Оправка для волочения труб

 

Изобретение целесообразно использовать при производстве труб вопочением на оправке. Оправка выполнена из сплава на основе карбида вольфрама. На рабочую поверхность оправки нанесены четыре слоя покрытия из нитрида титана с соотношением толщин слоев 1:4:6:2 и концентрацией азота в каждом из слоев соответственно 0; 25; 33 и 50%. Суммарная толщина всех слоев покрытия составляет 0,00010-0,00025 наибольшего размера поперечного сечения оправки. 1 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕHHblй КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4871613/27 (22) 31.07.90 (46) 07.11.92. Бюл. ¹ 41 (71} Днепропетровский трубопрокатный завод им. В. И, Ленина (72) А. С. Журба, И. П. Иванов, H3,В.Пивник, В. М. Губа, В, К, Сидоренко, М. Н. Деревянко, И. С. Исерсон, 3. В, Перевалова и Г, М, Швец (56) Биск М. Б. Рациональная технология изготовления трубоволочильного инструмента, М.: Металлургиздат, 1960.

Заявка Японии ¹ 61 — 747225, кл. В 21 С

3/14, 1986, Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к трубному производству, и может быть применено при оправочном волочении труб.

Известна оправка для волочения труб, выполненная из сплава на основе карбида вольфрама с полированной наружной рабочей поверхностью (1), К.недостатку такой оправки следует отнести склонность к налипанию металла протягиваемых труб на ее рабочую поверхность.

Известна оправка для волочения труб, выполненная из сплава на основе карбида вольфрама с покрытием наружной рабочей поверхности нитридом титана. (2).

Недостатком этой оправки является низкая стойкость покрытия ее рабочей поверхности.

Целью изобретения является повышение стойкости покрытия рабочей поверхности оправки.. 3„, 1773525 А1 (5l)5 В 21 С 3/16. В 21 В 25/00 (54) ОПРАВКА ДЛЯ ВОЛОЧЕНИЯ ТРУБ (57) Изобретение целесообразно использовать при производстве труб волочением на оправке. Оправка выполнена иэ сплава на основе карбида вольфрама, На рабочую поверхность оправки нанесены четыре слОя покрытия из нитрида титана с соотношением толщин слоев 1:4:6:2 и концентрацией азота в каждом из слоев соответственно 0:

25; 33 и 50 j . Суммарная толщина всех слоев IloKpblTMR составляет 0,00010 — 0,00025 наибольшего размера поперечного сечения

Oflp88KM. 1 Ил, Поставленная цель достигается тем, что оправка для волочения труб, выполненная из сплава на основе карбида вольфрама с покрытием наружной рабочей поверхности нитридом титана, содержит под тремя слоями покрытия иэ нитрида слой титана, причем толщины всех четырех слоев покрытия имеют соотношения 1:4:6:2 с соответствующим.содержанием азота в каждом иэ слоев

0; 25; 33 и 50%, а суммарная толщина всех четырех слоев покрытия составляет 0,00100,00025 от наибольшего размера поперечного сечения оправки, На чертеже изображена оправка с нанесенными слоями покрытия на рабочей поверхности, продольный разрез.

Покрытие состоит из четырех слоев, нанесенных на полированную поверхность {Rz

«0,4 мкм) оправки из сплава на основе карбида вольфрама (например. ВК-20).

Слои расположены в порядке нанесения их на поверхность оправки:

1773525

1 — состоит из П с концентрацией азота

<3"@,и толщиной принятой за единицу отсчет., ниапример, 0,5 мкм;

2 — состоит иэ TITAN c концентрацией амнга 25% и тTаoл nщ1инай. в 4 раза превышающуй толщину первого слоя;

3 — состои1 из TITAN с концентрацией азота 33% и толщиной, в 6 раз превышающувй толщину первого слал;

4 — состоит из Тнй с концентрацией азота 50% и толщиной, в 2 раза превышаю цей тольцмну n8pBof а спал.

Таким образам соотношение толщин спаяв покрытия выполнено как 1:4:6:2 с соотватству1ащей концентрацией азата 0; 25;

33 и 58%. Суммарная толщина всех слоев покрь.тия равна 0,00010-0,00025 от наибольшего размера поперечного сечения оправки или диаметра D, если поперечное аечение оправки круглое как на .ертеже.

Покрытие наносят методом катодноканной бомбардировки (КИЬ).

Приведенные соотношения тапщин

<слоев покрытия, концентрации азота и суммарной толщины слоев были определены экспериментальна. При этом было установлено, что указанная выше композиционная структура покаытия HBM60Jl88 оптимальна обеспечивает выполнение требований предьявляемых к ней условиями раба1 ы оп равки, Так, необходимая адгезия па1<рытия к поверхности оправки обеспечивается за счет меньшей твердости и "îëüøîé пластичности внутренних слоев, чем наружнага, постепенного изменения коэффициента линейного расширения по толщине noKpblтия за счет плавного роста концентрация азота и, как следствие, изменения структуры покрытия, Требуемое уменьшение коэффициента трения рабочей поверхности оправки достигнуто за счет повышенной твердости и теплостайкости покрытия, что обеспечивается подобранной структурой наружнога слоя покрытия в оптимальных пределах (50% — концентрация азота), Значительное снижение склонности налипания металла трубы на рабочую поверхность оправки предопределено существенным уменьшением их схватываемости ва время валочения, поскольку покрытие из нитрида титана препятствует диффузионному растворению твердосплавнай основы (карбида вольфрама) оправки в обрабатываемом материале трубы, так как слой нитрида титана является барьером для атомов углерода и вольфрама.

Следует также отметить, чта приведенное соотношение концентраций азота и толщин слоев покрытия нс увеличивает

35 исходную шероховатость рабочей поверхностей оправки, что прежде всего обеспечивается оптимально подобранной концентрацией азота. С увеличением концентрации азота шероховатость поверхности уменьшается, Также опытным путем был установлен оптимальный диапазон величины суммарной толщины слоев покрытия в зависимости от диаметра поперечного сечения оправки.

Обнаружено, что если эта величина менее

0,00010 диаметра паперечнага сечения оправки, то такое покры.гие обладает неудовлетворительной стойкостью и быстро истерается при волочении труб, При величине более 0,00025 диаметра поперечного сечения оправки покрытие обладает повышенной хрупкостью и во время волочения разрушается.

Таким образом установлено, что оптимальная суммарная толщина композиционного покрытия должна составлять

0,00010 — 0,00025 диаметра поперечного сечения оправки, так как при этом стойкость покрытия наиболее высокая.

Пример 1, На неподвижной короткой цилиндрическй on равке иэ сплава В К-20 диаметром 46 мм производилось волочение труб размером 51 х 2,5 мм из стали Ст. 20.

Полированная (Rz=0,4 мкм) рабочая поверхность оправки была покрыта методам КИБ одним споем титана и тремя слоями нитридов титана, толщина которых составляла соответственно 0,5; 2,0; 3,0 и 1,0 мкм, а концентрация азота в каждом слое 0; 25; 33 и 50%. Суммарная толщина покрытия составляла 0,00014 диаметра оправки. Заготонкой служили горячекатаные трубы размером 57х 3,5 мм из Ст. 20, с поверхности которых травлением в сернокислом растворе была удалена окалина, а затем нанесен слой меди и поверх него слой омыленных синтетических жирных кислот. Процесс волочения осуществляли на волочильном стане усилием 300 кН со скоростью около 30 м/мин, При этом до разрушения покрытия было протянуто 1214 шт. труб, в то время как на оправке с однородным покрытием нитридом титана толщиной

6,5 мкм в тех же условиях да разрушения покрытия была протянуто 100 — 120 труб.

В приведенном примере стойкость предлагаемого покрытия оправок примерно в 10-12 раз выше, чем у оправок с известным покрытием, Пример 2. На неподвижной цилиндрической оправке из сплава ВК20 диаметрам 54 мм производилось волочение труб размером 60 х 3 мм из стали 20. Заготовкой

1773525

После того как было протянуто на этой оправке 2-3 трубы, покрытие истералось и оправка уже начинала работать как обычная, без покрытия.

Во втором случае применялась оправка с суммарной толщиной всех слоев покрытия

13,7 мкм, что составляло 0,000253 диаметра оправки. На этой оправке также не удалось сохранить целостность покрытия после во.лочения 2 — 3 труб, так как оно оказалось хрупким и во время волочения разрушалось.

Составитель В.Сидоренко

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Н.Бучок

Редактор

Заказ 3887 Тираж Подписное.ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 служили горячекатаные трубы размером 68

3,5 мм с требованиями по ГОСТ 8731-74.

С поверхности заготовки была стравлена окалина, после чего нанесен слой меди и омыленных синтетических жирных кислот.

Волочение проводилось на волочильном стане усилием 300 кН со скоростью 30 м/мин.

В первом случае применялась оправка с суммарной толщиной всех четырех слоев покрытия 5,3 мкм. При этом суммарная толщина покрытия составляла 0,000098 диаметра оправки, что незначительно ниже

0,00010 и практически может быть до него округл ено.

Наиболее высокая стойкость покрытия наблюдалась при его толщине 0,000100,00025 диаметра поперечного сечения оправки, т. е. покрытие быстро не истирвлось, 5 как в первом случае, и не разрушалось при волочении, как во втором.

Предлагаемое покрытие рабочих поверхностей оправок из сплавов на основе карбида вольфрама обладает более высокой

10 стойкостью при волочении труб по сравнению с известными.

Формула изобретения

Оправка для волочения труб, выполненная из Сплава на основе карбида вольфрама

15 с покрытием наружной рабочей поверхности нитридом титана, 6 т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения стойкости покрытия, перед покрытием из нитрида титана на поверхность оправки нанесен слой тита20 на, после чего еще три слоя нитрида титана, причем толщины всех четырех слоев покрытия имеют соотношения 1:4:6:2, с сдответствующим содержанием азота в каждом из слоев 0; 25; 33 и 50;, а суммарная толщина

25 всех четырех слоев покрытия составляет .

0,00010 — 0,00025 наибольшего размера поперечного сечения оправки.