Криогенни процесори

оборудване за увеличаване на металния ресурс

Процесите на закаляване на полуфабрикати, заготовки и особено готови детайли са един от основните резерви за повишаване на ефективността на използването на метала. Този проблем е пряко свързан с подобряването на надеждността, издръжливостта на машините и тяхната производителност и следователно трябва да се разглежда като цяло, като се започне с избора на рационален дизайн на продуктите и се завърши с използването на технологични методи, които осигуряват висока производителност на най-натоварените части.

Технологичните методи за контрол на нивото на якост на металите включват:

• допинг;
• топлинна обработка;
• химико-термична обработка;
• пластична деформация (втвърдяване);
• термомеханична обработка;
• криогенна обработка.

Най-високото ниво на свойства на конструкционните стомани понастоящем може да се получи чрез термомеханични методи на обработка, базирани на комбинация от пластична деформация и термична обработка. Пластичната деформация се извършва над точката на фазови трансформации на стоманата, а последващото бързо охлаждане (закаляване) фиксира междинното структурно състояние на стоманата. Закаляването след термомеханична обработка фиксира по-стабилно структурно състояние, леко намалява твърдостта и якостта, повишава вискозитета и значително намалява вътрешните напрежения.

Различните методи и технологични режими на термомеханична обработка, криогенна обработка и последващо темпериране осигуряват различно структурно състояние и комбинация от механични свойства на стоманата.

Криогенното лечение не е крайната операция. За намаляване на напреженията, причинени от закаляване или термомеханичниобработка и за получаване на необходимите механични свойства стоманата след криогенна обработка задължително се подлага на темпериране.

Криогенната обработка се извършва веднъж и не е необходимо да се повтаря, тъй като свойствата на материала, придобити в резултат на втвърдяване и дълбока студена обработка, се запазват през целия експлоатационен живот на продукта.

Въпреки че криогенната обработка е метод на обемно закаляване, тя е ефективна и за цементирани стомани, чиято сърцевина трябва да има висока якост при висока якост, а повърхността трябва да издържа добре на абразия.

Значителен принос за развитието на криогенната обработка направиха местни учени като Гуляев А.П., Вязников Н.Ф., Положенцев В.С., Воробьов В.Г. и други.

Могат да се разграничат следните основни цели на използването на криогенна обработка на стомана:

Количеството остатъчен аустенит се увеличава особено рязко с повишаване на температурата на закаляване на хиперевтектоидната стомана. Най-широко използваните хиперевтектоидни стомани в промишлеността са структурни сачмени лагери, бързорежещи стомани, стомани за инструменти.

Подобряването на стабилността на размерите и стабилността на размерите след обработка е необходимо за измервателни и медицински инструменти, сачмени лагери. Тези стомани имат повишено съдържание на въглерод (повече от 1%) и след закаляване и ниско темпериране имат висока твърдост.

Увеличаването на ударната якост и устойчивостта на износване поради образуването на фино диспергирани карбиди в легираните стомани се дължи на появата на нови кристализационни центрове, които стройно изграждат еднослоен кристал. По време на криогенна обработка нови атоми се наслояват върху еднослоен кристал и кристалът расте. Колкото повече в стоманаизоморфни примеси, колкото повече центрове на кристализация, толкова по-фино е зърното. Най-добрите изоморфни примеси са ниобий, волфрам, молибден, хром, титан и ванадий.

Увеличаване на ресурса поради премахване на вътрешните остатъчни напрежения. Вътрешните напрежения възникват в процеса на бързо нагряване и охлаждане на метала поради неравномерно разширение или свиване на повърхността и вътрешните слоеве, с неравномерна деформация и структурни трансформации в обема. Вътрешните напрежения оказват силно влияние върху свойствата и трансформациите, които се случват в металите. Структурните промени, възникващи по време на криогенна обработка, допринасят за премахването на вътрешните напрежения в метала. Този механизъм работи не само върху стомани, но и върху сплави от цветни метали на базата на титан, алуминий и мед.

За криогенна обработка се използва модерно технологично оборудване (фиг. 1), което отговаря на високите стандарти на пети технологичен ред. Влиянието на човешкия фактор върху резултата от обработката е сведено до минимум.

Оборудването включва:

• криогенен процесор;
• температурен сензор;
• контейнер с течен азот;
• електромагнитен клапан;
• контролер;
• Персонален компютър.

Криосъдът осигурява автоматично пренасяне на газообразен азот под определено налягане към криокамерата.

Криокамерата ви позволява да обработвате едновременно до 900 кг продукти. Конструкцията на камерата осигурява протичането на "сухия процес" на обработка, изключвайки контакта на детайлите с течен азот, което елиминира възможността от термичен шок.

Криопроцесорът осигурява управление на процеса на криогенна обработка. Променливите параметри на процеса са: температура, скорост на охлаждане и връщане към стайна температура,задържане на време.

В зависимост от марката на стоманата и количеството остатъчен аустенит, твърдостта на стоманата по време на криогенна обработка се увеличава с 2–8 HRC, а условната граница на провлачване на стоманата σ0,2 се увеличава до 20%, крайната якост σv се увеличава до 15%.

Ако се осигури криогенно лечение, многократната ваканция може да бъде заменена с една.

Когато студено обработената стомана се закалява, твърдостта намалява донякъде (1–2 HRC), но инструментът става по-малко крехък и придобива по-стабилни размери.

Таблица 1 показва механичните свойства на неръждаема стомана 95×18 преди и след криогенна обработка.

---