0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Криогенная обработка чугуна, сталей и сплавов

Содержание

Криогенная обработка чугуна, сталей и сплавов

Криогенная обработка чугуна, сталей и сплавов.

Криогенная обработка позволяет увеличить износостойкость и ресурс выпускаемых изделий из чугуна, сталей и сплавов до 300%.

Криогенная обработка чугуна, сталей и сплавов:

Криогенная обработка – процесс медленного охлаждения деталей и инструментов в криопроцессоре до температуры жидкого азота – 196 ̊С с последующей выдержкой при этой температуре в течение 24 – 36 часов. После чего происходит процесс постепенного возврата к комнатной температуре. Процесс изменения температуры автоматизирован и контролируется с точностью до одного градуса.

Криогенная обработка позволяет увеличить износостойкость и ресурс выпускаемых изделий из чугуна, сталей и сплавов до 300%.

Криогенная обработка чугуна, сталей и сплавов возможна на начальной стадии процесса изготовления (до закалки) металлопродукции, например для повышения обрабатываемости. После термической обработки (закалки) – для повышения механических и эксплуатационных характеристик изделий. И после окончательной термической операции (отпуска) с целью упрочнения.

В процессе криогенной обработки металл длительное время находится в среде жидкого или газообразного азота при отрицательных температурах, где диффузионного насыщения поверхностного слоя азотом не происходит.

Криогенная обработка не является окончательной операцией термообработки. Для снижения температурных напряжений, вызванных закалкой и криогенной обработкой, и получения требуемых механических свойств стали детали подвергают после криогенной обработки старению или отпуску.

Криогенная обработка проводится однократно и не нуждается в повторении, поскольку свойства материала, приобретенные в результате комплексной термической обработки, сохраняются в течение длительного времени эксплуатации.

Криогенной обработке подвержены чугун, конструкционные, легированные, нержавеющие, жаропрочные, инструментальные, магнитные стали и сплавы .

Эффективность процесса криогенной обработки достигается только при определенных температурно-временных параметрах – технологических режимах: скорость охлаждения, временные интервалы выдержки и циклов, скорость нагрева, температурные режимы отпуска.

Преимущества криогенной обработки:

В результате структурно фазовых изменений при криогенной обработке происходит изменение механических и эксплуатационных свойств:

– увеличение твердости, износостойкости и прочности в результате трансформации остаточного аустенита в мартенсит,

улучшение формоустойчивости (стабильности размеров),

– увеличение ударной прочности и износостойкости сталей в результате выделения мелкодисперсных карбидов легирующих элементов,

увеличение теплопроводности,

– увеличение ресурса за счет снятия остаточных напряжений,

увеличить износостойкости и ресурса выпускаемых изделий до 300%.

Криогенная обработка целесообразна для:

повышения износостойкости и режущих свойств инструментальных сталей, в том числе быстрорежущих, металло- и деревообрабатывающего инструмента ,

повышения твердости, износостойкости и снижения разброса твердости прессового, штампового, прокатного, прошивного инструмента, измерительных инструментов, изготовленных из высокоуглеродистой легированной стали,

повышения твердости, глубины упрочненного слоя и износостойкости цементованных деталей, изготовленных из легированных конструкционных сталей,

повышения циклической прочности ресурсного крепежа, цанг, пружин, торсионов, рессор и упругих элементов машин, изготовленных из углеродистых и легированных конструкционных сталей,

повышения твердости нержавеющих сталей с повышенным содержанием углерода , применяемых для изготовления инструментов, в том числе хирургических ,

улучшения качества поверхности (получение однородной зеркальной поверхности) деталей, подвергаемых доводке или полированию,

стабилизации размеров деталей плунжерных насосов , компрессоров, измерительных инструментов, шарико- и роликоподшипников,

повышения магнитных свойств некоторых специальных сплавов для постоянных магнитов ,

стабилизации размеров и повышения абразивной износостойкости литья из серых и высокопрочных чугунов,

сохранения высокой эксплуатационной прочности и сопротивляемости ударам и вибрациям, а также повышения износостойкости пластин и стержней из титано-вольфрамовых и вольфрамовых твердых сплавов,

повышения износостойкости и производительности бурения твердосплавного породоразрушающего инструмента,

устранения брака термической обработки деталей из-за низкой или неоднородной твердости после закалки,

стабилизации размеров цветного литья, предназначенного для изготовления корпусов прецизионного оборудования и приборов,

длительного хранения в пластичном состоянии закаленного дюралюмина,

улучшения эксплуатационных характеристик кабелей и электронного оборудования,

улучшения акустических характеристик духовых, ударных и струнных инструментов, а также увеличения срока их службы.

Криогенная обработка металлов

оборудование для повышения ресурса металла

Процессы упрочнения полуфабрикатов, заготовок и особенно готовых деталей являются одним из главных резервов повышения эффективности использования металла. Эта проблема непосредственно связана с повышением надежности, долговечности машин и их эксплуатационных характеристик и поэтому должна решаться в комплексе, начиная с выбора рациональной конструкции изделий и заканчивая использованием технологических методов, обеспечивающих высокие эксплуатационные характеристики наиболее нагруженных деталей.

К технологическим методам управления уровнем прочности металлов можно отнести:

  • легирование;
  • термическую обработку;
  • химико-термическую обработку;
  • пластическую деформацию (наклеп);
  • термомеханическую обработку;
  • криогенную обработку.

Самый высокий уровень свойств конструкционных сталей в настоящее время можно получить методами термомеханической обработки, основанными на совмещении операций пластической деформации и термической обработки. Пластическая деформация осуществляется выше точки фазовых превращений стали, а последующее резкое охлаждение (закалка) фиксирует промежуточное структурное состояние стали. Последующий за термомеханической обработкой отпуск фиксирует более устойчивое структурное состояние, несколько снижает твердость и прочность, увеличивает вязкость и значительно снижает внутренние напряжения.

Варьирование методов и технологических режимов термомеханической обработки, криогенной обработки и последующего отпуска обеспечивает различное структурное состояние и сочетание механических свойств стали.

Криогенная обработка не является окончательной операцией. Чтобы уменьшить напряжения, вызванные закалкой или термомеханической обработкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после криогенной обработки обязательно подвергают отпуску.

Криогенной обработкой стали называется охлаждение закаленной стали до температуры ниже конца мартенситного превращения, т. е. до температуры жидкого азота, со скоростью ниже критической, выдержке для завершения фазовых превращений и последующем нагреве до нормальной температуры.

Криогенная обработка проводится однократно и не нуждается в повторении, поскольку свойства материала, приобретенные в результате закалки и глубокой обработки холодом, сохраняются в течение всего срока службы изделия.

Хотя криогенная обработка относится к объемным методам упрочнения, но также эффективно её применение на цементируемых сталях, сердцевина которых должна обладать большой прочностью при повышенной вязкости, а поверхность — хорошо сопротивляться истиранию.

Криогенной обработке подвергают, в большинстве случаев, изделия с высоким содержанием углерода в стали, в структуре которой после закалки или термомеханической обработки сохраняется большое количество остаточного аустенита.

В развитие криогенной обработки значительный вклад внесли отечественные ученые, такие как Гуляев А.П., Вязников Н.Ф., Положенцев В.С., Воробьев В.Г. и другие.

Криогенная обработка чугуна, сталей и сплавов:

Криогенная обработка – процесс медленного охлаждения деталей и инструментов в криопроцессоре до температуры жидкого азота – 196 ̊С с последующей выдержкой при этой температуре в течение 24 – 36 часов. После чего происходит процесс постепенного возврата к комнатной температуре. Процесс изменения температуры автоматизирован и контролируется с точностью до одного градуса.

Криогенная обработка позволяет увеличить износостойкость и ресурс выпускаемых изделий из чугуна, сталей и сплавов до 300%.

Криогенная обработка чугуна, сталей и сплавов возможна на начальной стадии процесса изготовления (до закалки) металлопродукции, например для повышения обрабатываемости. После термической обработки (закалки) – для повышения механических и эксплуатационных характеристик изделий. И после окончательной термической операции (отпуска) с целью упрочнения.

В процессе криогенной обработки металл длительное время находится в среде жидкого или газообразного азота при отрицательных температурах, где диффузионного насыщения поверхностного слоя азотом не происходит.

Криогенная обработка не является окончательной операцией термообработки. Для снижения температурных напряжений, вызванных закалкой и криогенной обработкой, и получения требуемых механических свойств стали детали подвергают после криогенной обработки старению или отпуску.

Криогенная обработка проводится однократно и не нуждается в повторении, поскольку свойства материала, приобретенные в результате комплексной термической обработки, сохраняются в течение длительного времени эксплуатации.

Криогенной обработке подвержены чугун, конструкционные, легированные, нержавеющие, жаропрочные, инструментальные, магнитные стали и сплавы.

Эффективность процесса криогенной обработки достигается только при определенных температурно-временных параметрах – технологических режимах: скорость охлаждения, временные интервалы выдержки и циклов, скорость нагрева, температурные режимы отпуска.

Можно выделить следующие основные цели использования криогенной обработки стали:

  • повышение твердости, износостойкости, прочности за счет перехода остаточного аустенита в мартенсит;
  • улучшение формоустойчивости и стабильности размеров после обработки;
  • увеличение ударной прочности и износостойкости за счет образования мелкодисперсных карбидов в легированных сталях;
  • увеличение ресурса за счет снятия остаточных напряжений.
Читать еще:  Десульфатация автомобильного аккумулятора: что это такое

Повышение твердости, прочности и как следствие повышение износостойкости за счет перехода остаточного аустенита в мартенсит при криогенной обработке хорошо изучены. Температура мартенситного превращения не зависит от скорости охлаждения и определяется содержанием углерода в стали. Чем больше в стали углерода, тем сильнее понижается точка мартенситного превращения. Для стали любого состава переход аустенита в мартенсит протекает в некотором интервале температур. В точке начала мартенситного превращения переход аустенита в мартенсит происходит с очень большой скоростью и в течение нескольких тысячных долей секунды большая часть аустенита (примерно 70%) переходит в мартенсит, после чего процесс замедляется. Оставшееся количество не превращенного аустенита переходит в мартенсит по мере понижения температуры, и процесс прекращается в точке конца мартенситного превращения. Положение точки конца мартенситного превращения определяется содержанием в стали углерода. Для стали с содержанием углерода 0,6% точка конца мартенситного превращения находится ниже комнатной температуры. Количество остаточного аустенита в простой углеродистой стали зависит от содержания углерода и от температуры закалки: чем больше углерода в стали и выше температура нагрева под закалку, тем больше сохраняется остаточного аустенита в структуре закаленной стали.

Количество остаточного аустенита особенно резко увеличивается с повышением температуры закалки заэвтектоидной стали. Наиболее широко применяемыми в промышленности заэвтектоидными сталями являются конструкционная шарикоподшипниковая сталь, быстрорежущие стали, инструментальные штамповые стали.

Улучшение формоустойчивости и стабильности размеров после обработки необходимо для измерительных и медицинских инструментов, шарикоподшипников. Эти стали имеют повышенное количество углерода (более 1%) и после закалки и низкого отпуска имеют высокую твердость.

В закаленной высокоуглеродистой стали при комнатной температуре в течение продолжительного времени протекает процесс старения, который заключается в частичном распаде мартенсита и превращении некоторого количества остаточного аустенита в мартенсит. Эти процессы вызывают небольшое изменение объема и линейных размеров изделий, недопустимое для измерительных инструментов высоких классов точности. Для предупреждения старения измерительные инструменты после закалки подвергают криогенной обработке и отпуску.

Увеличение ударной прочности и износостойкости за счет образования мелкодисперсных карбидов в легированных сталях обусловлено зарождением новых центров кристаллизации, которые упорядоченно строят однослойный кристалл. При криогенной обработке на однослойный кристалл наслаиваются новые атомы, и происходит рост кристалла. Чем больше в стали изоморфных примесей, тем больше центров кристаллизации, тем мельче получается зерно. Наилучшими изоморфными примесями являются ниобий, вольфрам, молибден, хром, титан, ванадий.

Увеличение ресурса за счет снятия внутренних остаточных напряжений. Внутренние напряжения возникают в процессе быстрого нагрева и охлаждения металла вследствие неодинакового расширения или сжатия поверхностных и внутренних слоев, при неравномерной деформации и структурных превращениях по объему. Внутренние напряжения сильно влияют на свойства и на превращения, протекающие в металлах. Структурные изменения, протекающие во время криогенной обработки, способствуют снятию внутренних напряжений металла. Этот механизм работает не только на сталях, но и на сплавах цветных металлов на основе титана, алюминия, меди.

Для криогенной обработки применяется современное технологическое оборудование (рис. 1), отвечающее требовательным нормам пятого технологического уклада. Влияние человеческого фактора на результат обработки минимизировано.

Преимущества криогенной обработки:

В результате структурно фазовых изменений при криогенной обработке происходит изменение механических и эксплуатационных свойств:

– увеличение твердости, износостойкости и прочности в результате трансформации остаточного аустенита в мартенсит,

улучшение формоустойчивости (стабильности размеров),

– увеличение ударной прочности и износостойкости сталей в результате выделения мелкодисперсных карбидов легирующих элементов,

увеличение теплопроводности,

– увеличение ресурса за счет снятия остаточных напряжений,

увеличить износостойкости и ресурса выпускаемых изделий до 300%.

Оборудование включает:

  • процессор криогенный;
  • датчик температуры;
  • ёмкость с жидким азотом;
  • клапан электромагнитный;
  • контроллер;
  • персональный компьютер.

Криососуд обеспечивает автоматическую передачу газообразного азота под заданным давлением в криокамеру.

Криокамера позволяет одновременно обрабатывать до 900 кг продукции. Конструкция камеры обеспечивает протекание «сухого процесса» обработки, исключая контакт обрабатываемых деталей с жидким азотом, что устраняет возможность термического удара.

Криопроцессор обеспечивает управление процесса криогенной обработки. Варьируемыми параметрами процесса являются: температура, скорости охлаждения и возврата к комнатной температуре, время выдержки.

В зависимости от марки стали и количества остаточного аустенита твердость стали при криогенной обработке повышается на 2–8 HRC, а условный предел текучести стали σ0,2 повышается до 20%, предел прочности σв повышается до 15%.

При закалке быстрорежущей стали температура конца мартенситного превращения лежит значительно ниже 00С, поэтому в структуре стали после закалки сохраняется значительное количество остаточного аустенита (более 18%). При дальнейшем охлаждении закаленной быстрорежущей стали до температуры минус 80 — 2000С приостановившийся процесс мартенситного превращения возобновляется, это сопровождается повышением твердости на 4 — 6 HRC. После криогенной обработки количество остаточного аустенита (до минус 1000С) в структуре быстрорежущей стали обычно не превышает 5 — 8%.

Если предусмотрена криогенная обработка, то многократный отпуск можно заменить однократным.

При отпуске стали, обработанной холодом, твердость несколько понижается (1–2 HRC), однако инструмент становится менее хрупким и получает более стабильные размеры.

Криогенная обработка повышает производительность инструмента из быстрорежущей стали на 10 — 20%, так как переход остаточного аустенита в мартенсит при низкой температуре не обедняет углеродом мартенситную основу структуру, как это происходит при отпуске.

В таблице 1 приведены механические свойства коррозионно-стойкой стали 95×18 до и после криогенной обработки.

Таблица 1

№п/пРежим термообработкиУсловный предел текучести σ0,2, МПаПредел прочности σв, МПаОтносительное удлинение δ, %Относительное сужение ψ, %Ударная вязкость КСU, кДж/м2Твердость, НRC
1Закалка 1000–1050°С в масло; обработка холодом минус 70-80°С; отпуск 150–160°С на воздухе198023006359
2Закалка в масло 1000–1050°С; отпуск при 150-300°С; охлаждение на воздухе1900200021019656

Из таблицы видно, что при криогенной обработке возрастают предел текучести на 4%, предел временного сопротивления на 15% и твердость на 3 единицы НRC.

В таблице 2 приведены механические свойства доэфтектоидной хромистой конструкционной стали 40Х до и после криогенной обработки.


Статьи

Криогенная обработка, или как повысить прочность и снизить издержки

15 марта 2014 г.

В современной металлургической промышленностисуществуют различные технологии повышения износостойкости деталей, механизмов и инструмента. Жесткие условия конкурентной борьбы диктуют свои правила: как повысить ресурс, увеличить износостойкость и при этом сократить издержки? Сильные рыночные позиции займет тот, кто раньше сможет не только озадачиться этими вопросами, но и найдет самый верный ответ.

Каждая из существующих технологий упрочнения металлов имеет свои преимущества и недостатки. Единственное, что их объединяет, – изменения происходят только в поверхностном слое металла, в лучшем случае на глубину 2-3 мм. Такой показатель не позволяет говорить о максимальном увеличении упрочнения и ресурса в целом.

Сегодня в России существует технология, позволяющая улучшать характеристики во всем объеме изделия – это криогенная обработка. Технология представляет собой процесс медленного охлаждения деталей и инструментов по специальной программе в криопроцессоре до температуры жидкого азота с последующей выдержкой в течение определенного времени. После чего происходит процесс постепенного возврата к комнатной температуре. Процесс управления температурными режимами автоматизирован и контролируется с точностью до одного градуса.

Применение уникальной технологии позволяет сократить расходы предприятий за счет:

— увеличения износостойкости деталей, инструментов и механизмов;

— снижения количества брака;

— сокращения затрат на ремонт и замену оборудования и инструмента.

Для России технология уникальна и внедряется в промышленность с сентября 2013 года научно-производственным центром «КриоТехРесурс», входящим в Группу Компаний «Технические Газы».

Совместно с ведущими учеными Ижевского государственного технического университета им. М.Т. Калашникова НПЦ «КриоТехРесурс» проводит исследования в области изменений структуры металла на молекулярном уровне.

Стоит отметить, что криогенная обработка – это однократный процесс, который не нуждается в повторении, поскольку все свойства материалов, приобретенные в ходе глубокого охлаждения, сохраняются в течение всего срока службы деталей.

Во время криогенной обработки происходят следующие основные изменения в структуре металла:

· Увеличение твердости, износостойкости и прочности в результате трансформации остаточного аустенита в мартенсит.

Охлаждение до низких температур дает возможность осуществления дальнейшей трансформации остаточного аустенита в мартенсит. Остаточный аустенит относительно мягок, что не придает ему требуемых свойств износостойкости и прочности. Прочность стали возрастает при увеличении содержания мартенсита в структуре.

· Улучшение формоустойчивости (стабильности размеров).

Остаточный аустенит нестабилен при комнатной температуре и со временем начинает распадаться. Для большинства сфер применения это не является проблемой. Однако, там, где требуются, чрезвычайно точные допуски, этот распад может привести к изменению размеров в результате различий в кристаллографических размерах фаз. Формоустойчивость можно улучшить путем повторения циклов низкотемпературной обработки. Это может оказаться важным там, где размерные допуски имеют критическое значение. Причем это работает не только на сталях, но и на сплавах цветных металлов, таких как алюминий и титан.

Читать еще:  Автономные зарядные устройства

· Увеличение ударной прочности и износостойкости сталей.

В дополнение к хорошо известному эффекту трансформации остаточного аустенита в мартенсит с соответствующим увеличением твердости глубокая криогенная обработка оказывает воздействие и на мартенсит. Происходящие во время криообработки кристаллографические и микроструктурные изменения приводят к образованию и более равномерному распределению карбидов легирующих элементов в микроструктуре с последующим увеличением ударной прочности и износостойкости. Мелкодисперсные карбиды заполняют пограничные области образования трещин и микропустоты в структуре, создавая более когерентную кристаллическую структуру. Количество этих карбидов увеличивается при понижении температуры обработки и увеличении времени выдержки.

· Увеличение ресурса за счет снятия остаточных напряжений.

Все детали и инструменты производятся с внутренними произвольными напряжениями сжатия и растяжения в результате предшествующих технологических операций. В результате этих напряжений детали деформируются во время нагрева при эксплуатации, в зонах напряжений, как правило, со временем зарождаются усталостные трещины, что отрицательно сказывается на ресурсе изделия.

Структурные изменения с однородным расширением и сжатием, происходящие во время криогенной обработки, способствуют практически полному снятию внутренних напряжений металла.

«Технология криогенной обработки крайне интересна как для малых, так и крупных промышленных предприятий, — уверен главный технолог НПЦ «КриоТехРесурс» Иван Данилов. — Речь идет не только о повышении ресурса, прочности и износостойкости, но и о принципиально ином уровне обработки, что в конечном итоге позволит производителям не только снизить издержки, но и стать более конкурентоспособными».

Применение криогенной обработки актуально практически для любой отрасли, где присутствуеттрение, и есть необходимость в повышении усталостной прочности и износостойкости,но наибольшего эффекта можно добиться в следующих отраслях:

1.Промышленность.Тут применение безгранично. Практически любое оборудование работает на износ, и именно с ним наиболее эффективно борется криогенная обработка. В любой отрасли: нефтедобывающее оборудование, станки, строительные и дорожные машины, буровое и горнодобывающее оборудование, жидкостные насосы, грузоподъемные механизмы… Оборудование, в котором присутствуют пары трения, будет служить дольше с учетом применения технологии.

Кроме повышения износостойкости иногда немаловажным фактором будет улучшение условий работы оборудования за счет лучшей теплопередачи криогенно обработанных деталей.

Отдельно стоит выделить металлообрабатывающий инструмент, начиная от сверл минимального диаметра и заканчивая огромными прокатными валами. Металлообрабатывающий инструмент, как правило, делается из высоколегированных сталей с высоким содержанием углерода. Именно на этих сталях криогенная обработка дает наибольший эффект.

Для любого металлообрабатывающего предприятия инструмент — это одна из основных статей расходов. Ресурс инструмента в результате обработки может повыситься в 2-3 раза (в ряде случаев до 6 раз). Но расходы сокращаются не только за счет экономии на стоимости инструмента, но и за существенное сокращение времени простоя оборудования для замены инструмента и последующей его настройки.

2.Оборонно-промышленный комплекс.Этот пункт во многом пересекается с двумя предыдущими. Но есть и свои особенности.

Криогенная обработка может многократно повысить ресурс самой главной части огнестрельного оружия – ствола. Не важно, пистолет это, танк или корабельное орудие, производители всегда борются за повышение ресурса. Кроме того, повышается стабильность термических деформаций при стрельбе, что не может не сказаться на точности. Кроме стволов, технологию можно применить при обработке точных приводов и механизмов, кронштейнов для установки оптических приборов на боевой технике, электронных компонентов и многого другого.

3.Электроника и аудиотехника.

Криогенная обработка позволяет снять остаточные внутренние напряжения в структуре проводника, что увеличивает его проводимость или, иными словами, снижает сопротивление. В результате ток электронов в проводнике становится более свободным, причем не только на протяжении самого проводника, но и в зонах соединения проводника с коммутационными разъемами.

Диэлектрические материалы, которые используются для изоляции кабелей, также становятся более однородными и обеспечивают лучшую изоляцию. В отличие от многих «эзотерических» факторов, на которые так любят ссылаться маркетологи, улучшения характеристик кабелей, прошедших криогенную обработку, могут быть без труда измерены. Сопротивление аудиокабеля уменьшается, а специальные инфракрасные детекторы фиксируют уменьшение рассеиваемого кабелем тепла на 30 – 40%. Для аудиокабеля этот показатель является очень важным, поскольку позволяет существенно увеличить эффективность при той же самой мощности усилителя.

4.Транспорт. Применение этой технологии возможно для любого вида транспорта: автомобильного, авиационного, железнодорожного, речного и морского.

Криогенная обработка позволяет значительно повысить ресурс тормозных дисков, подшипников, зубчатых и цепных передач, всевозможных шарниров, пружин, втулок и любых других деталей, где присутствует трение. Отдельно стоит сказать об обработке двигателей. Двигатель с обработанными элементами (а можно обработать и весь двигатель в сборе), не только имеет значительно больший ресурс, но и на несколько процентов повышается мощность. Понятно, что эффект виден не сразу, но со временем он все заметнее и больше «радует карман». Особенно показательно применение технологии в автоспорте, где любая мелочь может решить исход гонки.

5.Музыкальные инструменты. Большая часть духовых инструментов сделаны из меди и латуни. Криогенная обработка положительно влияет на их структуру. В этой области не было проведено серьезных научных исследований, но то, что звучание инструмента улучшается, — это бесспорно. Обработанный музыкальный инструмент успели оценить не только отдельные музыканты, но и целые оркестры мира.

Сегодня уже есть положительные отзывы отечественных компаний по обработке пружин, роликов для дорожной спецтехники, металлообрабатывающих фрез, проводников для акустических кабелей, цепей для бензопил.

Криогенная технология не только может поспорить с применяемыми традиционными технологиями в сфере увеличения износостойкости и упрочнения, но и существенно улучшить механические характеристики обрабатываемых изделий без нежелательного повышения хрупкости и других побочных эффектов. При этом применение технологии криогенной обработки позволяет значительно снизить издержки, что в конечном итоге обязательно отразится на эффективности предприятия и позволит занять лидирующие позиции на рынке.

Технология криогенной обработки стала дипломантом регионального конкурса «100 лучших товаров России» и была отмечена Международной общественной организацией «Академия проблем качества» как услуга-новинка в номинации «Услуги производственно-технического назначения».

Специалисты НПЦ «КриоТехРесурс» готовы провести пробную обработку изделий бесплатно, чтобы отечественные производители смогли самостоятельно оценить ее эффективность и внедрить на своем производстве.

Routes to finance

Криогенное топливо в Челябинске (Ноябрь 2021).

Криогенное упрочнение — это процесс, который использует криогенные температуры — температуры ниже -150 ° C (-238 ° F) для усиления и улучшения зернистой структуры металла.

Известно, что криогенная обработка некоторых металлов обеспечивает три полезных эффекта:

  1. Большая долговечность: криогенная обработка способствует продвижению трансформации удерживаемого аустенита, присутствующего в термообработанных стали, в более твердую мартенситную сталь. Это приводит к меньшему количеству недостатков и недостатков в структуре зерен стали.
  1. Улучшенная износостойкость: криогенное упрочнение увеличивает осаждение эта-карбидов. Это мелкие карбиды, которые действуют как связующие для поддержки мартенситной матрицы, что помогает противостоять износу и коррозионной стойкости.
  2. Сброс напряжения: все металлы имеют остаточное напряжение, которое создается, когда оно затвердевает из жидкой фазы в твердую фазу. Эти стрессы могут привести к слабым областям, которые подвержены провалу. Криогенная терапия может уменьшить эти недостатки, создав более однородную структуру зерна.

Процесс:

Процесс криогенной обработки металлической части требует очень медленного охлаждения металла с использованием газообразного жидкого азота. Процесс медленного охлаждения от температуры окружающей среды до криогенных температур важен для предотвращения термического напряжения.

Затем металлическую часть выдерживают при температуре около -190 ° C (-310 ° F) в течение 20-24 часов до того, как температура тепла достигнет температуры около +149 ° C (+ 300 ° F).

Эта ступень термического отпуска имеет решающее значение для уменьшения любой хрупкости, которая может быть вызвана образованием мартенсита во время процесса криогенной обработки.

Криогенная обработка изменяет всю структуру металла, а не только поверхность. Таким образом, преимущества не теряются в результате дальнейшей обработки, например, измельчения.

Поскольку этот процесс работает для обработки аустенитной стали, которая сохраняется в компоненте, она не эффективна при обработке ферритных и аустенитных сталей. Это, однако, очень эффективно в улучшении термически обработанных мартенситных сталей, таких как высокоуглеродистые и высокохромистые стали, а также инструментальные стали.

Помимо стали, криогенное упрочнение также используется для обработки чугуна, медных сплавов, алюминия и магния. Этот процесс может улучшить срок службы этих металлических деталей с коэффициентом от двух до шести.

Криогенное лечение впервые было коммерциализировано в середине-конце 1960-х годов.

Приложения:

Приложения для криогенно обработанных металлических деталей включают, но не ограничиваются следующими отраслями:

  • Аэрокосмическая и оборона (например, платформы для оружия и системы наведения)
  • Автомобильная промышленность (например, тормозные роторы, и муфты)
  • Режущие инструменты (например, ножи и сверла)
  • Музыкальные инструменты (например,латунные инструменты, провода для фортепиано и кабели)
  • Медицинские (например, хирургические инструменты и скальпели)
  • Спорт (например, огнестрельное оружие, рыболовное снаряжение и части для велосипедов)

Криогенное общество Америки. База данных по криогенной терапии.
URL: www. cryogenictreatmentdatabase. org
Industrial Cryogenic Enterprises Ltd.
URL: www. крио-лед. нетто / cryogenic_tempering. html
Криогенные растворы с нитроферезом. Услуги криогенной терапии.
URL: www. nitrofreeze. com

Читать еще:  Что лучше применять для покраски дисков колес и как наносить на них автоэмаль

Следуйте за Теренцией в Google+

Криогенное планирование недвижимости: планирование глубокой заморозки

Процесс крионики — это новый вариант, доступный для физические лица. Важно понять это, чтобы вы могли создать план недвижимости, который будет отвечать вашим потребностям, если вы захотите криогенно заморозить.

Криогенная обработка чугуна, сталей и сплавов

Знаем про оборудование всё


В нашей сегодняшней статье мы расскажем читателям о таком способе закалки металлов как криообработка. На страницах нашего сайта можно найти много информации о различных способах обработки металлов. Таких как, например, токарная обработка или механическая. Но здесь совсем иное… Основная цель криогенной обработки – придание материалу повышенной прочности за счет изменения его внутренней структуры. В этом определении кроется основное преимущество обработки металлов сверхнизкими температурами. Другие методы упрочнения затрагивают лишь внешние слои, а криообработка изменяет металл полностью.

Криогенная обработка чугуна, сталей и сплавов:

Криогенная обработка – процесс медленного охлаждения деталей и инструментов в криопроцессоре до температуры жидкого азота – 196 ̊С с последующей выдержкой при этой температуре в течение 24 – 36 часов. После чего происходит процесс постепенного возврата к комнатной температуре. Процесс изменения температуры автоматизирован и контролируется с точностью до одного градуса.

Криогенная обработка позволяет увеличить износостойкость и ресурс выпускаемых изделий из чугуна, сталей и сплавов до 300%.

Криогенная обработка чугуна, сталей и сплавов возможна на начальной стадии процесса изготовления (до закалки) металлопродукции, например для повышения обрабатываемости. После термической обработки (закалки) – для повышения механических и эксплуатационных характеристик изделий. И после окончательной термической операции (отпуска) с целью упрочнения.

В процессе криогенной обработки металл длительное время находится в среде жидкого или газообразного азота при отрицательных температурах, где диффузионного насыщения поверхностного слоя азотом не происходит.

Криогенная обработка не является окончательной операцией термообработки. Для снижения температурных напряжений, вызванных закалкой и криогенной обработкой, и получения требуемых механических свойств стали детали подвергают после криогенной обработки старению или отпуску.

Криогенная обработка проводится однократно и не нуждается в повторении, поскольку свойства материала, приобретенные в результате комплексной термической обработки, сохраняются в течение длительного времени эксплуатации.

Криогенной обработке подвержены чугун, конструкционные, легированные, нержавеющие, жаропрочные, инструментальные, магнитные стали и сплавы.

Эффективность процесса криогенной обработки достигается только при определенных температурно-временных параметрах – технологических режимах: скорость охлаждения, временные интервалы выдержки и циклов, скорость нагрева, температурные режимы отпуска.


Криогенная обработка – инновационная технология повышения ресурса изделий, работающих на износ, мало известна специалистам горнодобывающей промышленности, хотя первые положительные результаты были получены 80 лет назад советскими учеными. Криогенная обработка является одним из видов термической обработки металлических материалов.
Диапазон криогенных температур от 0 до минус 272 °С связан с полиморфными превращениями в обрабатываемом материале. С понижением температуры большинство материалов становится более прочным и износостойким, наблюдается увеличение их временного сопротивления и твёрдости. При температуре минус 196 °С (температура кипения жидкого азота) временное сопротивление разрыву большинства металлов в 2–5 раз больше, чем при комнатной температуре; прочность некоторых пластмасс увеличивается до 8 раз; стекла – в 12 раз. При температуре минус 269 °С предел прочности меди больше в 2 раза, чем при комнатной температуре, а алюминия — в 4 раза [1].

Уменьшение пластичности и повышение твёрдости при криогенных температурах позволяют повысить эффективность лезвийной обработки ряда материалов. В результате криогенного воздействия на металлорежущий инструмент улучшаются его режущие свойства и повышается его стойкость [2].

Применение криогенных температур при термической обработке металлов позволяет стабилизировать размеры прецизионных деталей и получать требуемую структуру.

Криогенная обработка является эффективным средством стабилизации и повышения твердости, снижения коэффициента трения при сухом трении и трении в условиях смазки. Экстремальную износостойкость обеспечивает криогенная обработка изделий с металлическим покрытием.

Криогенная обработка твердосплавных пластин и сверл позволяет уменьшить коэффициент трения, что ведет к снижению сил резания. Увеличение плотности дислокаций в карбидной составляющей отражается на изменении физико-механических и режущих свойств твердых сплавов, ведет к повышению производительности резания и двухкратному повышению стойкости в результате криогенной обработки (КО).

Объёмное криогенное упрочнение повышает износостойкость коронок и производительность бурения, за счет изменений тонкой кристаллической структуры и пластической деформации кобальтовой или иной связки твердосплавных резцов и стержней породоразрушающего инструмента. Уменьшить аварийность и повысить ресурс горнодобывающей техники, работающей в условиях абразивного износа при низких температурах можно КО.

Для северных районов

В связи с освоением Сибири и Крайнего Севера особую актуальность приобретают вопросы хладостойкости техники. Более половины территории России расположено севернее изотермы января с температурой минус 20 °С.

Такие районы, как Сибирь, Заполярье, Якутия, Дальний Восток, шельф Северного Ледовитого океана, характеризуются большими запасами полезных ископаемых и перспективны в промышленном отношении.

Эффективность работы оборудования и транспортных машин в зимнее время в этих районах резко снижается. Анализ работы автохозяйств зоны с суровыми климатическими условиями показал, что срок службы автомобилей в этой зоне по сравнению с европейской частью России сокращается в 2 раза, а аварии и отказы, связанные с климатическими условиями, выводят из строя до 25% парка машин.

Поток отказов (по сравнению с летним периодом) деталей тракторов и бульдозеров увеличивается в зимнее время в 2 – 6 раз, деталей экскаваторов – в 5-7 раз. Особенно опасным является период пуска машин в работу после остановки [3].

На промыслах Сибири частота отказов буровых установок зимой возрастает по сравнению с летним периодом более, чем в 2 раза.

При температурах ниже минус 35 °С во избежание крупных поломок приходится останавливать мощные экскаваторы, буровые установки, дорожные и строительные машины, хотя регламентом работы северных горнодобывающих предприятий предусмотрена круглогодичная эксплуатация.

Основной поток отказов по износу падает на детали из литых сталей, подвергающиеся контакту с горными породами. По данным ИФТПС СО РАН, при сроке списания 10 лет фактический срок службы узлов экскаватора ЭКГ-8И составляет для траков 2 года, для ковша — 1,5 года. Стойкость зубьев ковша в зависимости от категории грунта и климатических условий колеблется от 3 суток до 6 месяцев [3].

Низкая стойкость в зимнее время наблюдается как у отечественных экскаваторов, так и у экскаваторов зарубежного производства. Отказы зубьев составляют до 50% отказов всех элементов механических систем экскаваторов, причем в холодный период эксплуатации число отказов возрастает в 2-3 раза. Снижение работоспособности обусловлено не только усилением склонности металла рабочих частей к хрупкому разрушению, но и увеличением действующих нагрузок из-за смерзания грунтов.

Неудовлетворительная стойкость литых деталей при низких температурах приводит к простоям техники и большим экономическим потерям. Так масса зуба экскаватора ЭКГ-10 составляет 0,3% от массы всей машины, а затраты на их приобретение – 25-30% годовой стоимости запасных частей к этой машине. Потери усугубляются при повышении единичной мощности машин, при которых увеличивается нагрузка на рабочие органы и стоимость простоя.

Работа с некачественными рабочими органами может привести к нарушению технологического процесса и техники безопасности выполнения работ. Все эти факторы мешают достижению основной цели горнодобывающей техники – повышению эффективности и производительности труда.

Нагрузки на элементы техники и их износ

Самым распространенным видом изнашивания рабочего оборудования является абразивный износ. Проведенные исследования механизма абразивного изнашивания хладостойких сталей с различной прочностью, применяемых в горнодобывающей технике, показали, что при испытаниях наблюдаются все известные механизмы повреждения рабочей поверхности при абразивном износе: упругое оттеснение, пластическое оттеснение и срез.

Наиболее часто встречающимся механизмом является микрорезание, которое сопровождается первоначальным внедрением абразивных частиц породы в металл, а при дальнейшем перемещении происходит микрорезание.

В случае, если частице не удается внедриться в металл на достаточную глубину, то основным видом повреждений становится пластический сдвиг (оттеснение) – образование углублений и волн на поверхности трения в направлении скольжения при взаимодействии твердых частиц.

Не редко образование выдавленных канавок с последующим деформированием поверхностных слоев и отделением частиц металла происходит в результате отслаивания или выкрашивания. При увеличении твердости металла наблюдается переход от микрорезания к пластическому оттеснению.

Такая смена механизма объясняется снижением глубины внедрения абразива в металл с повышенной и стабильной твердостью поверхности.

Любой вид изнашивания связан с усталостью материала, так как происходит многократное нагружение рабочей поверхности и как следствие локальная деформация в зоне контакта. Таким образом, одним из путей повышения износостойкости горнодобывающей техники является получение высокой и стабильной твердости рабочих поверхностей и усталостной прочности.

В отечественной практике наиболее изнашиваемые детали, в том числе зубья ковша, изготавливают из стали 110Г13Л, которая имеет механические свойства не ниже следующих:

Источники:

Криогенная обработка чугуна, сталей и сплавов

http://saiding-v-permi.ru/o-metalloobrabotke/kriogennaya-obrabotka-stali.html

http://www.promreg.ru/articles/kriogennaya-obrabotka-ili-kak-povysit-prochnost-i-snizit-izderzhki/

http://ru.roots-finance.com/cryogenic-hardening

http://pressadv.ru/stali/kriogennaya-obrabotka.html

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector