є створення інструментальних матеріалів з більш високим комплексом властивостей та розробка нових зміцнювальних покриттів для ефективного застосування їх для виготовлення інструменту. [75] В роботі розроблені способи проведення зміцнюючих технологій об’ємного загартування з багаторазовим відпуском і азотуванням інструменту та нанесенням багатошарових вакуумно-дугових покриттів TiN, TiZrN, NbN, TiZrN/NbN, TiN/СrN на азотовані штампові сталі 4Х5МФ1С, 3 5Х3В3МФС для виготовлення матричних кілець, голок-оправок трубопрофільних пресів, а також роликів, опорних планок і оправок станів ХПТР при суттєвому скороченні часу отримання діфузійних шарів робочої товщини. [93] Ці нові методики замість існуючих дозволять суттєво підвищити міцність, зносостійкість, витривалість, опір крихкому руйнуванню, поверхневу твердість інструменту. Хіміко-термічна обробка є одним з найбільш ефективних методів підвищення довговічності і надійності інструментів. Це, в першу чергу, визначається тим, що при хіміко-термічній обробці змінюється хімічний склад, структура і властивості поверхневих шарів металу, саме тих, в яких при експлуатації концентруються максимальні напруження, зароджуються і розвиваються тріщини, відбуваються процеси зношування і корозійного розтріскування. Використання сучасних видів ХТО значно прискорює дифузійні процеси, дозволяє отримати дифузійний шар регульованого складу і необхідної будови; характеризується незначними деформаціями виробів і високим класом чистоти поверхні, має велику економічність, підвищує коефіцієнт використання електроенергії, скорочує витрату насичуючих газів; відповідає вимогам щодо захисту навколишнього середовища. [70, 93,75] Головні переваги хіміко-термічної обробки пов'язані з можливістю ефективно змінювати властивості поверхневого шару шляхом варіювання хімічного складу, створенням прогнозованого поєднання властивостей поверхні виробу та серцевини. При розробці ефективних технологій ХТО сталей слід враховувати як необхідність забезпечення заданих властивостей поверхні, так і можливість економії дорогих і рідкісних легуючих елементів. Наукове значення роботи полягає також в отриманні нових результатів, які розширюють уявлення про характер структуроутворення в матеріалі поверхневих шарів напівтеплостійких вториннотвердіючих штампових 4 сталей 4Х5МФ1С та 5Х3В3МФС. В роботі запропоноване іонне азотування загартованого та двічі відпущеного металу трубного інструменту в газовій плазмі дугового розряду. В поверхневому шарі формується структура твердого розчину, в якій знаходяться нітриди Fe2-3N (ε-фаза), Fe4N (-фаза) та аустеніт, насичений азотом. Це дозволяє підняти рівень зміцнення поверхні інструменту до Нμ=8000 –12000 МПа та експлуатаційної стійкості у 1,5 – 2 рази. Така комбінована обробка проводиться вперше для трубного інструменту і захищена патентом № 151611 «Спосіб термічної обробки виробів з легованих інструментальних сталей». В роботі також запропоновано нанесення одношарових і багатошарових вакуумно-дугових покриттів TiN, TiZrN, NbN, TiZrN/NbN, TiN/СrN на леговані штампові сталі з використанням вакуумно-дугового розряду низького тиску в єдиному технологічному процесі, що значно підвищує механічні властивості, твердість поверхні трубного інструменту зростає до 23000 ÷ 25000 МПа, що дозволяє збільшити ресурс його роботи в 1,5 – 2,5 рази. В дисертаційній роботі запропоновано проведення для трубопресового інструменту карбонітрації, коли в поверхневому шарі утворюються карбонітридні фази, більш пластичні і менш крихкі, ніж при азотуванні. Процес має беззаперечні переваги в порівнянні з іншими процесами зміцнення поверхні.[95] Перевагою даної технології є висока швидкість дифузії, рівномірність нагріву і насичення в розплаві солей, що призводить до збільшення зносостійкості і корозійної стійкості поверхні, зниження коефіцієнту тертя в 1,5 – 5 разів, підвищується працездатність інструменту, що працює з циклічними навантаженнями, за рахунок створення стискаючих напруг на поверхні; після карбонітрації на поверхні інструменту формується зміцнений шар, що складається з декількох зон (верхній шар являє собою твердий розчин з включеннями ℇ - карбонітриду типу Fe3 (NC), під яким розташовується зона - фази типу Fe4(NC), під якою знаходиться дифузійна 5 зона (гетерофазний шар), яка складається з твердого розчину вуглецю і азоту в залізі з включеннями карбонітридних фаз, твердість якої значно вища твердості серцевини.[67, 64, 75] Така обробка трубопресового інструменту проводиться вперше і захищена патентом № 146692 «Спосіб хіміко-термічної обробки трубопресового інструменту з інструментальної сталі». На підставі експериментальних досліджень в роботі доведено доцільність нанесення порошку аморфного сплаву на основі заліза, нікелю, кремнію та бору, що дозволило забезпечити високу твердість і зносостійкість поверхні матричних кілець, роликів, опорних планок. Така обробка трубного інструменту проводиться вперше і захищена патентом № 148695 «Спосіб зміцнення трубопресового інструменту з інструментальної сталі». В роботі запропоновано використати для виготовлення опорних планок і роликів станів ХПТР для холодної прокатки особливотонкостінних корозійностійких труб замість сталі 60С2ХФА сталь 4Х5МФ1С, яка має більш високі експлуатаційні властивості після загартування з відпуском, з наступною ХТО (іонне азотування в плазмі ДВДР з нанесенням зносостійких покриттів), що підвищує стійкість роботи інструменту, зменшує простої станів ХПТР, пов’язаних з заміною інструменту. Проведені реальні дослідження в виробничих умовах зі зміцнення трубопресового інструмента (матричних кілець і голок-оправок) при різних температурних режимах загартування з використанням в якості гартувального середовища замість масла - водного розчину полімерного середовища Aqua-Quench 400, яке успішно використовується, як замінювач масла для загартування інструментів. Розглянуто вплив температури загартування і відпуску на властивості інструменту і запропоновано оптимальний режим загартування з багатократними відпуском та азотуванням для забезпечення необхідних властивостей трубного інструменту. 6 В роботі побудовано математичну модель розподілу мікротвердості дифузійної зони в поверхневих шарах інструменту після різних видів хімікотермічної обробки, яка є наслідком адитивного накладання закономірностей кінетики температурних полів, дифузійних потоків та фазових перетворень і вказує на те, що дифузійне насичення йде з поверхні виробу з утворенням в поверхневому шарі фаз з максимальною твердістю. Результати впровадження на ТОВ «ВО ОСКАР» і «ПрАТ Сентравіс Продакшн Юкрейн» технологій об’ємного зміцнення інструменту з багаторазовим відпуском та азотуванням, карбонітрації трубного інструменту і наступного нанесення покриттів аморфних сплавів на основі Fe-C-Si-B і зносостійких покриттів TiN, TiZrN, NbN, TiZrN/NbN на робочі поверхні інструменту, дозволили отримати значний економічний ефект, за рахунок зниження витрат на інструмент, скоротити недоліки виробництва, за рахунок зменшення кількості переналадок обладнання, в результаті – збільшити продуктивність праці при пресуванні і прокатці на станах ХПТР корозійностійких труб, при цьому підвищити стійкість інструменту в 1,5 – 2,5 рази. [67] Результати дисертаційної роботи впроваджені в освітній процес дисциплін «Основи теорії і практики термічної обробки металів», «Особливості технологічних процесів термічної обробки металів», «Інженерія поверхні металовиробів» для студентів спеціальності 132 «Матеріалознавство» ННІ ІПБТ УДУНТ. Розраховано економічний ефект від впровадження запропонованих технологій, який становить 424,5 тис. грн.