ВОССТАНОВЛЕНИЕ  И  УПРОЧНЕНИЕ  ИНСТРУМЕНТА  ИЗ  ШТАМПОВОЙ  СТАЛИ

Гончаров  Виталий  Степанович

профессор  Тольяттинского  государственного  университета,  РФ,  г.  Тольятти

E-mail:  gvs777@gmail.com

Гончаров  Максим  Витальевич

старший  преподаватель  Поволжского  государственного  университета  сервиса,  РФ,  г.  Тольятти

E-mail: 

RECOVERY  AND  HARDENING  OF  DIE  STEEL  TOOL

Goncharov  Vitaliy  Stepanovich

professor  of  Togliatty  State  University,  Russia  Togliatty

Goncharov  MaksimVitalyevich

senior  teacher  of  Volga  Region  State  University  of  Service,  Russia  Togliatty

АННОТАЦИЯ

Предложена  и  апробирована  комплексная  технология  восстановления  и  упрочнения  раскатных  роликов  с  использованием  газопламенного  и  ионно-плазменного  напыления.  Установлено,  что  данная  технология  позволяет  успешно  восстанавливать  и  упрочнять  изделия  из  штамповой  стали  5ХГМ  с  повышением  износостойкости  до  36  раз. 

ABSTRACT

Technology  of  recovery  and  hardening  of  flattening-out  rollers  using  gas-flame  spraying  and  cathodic  arc  deposition  is  developed  and  tested.  Ability  of  the  successful  recover  and  hardening  of  different  products  made  of  steel  40CrMnMo7  with  increasing  in  wear  resistance  up  to  36  times  is  proved.

Ключевые  слова:  восстановление;  упрочнение;  газопламенное  напыление;  ионно-плазменное  напыление;  штамповая  сталь;  износостойкость;  раскатные  ролики;  покрытия.

Keywords:  recovery;  hardening;  gas-flame  spraying;  cathodic  arc  deposition;  hot-work  steel;  wear  resistance;  flattening-out  rollers;  coatings. 

Одним  из  распространенных  инструментов  для  холодной  раскатки  трубных  заготовок  являются  раскатные  ролики,  изготавливающиеся  из  штамповой  стали  5ХГМ  с  твердостью  44—48  HRC  после  закалки  в  масле  при  температуре  820—850°С  и  отпуска  при  температуре  410—440°С  [6].

Возможными  путями  повышения  эксплуатационных  характеристик  раскатных  роликов,  как  одного  из  видов  металлообрабатывающего  инструмента,  является  поверхностно-пластическое  деформирование  [1,  2]  или  нанесение  защитных  покрытий  [4].  Однако,  при  температуре  синтеза  (500—550°С)  таких  ионно-плазменных  покрытий,  как  TiAlN,  происходит  разупрочнение  штамповой  стали  до  твердости  40  HRC,  и  большая  разница  в  твердости  подложки  и  поверхностного  слоя  покрытия  снижает  ударную  вязкость,  что  ведет  к  образованию  трещин  при  динамических  нагрузках  инструмента  [5].  Следовательно,  для  предотвращения  разупрочнения  основы  при  ионно-плазменном  напылении  следует  понижать  температуру  синтеза  покрытия  или  наносить  промежуточные  термостойкие  слои.

Следует  также  отметить,  что  большая  часть  раскатных  роликов  приходит  в  негодность  при  износе  порядка  1—2  %  массы,  в  связи  с  чем  становится  актуальным  восстановление  изношенной  поверхности,  например,  газопламенным  напылением  [3]. 

Целью  работы  является  повышение  износостойкости  раскатных  роликов  из  штамповой  стали  газопламенным  и  ионно-плазменными  покрытиями.

Газопламенное  напыление  производилось  с  помощью  горелки  порошкового  напыления  оригинальной  конструкции  и  установки  ТОП-ЖЕТ-2. 

После  абразивного  износа  поверхности  (уменьшение  геометрического  размера  более  1  мм)  восстановление  раскатных  роликов  производилось  по  следующему  технологическому  процессу:

1.  Предва­рительная  механическая  обработка  наружных  по­верхностей  шлифованием  с  целью  устранения  дефектов,  придания  правильной  геометрической  формы  и  получения  единого  базирования.

2.  Струйно-абразивная  обработка  карборундом  до  получения  шероховатости  поверхности  Rz20.

3.  Газопламенное  напыление  порошка  ПН70Х17С4Р4.

4.  Локальное  оплавление  покрытия.

5.  Механическая  обработка  (шлифование,  полировка)  абразивным  инструментом  до  восстановления  требуемой  геометрии. 

Образцы  с  покрытиями  исследовали  металлографически­  на  микроскопе  «Неофот-2».  Микротвердость  покрытий  определяли  на  микротвердомере  ПМТ-3.  Ошибка  в  измерениях  соответствует  стандартным  отклонениям  и  не  превышает  5—10  %.

Твердость  газопламенного  покрытия  составляет  59-64  HRC,  толщина  1,5—2  мм.  После  чистового  шлифования  отклонение  от  номинальных  геометрических  размеров  не  более  0,02  мм,  что  находится  в  пределах  допуска  точности  инструмента.  Получаемое  газопламенное  покрытие  не  склонно  к  разупрочнению  при  температурах  воздействия  500—600  °С,  что  позволяет  синтезировать  на  нем  ионно-плазменные  покрытия  при  более  высокой  температуре  без  снижения  твердости  основы. 

Для  еще  большего  повышения  износостойкости  после  газопламенного  восстановления  изделия  подвергались  ионно-плазменной  обработке.  Образцы  обезжиривали,  промывали  в  ультразвуковой  ванне  и  помещали  в  вакуумную  камеру  серийной  установки  ННВ-6.6-И1,  которую  затем  откачивали  паромасляным  насосом.  Перед  нанесением  покрытий  производили  очистку  в  тлеющем  разряде  ионами  азота  в  вакууме  5  Па,  при  отрицательном  потенциале  подложки  1,5  кВ  и  электродуговую  ионно-плазменную  очистку  и  нагрев  ионами  хрома  при  отрицательном  потенциале  подложки  700  В,  токе  дуги  50—70  А  до  температуры  подложки  500°С.  Температуру  контролировали  пирометром  «Смотрич  7»  и  поддерживали  на  заданном  уровне  контролем  высокого  напряжения.  Покрытие  наносилось  с  массзарядной  сепарацией  капельной  фазы  четверть  —  торовым  сепаратором  с  контролем  подачи  азота  при  вакууме  2  ∙  10^-1  Па.

Ионно-плазменное  покрытие  наносилось  с  чередующимися  слоями  TiN  и  TiAlN  путем  последовательной  работы  катодов,  причем  TiN  наносится  с  пониженной  концентрацией  азота.  В  проведенных  опытах  было  нанесено  25  таких  слоёв.  Верхний  слой  —  TiAlN  с  микротвёрдостью  3300  HV^0.005  и  толщиной  ~  0,4  мкм.  Общая  толщина  ионно-плазменного  покрытия  покрытия  составила  ~  5  мкм

Результаты  механических  испытаний  и  металлографических  исследований  показали,  что  многослойное  покрытие  обладает  удовлетворительной  адгезией  (HF-2),  высокой  микротвердостью  3058  HV^0.005  и  хорошей  ударной  вязкостью. 

Результаты  промышленной  апробации

Испытания  раскатных  роликов,  упрочненных  по  различным  технологиям,  в  действующем  производстве  ООО  «СИНТОН»  показали  увеличение  износостойкости:

·     в  3  раза  при  упрочнении  новых  раскатных  роликов  ионно-плазменным  методом  (с  2  до  6,2  тыс.  обработанных  деталей);

·     в  2,5  раза  при  восстановлении  газопламенным  методом  (с  2  до  4,9  тыс.  обработанных  деталей);

·     в  36  раз  при  газопламенном  восстановлении  и  ионно-плазменном  упрочнении  (с  2  до  72,1  тыс.  обработанных  деталей).

Следует  также  отметить,  что  предлагаемая  технология  позволила  полностью  исключить  покупку  новых  раскатных  роликов  благодаря  многократному  восстановлению  изношенных  поверхностей,  при  этом  ее  низкая  себестоимость  позволяет  во  много  раз  снизить  расходы  на  приобретение  инструмента.

Список  литературы:

1.Бобровский  Н.М.,  Ежелев  А.В.,  Мельников  П.А.,  Бобровский  И.Н.  Устройство  для  гиперпроизводительной  финишной  обработки  поверхностей  деталей  выглаживанием  //  Известия  Самарского  научного  центра  Российской  академии  наук.  —  2012.  —  Т.  14.  —  №  6-1.  —  С.  93—96.

2.Бобровский  Н.М.,  Мельников  П.А.,  Бобровский  И.Н.,  Ежелев  А.В.  Гиперпроизводительный  способ  обработки  поверхностно-пластическим  деформированием  //  Современные  проблемы  науки  и  образования.  —  2013.  —  №  5.  —  С.  67.

3.Газотермическое  напыление  композиционных  порошков  /  А.Я.  Кулик  [и  др.]  Л.:  Машиностроение,  1985.  —  199  с.

4.Гончаров  В.С.,  Васильев  Е.В.  Упрочнение  длинномерных  протяжек  в  ионно-плазменных  установках  типа  ННВ-6.6-И1  //  Упрочняющие  технологии  и  покрытия.  —  2013.  —  №  6  (102).  —  С.  3—6.

5.Гончаров  В.С.,  Васильев  Е.В.,  Гончаров  М.В.  Восстановление  и  упрочнение  раскатных  роликов  //  Упрочняющие  технологии  и  покрытия.  —  2013.  —  №  7  (103).  —  С.  16—19.

6.Конструкционные  материалы:  Справочник  /  Под  ред.  Б.Н.  Арзамасова.  М.:  Машиностроение,  1990.  —  688  с.