"Термообработка. Закалочный полимер Feroquench 2000"

Блuнов
Игорь Алексеевuч
ГЛАВНЫЙ СПЕЦИАЛИСТ ТЕРМИЧЕСКОГО ОТДЕЛА АО «ПОВОЛЖСКИЙ ЦЕНТР»

Блинов Игорь Алексеевич - специалист с практикой в области термообработки более 35 лет.
Имеет опыт разработки технологий, методических материалов и инструкций в области закалки ТВЧ, индукционного нагрева под пластическую деформацию и штамповки, объёмной термообработки с использованием полимерных сред на водной основе.химико-термической обработки и специальных видов термообработки.
Участник многих конференций, семинаров и выставок в области термической обработки. Как инженер-технолог и начальник отдела работал по изготовлению деталей для конвейера «Caterpillar" и «Fiat". Прошел обучение системе качества в области термообработки с достижением высоких результатов на практике.
В настоящее время работает над использованием водных растворов на основе полимера «Feroquench 2000» при объёмной закалке легированных и инструментальных сталей. Нравится10:12




Рецен3uя Швеgовоu Т.И.

КАНДИДАТ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК,
Преподаватель Волжского филиала МАДИ,
специализации «Повышение надёжности деталей машин».




в настоящее время в практике термической обработки металлов весьма заметна тенденция замены минеральных закалочных масел синтетическими средами, в частности, закалочными средами на основе водорастворимых полимеров.


АО «Поволжский Центр «ТиСДМ» в термическом производстве с 2020 года использует в качестве закалочной среды водный раствор полимера
«FEROQUENCH 2000»фирмы «PETROFFER» (Германия).

Решение о переходе на данный материал было связано с необходимостью замены применяемого в термообработке пожароопасного масла; в целях улучшения условий труда, снижения трудоёмкости процессов термообработки и затрат энергии, а главное - повышения качества термообработки (получение высокой прокаливаемости, равномерной поверхностной твёрдости, минимизация термических напряжений и связанных с нею деформационных изменений, коробления и трещинообразования).
АО «Поволжский Центр «ТиСДМ» проводит термическую обработку заготовок из углеродистых, легированных,

инструментальных и др. марок стали, поэтому промышленному внедрению закалки в водный раствор пол и мера предшествовала стадия опытных работ (описаны в первой части отчёта); по результатам которых было принято решение использовать несколько ванн с различной концентрацией полимера: а) 5...8%; б) 13...14%; в) 20 ... 22%. Большое внимание в отчёте уделено исследованию температуры раствора и скорости охлаждения (необходимости барботажа) на качество термообработки заготовок из различных сталей; технологии ведения процесса закалки (вертикальное, горизонтальное положение заготовок; неполное погружение, прокачка и др.)
В практической второй части отчёта содержатся уникальные данные по термической обработке конкретных деталей с закалкой в водно-полимерный раствор «FEROQUENCH 2000»: приведены геометрические характеристики заготовок и деталей; конкретный режим термообработки, освещены особенности ведения процесса; есть данные контроля твёрдости и деформаций.

В отчёте рассмотрены особенности обработки заготовок из 21 марки отечественных сталей:
• конструкционных (цементуемых; углеродистых; для отливок; пружинных; шарикоподшипниковых);
• инструментальных (углеродистых; штамповых).

Опыт по термообработке заготовок из штамповых сталей с применением водно-полимерного закалочного раствора впервые представлен в подобном ассортименте, как по виду заготовок, так и по разнообразию материалов.

Изложенный в отчёте материал в полной мере может служить руководством по внедрению рассматриваемой закалочной среды в термическом производстве машиностроительных предприятий и инструментальных производств. Материал даёт возможность в короткие сроки освоить закалку в водно-полимерный раствор

«FEROQUENCH 2000», минимизировав опытные работы по отработке и внедрению данной технологии. Применение данной технологии позволит оптимизировать многие процессы закалки и повысить качество термообработки.

Автор представленного отчёта И.А. Блинов безусловно может быть рекомендован в качестве технического консультанта как носитель теоретических знаний и неоценимого практического опыта.

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ С поnИМЕРОМ ( АО «поволжский ЦЕНТР «тuсдм»



АО «Поволжский Центр «ТиСДМ» специализируется на производстве продукции металлообработки, запчастей к различной технике и сборочных конструкций, это - валы, пальцы, втулки, фланцы, ступицы, шестерни, сателлиты и многое другое. Данная продукция требует использования
различных материалов, основными из которых являются стали 20, 45, 09Г2С, 20Х, 40Х, 45Х, 45Г. 38ХС, 33ХС, 30ХГСА, sor; 65Г, УВА, У9А, УЮА, 18ХГТ, 20ХН3А, 6ХВ2С, 6ХС, 9ХС,
40ХН2МА, 45ХН2МФА, 38ХН3МФА, 3Х2В8Ф, SXH М, 20Х13,
40Х13, ШХ15, ХВГ. Х12МФ и многие другие; также обработка деталей из стального литья 30Л, 35ГЛ, 45ФЛ, 45Л и др. и чугунного литья СЧ15, СЧ20, СЧ30, ВЧ..., ЧХ22, ЧХ28, ЧХ28Д2.

Все эти материалы требуют индивидуального подхода в части термообработки и особенно при закалке.

До 2020 года объёмная закалка деталей в термическом производстве производилась, как и на многих предприятиях, либо на воду, либо на масло.

Термообработка при закалке на масло сопровождается высокой пожароопасностью; обязательна мойка деталей после закалки; известно также о негативном влиянии продуктов горения масла на организм человека. Необеспеченность качества при термообработке некоторых деталей связана с существенными деформациями при закалке на воду и невозможностью получения повышенной твёрдости на некоторых деталях больших сечений при закалке на масло (например, для деталей из стали 40Х с сечением свыше 60 мм), возможность появления деталей с пятнистой твёрдостью.

До 2020 года объёмная закалка деталей в термическом производстве производилась, как и на многих предприятиях. либо на воду, либо на масло.
Термообработка при закалке на масло сопровождается высокой пожароопасностью; обязательна мойка деталей после закалки; известно также о негативном влиянии продуктов горения масла на организм человека.
Необеспеченность качества при термообработке некоторых деталей связана с существенными

зоне низких температур (фаза конвекции) даёт в результате минимизацию термических напряжений.
«FEROQUENCH 2000» открывает новые возможности в области применения водосмешиваемых закалочных средств. Детали из легированной стали в растворах
«FEROQUENCH 2000» могут закаливаться без образования трещин и с минимальной деформацией.

деформациями при закалке на воду и невозможностью получения повышенной твёрдости на некоторых деталях больших сечений при закалке на масло (например, для деталей из стали 40Х с сечением свыше 60 мм), возможность появления деталей с пятнистой твёрдостью.

разрыв колонки
нет пленки

разрыв колонки
по восходящей концентрации около поверхности



С 2020 года в термическом производстве в АО
«Поволжский Центр «ТиСДМ» начато использование в качестве закалочной среды полимера «FEROQUENCH 2000» фирмы «PETROFFER» (Германия). Решение о переходе на данный материал было принято не случайно, поскольку необходимо было решить ряд проблем: первое
- пожароопасность, второе - высокая трудоёмкость (операция мойки), третье - условия труда, а также повышенные затраты энергии (нагрев масла перед закалкой), четвёртое - недостатки качества термообработки (коробление, низкая прокаливаемость, пятнистая твёрдость). Предпочтения при выборе были отданы «FEROQUENCH 2000» из-за его характеристик при охлаждении в зависимости от концентрации в водном растворе.









рис 7. Влияние механизма образования пленки на теплообмен.


Из описания полимера: «Растворы FEROQUENCH 2000» обладают такой закалочной характеристикой, которая в зоне концентрации от 10% сравнима с высоко­ производительными закалочными маслами. Достигается очень короткая фаза паровой оболочки путём мгновенного образования полимерной пленки по всей поверхности изделия. Это гомогенное паровое охлаждение с пониженным охлаждающим эффектом в

В силу того, что требуетсs: закаливать различные марки сталей -углеродистые, легированные, инструментальные и др., - по результатам работы за 2 года было принs: то решение использовать несколько ванн с различной концентрацией полимера.
На данный момент используетсs: три ванны,
концентрации следующие:
а)7...8%;
6)12...14%;
в) 20...22%.

Приводим обоснование выбора.
Чаще всего в производстве требуетсs: проводить термообработку деталей из стали 40Х. Объёмную закалку на многих предприs: тиs: х обычно производs: т на масло И20А и другие масла.либо в растворы с полимером ПК-М.






Ниже приведена сравнительнаs: характеристика закалки образцов 030 мм (3 шт.) из стали 40Х, химический состав которых при ведён в Таблице l.

с Mn Si Cr Ni Cu s
0.41 0.67 0.21 0.95 0.06 0.04 0.012
Сталь 40Х ГОСТ 4543-2016

рис 2. Кривые охлаждении,::, растворов.

таблица 7. Химический состав образцов (253Омм.

На рис. 2 представлены кривые охлаждениs: растворов (необходимо обратить внимание на нижнюю зону, особенно в зоне мартенситных превращений в точках Мн).




рис 3. Распределение твёрдости, HRC на образцах N9N9 7-3 из стали 40Х, е53омм.


рис 4. Микроструктура термообработанных образцов из стали 40Х, o30мм"



Микроструктура и распределение твёрдости по сечению наглs: дно показывают качество закалки на полимерные растворы в сравнении с маслом И-20А. По некоторым параметрам закалка на 8%-ный раствор полимера
«FEROQUENCH 2000» превосходит закалку в масло. Часто при термообработке производственники сталкиваютсs: с проблемой, когда при сечении детали или заготовки более 70мм даже с температуры закалки 870°С трудно получить твёрдость выше 30HRC - скорость охлаждениs: в такихслучаs: х недостаточна. Закалка на воду сопрs: жена с большим риском образованиs: трещин и значительных деформаций. Закалка на полимерный раствор «FEROQUENCH 2000» с концентрацией 6...8% позволяет получить твёрдость до 40...48 HRC на поверхности деталей сечениs: ми 60мм и выше; а снижение скорости охлаждениs: в зоне мартенситных превращений уменьшает деформацию по сравнению с закалкой в воду. Детали из стали 40Х с более тонкими сечениs: ми (втулки, оси диаметром 30мм и менее) и относительно большой длиной лучше всего закаливать на полимерный раствор с концентрацией 13...14%. Этого достаточно длs: получениs: на деталs: х/заготовках из стали 40Х необходимой твёрдости при минимальной деформации. Длs: более тонких изделий из стали 40Х целесообразно вообще выключить барботирование (перемешивание). Этому способствуют и характеристики
«FEROQUENCH 2000», поскольку при закалке не образуютсs: паровые рубашки, характерные длs: водного охлаждениs: .


Обратимся: к результатам термообработки образцов Q)SОмм из стали 40Х. Химический состав образцов приведён в Таблице 2.

с Mn Si Сг Ni Cu s
0.42 0.66 0.26 0.94 0.07 0.03 0.09
Сталь 40Х ГОСТ 4543-2016
таблица 2. Химический состав образцов fZJS0мм.






рис 5. Распределение твёрдости,
HRC на образцах N9N9 4-5 из стали 40Х, (Z55Омм.





Как видно из данных рисунка 5, при закалке образцов на 14%-ый и 20%-ый растворы картинки распределениs: твёрдости, Н RC по сечению образцов имеют мало различий, но есть заметные отличиs: в микроструктуре.



рис 6. Микроструктура сердцевины образцов (закалка t=860°C + отпуск t=200°C):
а) закалка на полимер с концентрацией 9%;
6) закалка на полимер с концентрацией 74%; в) закалка на полимер с концентрацией 20%.