31004_beca4b46237cc8f32a015b784a469056

мартенситной. Это позволило обоснованно корректировать параметры режима процесса термообработки для формирования структурного состояния со свойствами, оптимально удовлетворяющими условиям эксплуатации в зависимости от типоразмеров и назначения валков.

Общий экономический эффект от внедрения технологического процесса электродуговой закалки валков универсально-балочного стана складывается из ряда составляющих:

–в связи с увеличением износостойкости валков сокращается продолжительность простоев стана на перевалках за счет сокращения их количества, следовательно увеличивается производительность стана по выпуску продукции и уменьшаются затраты на текущий ремонт;

–сокращается удельный расход валков (в тоннах на тонну проката), следовательно снижаются затраты на приобретение новых валков;

–эксплуатация валков с термически упрочненной рабочей поверхностью позволяет увеличить выход годного проката за счет снижения разнотолщинности элементов профиля, обусловленной изнашиванием валков.

Анализ результатов промышленного использования технологии показал, что средняя эксплуатационная стойкость термообработанных валков за кампанию повышается на 20…60 %, средняя наработка по количеству прокатанного металла возрастает на 30…100 %, а удельный расход (в тоннах на тонну прокатанного металла) снижается на 20…50 %. Экономический эффект только за счет сокращения затрат на приобретение валков составляет не менее пяти рублей на рубль затрат.

Кроме Нижнетагильского металлургического комбината оборудование и технология электродуговой закалки в различных вариантах опробованы на Ашинском металлургическом заводе, Новокузнецком металлургическом комбинате, Магнитогорском металлургическом комбинате, ВерхИсетском металлургическом заводе.

Номенклатура упрочняемых деталей представлена валками горячей прокатки (валки блюминга, обжимных, сортопрокатных и листовых станов). Упрочнению подвергались также детали сменного оборудования: бандажи роликоправильных машин, ролики рольгангов и моталок, шейки валков, посадочные гнезда подшипников и кассет, валы, втулки и направляющие. Спектр упрочняемых материалов включает стали типа: 40, 40Х, 50, 55, 5ХНМ, 60ХН, 65Г, 75ХН, 150ХНМ, 210ХНМ, валковые чугуны с шаровидным и пластинчатым графитом. Некоторые сведения об упрочненных деталях приведены в табл. 4.1.

Технологический процесс плазменной закалки рабочей поверхности валков горячей прокатки кроме НТМК прошел опытно-промышленную эксплуатацию на Металлургическом заводе имени А.К. Серова. Осуществлялась обработка валков горячей прокатки круга, ромбического и шестигранного подката, углового профиля и арматурной стали. Материал вал-

82

ков: стали типа 70Л, 150Х2ГНМФ и чугун типа СПХН. Замедлен темп образования сетки разгара и достигнуто увеличение эксплуатационной стойкости валков на 20…80 %.

4.2.Плазменная закалка привалковой арматуры

идругих деталей технологического оборудования

При производстве и эксплуатации валковых комплектов помимо закалки рабочей поверхности прокатных валков актуальны проблемы упрочнения их шеек, приводной части (трефов), а также привалковой арматуры, например защитных колец. Такое упрочнение рационально осуществлять путем поверхностной закалки с использованием оборудования и технологий плазменной термообработки (рис. 4.5). Согласно данным заказчика, износостойкость рабочей поверхности трефовой приводной части валков пильгерстана (партия 30 шт.) после плазменной закалки возросла в три раза, что обеспечило увеличение эксплуатационного ресурса валка на 30 % за кампанию (рис. 4.5г).

Примеры плазменной закалки ковочно-штамповочного оборудования приведены на рис. 4.6. С успехом упрочняются плазменной закалкой детали внутризаводского рельсового транспорта: бандажи колес локомотивов, колесные пары вагонов, колеса вагонеток, колеса кранов (рис. 4.7). Повышение стойкости бандажей колесных пар тепловозов и тяговых агрегатов, колесных пар вагонов актуально для внутризаводского транспорта металлургических и горно-обогатительных предприятий, что обусловлено малыми радиусами железнодорожных путей и наличием на их поверхности абразивных частиц породы, руды, окалины и т. п.

83

ленными полосами. Общая ширина слоя – 70 мм. Глубина упрочненного слоя составляет 0,8...1,0 мм. Твердость на поверхности – 37...45 HRC. Микроструктура представлена тростомартенситом, на полосе светлого травления – сорбит и феррит.

Наружная поверхность трубы (мартенсит закалки

на глубину до 0,03 мм)

Зона плазменной закалки (тростит закалки)

1,2 мм

Структура основного металла трубы (сорбитообразный перлит и ферритная сетка)

Рис. 4.10. Зона плазменной закалки (×100) на поперечном шлифе стенки трубы

Рис. 4.11. Упрочненный слой, полученный последовательным формированием локальных зон закалки по винтовой линии с перекрытием

88

Таким образом, рациональный выбор режимов плазменной закалки позволяет обеспечить эффективное поверхностное упрочнение малогабаритных и тонкостенных деталей машин, как правило, без дополнительного охлаждения [52].

4.4. Плазменная закалка после объемной термообработки

Важной особенностью плазменной закалки является возможность ее эффективного применения для дополнительного упрочнения поверхности деталей, прошедших обычную объемную термическую обработку. В табл. 4.2 по данным лаборатории плавочного контроля металлургического завода «Камасталь» представлены результаты опытной закалки фрагмента ножа из стали 9ХФ. Фрагмент подвергался плазменной закалке после объемной термообработки (закалка и отпуск) до твердости 40 НRC. В табл. 4.3 по данным той же лаборатории представлены результаты опытной закалки фрагмента плунжера из стали 40Х (верхняя строка) и соединительной муфты из стали 45. Фрагмент плунжера подвергался плазменной закалке после объемной закалки и отпуска до твердости 47…48 НRC. Исходная твердость соединительной муфты – 180 НB.

Таблица 4.2

Результаты опытной закалки фрагмента ножа из стали 9ХФ

На основании результатов проведенных исследований разработаны технологические режимы процесса упрочнения деталей машин плазменной закалкой (рис. 4.12).

89

Рис. 4.12. Упрочненные после объемной термообработки поверхности деталей:

а – закаленная поверхность ножа (сталь 6Х3В2МФС, твердость

после объемной термообработки 53...55 HRC, после плазменной – 60...62 HRC); б – закаленная полусферическая поверхность штампа

(сталь 5ХНМ, 33..35 HRC и 58...60 HRC соответственно)

В заключение можно констатировать, что применение комплексной технологии упрочнения позволяет получить более дисперсную структуру мартенсита в поверхностном слое, что обеспечивает его повышенные твердость и трещиностойкость, поскольку критические напряжения хрупкого разрушения обратно пропорциональны размеру зерна. Кроме того, согласно литературным данным [3, 53, 54], разрушение поверхностного слоя деталей, обработанных по такой технологии, происходит с торможением трещины в зоне отпуска, формирующейся при плазменной закалке. Торможение происходит за счет изменения напряженно-деформированного состояния в вершине трещины и реализуется посредством искривления ее

90