Результаты криогенной обработки

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ КРИОГЕННОЙ ОБРАБОТКИ

В результате криогенной обработки металлопродукции происходят структурно-фазовые изменения, которые приводят к значительному улучшению физических, механических свойств материалов и эксплуатационных характеристик изделий.

В частности повышаются износостойкость, твердость, коэрцитивная сила, что в конечном итоге позволяет увеличить ресурс изделий в 2-3 раза.

1. Увеличение ресурса

Увеличение ресурса обеспечивает повышение производительности оборудования, снижения аварийности и является мощным резервом экономии средств, энергии, трудовых и материальных затрат. Вскрыть резервы экономии средств позволяет криогенная обработка. Повысить надежность, долговечность, усталостную прочность, качество и конкурентоспособность продукции.

Разновидность материала	Наименование детали, инструмента	Материал	Результаты
Разновидность материала	Наименование детали, инструмента	Материал	увеличение ресурса, %	отзывы
Конструкционные стали	Шпилька	30ХГСА	25	из стали 30ХГСА изготавливают ресурсный крепеж (шпильки, болты) группы прочности 10.9, который должен выдерживать не менее 200 тысяч циклов нагружения. В результате применения при изготовлении шпилек криогенной обработки ресурс достиг 375 тысяч циклов. Таким образом, установлено значительное увеличение усталостной прочности ресурсного крепежа на 25% в результате криогенной обработки. (ЗАО «Ижевский опытно-механический завод», г. Ижевск)
	Нож	40Х13	80	криогенная обработка комплекта ножей - 8 штук из стали 40Х13 для куттера Л23ФКВ (объемом 325л) показала увеличение ресурса в 2 раза. (ОАО «Игринский мясокомбинат», п. Игра)
	Нож	50Х14МФ	100	в результате криогенного воздействия на инструментальные стали дисковых и сегментных промышленных ножей наблюдается на 5-ти сталях значительное повышение средних значений твердости. В среднем твердость выросла на 2,14 единицы HRC. Разброс твердости уменьшился по пяти сталям на 3,0%, что положительно сказалось при эксплуатационных испытаниях на износ. (ЗАО «Аратон», г. Шадринск)
Рессорно-пружинные стали	Пружина	60С2ХФА	39	в результате криогенной обработки пружин для дисков сцепления зафиксировано, что ресурс пружин увеличился с 120 000 до 270 000 циклов. (ООО «НПО «Импульс»)
	Оправка	60ХФА	22	при проведении испытаний в производственном процессе ХПТ, удалось достичь увеличения стойкости оправок с криогенным упрочнением на 22%, что позволило повысить производительность агрегатов оборудования. (АО «ПНТЗ», г. Первоуральск)
	Пружина	65	125	по окончании криогенной обработки были проведены циклические испытания, при которых было зафиксировано, что ресурс пружин увеличился с 120 000 до 270 000 циклов. (ООО «НПО «Импульс»)
Подшипниковые стали	Пуансон	ШХ15	15	твердость вытяжного пуансона из стали ШХ15 в результате криогенного упрочнения в среднем повысилась на 3 единицы HRC, а эксплуатационная стойкость выросла на 15%.
Подшипниковые стали	Шарошки	ШХ15	1900	при проведении испытаний в производственном процессе ХПТ, удалось достичь увеличения стойкости шарошек с криогенным упрочнением на 2000%. (АО «ПНТЗ», г. Первоуральск)
Инструментальные стали	Нож	ХВГ	50	в результате криогенного воздействия на инструментальные стали дисковых и сегментных промышленных ножей наблюдается значительное повышение средних значений твердости. В среднем твердость выросла на 2,14 единицы HRC. Разброс твердости уменьшился по пяти сталям на 3,0%, что положительно сказалось при эксплуатационных испытаниях на износ (ЗАО «Аратон», г. Шадринск).
	Ролик	3Х3М3Ф	43	ролик из стали 3Х3М3Ф с криогенным упрочнением при эксплуатационных испытаниях показал повышение стойкости на 43%. Стойкость упрочненного ролика составила 71,5 тн/шт., что на 21,5 тн/шт. больше стойкости ролика без криогенной обработки. (ОАО «Северсталь-Метиз», г. Череповец).
	Боек	4Х5МФС	20	при проведении испытаний в производственном процессе ХПТ, удалось достичь увеличения стойкости бойков с криогенным упрочнением на 20%, что позволило повысить производительность агрегатов оборудования. (АО «ПНТЗ», г. Первоуральск)
	Нож	5ХВ2С	100	в результате криогенного воздействия на инструментальные стали дисковых и сегментных промышленных ножей наблюдается на 5-ти сталях значительное повышение средних значений твердости. В среднем твердость выросла на 2,14 единицы HRC. Разброс твердости уменьшился по пяти сталям на 3,0%, что положительно сказалось при эксплуатационных испытаниях на износ. (ЗАО «Аратон», г. Шадринск)
	Нож	6ХВ2С	100	стойкость ножей барабанных ножниц из стали 6ХВ2С с криогенной обработкой при опытной эксплуатации выше в два раза по сравнению с не упрочненными ножами. Твердость ножей в среднем увеличилась на 2 единицы HRC после криогенного упрочнения. Существенно снизился разброс твердости. (ПАО «Северсталь»).
	Нож	Х6Ф1	50	в результате криогенного воздействия на инструментальные стали дисковых и сегментных промышленных ножей наблюдается значительное повышение средних значений твердости. В среднем твердость выросла на 2,14 единицы HRC. Разброс твердости уменьшился по пяти сталям на 3,0%, что положительно сказалось при эксплуатационных испытаниях на износ (ЗАО «Аратон», г. Шадринск).
	Матрица	Х12МФ	25	матрица обрезная из стали Х12МФ с криогенным упрочнением обеспечила прирост эксплуатационной стойкости на 25%. Твердость после криогенной обработки увеличилась на 3,9 единицы HRC.
	Кольцо внутреннее	Х12МФ	25	в результате криогенной обработки кольца внутреннего пресса «Ateliers Roche» для раздачи концов труб НКТ (твердость кольца до криогенной обработки 57-59 HRC) стойкость кольца увеличилась на 15%; налипание металла трубы на рабочий поясок кольца в процессе эксплуатации отсутствует, что повысило производительность процесса. (ПАО «Синарский трубный завод»).
	Валок	Х12ВМФ	33	по результатам криогенной обработки профилирующих валков для производства труб 20х20 мм фактическая стойкость к ударно-абразивному износу выросла на 22-24% выше (ОАО «Альметьевский трубный завод», г. Альметьевск).
	Клеймо	8ХФ	15	клеймо ударное из стали 8ХФ, применяемое при маркировке деталей, в результате криогенной обработки показало повышение стойкости на 15% (ПАО «УМПО» г. Уфа).
	Цанга	9ХС	50	в результате криогенного упрочнения партии цанг зажимных для инструмента с цилиндрическим хвостовиком из стали 9ХС установлено незначительное повышение твердости на 0,1 HRC. Отмечен значительный прирост коэрцитивной силы в результате криогенного упрочнения на 7,4 А/см. Что положительно сказалось на повышении износостойкости и усталостной долговечности цанг из стали 9ХС при эксплуатации. Срок службы зажимных цанг с криогенной обработкой повысился на 50% (ЗАО «ПО «Джет», г. Ижевск).
	Нож	Х12Ф1	50	в результате криогенного воздействия на инструментальные стали дисковых и сегментных промышленных ножей наблюдается значительное повышение средних значений твердости. В среднем твердость выросла на 2,14 единицы HRC. Разброс твердости уменьшился по пяти сталям на 3,0%, что положительно сказалось при эксплуатационных испытаниях на износ (ЗАО «Аратон», г. Шадринск).
Быстрорежущие стали	Фреза	Р6М5	150	1. Опытные работы по определению стойкости фрезы модульной 2510–2314 (материал фрезы — сталь Р6М5), прошедшей переточку, после криогенной обработки. Испытание фрезы проводились на детали ДПКР.303812.002 — колесо зубчатое. В результате испытаний установлено увеличение ресурса работы фрезы ориентировочно в 1,5 раза (Группа компаний RIMERA, ООО «ИжНефтеМаш», г. Ижевск) 2. Проведены работы по определению стойкости фрезы модульной 2510–2314 (материал фрезы — сталь Р6М5) после криогенной обработки. Испытания фрезы проводились на детали ДПКР.721632.003 вал-шестерня. В результате ресурс работы фрезы увеличился в 2 раза. Нормативный показатель стойкости увеличился в 2 раза (Группа компаний RIMERA, ООО «ИжНефтеМаш», г. Ижевск). 3. Проведена криогенная обработка модульных фрез для зуборезного станка 5К32А. В результате срок службы увеличился на 115%, производительность фрезы увеличилась. (ООО «РемПривод», г. Ижевск).
	Осевой инструмент	HSS-E DIN338	150	сверло Ø3,4х39х70, ц\х HSS-E DIN338 (Fenes) с криогенным упрочнением обработало 9448 деталей при базовой стойкости 3695 шт. Коэффициент стойкости составил 2,56 (АО «ИНТЕРСКОЛ-Алабуга», г. Елабуга).
	Ленточная пила	Х3000 (ближайший отечественный аналог 10Р2М10К8)	52	в результате криогенной обработки 3-х полотен ленточной пилы Marathon Х3000 34х1.1 производства WIKUS Sagenfabrik (Германия) было выявлено увеличение ресурса на 52%, что дало экономический эффект, составляющий 45% от стоимости инструмента. Принято решение о 100%-ой криогенной обработке полотен ленточных пил (ООО «НПП «АРСЕНАЛ», г. Ижевск)
Нержавеющие стали	Нож	50Х14МФ	50	в результате криогенного воздействия на инструментальные стали дисковых и сегментных промышленных ножей наблюдается значительное повышение средних значений твердости. В среднем твердость выросла на 2,14 единицы HRC. Разброс твердости уменьшился по пяти сталям на 3,0%, что положительно сказалось при эксплуатационных испытаниях на износ (ЗАО «Аратон», г. Шадринск).
Аустенитные стали	Зуб ковша	110Г13Л	36	1. при испытаниях криогенно обработанных зубьев ковша экскаватора модели ЭКГ-5А не выявлено следов опережающего износа зубьев; деформации, трещины, сколы не обнаружены. Криогенно обработанные зубья показали увеличенную износостойкость (АО «Сухоложский литейно-механический завод», г. Сухой Лог). 2. по результатам криогенной обработки зубьев ковша экскаватора ЭКГ-5А с последующим испытанием в условиях Открытого рудника ПАО «Гайский ГОК» комплектом зубьев ковша экскаватора отгружено 28 000 м³ породы. Для сравнения - без криогенной обработки в среднем отгружается 20 519 м³. Абразивная износостойкость зубьев повысилась на 26,7%. (АО «Сухоложский литейно-механический завод», г. Сухой Лог).
Твердые сплавы	Оправка волочильная	ВК15	32	при проведении испытаний в производственном процессе ХПТ, удалось достичь увеличения стойкости оправок с криогенным упрочнением на 32%, что позволило повысить производительность агрегатов оборудования. (АО «ПНТЗ», г. Первоуральск)
Твердые сплавы	Пильный диск	ВК8	65	До криогенной обработки заточку пильного диска производили раз в 3 дня. После криогенной обработки заточка пильного диска требуется раз в 5 дней (ООО «Перспектива», г. Глазов).
Стали с покрытием	Фрезы с покрытием AlNiT	9ХС	30	Увеличение ресурса криогенно обработанных твердосплавных концевых фрез до 30% (ООО «Иж-Техно Тюнинг», г. Ижевск).
Чугун	Диск тормозной	Серый чугун	70	1.В ходе эксплуатации криогенно обработанных передних тормозных дисков автомобиля «Газель» было установлено, что ресурс увеличился практически в 2 раза (с 70 000 до 120 000 км) (ООО «ТехГазтранс», г. Ижевск). 2.Абразивная износостойкость образцов тормозных дисков из серого чугуна в результате криогенной обработки повысилась на 11-73% по параметрам линейного износа и на 5-42% по параметрам массового (весового) износа (Институт механики УрО РАН, г. Ижевск).
Чугун	Валок черновой	ТПХН-60	20	Чугунные валки редукционного стана с криогенной обработкой превысили допустимый срок службы на 20%. (АО «ПНТЗ», г. Первоуральск)
Медь, серебро, золото, платина	Аудиокабель			1. «…звук стал максимально чистым и прямым, низкие и высокие тона открылись по-новому, наполнились широким и глубоким звучанием» (ИП Посудин А.Е., г. Москва). 2. «…металл избавился от какого-либо внутреннего напряжения, в результате чего активное сопротивление проводника достигает минимально возможных величин для применяемого материала. Звук стал более насыщенным, низкие частоты приобрели богатый тембр и приятную упругость, середина открылась, а высокие частоты стали ясными с бесконечным богатством послезвучия (ООО «Астория», г. Москва).

2. Увеличение износостойкости

Эксплуатационная надежность деталей и инструмента находится в прямой зависимости от их прочности и износостойкости. Производственный опыт показывает, что наименьший износ деталей возможен в тех случаях, когда достигается более высокая и равномерная твердость рабочей поверхности. Многократные испытания на абразивный износ материалов с различной структурой показали однозначный прирост износостойкости от 11% до 77% в результате криогенной обработки. Криогенная обработка является важнейшим технологическим способом повышения износостойкости.

Наименование детали, инструмента		Материал	Прирост износостойкости, %
Углеродистые стали	Ось	Сталь 10	41
	Труба	10Г2ФБЮ	16
	Вкладыш	12Х2Н4А	38
	Ролик	18ХНВА	36
	Втулка	Сталь 20	22
	Втулка	20Х	36
	Шнек	20ХГНМР	52
	Прошивень	35ХН2Ф	36
	Втулка	38ХМА	14
	Болт	40Х	35
	Призма	45	60
	Нож	45Х2Н4МФ	46
Нержавеющие стали	Вал	05Х16Н4Д2БА	21
	Диск	10Х15Н9С3Б1-Ш	11
	Нож	40Х13	36
	Нож	50Х14МФ	59
	Нож	50Х14МФ	37
Рессорно-пружинные стали	Нож	5ХВ2С	39
	Нож	6ХВ2С	29
	Цанга	65Г	63
	Оправка	60ХФА	42
Подшипниковые стали	Кольцо	ШХ9	26
	Пуансон	ШХ15	32
	Оправка	ШХ15СГ	75
Инструментальные стали	Развертка	У10	36
	Ролик	3Х3М3Ф	48
	Боек	4Х5МФС	41
	Оправка	4Х5МФС	71
	Вставка	Х6Ф1	30
	Нож	ХВГ	35
	Зенкер	Р9	32
	Метчик	Р18	34
	Фреза	Р6М5	33
	Ролик	Х12	46
	Пластина	Х12Ф1	43
	Матрица	Х12МФ	35
	Валок	Х12ВМФ	41
	Клеймо	8ХФ	64
	Цанга	9ХС	31
	Линейка	90Х4М4ВФ	42
Аустенитные стали	Зуб ковша	110Г13Л	24
Стали с покрытием	Пластина с PVD	9ХC	77
	Пластина с PVD	Р6М5	77
	Пластина с PVD	Х12МФ	61
Твердые сплавы	Пластина	МС221	11
	Пластина	ВК8	14
	Пластина	МС146	35
	Пластина	Т15К10	36
Чугун	Диск тормозной	серый чугун	55
Чугун	Валок	ТПХН-60	31

3. Увеличение твердости и снижение разброса твердости

Измерение твердости получило широкое применение для контроля качества металла в металлических изделиях и деталях для оценки: стабильности технологических процессов изготовления, остаточного безопасного ресурса, качества термической обработки. Охлаждение до криогенных температур создает более однородную структуру, повышает твердость, но и выравнивает её по сечению детали или по рабочей поверхности, тем самым существенно снижается разброс твердости. Криогенное воздействие значительно интенсивнее повышает твердость, чем многократный отпуск быстрорежущих и легированных инструментальных сталей. При этом твердость получается более равномерной. На закаленных сталях можно получить такой уровень твердости в результате криогенной обработки, которого невозможно достичь другими способами термической обработки.

Наименование детали, инструмента		Материал	Значения показателей
			Твердость, HRC		Разброс твердости, %
			до криогенной обработки	после криогенной обработки	до криогенной обработки	после криогенной обработки
Углеродистые стали-	Труба	10Г2ФБЮ	19	20,4	60	42
	Вкладыш	12Х2Н4А	56,5	62	-	-
	Ролик	18ХНВА	58	64	-	-
	Втулка	Сталь 20	43	46	8	4
	Шнек	20ХГНМР	580	590	4	2
Конструкционные стали	Шпилька	30ХГСА	39	42	-	-
	Ролик	3Х3М3Ф	57	58	7	4
	Прошивень	35ХН2Ф	58	59,7	14	6
	Втулка	38ХМА	40	46	14	10
	Болт	40Х	254	269	17	8
	Оправка	4Х5МФС	54,5	56	4	3
	Призма	45	61,5	64	5,5	3,2
	Нож	45Х2Н4МФ	59,4	62	4	1,5
Нержавеющие стали	Вал	05Х16Н4Д2БА	45	50	8	5
	Диск	10Х15Н9С3Б1-Ш	37,7	43,4	7	6
	Нож	40Х13	59	59,6	7,2	3,8
	Нож	50Х14МФ	58,4	61,9	35	6
	Нож	50Х14МФ	52,2	53,8	19	7,8
Рессорно-пружинные стали	Нож	5ХВ2С	61,1	61,2	2	1
	Пружина	60С2ХФА	47,5	49	10	4,7
	Нож	6ХВ2С	58,2	62	9,5	0,5
	Цанга	65Г	60,5	61	5,8	2,6
	Оправка	60ХФА	55	56,7	10	3
Подшипниковые стали	Кольцо	ШХ9	59,4	62	8	7,5
	Пуансон	ШХ15	59,8	64	11	3,7
	Оправка	ШХ15СГ	60,5	62,5	3	2
Инструментальные стали	Развертка	У10	62	63,5	4	2
	Вставка	Х6Ф1	60	62,4	4	3
	Нож	ХВГ	61	61,9	9	5,5
	Зенкер	Р9	62	64	3	2
	Метчик	Р18	63	64	3	2
	Фреза	Р6М5	59	61,5	4	2
	Ролик	Х12	61,4	61,9	4	0
	Пластина	Х12Ф1	61	62	7	1
	Матрица	Х12МФ	60,5	61,7	5	3
	Валок	Х12ВМФ	61,5	62	3	1
	Клеймо	8ХФ	52,7	53,2*	7,4	3,2
	Цанга	9ХС	61,9	62,1	0	0
	Линейка	90Х4М4ВФ	59,9	60,8	10	2
Аустенитные стали	Зуб ковша	110Г13Л	415	430	42	32
Чугун	Диск	Серый чугун	211	216	8,5	7,5
Чугун	Валок	ТПХН-60	544	583	22	12

4. Увеличение коэрцитивной силы

Коэрцитивная сила, как структурно-чувствительная характеристика, зависящая от кристаллической и фазовой структур материала, применяется для неразрушающего контроля качества термической обработки многих

изделий из ферромагнитных сталей и сплавов. Чем больше размер зерна и более совершенна структура кристаллической решетки, тем меньше коэрцитивная сила. В результате закалки и криогенной обработки формируется мелкозернистая структура, которая обладает большей суммарной удельной поверхностью зерен и соответственно увеличивается коэрцитивная сила.

Наименование детали, инструмента		Материал	Значение коэрцитивной силы, А/см
Наименование детали, инструмента		Материал	до криогенной обработки	после криогенной обработки
Углеродистые стали	Труба	10Г2ФБЮ	9,9	10,3
	Втулка	20	61,2	61,9
	Шнек	20ХГНМР	62,1	62,5
Конструкционные стали	Прошивень	35ХН2Ф	51,4	51,6
	Призма	45	22,2	24,5
	Нож	45Х2Н4МФ	57,7	58,3
Нержавеющие стали	Нож	50Х14МФ	58,8	59
Рессорно-пружинные стали	Пружина	60С2ХФА	55	56
	Оправка	60ХФА	63,6	64,4
	Цанга	65Г	64,3	64,5
Подшипниковые стали	Оправка	ШХ15СГ	16,1	18,3
Инструментальные стали	Цанга	9ХС	57,3	64,7
	Нож	6ХВ2С	60	60,5
	Боек	4Х5МФС	63,1	64,2
Чугун	Диск	Серый чугун	11,8		12,1

5. Увеличение содержания аустенита

Превращение остаточного аустенита закаленной стали в мартенсит происходит не только при отпуске (нагреве стали), но и при охлаждении до криогенных температур. Это не одинаковые пути превращения остаточного аустенита и весьма различно влияют на окончательные свойства стали. Охлаждение до криогенных температур изменяет свойства стали в одинаковом направлении. Превращение остаточного аустенита увеличивает в структуре количество мартенсита более легированного и имеющего повышенную твердость. Полученные при охлаждении значения твердости практически недостижимы при других способах термической обработки. Охлаждение до криогенных температур позволяет уменьшить количество аустенита в 2,0 – 3,5 раза, а в некоторых случаях – до 8 раз.

Наименование детали, инструмента		Материал	Значение содержания аустенита, %
Наименование детали, инструмента		Материал	до криогенной обработки	после криогенной обработки
Углеродистые стали-	Вкладыш	12Х2Н4А	15	2
Рессорно-пружинные стали	Цанга	65Г	10	5
Подшипниковые стали	Кольцо	ШХ9	27	4
	Пуансон	ШХ15	28	4
	Оправка	ШХ15СГ	32	4
Инструментальные стали	Развертка	У10	12	5,5
	Нож	ХВГ	24	9
	Зенкер	Р9	28	12
	Метчик	Р18	28	12
	Цанга	9ХС	11	7

6. Снижение коэффициента трения

Снижения коэффициента трения технологическими методами традиционно добиваются нанесением высокоэффективных низкофрикционных покрытий. Актуальность проблемы снижения коэффициента трения в винтовых и зубчатых исполнительных механизмах обусловлена высокими энергетическими характеристиками и значительными потерями на трение, достигающими до 60%.

При сравнительных испытаниях на износ пар трения в условиях смазки маслом бронзовой втулки и цементованного стального образца (18ХНВА) без криогенного воздействия и с дополнительным криогенным упрочнением, установлено снижение коэффициента трения на 11% у пары трения с криогенной обработкой. При этом износоустойчивость возросла в результате криогенной обработки в среднем на 36% [1].

Аналогичный эффект снижения коэффициента трения установлен при сухом трении в режиме фреттинг изнашивания в результате криогенной обработки образцов из улучшенной стали 38ХМА по стали ШХ15 на 50%. При этом установлено повышение износостойкости на 11% в результате криогенного упрочнения образцов из стали 38ХМА.

Узнай эффект криообработки по марке стали

Задать вопрос

Заказать звонок

Результаты криогенной обработки