Разработка технологии азотирования длинномерных деталей или сложной конфигурации

4. возможность азотирования пассивирующихся материалов без дополнительной депассивирующей обработки;

5. значительное сокращение общего времени процесса в результате уменьшения времени нагрева и охлаждения садки и исключения промежуточных технологических операций по активации поверхности деталей;

6. большую экономичность процесса, повышение коэффициента использования электроэнергии, сокращение расхода насыщающих газов;

7. процесс нетоксичен и отвечает требованиям по защите окружающей среды.

 

 

3. ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Насыщаемый материал: сталь 38Х2МЮА.

Технология ХТО: азотирование в тлеющем разряде.

Технологический процесс  азотирования буровых штанг в тлеющем представлен в виде следующих этапов:

1.Предварительная термическая обработка;

2.Механическая обработка детали включающая шлифование;

3.Предварительное азотирование;

4.Правка;

5.Окончательное азотирование;

 

 

 

Технологический процесс химико-термической обработки буровых штанг, из стали 38Х2МЮА приведён в таблице 5.

Таблица 5  – Технологический  процесс для стали 38Х2МЮА

 

№ операции	Оборудова-ние		Транспорт		Наименова- ние операции	Параметры		Контроль	Примечание
01	Кран-балка				Подать детали на участок печей «Ипсен»	Q=3,0т
	Плита 2-3 ГОСТ 10905-86 Штанген-циркуль ШЦ-11-250-0.05 ГОСТ 166-89		Контроль-ный стол		Входной контроль плоскостности  и круглости			4-8 детали от операционной  партии
	Прибор Card-0-Prof(Германия)				Выбор программы				Программа выбирается в зависимости от марки стали, толщины азотированного слоя, твердости
02	Загрузочно-разгрузочное устройство печи «Ипсен»				Перемещение				После звукового сигнала  произвести перемещение садки с  деталями из камеры1 в камеру 2
03	Печь «Ипсен» (камера 2) тип ТQFR-2-8-TM				Выдержка	T=940 0С =90мин
	Печь «Ипсен»				Закалка на масло	Масло И-50 ГОСТ 20799-88 T=90 0С =40мин
04	Моечная машина WPSD-8-E		Обезжиривающий р-р  №А-60		Промывка	Т=15-200С
05	Загрузочно-разгрузочное устройство		тележка		Перемещение				Подать детали к отпускной  печи
06	Отпускная печь тип DL 8-E				Отпуск	=640-150мин
07			Стол металический		Операционный  контроль
	Точильно- шлифовальный станок мод.35634				Зачистка			Зачистить 3-4 детали
	Твердомер ТР ГОСТ 23677-79				Контроль твердости			Испытать твердость  на 3-4 деталях
07	Кран-балка				Подать детали на участок механической обработки	Q=5,0т
08	Токарный станок				Черновая механическая обработка
	Токарный станок				Основная механическая обработка
	Токарный станок				Чистовая механическая обработка
09	Кран-балка Электропогрузчик ЕВ-717.33.73		Тара, чалки		Подать детали на участок  азотирования	Q=5,0т
10	Печь для азотирования     YOUNGER wlv 250i(китай)				Предварительное азотирование	T=530°С в = 10 ч. и давлении 420 Па.
11	Пресс РУВ-63 П6330				Правка
12	Печь для азотирования YOUNGER wlv 250i(китай)				Окончательное азотирование	T=510°С в = 3 ч. и давлении 450 Па
13		Q=5,0т		Тара, чалки	Подать детали на участок  контроля
14		Твердомер ТР ГОСТ 23677-79			Контроль твердости		тв. пов. 1100-1200 HV	Испытать твердость  на 3-4 деталях
15		Кран-балка Электропогрузчик ЕВ-717.33.73		Тара, чалки	Подать детали на участок  готовой продукции		Q=5,0т

 

 

Предварительная термическая обработка. При проведении термической обработки хромомолибденоалюминиевых сталей типа 38Х2МЮА необходимо учитывать, что они обладают большой склонностью к обезуглероживанию. Вследствие этого заготовки должны иметь достаточные припуски на обработку. (2,0—2,5 мм), которые гарантировали бы полное удаление обезуглероженного слоя. Наличие на деталях, подвергаемых азотированию, обезуглероженных поверхностей недопустимо, так как это влечет за собой резкое увеличение хрупкости азотированного слоя, а иногда его «шелушение».[5]

 

Механическая  обработка. Изготовление Буровой штанги в окончательные размеры.

Выберем размер буровой штанги 89/4000/10 из таблицы 1 .

Предлагаемым способом обработали цилиндры скважинных штанговых  насосов из стали 38Х2МЮА длиной 4000⁺¹⁰мм, внутренним диаметром 69,45^+0,05 мм, наружным диаметром 89,85_-0,3. Детали размещали в камере с использованием специальной оснастки по 16 штук.

 

 

Предварительное азотирование.

Азотосодержащий газ NH₃ (смесь 1 части азота и 3 частей водорода) подавали в течение всего цикла предварительного азотирования. Печь YONGER WLV-250I. Технические характеристики приведены в таблице 6.

Таблица 6.

Модель №.	Номинальная мощность (кВт)	Номинальная Темп. (℃)	Размер камеры Диаметр  × Высота (мм)	Однородность Темп. (℃)	Предельный вакуум (МПа)	Время нагрева (мин)	Грузоподъемность (кг)	Масса печи (т)
WLV-250I	250	650	Ф1000×5000	≤±5	-0.08	≤80	3500	7.5

 

 Предварительное азотирование  выполняли при температуре 530°С  в течение 10 ч и давлении 420 Па

 

 

Правка.

После чего выполняли правку на гидравлическом прессе с контролем по внутреннему каналу цилиндра, обеспечивая прямолинейность до 0,08 мм на 1000 мм и хонингование на размер 69,45^+0,04мм с обеспечением разноразмерности 0,02 мм на всей длине цилиндра.

 

Окончательное азотирование.

Окончательное азотирование производили в течение 3 часов  при температуре 510°С и давлении 450 Па. Медленное охлаждение, в результате которого в азотистом феррите выделяются нитриды Fe₄N и диспрсные нитриды легирующих элементов Cr, Al, Mo.

В результате азотирования согласно системе Fe-N Рисунок 4. в структуре образуются следующие фазы:

 

α = Fe_4α (N)

структурный тип W(A2) решетка ОЦК

max 0,115 % N масс. [6]

 

γ^’ = Fe₄N

фаза внедрения, решетка  ГЦК

Структурный тип Fe₄N(L _i)

max 5,7..6,1 % N масс. [6]

 

ε = Fe_2..3N= Fe₂N_1-x

Max 4.5..8% N масс.[6]

 

 

 

Рисунок 4. Диаграмма состояния Fe – N.[5]

 

Микроструктура диффузионного  слоя представлена на рисунке 5.

Рисунок 5.

В результате получили детали с равномерно развитым азотированным слоем толщиной 250-300 мкм и твердостью на поверхности 1100-1200 HV, на глубине 10 мкм - 1000-1100 HV, на глубине 20 мкм - 950-1000 HV, на глубине 50 мкм - 850-920 HV, на глубине 150 мкм - 600-650HV, на глубине 250 мкм - 350-400HV. Азотированный слой имел равномерную и умеренно развитую нитридную зону толщиной 5-8 мкм. При этом прямолинейность цилиндра была в пределах 0,08 мм на 1000 мм, а увеличение внутреннего диаметра не превысило 0,01 мм и не вышло за поле допуска и требуемые параметры по разноразмерности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОДЫ

В данном курсовом проекте  представлена комплексная технология обработки длинномерной стальной детали, включающий ионно-вакуумное предварительное и окончательное азотирование в тлеющем разряде, правку и хонингование, отличающийся тем, что правку и хонингование осуществляют после предварительного перед окончательным азотированием.

В результате получили детали с равномерно развитым азотированным  слоем толщиной 250-300 мкм и твердостью на поверхности 1100-1200 HV, на глубине 10 мкм - 1000-1100 HV, на глубине 20 мкм - 950-1000 HV, на глубине 50 мкм - 850-920 HV, на глубине 150 мкм - 600-650HV, на глубине 250 мкм - 350-400HV.

 

   СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ  ИСТОЧНИКОВ

 

1.Теория и технология  химико-термической обработки. Лабораторный практикум: учебное пособие / О.Л.Менделеева, В.А.Сметкин. – Минск, БНТУ,2008.-35 с.

2. Абубакиров В.Ф., Буримов Ю.Г., Гноевых А.Н., Межлумов А.О., Близнюков В.Ю.

А 13 Буровое оборудование: Справочник: В 2-х т. Т. 2. Буровой инструмент. — М.: ОАО «Издательство «Недра», 2003. — 494 с.: ил.

3.Марочник стали.В.Г.Сорокин,  А.В.Волосникова,С.А.Вяткин и другие-М.: «Машиностроение»,1989г.

4.Технология термической  обработки: Учебник для вузов.  Башнина Ю.А., Ушаков Б.К., Секей  А.Г.-М.: «Металлургия» ,1986г. 

5. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Л12 Азотирование стали. М., Машиностроение,1976.        

6. Теория и технология химико-термической обработки: учеб. Пособие / Л.Г. Ворошин, О.Л. Менделеева, В.А. Сметкин. – М.: Новое знание; Минск: Новое знание, 2010. – 304с. : ил. – ( Техническое образование).