Упрочнение деталей шаровых кранов методом ионной химико-термической обработки
Запорная арматура присутствует во всех трубопроводных магистралях промышленных производств, технических объектах бытового назначения (отопление, газо-, водоснабжение, канализация и т.д.), и составляет не менее 80% от общего количества используемых изделий в магистрали.
Изделия запорной арматуры регулируют поток рабочего носителя для обеспечения заданных параметров технологического процесса - это закрытие, открытие, смена направления и скорости движения газа или жидкости.
Наибольшее распространение в качестве запорных элементов получили краны. В частности, повсеместно применяются шаровые краны, преимущество которых заключается в простоте конструкции и минимальном времени перекрытия потока рабочей среды. Деталь, отвечающая за перекрытие или регулировку сечения проходного канала выполнена в форме шара или шаровой пробки с отверстием. Изготавливаются данные изделия из конструкционных или нержавеющих сталей, титана, бронзы и других материалов.
Особенностью шарового крана являются относительно небольшие габариты по сравнению с аналогичной по назначению трубопроводной арматурой. Данный тип арматуры устанавливают в местах, где применение задвижек невозможно из-за ограниченного пространства.
Подобные изделия часто эксплуатируются в жестких условиях. Через краны проходят агрессивные среды – кислоты, продукты крекинга и др.; нефтепродукты с содержанием СО2 и H2S; внутренние детали могут быть подвержены деформациям благодаря сильному напору потока. Поэтому для увеличения срока службы данной арматуры, её необходимо подвергать поверхностному упрочнению.
Ионная химико-термическая обработка (ХТО) является одним из передовых и инновационных способов упрочнения изделий. Вакуумные методы упрочнения позволяют достичь наилучших характеристик упрочняемой поверхности, повысить износо-задиростойкость, стойкость к эрозионному и кавитационному износу, а также к межкристаллитной коррозии у всех сталей и сплавов. Гарантийный ресурс и эксплуатационная надёжность упрочнённых изделий увеличивается многократно, что подтверждено производственными испытаниями.
В данной статье приведены результаты производственных испытаний компании "Ионные Технологии" по упрочнению рабочих поверхностей запирающего механизма шаровых кранов. Отработанная технология ионной ХТО позволяет производителям шаровых кранов оперативно наладить на своих предприятиях выпуск износостойкой продукции, соответствующей современным требованиям.
Основными материалами для изготовления шаровых кранов служат нержавеющие стали (12Х18Н10Т, 14Х17Н2, 08Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М2Т), титановые сплавы и др.
Ионная химико-термическая обработка деталей из нержавеющих сталей
| Детали до упрочнения | Процесс упрочнения ИХТО | Детали после упрочнения |
  |   |  Распределение микротвердости по глубине азотированного слоя  |
После ИХТО были произведены замеры поверхностной твердости шаровых пробок и других упрочненных деталей с помощью портативного ультразвукового твердомера ТКМ-459C
Характеристики азотированного слоя сталей 12Х18Н10Т, 14Х17Н2
| Параметры марок стали | 12Х18Н10Т | 14Х17Н2 |
| Поверхностная твердость HV 10, кгс | 935 - 1015 | 975 - 1015 |
| Поверхностная твердость HV 5, кгс | 1000 - 1070 | 1005 - 1120 |
| Поверхностная микротвердость HV 0.1, кгс | 1080 - 1120 | 1145 - 1200 |
| Глубина слоя по микроструктуре hm, мм | 0.10 - 0.11 | 0.15 - 0.16 |
| Глубина слоя по микротвердости hс, мм | 0.15 | 0.19 |
| Хрупкость по шкале ВИАМ | I балл, не хрупкий | I балл, не хрупкий |
| Микроструктура азотированного слоя |  |  |
Ионная химико-термическая обработка деталей из титановых сплавов
| Детали до упрочнения | Процесс упрочнения ИХТО | Детали после упрочнения |
 |  |  |
 |  при отключении плазмы |  |
Характеристики азотированного слоя деталей из титанового сплава ВТ-3
| Параметры титанового сплава | ВТ-3 |
| Поверхностная микротвердость HV 0.1, кгс | 875 - 955 |
| Глубина слоя по микроструктуре hm, мкм | 10 - 15 |
| Глубина слоя по микротвердости hс, мкм | 70 |
| Хрупкость по шкале ВИАМ | I балл, не хрупкий |
| Микроструктура азотированного слоя |  |
| Распределение микротвердости по глубине азотированного слоя |  |
Технология упрочнения методами ИХТО позволяет улучшить эксплуатационные характеристики изделий. Обеспечивает размерную и чистовую точность для перспективных требований КД, при этом исключаются дополнительные механические и шлифовочные операции и/или хонингование, что существенно снижает стоимость и увеличивает темп выпуска продукции.
Материал опубликован с согласия ООО "Ионные Технологии"