Utførelse av herding av tenner ved plasmaherding av stål ved bruk av UDGZ-200-installasjonen eliminerte det alvorlige problemet med flisdannelse under drift. Arbeidet ble utført ved OJSC Kachkanarsky GOK
	OJSC NTMK (Evraz Holding) bestilte plasmaherding av et gir laget av 35GL stål brukt på en stålhellekran med en løftekapasitet på 220 tonn. Som et resultat ble hardheten på HB-skalaen økt fra 200 til 500 enheter, og som et resultat økte levetiden med mer enn 3 ganger.
	En 3-dobling av levetiden til tautrykktrommelen på EKG-10 gravemaskinen ble oppnådd ved plasmaoverflateherding av tennene og taustrengene utført av UDGZ-200-installasjonen.
	ChMK OJSC utførte plasmaherding av støtteflatene og lagerrullene på ringgiret til homogeniseringsmaskinen. Arbeidet ble utført uten å demontere enheten direkte på kundens ladestasjon. Vi oppnådde et utmerket resultat – doblet omløpstiden.
	Vi utfører plasmaherding av metall av forskjellige girdeler med kompleks profil, som et eksempel på bildet ble herding av den indre profilen utført.
	Plasmaherding av en stor trykkskrue i henhold til teknologien utføres ved å feste den til en dreiebenk og rotere den med lav hastighet. Denne prosessen kan automatiseres ved å velge nødvendig rotasjonshastighet og mating av plasmabrenneren på utstyret.
	Herding av chevron-tann og splines utføres på UDGZ-200-installasjonen.

Herding av matriser

Plasmaherding av dyser gir en svært betydelig økonomisk effekt. Vår kunde JSC ChTPZ reduserte forbruket av dyser laget av kostbart modifisert støpejern (brukes til støping av rør med stor diameter).

Eiere av patent RU 2313581:

Oppfinnelsen angår området varmebehandling. For å oppnå en herdet overflate uten å smelte med tilstrekkelig herdingsdybde, utføres overflateherding ved å bevege en direktevirkende plasmabue langs overflaten av det herdede produktet med motsatt polaritet, når elektroden er anoden og produktet er katoden. . 3 syke.

Oppfinnelsen angår maskinteknikk og er beregnet for overflateherding av deler.

Det er kjent at overflateherding (herding) av deler utføres med gassbrennere, høyfrekvente induktorer, laserstråler og andre kilder til overflateoppvarming. Siden 80-tallet har plasmaherding med en direkte lysbue blitt utbredt mellom elektroden (plasmatronen) og produktet. I dette tilfellet brukes en bue med direkte polaritet når den ikke-forbrukbare elektroden er katoden, og produktet er anoden. (Metal science and heat treatment of metals, 1988, nr. 12, s. 35 i artikkelen «Strengthening the working surfaces of cast iron parts by plasma melting» av N.S. Shepelev, M.V. Selivanova og andre).

Ulempen med plasmaherding med direkte polaritet er at kvaliteten på herding i stor grad avhenger av bevegelseshastigheten til plasmabuen langs overflaten av produktet. Med økningen avtar herdingsdybden kraftig (Sveiseproduksjon, 2003, nr. 2, s. 26 i artikkelen "Overflateherding av ståldeler med en komprimert elektrisk lysbue" av A.E. Mikheev, S.S. Ivasev og andre). Egenskapene til det herdede laget påvirkes i enda større grad av lysbuens lengde. Vanligvis, for hver modus, velges den optimale lysbuelengden, der lysbuen brenner stabilt. Ingen av forfatterne av kjente publikasjoner har forsøkt å studere effekten av buelengde på herdeegenskaper. Dette skjedde fordi det er ekstremt vanskelig å spore. Vanligvis reduserer selv en liten økning i buelengden fra den optimale verdien kraftig herdingsdybden og hardheten, og forkorting av lysbuen fører til smelting av overflaten, som ofte er et avvisningstegn.

Den høye følsomheten til herdekvaliteten for bevegelseshastigheten og lengden på plasmabuen har bestemt at plasmaherding kun utføres i automatiske installasjoner, hvor de to ovennevnte parameterne kan justeres nøyaktig og nøyaktig opprettholdes under herdeprosessen. Inntil nylig ble manuell plasmaherding ikke brukt nettopp fordi de uunngåelige svingningene i den manuelle prosessen i buelengden og herdehastigheten fører til smelting av overflaten eller ikke gir dens herding.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å redusere følsomheten til herdekvaliteten til lysbuens lengde, hastigheten på dens bevegelse og, basert på dette, finne muligheten for å utføre plasmaherding manuelt uten å smelte overflaten.

Problemet ble løst ved å bruke en omvendt polaritetsbue for overflateherding, når elektroden er anoden og produktet er katoden.

Plasmaherding ble utført på en automatisk installasjon av en sylinder laget av stål 40 med en diameter på ⊘60 mm med en hastighet på 43,6 m/time ved en strøm på 60 A. Det ble funnet at både i direkte og omvendt polaritet med en buelengde på 9 mm (avstanden fra plasmabrennermunnstykkets utgang til overflaten av delen), oppstår ikke smelting av det herdede sporet. Figur 1 viser maler kuttet fra en plasmaherdet prøve utført ved en buelengde på 3 mm. Det kan sees av dem at når den er herdet med omvendt polaritet (pos. 1.), har overflaten av det herdede sporet ikke smelting, og når det herdes med direkte polaritet (pos. 2.), er det smelting i midten av de herdede sporene, danner en perle med en høyde på 0,12 mm. Ved å øke lengden på den rette polaritetsbuen til 6 mm, var det ikke mulig å unngå smelting, men høyden på perlen ble redusert til 0,06 mm. En bue med omvendt polaritet, selv med betydelig forkortning, forårsaker således ikke smelting av den herdede overflate, mens selv en liten forkortning av en bue med direkte polaritet fører til smelting.

Figur 2 viser fordelingen av mikrohardhet over dybden av herding utført av en bue med rett polaritet. Den viser at med en økning i buelengden fra 3 mm til 9 mm, var det en nedgang i: mikrohardhet fra H 500 500 til H 500 450; og herdedybder fra 0,9 mm til 0,7 mm.

Figur 3 viser en lignende mikrohardhetsfordeling over herdedybden, men utført av en bue med omvendt polaritet. I dette tilfellet finner det motsatte mønsteret sted: med en økning i buelengden fra 3 mm til 9 mm, ble mikrohardheten og herdedybden ikke redusert, men økt: mikrohardhet - fra Н 500 480 til Н 500 640, og herdedybde - fra 0,7 mm til 1,1 mm. Fra dette kan vi trekke følgende konklusjoner om fordelene med plasmaherding med omvendt polaritet sammenlignet med herding med direkte polaritet.

1. Med en buelengde på 9 mm, når det i begge tilfeller ikke er smelting, ved omvendt polaritet er mikrohardheten høyere (H 500 640 i stedet for H 500 430) og bråkjøledybden er større (1,1 mm i stedet for 0,7 mm) .

2. De maksimale verdiene for mikrohardhet og herdedybde ved omvendt polaritet ble oppnådd med en lang (9 mm) bue, noe som er mer praktisk enn en kort for å utføre prosessen manuelt. For med en kort bue forstyrrer plasmatronkroppen observasjon av den, noe som skaper vanskeligheter med å dirigere buen til ønsket sted.

Det foregående lar oss konkludere med at i motsatt polaritet når plasmaherding utføres manuelt, når svingninger i lengden på buen og hastigheten på dens bevegelse oppstår, er det fortsatt mulig å oppnå en herdet overflate uten å smelte med en tilstrekkelig dybde på herding.

Praktisk anvendelse av den nye metoden

Et stempel laget av 5ХНМ stål, som veier 2200 kg, brukes til varmstempling av VT-20 titan. Under produksjonen forsterkes den ved volumetrisk herding og herding ved HB 340. Etter 1100 stemplinger er det opprørt å gjenopprette graveringen. Når du beveger deg bort fra overflaten under nedbør, reduseres hardheten på graveringen og etter 8 nedbør nådde den HB 300. Stemplet var gjenstand for avhending, fordi dets gjentatte volumetriske herding var umulig, fordi etter å ha mistet i tykkelse, ville den under volumetrisk herding ha fått uakseptabel deformasjon. Deretter ble den komplekse profilgraveringen av stempelet manuelt forsterket ved plasmaherding ved omvendt polaritet. Overflatehardheten økte til HB 540, og fjerningshastigheten økte til 1862 stemplinger. Dermed forlenget manuell plasmaherding ikke bare stempelets levetid, men økte også holdbarheten under selskapet med 1,7 ganger (fra 1100 stk. til 1862 stk.).

Et stempel laget av 8Х3 stål brukes til kaldblanking av emner fra 30ХГСА stål med en tykkelse på 6,5 mm. Vanligvis kuttes ~5 tusen stykker på den, utsettes for stripping, og ytterligere 10 tusen stykker kuttes. og kastes. Stemplet langs arbeidskantene ble forsterket manuelt ved plasmaherding med omvendt polaritet; hardheten på kantene økte fra HRC 52 til HRC 60. Med to rengjøringer kuttet stansen 40 tusen stykker, som er 2,6 ganger mer enn stansene uten plasmaherding (15 tusen stykker).

Et stempel laget av 5ХВ2С stål brukes til varmstansing av emner fra 30ХГСА stål med en tykkelse på 10 mm. Vanligvis, med periodisk trimming, kutter han 8 tusen emner. Etter manuell plasmaherding langs arbeidskantene økte hardheten fra HRC 54 til HRC 62, og dysens driftstid økte til 42,2 tusen stykker, dvs. 5,3 ganger.

Plasmaherding av krongirtennene til en stålhellekran ble utført. Vanskelig tilgang til overflaten av tennene krevde å øke lengden på buen til 20 mm. Dette påvirket ikke herdingskvaliteten og levetiden til ringgirene økte fra 6 måneder. opptil 17 måneder, pga 2,8 ganger.

Fremgangsmåte for overflateherding av produkter, inkludert herding ved å bevege en direktevirkende plasmabue over overflaten av produktet, eksitert mellom elektroden og produktet, karakterisert ved at for å forhindre smelting av den herdede overflaten og samtidig sikre tilstrekkelig dybde og hardheten til det herdede laget, utføres plasmaherding med omvendt polaritet når elektroden er anoden, og produktet er katoden.

Lignende patenter:

Oppfinnelsen angår metoder for herding av produkter og kan hovedsakelig brukes i maskinteknikk for induksjonsherding av produkter som aksler, aksler, som har en kompleks konfigurasjon av herdede områder ved utgangspunktene til splines, spor, flater, etc.

en progressiv metode for lokal overflateherding, som i stor grad øker påliteligheten og holdbarheten til produktene

ESSENS AV PZ består av høyhastighets oppvarming av overflatelaget av metallet ved en plasmastrøm og dens raske avkjøling som et resultat av varmeoverføring til de dype lagene av materialet til delen.

FORMÅLET MED PZ er produksjon av deler og verktøy med et herdet overflatesjikt opptil flere millimeter tykt, samtidig som den samme generelle kjemiske sammensetningen av materialet opprettholdes og de opprinnelige egenskapene til det originale metallet i de indre lagene opprettholdes.

MATERIALER UTSATT FOR PZ - verktøystål, støpejern, harde legeringer, sementert og nitro-forkullet stål, ikke-jernholdige legeringer og andre materialer.

EFFEKTEN AV PZ bestemmes av en økning i de operasjonelle egenskapene til delen, på grunn av en endring i de fysiske og mekaniske egenskapene til overflatelaget, på grunn av dannelsen av en spesifikk struktur og fasesammensetning av metallet med høy hardhet og dispersjon, samt dannelse av trykkrestspenninger på overflaten.

UTSTYR FOR PZ består av en lysbuestrømkilde, en liten plasmabrenner og en mekanisme for å flytte plasmabrenneren eller delen. Som strømkilde brukes plasmasveise- og overflateinstallasjoner UPNS-304, plasmabehandling UPO-302, UPV-301, plasmaskjæring UPRP-201, sveiselikerettere VD-201, VD-306, VDU-506 og andre. Plasmalykten er produsert i henhold til original designutvikling. Bevegelsesmekanismen kan være kommersielt tilgjengelig mekanisk utstyr, sveise- eller overflateutstyr.

Den TEKNOLOGISKE PROSESSEN for overflatebehandlingen består av foreløpig rengjøring (ved hvilken som helst kjent metode) og direkte beskyttelse av den behandlede overflaten ved å flytte produktet i forhold til plasmabrenneren eller omvendt. Følgende teknologiske alternativer for beskyttelse er mulige - uten smelting og med smelting av overflaten av delen, med eller uten gap mellom de herdede sonene. Parametrene til PZ-prosessen - strømmen til plasmabuen (jet), strømningshastigheten til den plasmadannende gassen, avstanden mellom plasmabrenneren og produktet, bevegelseshastigheten - bestemmes av en algoritme som sikrer optimal egenskaper i overflatelaget til delen som herdes. Den integrerte oppvarmingstemperaturen i prosessen med PZ overstiger ikke 150..200 ° C. Som regel brukes argon eller dets blandinger med nitrogen, så vel som luft, som plasmadannende gass. Gjennomsnittlig bredde på den herdede sonen er 6..13 mm.

KVALITETSKONTROLL av den PZ-behandlede overflaten utføres visuelt ved tilstedeværelse og sammenligning av farge med standarden, samt ved en økning i hardheten til vitneprøven etter PZ.

GRUNNLEGGENDE SIKKERHETSKRAV FOR PZ bestemmes av bruk av sveisevarmekilder og krever bruk av et avtrekksventilasjonssystem og beskyttelse av synsorganene mot stråling.

EKSEMPLER PÅ BRUK AV PZ: skjære- og måleverktøy, frimerker, filer; gjengekonturer av blyskruer, tannhjul, tannhjul, stativer; arbeidsprofiler av cams, kopimaskiner, samt forskjellige spor, spor, hull; føringer, spindler, aksler, aksler, stenger; deler av kameraer, tekstilmaskiner, kniver for behandling av tre, papir, syntetiske materialer; ramme- og sirkelsager, nåler, barberblader, rullende ruller, veivaksler og kamaksler, motortimingdeler, etc.

SÆREGENSKAPER TIL PZ. Sammenlignet med analoger - metoder for overflateherding med høyfrekvente strømmer, gassflammer, kjemisk-termisk behandling, laser- og elektronstråleherding, har denne prosessen FORDELER:

lave integrerte oppvarmingstemperaturer av deler;

større dybde av det herdede laget sammenlignet for eksempel med laserherding;

høy effektiv oppvarmingseffektivitet for en plasmabue opp til (85 %), for sammenligning med laser

herding - 5%;

ingen bruk av spesielle tilleggskjemikalier eller stoffer;

muligheten for å gjennomføre prosessen uten bruk av kjølemedier, vakuum, spesial

belegg for å øke absorpsjonskapasiteten til herdede overflater;

i motsetning til laserutstyr er det ingen spesiell kjølevæske for kjøling;

enkelhet, lave kostnader, manøvrerbarhet, små dimensjoner av teknologisk utstyr;

mulighet for automatisering og robotisering av den teknologiske prosessen.

ØKONOMISK EFFEKTIVITET AV PP bestemmes av:

øke ytelsen og slitestyrken til deler og verktøy;

redusere kostnadene for produksjon av reservedeler og tilleggsverktøy for å fullføre et gitt produksjonsprogram;

redusere volumet av slipeoperasjoner, tid og penger forbundet med å sette opp presser og metallbearbeidingsmaskiner for verktøy som er utsatt for mekanisk beskyttelse;

frigjøring av arbeidere involvert i produksjon av reservedeler og tilleggsverktøy;

intensivering av verktøyets driftsmoduser;

en økning i produksjonseffekt på eksisterende utstyr på grunn av redusert nedetid for utskifting av slitte deler og nødreparasjoner av utstyr.

ERFARING MED IMPLEMENTERING AV PLASMAHERDE

FOR Å FORlenge LEVETID FOR MASKINDELER

Innen overflateherding av metallprodukter brukes plasmaeksponering for konsentrerte energikilder i økende grad. Men ofte er tilnærmingene til designere til utformingen av deler med en slitesterk arbeidsflate ved herding begrenset av kravene til bruk av høyfrekvent varme, karburering eller nitrering. Den akkumulerte erfaringen med å introdusere plasmaherding indikerer den høye økonomiske effektiviteten av bruken. Spesielt når kundebedriften er sluttbruker og helhetlig utfører styrking og drift av produkter. Teknologisk kompetent bruk av plasmaherding kan utvide listen over herdede deler betydelig. Dermed tillater denne teknologien varmebehandling av deler av ulike størrelser, både med relativt enkel geometri (ruller, aksler, hjul, dekk, trinser, etc.) i automatisk modus, og overflater med en utviklet profil (tannhjul, stempelgraveringer, tannhjul , splineforbindelser osv.) i manuell og automatisk modus. Plasmaherding uten reflow forringer ikke overflateparametrene etter maskinering, derfor er den effektivt integrert i den teknologiske prosessen med å produsere eller reparere deler som en etterbehandlingsoperasjon. Et bredt spekter av jern-karbon-legeringer herdet ved plasmaherding - fra lavkarbonstål til støpejern - krever implementering av installasjoner som gir et bredt spekter av kontroll over kraften, lengden og konsentrasjonen til plasmabuen. Den siste generasjonen av installasjoner utviklet av avdelingen oppfyller fullt ut disse kravene. Disse enhetene er kraftigere og lar deg herde deler til en dybde på mer enn 2 mm. Som et eksempel viser fig. 1 data om dybden, hardheten og strukturen til herdesonen på en prøve av 30ХН2МА stål.

En av disse installasjonene, designet for herding med håndverktøy (UPZR1) er vist i fig. 2. Nominell driftsstrøm – 220 A. Installasjonsvekt – ikke mer enn 160 kg, forsyningsspenning – 380 V, effekt – ikke mer enn 20 kVA, forbruk av plasmadannende gass (argon) er ikke mer enn 10 l/ min. Produktiviteten til UPZR1 er 180...300 cm 2 bearbeidet overflate per minutt.

Prinsippet for drift av UPZR er å lage en direkte plasma (komprimert) lysbue ved hjelp av en strømkilde, oscillator og plasmabrenner. På grunn av den termiske effekten av buen, når holderen flyttes med plasmabrenneren i forhold til overflaten som behandles, oppnås en herdet strimmel, hvis bredde justeres med avstanden fra enden av plasmabrenneren til produktet og spenningen på den elektromagnetiske spolen til skanneenheten. For å utvide de teknologiske egenskapene til installasjonen, tilbys også kombinert plasmabuebehandling. I dette tilfellet brenner to lysbuer samtidig i plasmabrenneren (mellom katoden og dysen på plasmabrenneren og mellom katoden og overflaten av delen), den elektriske kraften til hver av dem reguleres uavhengig, noe som tillater varmen input kan varieres innenfor et bredt spekter.

I følge resultatene av produksjonstester av klubbhalser (stål 45) av pilgerstan-rullene til Seversky Pipe Plant, herdet av en lignende installasjon, økte slitestyrken etter plasmaherding tre ganger, levetiden til de herdede delene økte med 30 % (Fig. 3).

Ved hjelp av denne installasjonen herdes innsatsene til PKZe-800 pressdysene for produksjon av stålslipekuler for PROMKO OJSC (fig. 4). Som et resultat av overflateherding av graveringene økte holdbarheten til stemplene med 2,7 ganger.

Levetiden til hagleblåserblader (stål 45) herdet med UPZR-1 ved Metalist OJSC (Kachkanar) økte tre ganger med en økning i hardhet fra 26..30 til 50 HRC (fig. 5.).

Ved Seversky Pipe Plant OJSC, ved hjelp av UPZR-1, ble et 45L stålgir herdet direkte på kranen til skrapmetallforedlingsverkstedet (fig. 6). Før herding ble hjulet raskt byttet ut med et uherdet. Plasma varmebehandling økte hardheten fra HB 200 til 51 HRC.

For Uralpromtekhservice LLC (Ekaterinburg) ble plasmaherding av ledeplan (ShKh15 stål) fra HB 250 til 60 HRC utført (fig. 7)

Denne installasjonen fungerer vellykket ved Biysk Mechanical Plant. I 2012 ble UPZR-1-installasjonen kjøpt av Severonickel Combine fra Kola Mining and Metallurgical Company (Monchegorsk).

I 2011 ble UPZR-2-installasjonen opprettet ved hjelp av inverterbuestrømkilder den lar deg styrke mindre deler med håndverktøy, for eksempel gir med modul 3. Nominell driftsstrøm - 150 A. UPZR-2 vekt - ikke mer enn; 80 kg, spenningsforsyningsnett – 220 V, strømforbruk – 12 kVA. Produktivitet – 30…120 cm 2 bearbeidet overflate per minutt.

Splinede skjøter av kantskaft laget av 5ХНМ stål for EVRAZ NTMK OJSC fra 37 til 58 HRC ble vellykket behandlet med denne installasjonen (fig. 8, 9).

Ris. 9. (x 2)

UPZR-2-installasjonen ble brukt til å styrke gripere laget av SCh30 støpejern for Yugson-service LLC (Tyumen) fra 40 til 60 HRC (fig. 10).

Installasjoner for plasmaherding i manuell modus gjør det mulig å herde deler av splineskjøter, kilespor, tannhjul, graveringer og andre produkter med arbeidsflater med kompleks form, men resultatene av herding, spesielt stabiliteten til egenskapene til den behandlede overflaten , bestemmes i stor grad av operatørens kvalifikasjoner og erfaring.

Plasmaherdeenheter kan overvinne denne ulempen i automatisk modus. For eksempel UPZA-1-installasjonen (fig. 11) for behandling av overflaten av deler som er revolusjonslegemer, ved bruk av standard mekanisk utstyr (maskiner, manipulatorer, rotatorer, etc.) for å plassere delen og (eller) en plasmabrenner .

Direkte plasmabrennere brukes som lysbuegeneratorer, dvs. en plasmabue brenner mellom katoden til plasmatronen og produktet som herdes. Nominell forsyningsspenning – 380 V, nominell driftsstrøm – 300 A, strømforbruk ikke mer enn 40 kVA, vekt ikke mer enn 300 kg. Installasjonen er utstyrt med forriglinger og sikkerhetsanordninger som eliminerer herdefeil og svikt i plasmabrenneren ved problemer med vann- og gassforsyning, samt ved feil på maskinen som flytter arbeidsstykket.

På produksjonsstedet til TUR-1 LLC (Perm), ved bruk av UPZA-1, ble ribbevalser (stål 50) på valsefeltet til 5000-verket for Magnitogorsk Iron and Steel Works herdet med en økning i hardhet fra 27 HRC til 59 HRC (fig. 12).

Ved hjelp av en slik installasjon ble mange deler styrket ved Seversky Pipe Plant OJSC (Polevskoy). Inkludert teknologiske maler (stål 32G2), hvis levetid etter plasmaherding økte med 40 % (fig. 13). Plasmaherding økte hardheten til arbeidsflaten fra HB 180 til 50 HRC.

Slike installasjoner har funnet sin bruk i herding av avstandsringer for OJSC Uralmashzavod (stål 34ХН1М) med en økning i hardhet fra 33..35 til 59 HRC, for herding av trinsespor (stål 45), for CJSC Uralmash Drilling Equipment med økt hardhet fra 27 til 52 HRC, aksler stål 40X med økt hardhet fra HB 236 til 52 HRC for OJSC "SPETSNEFTEKHIMMASH" (Krasnokamsk), etc.

Blant de mest bemerkelsesverdige variantene av teknologiske løsninger for herding med en UPZA-installasjon, bør vi merke oss herdingen av skyvestenger til skjærpresser (laget i Frankrike) hos JSC Pipe Metallurgical Company i Polevskoy (fig. 14). Lengden på stangen er mer enn 9 meter, diameter – 180 mm. Den ble laget for nødutskifting fra 21ХМФА stål. Plasmaherding lyktes i å øke hardheten til overflatelaget fra HB 130 til 40 HRC uten langsgående deformasjon av stangen, og skjærpressen har fortsatt å fungere uavbrutt i mer enn to år.

UPZA-enheter ble produsert og levert til Poltava Mining and Processing Plant (Komsomolsk, Ukraina), NPO Technogroup LLC (Volgograd), Mechanical Plant (Biysk). Slike installasjoner fungerer effektivt ved herding av flenser på lokomotivdekk ved Lebedinsky og Kachkanarsky gruve- og prosessanlegg.

Utformingen av installasjoner for plasmaherding er basert på bruk av enheter og blokker av moderne seriell sveiseutstyr, som sikrer små dimensjoner, mobilitet, høy driftssikkerhet, enkel betjening og vedlikehold.

I 2012 opprettet og testet ansatte ved plasmaprosesslaboratoriet til Nizhny Tagil Technological Institute en universell plasmaherdingsinstallasjon i manuell og automatisk modus UUPZ-1 (fig. 15). Ved hjelp av dette utstyret ble det mulig å forsterke nesten alle deler, både med relativt enkel geometri og overflater med utviklet profil. En inverter likeretter ble utviklet og produsert ved UrFU som en kilde til plasmabue. Forsyningsspenning – 380 V, nominell driftsstrøm – 350 A, installasjonseffektivitet – 0,9; vekt – ikke mer enn 40 kg.

Mobiliteten til UUPZ-1 gjør at herding kan utføres på stedet på kundens produksjonssted. For eksempel utførte Uraltekhpromservice LLC (Ekaterinburg) varmebehandling av aksler (40X stål) med en økning i hardhet fra 27 til 62 HRC (fig. 16). Skaftdiameter 170 mm, lengde 3500 mm.

For JSC SPETSNEFTEKHIMMASH (Krasnokamsk) ble splines og tappene til akslene (stål 40X) herdet fra 25 til 52 HRC (fig. 17).

Alle de listede installasjonene tilfredsstiller vilkårene for industriell drift og oppfyller miljø- og sikkerhetskravene for å utføre argon-buesveisearbeid.

Gjennomføringen av slike installasjoner krever ikke betydelige kapitalutgifter. Det er nødvendig å organisere en eller flere arbeidsplasser (avhengig av ønsket implementeringsvolum), i likhet med arbeidsplasser for argonbuesveising. Arbeidsplassen må være utstyrt med en kilde og avløp av springvann for kjøling av plasmabrenneren.

Essensen av plasmaherding er høyhastighets oppvarming av overflatelaget av metall ved en plasmastrøm og dens raske avkjøling som et resultat av varmeoverføring til de dype lagene av delmaterialet.

Hensikten med plasmaherding er produksjon av deler og verktøy med et herdet overflatesjikt opptil flere millimeter tykt samtidig som den totale kjemiske sammensetningen av materialet opprettholdes uendret og de opprinnelige egenskapene til det originale metallet i de indre lagene opprettholdes.

Materialer som utsettes for plasmaherding er verktøystål, støpejern, harde legeringer, sementert og nitrokarbonisert stål, ikke-jernholdige legeringer og andre materialer.

Effekten av plasmaherding bestemmes av en økning i de operasjonelle egenskapene til delen, på grunn av en endring i de fysiske og mekaniske egenskapene til overflatelaget, på grunn av dannelsen av en spesifikk struktur og fasesammensetning av metallet med høy hardhet og dispersjon, samt dannelse av trykkrestspenninger på overflaten.

Plasmaherding av lavkarbonstål, som vanligvis ikke er gjenstand for volumetrisk herding, gjør det mulig å oppnå lavkarbonpakkemartensitt med en hardhet på 32...38 HRC. Når de behandles i moduser som gir oppvarming i Ac1...Ac3-regionen, har individuelle områder i stedet for perlittkorn med et totalt areal på 10...30 % strukturen av høykarbonstål - martensitt og beholdt austenitt med en hardhet på 750...820 HV. Denne kombinerte strukturen (ferritt, perlitt, martensitt og tilbakeholdt austenitt) kombinerer høy slitestyrke og duktilitet, noe som gjør det mulig å utvide bruksområdet for lavkarbonstål. Plasmaherding av støpe- og konstruksjonsstål med middels karbon gir en martensittisk-austenittisk struktur og hardhet i herdesonen som er 2...4 HRC-enheter høyere sammenlignet med volumetrisk herding og høyfrekvent herding. Etter plasmaherding festes opptil 50 % av tilbakeholdt austenitt i overflatelaget, noe som gjør det mulig å implementere den energiabsorberende prosessen med belastningsindusert martensittisk transformasjon under drift. Slitasjemotstanden til deler, spesielt under kontakt-støt-interaksjon og abrasiv slitasje, øker i dette tilfellet mange ganger. Karbonverktøystål av typene U8, U10, stål for kalddeformerende verktøy av typene 5ХВ2С, 9ХС, Х12, stål for varmedeformerende verktøy av type 5ХНМ, 60ХН, etc. er herdet med høy effektivitet En finkornet martensitisk-austen en hardhet på opptil 65 dannes i overflatearbeidslaget HRC har økt styrke og slitestyrke. Regulering av forholdet mellom strukturelle komponenter i herdingssonen til verktøystål utføres ved termisk stabilisering av austenitt i området for martensittisk transformasjon, valg av forvarmebehandling og plasmaherdingsmoduser. Under plasmaherding av støpejern (med flakgrafitttyper SCh 15-32, SPKHN-45, SPKHN-49; med sfærisk grafitt - SShKhNM-42, SShKhN-49, etc.) en struktur med høy hardhet (opptil 60 HRC) dannes i overflatelaget og slitestyrke. Ledeburitt dannes i mikrosmeltesonen, høykarbon austenitt er observert rundt grafittinneslutninger, der martensittområder dannes ved avkjøling. I sonen for plasmaherding av perlittiske støpejern dannes en martensittisk-austenittisk struktur, mens det for ferritiske støpejern dannes en sorbitt-trostittstruktur. Viktige fordeler med plasmaherdede støpejernsvalser er høy hardhet og samtidig motstand mot dannelse av varmesprekker på grunn av tilstedeværelsen av en austenittisk komponent, noe som øker deres slitestyrke med 40. ..60 %. Den teknologiske prosessen med herding inkluderer mekanisk behandling (om nødvendig) eller rengjøring av overflaten som skal herdes, og plasmavarmebehandling, som som regel er etterbehandlingsoperasjonen. Et viktig trekk ved plasmaherding er muligheten for effektiv bruk for ytterligere herding av overflaten til deler som har gjennomgått konvensjonell volumetrisk varmebehandling. Utbredt introduksjon av plasmaherdingsprosesser i produksjon er umulig uten å generalisere resultatene av forskning og produksjonserfaring, vitenskapelig underbyggelse av mønstrene for dannelse av fasesammensetningen, strukturen og egenskapene til overflatelaget modifisert ved varmebehandling, og sikrer garantert mottak av nødvendig ytelsesegenskaper til deler avhengig av de teknologiske parametrene til behandlingsmodusen. Essensen av plasma termisk herding av jern-karbon-legeringer er å varme opp et lokalt område av overflaten til en del over de kritiske temperaturene for faseoverganger (Ac1, Ac3, Acm) og påfølgende avkjøling med høy hastighet, noe som garanterer dannelsen av herdende strukturer. Som med konvensjonell varmebehandling, bestemmes egenskapene til den strukturelle tilstanden oppnådd som et resultat av plasmaherding av graden av homogenisering av austenitt under oppvarming, dens varighet, samt den opprinnelige sammensetningen og strukturen til legeringen. Den endelige strukturelle tilstanden og egenskapene som dannes i den varmepåvirkede sonen etter overflateoppvarming avhenger av kjølehastigheten i temperaturområdet med minst stabilitet av austenitt, sammensetningen og størrelsen på kornet, og en rekke andre faktorer bestemt av parametrene av den termiske syklusen i HAZ. For å generere en konsentrert strøm av energi under plasmaherding, brukes spesielle enheter - plasmatroner. Sammenlignet med en konvensjonell frittbrennende lysbue generert av en brenner med en ikke-forbrukbar elektrode i en beskyttende atmosfære av argon, har en plasmabue med sammenlignbar elektrisk effekt en økt (15 000...20 000 K) temperatur og en mer konsentrert varmestrøm . Dette oppnås ved å redusere det ledende tverrsnittet av lysbuen, komprimert i dysekanalen av strømmen av plasmadannende gass, hvis molekyler i sin tur ioniseres i lysbueutladningskolonnen, og øker dermed andelen av ionstrøm. De fleste plasmatroner opererer på likestrøm med direkte polaritet (negativt potensial ved elektroden), siden varmeutviklingen i anodepunktet til lysbuen er høyere enn i katodepunktet. Denne potensielle fordelingen øker den termiske effektiviteten ved oppvarming av delen og reduserer den termiske belastningen på elektroden. I plasmabrennere som genererer en komprimert direkte bue som brenner mellom elektroden og overflaten av delen, utføres varmeoverføring til delen på grunn av termisk ledningsevne, konveksjon, stråling og den kinetiske energien til ladede partikler lagret i det elektriske feltet.

Ioneimplantasjon (ionimplantasjon, ionedoping) er introduksjonen av urenhetsatomer i et fast stoff ved å bombardere overflaten med akselererte ioner. Når ionebombardement av et mål skjer, trenger ioner dypt inn i målet. Innføringen av ioner blir betydelig ved ioneenergier E>1 keV.

Formelt sett skal ioneimplantasjon kalles bestråling av overflaten til et fast legeme med atomer eller atomioner med en energi på minst 5-10 bindingsenergier til et atom i gitteret til det bestrålte målet (da vil ionet eller atomet reise seg minst 2-3 interatomære avstander før stopp, dvs. den vil trenge gjennom, "implanteres" inn i målvolumet). Tradisjonelt bruker vi imidlertid begrepet "ionimplantasjon" for å referere til et smalere energiområde - fra 5-10 keV til 50-100 keV. Som et resultat av gjentatte kollisjoner mister bevegelige partikler gradvis energi, blir spredt og til slutt enten reflektert tilbake eller stoppet, fordelt over hele dybden. Energitap er forårsaket av både interaksjon med målelektroner (uelastiske kollisjoner) og parede kjernefysiske (elastiske) kollisjoner, der energi overføres til målatomene som helhet og retningen på partikkelbevegelsen endres kraftig. Ved høye energier og små påvirkningsparametere nærmer kjernene til kolliderende partikler seg avstander som er mindre enn radiene til elektronbaner, og deres interaksjon er beskrevet av Coulomb-potensialet. Ved lave energier er skjerming av kjerner av elektroner avgjørende. Vanligvis vurderes interaksjonen mellom et bevegelig ion med elektroner (frie og på de ytre skallene til atomer) og interaksjonen mellom ionkjernene og målatomet separat, og vurderer at begge tapsmekanismene er additive, og mediet som homogen og isotrop (Lindhard-Scharff-IIIott-teori, LSH). Teorien forutsier at med økende ioneenergi i sonen for elastiske kollisjoner, passerer spesifikke energitap gjennom et maksimum og avtar deretter. Spesifikke tap ved uelastiske kollisjoner øker med økende energi i henhold til den radikale loven. Ved svært høye energihastigheter beveger ionet seg i målet som en naken kjerne og det spesifikke energitapet avtar med dets ytterligere økning. Ionebanen er en kompleks brutt linje som består av banesegmenter mellom elementære spredningshandlinger i store vinkler. Fordelingsfunksjonen til stabiliserte ioner over dybden av prøven har et maksimum (avstanden til maksimumspunktet fra overflaten bestemmes av den gjennomsnittlige banen til ioner av en gitt energi.

Viktige kjennetegn ved ioneimplantasjonsprosessen er de såkalte. ionets projeksjonsbane Rpr - projeksjon av banebanen til originalens retning. partikkelbevegelse, så vel som fordelingen av implanterte atomer langs Rpr, dvs. på dybden x (når bombardert vinkelrett på måloverflaten). x-fordelingen av partikler implantert i et amorft mål er karakterisert ved av. run Ravg, gjennomsnittlig kvadratspredning av kjøringer?R og parameter Sk, som bestemmer asymmetrien til Pearson-fordelingen. Disse verdiene avhenger av M1 M2 og e0. Ved Sk = 0 blir Pearson-fordelingen Gaussisk. Under ioneimplantasjon i enkeltkrystaller kan dybdefordelingen av innebygde partikler endres på grunn av kanalisering av ladede partikler. Ved å endre energien til ioner under ioneimplantasjon, er det mulig å oppnå en fordeling av den innførte urenheten langs dybden av ønsket form. Det totale antallet urenhetsatomer N som kan implanteres i et fast mål gjennom en enhetsoverflateareal begrenses av sputtering hvis sputteringskoeffisienten S (antall målatomer slått ut av ett ion) er større enn andelen implanterte partikler b = 1-k (k er refleksjonskoeffisienten). Forsømmelse av diffusjon

hvor nS=bn0/S er urenhetskonsentrasjonen ved overflaten i steady state. Hvis S >6 vil konsentrasjonen av implanterte atomer øke monotont med økende ionedose. Ioneimplantasjon er mest brukt for doping av halvledere for å lage p-n-kryss, hetero-overganger og kontakter med lav motstand. Ioneimplantasjon tillater innføring av urenheter ved lave temperaturer, inkludert urenheter med lav diffusjonskoeffisient, og dannelse av overmettede faste løsninger. Ioneimplantasjon gir presis dosering av den innførte urenheten, høy renhet (separasjon av ionestrålen etter masse), lokalitet og muligheten til å kontrollere prosessen ved hjelp av elektriske og magnetiske felt. For å eliminere strålingsdefekter dannet under ioneimplantasjon og overføre de implanterte atomene til vanlige posisjoner, brukes høytemperaturoppvarming. Ioneimplantasjon i metaller brukes til å øke deres hardhet, slitestyrke, korrosjonsbestandighet, lage katalysatorer, endre friksjonskoeffisient, etc. Ved store doser, når konsentrasjonen av den innførte urenheten er sammenlignbar med n0, er dannelsen av nye forbindelser. mulig. Ionebombardement gjør det mulig å introdusere en urenhet ikke bare fra strålen, men også fra en film som tidligere er avsatt på måloverflaten (implantasjon av rekylatomer og ioneblanding). Bombardement med ioner kan være ledsaget av en økning i det implanterte materialet. Filmer oppnådd ved ioneavsetning har høy tetthet og god vedheft til underlaget.

Fordeler med ioneimplantasjon:

• 1. Evnen til å introdusere (implantere) enhver urenhet, hvilket som helst element i det periodiske system.
• 2. Mulighet for å legere ethvert materiale.
• 3. Evnen til å introdusere en urenhet i enhver konsentrasjon, uavhengig av dens løselighet i substratmaterialet.
• 4. Evnen til å introdusere en urenhet ved enhver substrattemperatur, fra heliumtemperaturer til smeltetemperaturen inklusive.
• 5. Evnen til å arbeide med legeringsstoffer av teknisk renhet og til og med med deres kjemiske forbindelser (også av enhver renhet).
• 6. Isotopisk renhet av dopingionestrålen (dvs. evnen til å dope ikke bare utelukkende med et gitt element, men også utelukkende med en gitt isotop av dette elementet).
• 7. Enkel lokal legering (ved å bruke minst grunnleggende mekanisk maskering).
• 8. Liten tykkelse på legeringslaget (mindre enn en mikron).
• 9. Store gradienter av urenhetskonsentrasjon langs dybden av laget, uoppnåelig ved bruk av tradisjonelle metoder med uunngåelig diffusjonsuskarphet av grensen.
• 10. Enkel kontroll og fullstendig automatisering av den teknologiske prosessen.
• 11. Kompatibel med plan mikroelektronikk-teknologi.

Restriksjoner som begrenser mulighetene for ioneimplantasjon:

• 1. Evnen til å introdusere enhver urenhet er noen ganger begrenset av egenskapene til arbeidsstoffet til ionekilden: a) for høy driftstemperatur b) kjemisk eller temperaturustabilitet, c) overdreven toksisitet, d) korrosivitet.
• 2. Evnen til å dope ethvert materiale betyr i virkeligheten bare evnen til å introdusere, introdusere atomer av dopemidlet i målvolumet. Dersom begrepet «doping» også betyr en helt spesifikk posisjon i målets krystallgitter, så er ikke mulighetene for ioneimplantasjon her i mange tilfeller mye større enn for eksempel diffusjon. En annen begrensning er strålingsmotstanden til målmaterialet. Bestrålingsforholdene er slik at dekomponering av komplekse materialer nesten alltid skjer under implantasjon (på grunn av fordampning eller sputtering av en hvilken som helst komponent i en kjemisk forbindelse).
• 3. Evnen til å introdusere en urenhet i en hvilken som helst konsentrasjon er begrenset ovenfor av lagsputteringskoeffisienten. I tillegg frigjøres som regel en urenhet over løselighetsgrensen under utglødning av defekter i form av utfellinger fra en annen fase.
• 4. Lave dopingtemperaturer er typiske bare for systemer der tilstanden til krystallgitteret er uviktig. Hvis det skadede gitteret må gjenopprettes etter implantasjon, blir temperaturgevinsten sammenlignet med for eksempel diffusjonsdoping betydelig mer beskjeden.
• 5. Fordelen med teknisk renhet av legeringsstoffer blir noen ganger overskygget av behovet for å tørke stoffet eller eliminere lett ioniserte fremmede urenheter fra det
• 6. Den isotopiske renheten til ionestrålen betyr ikke i det hele tatt den isotopiske renheten til dopingen. Overspraying av delene av implantasjonsenheten med raske ioner og ukontrollert driving av dette sputterte stoffet inn i det legerte laget kan betydelig skade egenskapene til laget, så det kreves triks for å forhindre at fremmedlegemer kommer inn på den legerte overflaten.
• 7. Lokal doping under implantasjon sikres ved mekanisk maskering eller påførte sjablongmasker. Her er problemer forbundet med å drive maskematerialet inn i det dopede laget.
• 8. Den lille tykkelsen på legeringslaget er bra i mikroelektronikk, men er på ingen måte en fordel i metallurgiske applikasjoner.
• 9. Store gradienter av urenhetskonsentrasjon over dybden. Beregnede gradienter (basert på fordelingen av ionebaner) oppnås faktisk aldri på grunn av uskarphet i profilen forårsaket av strålingsstimulering av urenhetsdiffusjon.
• 10. Enkel kontroll og automatisering av prosessen brukes i mange installasjoner, men idealet - en helautomatisert produksjonslinje - er fortsatt langt unna.

Det er også viktig å huske at ioneimplantasjon for tiden er en av de dyreste. Ioneimplantasjon med masseseparasjon er en metode for å studere og modifisere overflatelag som er unik i sine evner. Unik både i utvalget av legeringsurenheter, og i utvalget av bearbeidede materialer, og i intervallet av urenhetskonsentrasjoner i det legerte laget. Denne unikheten er imidlertid bare bra for forskning og søkeformål. Så snart utsikter for praktisk bruk av de funnet urenhetene, konsentrasjoner og tykkelser av det dopede laget er identifisert, er det umiddelbart nødvendig å søke etter, teste og utvikle alternative teknologier som gir samme eller lignende resultater.