Файл: Никберг И.М. Оптимальная долговечность оборудования металлургических предприятий.pdf

6—10 ч. По данным зарубежных исследований, повыше­ ние предела выносливости в результате мягкого азотиро­ вания составляет для деталей из делегированной стали 30—60%, а из легированной стали 20—40%.

Как показали результаты исследований, этот способ может дать значительный эффект в повышении долговеч­ ности деталей металлургического оборудования.

В качестве объектов для исследований были взяты Че­ тыре партии различных деталей. Две партии состояли из гильз опор валков прокатных станов, изготовленных из

Проведенные в производственных условиях испыта­ ния гильз и шпальт, подвергнутых мягкому азотирова­ нию, показали двукратное увеличение их стойкости.

Примерный перечень деталей металлургического обо­ рудования, подлежащих упрочнению -методом нитроце­ ментации, следующий:

валики, втулки, планки, накладки цепей элеваторов, скребковых и муфельных транспортеров, шлепперов, кон­ вейеров;

детали зубчатых зацеплений (шестерни, валы-шестер­ ни, втулки и полумуфты зубчатых муфт) общего назна^- чения, изготовляемые из углеродистой стали;

ответственные детали зубчатых зацеплений, изготов­ ляемые из легированной стали с заменой материала де­ талей на низколегированную сталь, например на сталь марки 38Х взамен 20ХНМА и др.;

гильзы валковых опор, кантующие ролики и ролики валковой арматуры рабочих клетей прокатных станов;

пальцы моторных муфт рабочих клетей и проводки проволочных станов;

•пластины пневматических муфт прнзода ножниц мел­ косортных станов;

тянущие ролики травильных агрегатов станов холод­ ной прокатки;

направляющие роликовых проводок привода диско­ вых ножниц агрегата травления;

кольца зажима труб трубоотрезных станов трубоэлек­ тросварочных станов;

оси патронов трубопроточных станков.

Результаты исследований и производственных испы­

таний по внедрению высокотемпературной нитроцемента­ ции показали, что этот способ освоения позволит:

увеличить производительность труда при термообра^ ботке в 2—3 раза;

снизить стоимость обработки деталей в 1,5—4 раза; получить более износоустойчивый слой деталей и ин­

струментов; отказаться в ряде случаев от применения дорогих и

дефицитных марок легированной конструкционной стали при изготовлении деталей с заменой их малоуглероди­ стой конструкционной сталью;

отказаться от шлифовки деталей после газового циа­ нирования и закалки, так как цианированный и последо­ вательно закаленный слой имеет достаточно чистую по­ верхность. Поэтому для получения поверхности высокого класса чистоты цианпрованных и закаленных деталей до­ статочно произвести их полировку.

Изотермическая закалка

Изотермическая закалка — весьма эффектный метод повышения ударной вязкости, конструктивной прочности и износостойкости стальных деталей, а также режущего инструм шта.

На металлургических и машиностроительных пред­ приятиях широко применяются ножи для резки холодно­ го металла, которые испытывают значительные дина­ мические нагрузки при ударах по малопластичному ме­ таллу и имеют пониженную стойкость.

В зависимости от условий работы и марки разрезае­ мой стали стойкость ножей колеблется в пределах от 1 до 1,5 суток, что вызывает необходимость в их частой замене.

Опыты наплавки ножей различными износостойкими сплавами до настоящего времени не дали положитель­ ных результатов.

По существующей технологии ножи холодной резки металла изготовляются в основном из штамповых сталей 5ХВ2С и 6ХВ2-С, которые подвергают термической обра­ ботке на мартенсит при непрерывном охлаждении в мас­ ле с последующим отпуском на твердость 52—54 HRC. Недостатки такого способа термической обработки сле­ дующие:

низкие режущие свойства и недостаточно высокие ме-

138

ханичеокие свойства ножей вследствие повышенной хруп­ кости и неблагоприятного распределения напряжений в металле. В результате получается брак из-за трещин, об­ разующихся как при изготовлении, так и при эксплуата­ ции изделий;

повышенное коробление, приводящее к появлению трещин в полотнах ножей. В ряде случаев оно настолько значительно, что ручная правка ножей не достигает цели и их приходитгя подвергать повторной термической об­ работке или отбраковке.

Необходимо было подобрать такой режим термиче­ ской обработки, который устранил бы недостатки суще­ ствующей технологии и обеспечил необходимые для но­ жей холодной резки свойства, а именно:

1)высокие режущие свойства и износоустойчивость;

2)повышение механических свойств (прочности, вяз­ кости, пласти п-юсти) и способности противостоять удар­ ным, а также знакопеременным нагрузкам;

3)минимальные деформации при термической обра­

ботке;

4)способность сохранять все эти свойства как в про­ цессе эксплуатации, так и при заточке. Для изыскания оптимального режима термической обработки ножей хо­ лодной резки потребовалось проведение длительных ла­

бораторных исследований и производственных испыта­ ний1.

Проведенные на Горьковском металлургическом заво­ де лабораторные исследования и практические испыта­ ния показали, что механические свойства штамповой ста­ ли повышенной вязкости типа 5ХВ2С и 6ХВ2С можно повысить путем применения способа изотермической за­ калки.

Лабораторные исследования проводили с целью вы­ бора оптимальной температуры нагрева под закалку ста­ ли 5ХВ2С и определения влияния температуры, изотер­ мической среды на прокаливание, закаливаемость и ме­ ханические свойства стали 6ХВ2С. Микроструктура об­ разцов, закаленных с температуры 970°С в изотермиче­ ской среде с температурой 280°С на твердость 48—50 HRC, представляла собой однородную бейнитную массу. Заметная разница наблюдалась в изломах образцов. После изотермической закалки получался волокнистый излом, что можно объяснить значительной пластической

1 Работы проводились под руководством автора.

6* З а к , 555

139

деформацией стали перед разрушением. Ударная вяз­ кость образцов, прошедших изотермическую закалку, по сравнению с образцами, закаленными в масле и имевши­ ми кристаллические изломы, оказалась более высокой. Испытания на разрыв также показали преимущество изотермического способа закалки ножей. На основании лабораторных исследований можно сделать вывод, что однородная бейнитная структура в сочетании с высокими значениями ударной вязкости и полная прокаливаемость на твердость 48—60 H R C получается в образцах сечени­ ями 10ХЮ, 20X20 и 40X40 мм при закалке с темпера­ тур 870 и 920°С в изотермической среде с температурой

280°С.

При проведении производственных испытаний в каче­ стве опытной партии ножей были выбраны ножи холод­ ной резки ножниц.Q= 200 т для порезки металла диа­ метром 50 мм из стали 40Х и стали 45. Термической об­ работке подвергали 11 ножей. Нагрев под закалку про­ водили в электрической соляной ванне С-100, закалку в щелочи 50% NaOH+50% КОН. Первая партия ножей в количестве 3 шт. была обработана по следующему режи­ му: температура нагрева под закалку 970°С, время вы­ держки 40 мин, температура изотермической среды 280—290°С, время выдержки 20—25 мин, дальнейшее ох­ лаждение на воздухе. Охлажденные ножи промывали в воде. Результаты металлографического исследования но­ жей первой партии следующие:

твердость поверхности ножа 48—50 HRC, сердцевина

Ножи № 1 и 2 этой партии были подвергнуты произ­ водственным испытаниям при порезке заготовок шатуна из стали 40Х и распределительного вала из стали 45.

Результаты производственных испытаний показали, что нож № 1 сделал 60000 резов с четырьмя переточками при максимальной стойкости между ними 19390 резов. Нож № 2 сделал 62350 резов с четырьмя переточками при максимальной стойкости между ними 20000 резов. Вид деформации после испытаний —смятие рабочей стали.

Вторая партия но?крй из стади 5ХВ2С в количестве

140

4 шт. была обработана по следующему режиму: темпе­ ратура нагрева под закалку 970°С, время выдержки ■40 мин, температура изотермической среды 260—270°С, время выдержки 20—25 мин и дальнейшее охлаждение

19500 резов без переточки, после чего он лопнул пополам из-за поперечной трещины, начинающейся у рабочей ча­ сти. Ножом № 4 сделали 34780 резов с тремя переточка­ ми при максимальной'стойкости между ними 15500 ре­ зов. Вид деформации после испытания — выкрашивание рабочей частщ

Одновременно проводились испытания ножей № 5 и 6, обработанных по старой технологии. Результаты про­ изводственных испытаний этих ножей следующие: ножом № 5 сделали 26900 резов с тремя переточками при макси­ мальной стойкости между ними 12350 резов. Ножом № 6 сделали 28900 резов с тремя переточками при макси­ мальной стойкости между ними 12500 резов. Вид дефор­ мации ножей № 5 и 6 после испытания — смятие рабочей части.

На основании металлографических исследований и результатов производственных испытаний можно было сделать выводы:

1) стойкость нож.ей № 1 и 2 в 2,0—2,5 раза выше, чем ножей № 5 и 6, прошедших термическую обработку по ранее применявшемуся режиму;

2) стойкость ножей № 3 и 4 не намного выше стой^ кости ножей № 5 и 6.

Результаты металлографических исследований ножей, закаленных в производственных условиях, полностью совпали с результатами лабораторных исследований; наибольшая стойкость оказалась у ножей № 1 и 2, имев­ ших однородную бейнитную структуру, прошедшие тер­ мическую обработку на твердость 48—50 H R C по режи­ му: температура нагрева под'закалку 970°С, время вы­ держки 40 мин, температура изотермической среды

14}