Іонно-плазмове азотування трубопресового інструменту з штампових сталей для виготовлення корозійностійких труб з метою покращення його експлуатаційних характеристик
Loading...
Date
2024
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Журфонд; Український державний університет науки і технологій, Дніпро;
Abstract
UKR: Широке поширення одержав процес виробництва сталевих труб методом пресування на гідравлічних пресах. Спосіб гарячого пресування дозволяє виготовляти труби із усіх сталей і сплавів, які важко деформуються. Пресування найбільш доцільно при виробництві труб з високолегованих, малопластичних сталей і сплавів, виробів біметалічних і зі складною конфігурацією перетину. Пресовані труби характеризуються мінімальною, в порівнянні з іншими способами гарячої деформації, кількістю зовнішніх і внутрішніх дефектів завдяки найбільш сприятливій схемі напруженого стану металу у середовищі деформації (всебічне нерівномірне стиснення), перешкоджаючій виникненню дефектів, а також виникаючому при деформації високому питомому тиску, сприяючому ліквідації невеликих дефектів трубної заготівлі. Рівномірність структури і, як наслідок, механічні властивості труб по довжині забезпечується високою швидкістю процесу, завдяки чому температурний режим деформації знаходиться у вузькому інтервалі. При виробництві корозійностійких труб використовують велику різноманітність трубного інструменту. Це інструмент, що має безпосереднє зіткнення з пресованим металом (матриці, прес-шайби, внутрішні втулки контейнерів, прошивні голки, трубні оправки, експандери), а також інструмент, що не має безпосереднього зіткнення з пресованим металом, який служить для передачі зусилля (прес-штемпель, голкотримачі, перехідні патрони, контейнери, направляючі кільця, тощо). Інструмент працює в жорстких умовах роботи. Це значний знос, високі ударні навантаження, питомі тиски, знакозмінні умови роботи, високі температури. Підвищення експлуатаційної стійкості інструменту сприяє збільшенню продуктивності пресів і якості поверхні корозійностійких труб. В роботі запропонована технологія термозміцнення трубопресового інструмента для виробництва корозійностійких труб (матричних кілець складних матриць, експандерів) зі штампових сталей 4Х5МФ1С, 5Х3В3МФС, 4Х4В4МФС шляхом проведення іонно-плазмового азотування в вакуумно-дуговому розряді в поєднанні з загартуванням і відпуском. Внаслідок запропонованої технології підвищуються міцність, зносостійкість, теплостійкість, а також твердість від 8 ГПа до 11...12 ГПа. Проведено широкий комплекс досліджень структури поверхні інструменту і промислових випробувань матричних кілець і експандерів трубопрофільних пресів. Показано, що іонно-плазмове азотування поверхні інструменту збільшує твердість в 1,3 ÷ 1.6 разів і його стійкість на 20-25 %.
ENG: The process of producing steel pipes by pressing on hydraulic presses has become widespread. The method of hot pressing makes it possible to manufacture pipes from all steels and alloys that are difficult to deform. Pressing is most appropriate for the production of pipes made of highly alloyed, low-plastic steels and alloys, bimetallic products and with a complex cross-sectional configuration. Pressed pipes are characterized by a minimal number of external and internal defects compared to other methods of hot deformation due to the most favorable scheme of the stressed state of the metal in the deformation environment (comprehensive uneven compression), preventing the appearance of defects, as well as the high specific pressure arising during deformation, which contributes to the elimination of small defects of the pipe blank. The uniformity of the structure and, as a result, the mechanical properties of the pipes along the length is ensured by the high speed of the process, thanks to which the temperature regime of the deformation is in a narrow interval. A wide variety of pipe tools are used in the production of corrosion-resistant pipes. This is a tool that has direct contact with the pressed metal (matrices, press washers, inner sleeves of containers, piercing needles, pipe mandrels, expanders), as well as a tool that does not have a direct contact with the pressed metal, which serves to transmit force (press - stamp, needle holders, transitional cartridges, containers, guide rings, etc. The tool works in harsh working conditions. These are significant wear, high impact loads, specific pressures, sign-changing operating conditions, high temperatures. Increasing the operational stability of the tool helps to increase the productivity of presses and the quality of the surface of corrosion-resistant pipes. The work proposes a technology of heat strengthening of a pipe press tool for the production of corrosion-resistant pipes (matrix rings of complex matrices, expanders) from stamp steels 4X5MF1S, 5X3V3MFS, 4X4V4MFS by conducting ion-plasma nitriding in a vacuum-arc discharge in combination with quenching and tempering. As a result of the proposed technology, strength, wear resistance, heat resistance, and hardness increase from 8 GPa to 11...12 GPa. A wide range of research on the surface structure of the tool and industrial tests of matrix rings and expanders of pipe profile presses were conducted. It is shown that ion-plasma nitriding of the tool surface increases the hardness by 1.3 ÷ 1.6 times and its stability by 20-25%.
ENG: The process of producing steel pipes by pressing on hydraulic presses has become widespread. The method of hot pressing makes it possible to manufacture pipes from all steels and alloys that are difficult to deform. Pressing is most appropriate for the production of pipes made of highly alloyed, low-plastic steels and alloys, bimetallic products and with a complex cross-sectional configuration. Pressed pipes are characterized by a minimal number of external and internal defects compared to other methods of hot deformation due to the most favorable scheme of the stressed state of the metal in the deformation environment (comprehensive uneven compression), preventing the appearance of defects, as well as the high specific pressure arising during deformation, which contributes to the elimination of small defects of the pipe blank. The uniformity of the structure and, as a result, the mechanical properties of the pipes along the length is ensured by the high speed of the process, thanks to which the temperature regime of the deformation is in a narrow interval. A wide variety of pipe tools are used in the production of corrosion-resistant pipes. This is a tool that has direct contact with the pressed metal (matrices, press washers, inner sleeves of containers, piercing needles, pipe mandrels, expanders), as well as a tool that does not have a direct contact with the pressed metal, which serves to transmit force (press - stamp, needle holders, transitional cartridges, containers, guide rings, etc. The tool works in harsh working conditions. These are significant wear, high impact loads, specific pressures, sign-changing operating conditions, high temperatures. Increasing the operational stability of the tool helps to increase the productivity of presses and the quality of the surface of corrosion-resistant pipes. The work proposes a technology of heat strengthening of a pipe press tool for the production of corrosion-resistant pipes (matrix rings of complex matrices, expanders) from stamp steels 4X5MF1S, 5X3V3MFS, 4X4V4MFS by conducting ion-plasma nitriding in a vacuum-arc discharge in combination with quenching and tempering. As a result of the proposed technology, strength, wear resistance, heat resistance, and hardness increase from 8 GPa to 11...12 GPa. A wide range of research on the surface structure of the tool and industrial tests of matrix rings and expanders of pipe profile presses were conducted. It is shown that ion-plasma nitriding of the tool surface increases the hardness by 1.3 ÷ 1.6 times and its stability by 20-25%.
Description
Л. Кривчик: ORCID 0000-0002-7769-3808; Л. Дейнеко: ORCID 0000-0002-1177-3055; В. Пінчук: ORCID 0000-0001-8257-9252
Keywords
пресування, деформація, твердість, азотування, теплостійкість, зносостійкість, матричне кільце, експандер, pressing, deformation, hardness, nitriding, heat resistance, wear resistance, matrix ring, expander, КМТОМ
Citation
Кривчик Л. С., Пінчук В. Л., Дейнеко Л. М., Столбовий В. О. Іонно-плазмове азотування трубопресового інструменту з штампових сталей для виготовлення корозійностійких труб з метою покращення його експлуатаційних характеристик. Стратегія якості в промисловості і освіті : матеріали XVІII Міжнародної конференції (Варна, 3–6 червня, 2024 р.). Дніпро, 2024. С. 44–58. URL: https://nmetau.edu.ua/file/varna-2024-full-1.pdf.