Оборудование для термообработки металлов и сплавов. Оборудование для термообработки сварных швов и соединений трубопроводов, труб, металлов

К основному оборудованию термического участка относятся нагревательные печи, печи-ванны, установки для получения искусственных атмосфер, индукционные закалочные установки, закалочные баки, то есть оборудование, с помощью которого выполняют основные технологические операции. К вспомогательному оборудованию относят грузоподъемные средства, приспособления для загрузки деталей, контрольно-измерительную аппаратуру и приборы, оборудование для очистки деталей и т.п.

Печи для термической обработки классифицируются по следующим признакам:

• 1. По назначению - универсальные печи для отжига, нормализации, закалки и отпуска; цементационные; для азотирования; печи специального назначения.
• 2. По температуре рабочего пространства - низкотемпературные, среднетемпературные, высокотемпературные.
• 3. По характеру загрузки, выгрузки - камерные, шахтные, печи с выдвижным подом.
• 4. По источнику тепла - мазутные, газовые, электрические.

В небольших многотемпературных термических цехах и участках широкое распространение получили универсальные камерные печи, работающие на мазуте или газе, электрические печи камерные и шахтные с карборундовыми (силитовыми) нагревателями.

Шахтные печи нашли широкое применение для различных процессов термической обработки: отжига, нормализации, закалки, высокого и низкого отпуска и химико-термической обработки. Эти печи, имея вертикально расположенную рабочую камеру, позволяют нагревать длинные детали (оси, валы, трубы и др.), а также небольшие детали, размещая их на специальных приспособлениях (колёса, обоймы, кольца и др.). Размещение длинных деталей в подвешенном состоянии обеспечивает их минимальную деформацию в зоне действия транспортных средств: электротельферов, мостовых. Шахтные печи занимают в цехе меньшую площадь и на единицу площади пода большее количество продукции, чем камерные печи.

Преимущество шахтных печей: простота и компактность, лёгкость обслуживания, возможность использования для загрузки и разгрузки цеховых подъёмных и транспортных механизмов, возможность обеспечения равномерной температуры в рабочем пространстве, относительное простое обеспечение герметичности рабочего пространства печи.

К недостаткам следует отнести сложность в эксплуатации с применением контролируемых атмосфер при кратковременных режимах термической обработки, повышенный расход электроэнергии.

Преимуществом электрических печей перед топливными, является отсутствие дымовых газов, не требуется дымососная система, лучшая теплоизоляция, облегчение регулирования температуры.

К недостаткам следует отнести сложность механизации загрузки и разгрузки изделий, сложность создания в печи необходимо стабильной контролируемой атмосферы при кратковременных режимах термической обработки, высокий удельный расход контролируемой атмосферы.

Камерные печи широко применяются для различных видов термообработки деталей при единичном и мелкосерийном производстве. Камерные печи могут быть использованы для термической обработки по следующим режимам: закалка, отпуск, цементацию, азотирование. Для термической обработки небольших партий шестерен, валов, колец, ролики и.т.д. применяют камерные печи.

Цементационные печи используют для термической обработки по следующим операциям: цементация, закалка, отпуск. В этих печах обрабатываются детали такие как: шестерни, диски, штоки и т.д.

Преимущество во избежание перегрева обрабатываемых деталей между нагревателями и деталями располагают экраны, которые одновременно служат направляющим для потока печной атмосферы.

К недостаткам цементационной печи относят нагреватели с муфелем, которые подвержены науглероживанию, что приведет к преждевременному выходу их из строя, повышенный удельный расход электроэнергии.

Газовая печь применяется для отжига крупных деталей и при мелкосерийном производстве, применяют печи периодического действия с выдвижным подом. В печи с выдвижным подом обрабатываются детали такие как: валы, муфты, шестерни и др. детали.

Преимущество газовой печи в том, что горелки обеспечивают равномерный нагрев металла без перегрева, применение электрических нагревателей для обогрева подины газовых горелок упрощает печи и увеличивает полезный объём камеры нагрева.

Недостатки большой расход электроэнергии, сложность механизации загрузки и разгрузки деталей.

В качестве основного оборудования для термической обработки калибра-пробки выбираем универсальную камерную печь. Для нагрева мелких деталей используем камерные печи сопротивления типа СНО 8.16.5./100.

Для охлаждения деталей после термообработки используем закалочные баки, которые могут иметь цилиндрическую или прямоугольную форму. В закалочных баках детали охлаждаются в свободном состоянии.

В качестве дополнительного оборудования используем оборудование для очистки деталей после термообработки - дробеметные установки и моечные машины.

Моечные машины применяют для очистки деталей от масла и загрязнений. В качестве промывающей жидкости используют раствор кальцинированной или каустической соды температурой 80-90?С.

В процессе термообработки детали окисляются и обезуглероживаются, следовательно, их нужно очищать. Дробеметная установка нужна именно для этой цели. Она состоит из метательных аппаратов, камеры очистки и очистителя. Очистка производится с помощью стальной дроби.

К вспомогательному оборудованию относят вентиляторы, средства механизации: подъемно-транспортное оборудование - краны, загрузочные машины и т. п. Вспомогательное оборудование включает в себя оборудование, предназначенное для контроля автоматизации тепловых процессов и качества продукции, в том числе лабораторное оборудование и приборы технического контроля - твердомеры.

В камерных печах загрузку и выгрузку деталей массой до 10 кг осуществляют вручную. При массе деталей более 10 кг используют средства механизации (подвесные клещи на монорельсе, манипуляторы, загрузочные машины). Мелкие детали загружают в печи на поддонах (противнях).

Загрузочная машина представляет собой устройство, при помощи которого детали на специальных поддонах загружают и выгружают из печи. Она передвигается по рельсам, которые расположены возле печей.

Мостовой кран предназначен для загрузки и выгрузки тяжелых деталей, при ремонтных работах перенос оборудования. Кран состоит из моста и тележки. Мост представляет собой цельносварную конструкцию, опирающуюся на ходовые колеса. Мост передвигается по рельсам, которые расположены вдоль пролета цеха. Тележка передвигается вдоль моста крана.

К основному оборудованию для термической обработки относятся печи, нагревательные установки и охлаждающие устройства По источнику теплоты печи подразделяют на электрические и топливные (газовые и редко - мазутные).

Для того чтобы избежать окисления и обезуглероживания стальных деталей при нагреве, рабочее пространство современных термических печей заполняют специальными защитными газовыми средами или нагревательную камеру вакуумируют. Для повышения производительности при термической обработке мелких деталей машин и приборов применяют скоростной нагрев, т. е. загружают их в окончательно нагретую печь. Возникающие при нагреве временные тепловые напряжения не вызывают образования трещин и короблений. Однако скоростной нагрев опасен для крупных деталей (прокатных валков, валов и корпусных деталей), поэтому нагрев таких деталей производят медленно (вместе с печью) или ступенчато. Иногда быстрый нагрев производят в печах-ваннах с расплавленной солью (сверла, метчики и другие мелкие инструменты). На машиностроительных заводах для термической обработки применяют механизированные печи (рис. 5.1) и автоматизированные агрегаты.

Механизированная электропечь предназначена для закалки штампов или мелких деталей, укладываемых на поддон. Нагревательную и закалочную камеру можно заполнять защитной атмосферой, предохраняющей закаливаемые детали от окисления и обезуглероживания. С помощью цепного механизма 6 поддон с деталями по направляющим роликам перемещают в нагревательную камеру

I. После нагревания и выдержки тем же цепным механизмом поддон перемещают в закалочную камеру 2 и вместе со столиком 3 погружают в закалочную жидкость (масло или воду). После охлаждения столик поднимается пневмомеханизмом, и поддон выгружается из печи. Детали нагреваются в результате излучения электронагревателей 5 и конвективного теплообмена. Вентиляторы 4, установленные в нагревательной камере и в закалочном баке, предназначены для интенсификации теплообмена и равномерного нагрева и охлаждения деталей.

В механизированных и автоматизированных агрегатах проводят весь цикл

Рис. 5.1. Механизированная электропечь: 1 - нагревательная камера; 2 - закалочная камера; 3 - подъемный столик; 4 - вентилятор; 5 - нагреватели; 6 - цепной механизм для передвижения поддона с деталями

термической обработки деталей, например, закалку и отпуск. Такие агрегаты состоят из механизированных нагревательных печей и закалочных баков, моечных машин и транспортных устройств конвейерного типа.

Поверхностный нагрев деталей производят тогда, когда в результате поверхностной закажи требуется получить высокую твердость наружных слоев при сохранении мягкой сердцевины. Чаще всего закаливают наружный слой трущихся деталей машин.

Наиболее совершенным способом поверхностной закалки является закалка в специальных установках с нагревом токами высокой частоты-ТВЧ. Этот способ нагрева очень производителен, может быть полностью автоматизирован и позволяет получать при крупносерийном производстве стабильное высокое качество закаливаемых изделий при минимальном их короблении и окислении поверхности.

Известно, что с увеличением частоты тока возрастает скин-эффект; плотность тока в наружных слоях проводника оказывается во много раз большей, чем в сердцевине. В результате почти вся тепловая энергия выделяется в поверхностном слое и вызывает его разогрев.

Нагрев деталей ТВЧ осуществляется индуктором. Если деталь имеет небольшую длину (высоту), то вся ее поверхность может быть одновременно нагрета до температуры закалки. Если же деталь длинная (рис. 5.2), нагрев происходит последовательно путем перемещения изделия относительно индуктора с рассчитанной скоростью.

Охлаждение при закалке с нагревом ТВЧ обычно осуществляется водой, подающейся через спрейер трубку с отверстиями для разбрызгивания воды, изогнутую в кольцо и расположенную относительно детали аналогично индуктору. Нагретый в индукторе участок детали или все изделие, перемещаясь, попадает в спрейер, где и охлаждается.

Преимущество поверхностной закалки деталей, так же как и большинства способов упрочнения поверхности (химико-термиче-ской обработки, поверхностного наклепа обкатки), состоит также в том, что в поверхностных слоях деталей возникают значительные сжимающие напряжения.

Рис. 5.2. Расположение индуктора, закаливаемой цилиндрической детали и спрейера при закалке с нагревом ТВЧ: 1 - деталь; 2 - индуктор; 3 - спрейер

В последнее время для термической обработки некоторых деталей применяют источники высококонцентрированной энергии (электронные и лазерные лучи).

Использование импульсных электронных пучков и лазерных лучей для локального нагрева поверхности деталей позволяет вести поверхностную закалку рабочих кромок инструментов и сильно изнашивающихся областей жорпусных деталей. Иногда тонкий поверхностный слой доводят до оплавления и в результате быстрого охлаждения получают мелкозернистую или аморфную структуру.

При закалке с использованием источников высококонцентрированной энергии не требуются охлаждающие среды, так как локально нагретые поверхностные слои очень быстро остывают в результате отвода теплоты в холодную массу детали. В качестве источников энергии используют ускорители электронов и непрерывные газовые и импульсные лазеры.

Установки нашли широкое применение в металлургии. С их помощью получают чистые сплавы, закаляют металлические изделия. Термическое оборудование обеспечивает равномерный прогрев массы в любых направлениях. Также оно защищает металл от негативного воздействия инородных тел.

Навигация:

Термическое промышленное оборудование позволяет проводить следующие технологические процессы:

• нормализацию;
• отжиг;
• отпуск;
• закалку;
• криогенную обработку.

Агрегаты можно разделить на две основные группы: основные и вспомогательные установки. Первый вид оборудования предназначен для обработки металлов и продукции. К этой категории относят закалочные баки, печи и другие системы. Вспомогательные агрегаты представлены моечными машина, прессами.

Преимущества термической обработки металлов:

• сокращение количества выпуска бракованных деталей;
• повышение прочности металлических сплавов;
• получение однородной металлической массы.

Установки различаются модификацией и мощностью.

Применение термического оборудования

Агрегаты используют не только в металлургии. Они нашли применение в машиностроении. С их помощью изготавливают прочные и износостойкие металлические узлы транспортных средств. Термически обработанные материалы устойчивы к агрессивным воздействиям и коррозии.

Термическое оборудование для термической обработки используют в оборонной промышленности. Благодаря повышению прочности и плотности структуры, стволы оружия не перегреваются. Увеличивается срок их службы.

Также агрегаты используют в горнодобывающей отрасли. С их помощью собирают музыкальные инструменты. Оборудование химико термической обработки позволяет проводить различные испытания готовой продукции. Также его используют для тестирования новых образцов строительных и отделочных материалов.

Оборудование термообработки

Установки представляют комплексные системы, которые состоят из нагревательных печей, закалочного оборудования, плавильных устройств. Контроль над выполнением технологического процесса осуществляется посредством специальных приспособлений: датчиков, манометров и других приборов.

Термическое оборудование печи по типу конструкции классифицируют на агрегаты периодического и непрерывного действия. Также они отличаются назначением. Существуют специальные установки для отжига, отпуска, закалки, цементации, нитроцементации и других техпроцессов.

Примечание. Современные виды термического оборудования могут сочетать в себе функции нескольких агрегатов.

Печи – основой вид установки термического цеха. Они работают на жидком и газообразном топливах, а также электричестве. Рабочее пространство: воздушная, защитная, газовая среды. Также существуют печи-ванны, в которых производят закалку металлов в соляном или масляном растворах.

Оборудование для термической обработки периодического действия используют в мелкосерийном производстве. Как правило, востребованными считаются печи камерного типа с неподвижным или выдвижным подом. Шахтные установки предназначены для цементации и азотирования. Их основным недостатком является неравномерный прогрев рабочего пространства даже при максимальном температурном режиме.

Основное оборудование для термической обработки – печи непрерывного действия. Их используют в масштабном и серийном производстве. Они представляют собой комплексные системы, с помощью которых можно выполнять несколько технологических процессов.

Кроме печей существует оборудование термической резки. Процесс разрезания металла осуществляется посредством его проплавления. Основными видами такой резки являются газовая и кислородная.

Сварочное термическое оборудование – отдельная категория установок для термообработки металлов. Его источником питания могут выступать электронагревательные устройства и печи сопротивления. В случае применения газопламенного нагрева применяют специальные горелки. Сплавление металла осуществляется посредством передачи тепловой энергии.

Чтобы выбрать оборудование для термической обработки стали, необходимо знать технические параметры процесса, а также свойства обрабатываемого металла. Также во внимание берется мощность оборудования и его максимальный и минимальный температурный режим во время работы.

Оборудование термических цехов – промышленные печи. Они классифицируются по двум направлениям. Установки бывают теплогенераторами и теплообменниками. Первый вид агрегатов характеризуется образованием тепловой энергии внутри обрабатываемого материала. В результате работы оборудования такого типа осуществляется химическая реакция: взаимодействие молекул металла с теплыми воздушными массами. В теплообменниках тепло вырабатывается посредством электрической энергии. Примеры агрегатов: индукционные печи и дуговые печи.

Установки классифицируют по способу получения тепла. Они бывают таких типов:

• экзотермическими;
• оптическими;
• электротермическими (дуговые, индукционные, электроннолучевые, печи сопротивления);
• смешанные.

В экзотермических установках источником тепла выступают топливо или обрабатываемый материал. В некоторых видах конструкции тепло вырабатывается одновременно двумя способами. Это термическое оборудование – печи промышленные высокотемпературные. Они способны прогреваться до температуры выше +3000 градусов.

Примечание. Удерживать тепло внутри рабочего пространства позволяет правильно сделанная футеровка конструкции.

Термическая печь любого типа состоит из таких основных узлов:

• рабочей камеры, выполненной из прочного материала;
• теплового генератора;
• теплоотборника;
• приводов, устройств для подключения электрической энергии, горелок;
• труб для отвода продуктов горения.

Агрегаты отличаются видом теплообмена, который происходит во время их работы. Установки бывают радиационными, конвективными и смешанными. Существуют также отличия в способе транспортировки обрабатываемого материала в печь. В зависимости от этой характеристики бывают вагонеточные, рольганковые, роликовые и другие агрегаты.

Конструкции термических печей:

• Туннельные – длинные вытянутые установки, которые используют для обжига строительных и отделочных материалов;
• Шахтные – конструкции круглой или прямоугольной формы (вагранки, доменные печи);
• Камерные – термическая обработка в установках такого типа осуществляется в специальной камере (рабочем пространстве), печи характеризуется способностью работать при максимальных температурных режимах;
• Вращающиеся – барабанные установки, которые эффективно используют в металлургии, представляют собой вытянутые конструкции, загрузка обрабатываемого материала осуществляется сверху;
• Проходные – длинные конструкции, в которых процесс термообработки производится постоянно, они оснащены отдельными камерами, в каждой из них разный температурный режим.

Это основные виды термического оборудования, которое используют в промышленности.

Вакуумные печи

Такое оборудование термического производства используют в авиационной, атомной отраслях, металлургии и других видах промышленности. Оно позволяет проводить термообработку различных материалов. С его помощью осуществляют сушку, плавку, спекание и другие технологические процессы.

Агрегаты оснащены водоохлаждаемым корпусом. Он выполнен из нержавеющей стали. В изготовлении внутреннего рабочего пространства используют молибден или вольфрам. Управлять установкой можно вручную или с помощью пульта. Регулировать температурный режим помогает датчик и специальное устройство.

Вакуумное оборудование для термической обработки металлов – герметичные конструкции. Они могут быть любого типа: шахтные, камерные, туннельные и другие. Преимуществом выполнения термообработки в вакууме является прочность полученных изделий, их долговечность и износостойкость.

Оборудование используют не только для проведения обработки различных материалов. Оно нашло применение в исследовательской деятельности. С его помощью тестируют образцы готовой продукции на устойчивость к воздействию высокой температуры.

2.3 Выбор приспособлений для выполнения термической обработки

Наличие соответствующей оснастки для основных и промежуточных операций предварительной т.о. способствует повышению технологического процесса, повышает качество обрабатываемого инструмента, улучшает условия труда рабочих.

В качестве приспособлений используем: клещи с плоскими губками, верхонки.

2.4 Выбор вспомогательных операций

1. Предварительная промывка инструмента от солей и масла производится в моечной машине. В этой машине инструмент подвергается химическому и механическому воздействию горячего щелочного раствора. Состав приготовлен из жидкого стекла каустической соды. Общая щелочность раствора должна составлять 0,38 - 0,41 NaOH.

2. Кипячение в подсоленной воде (в кипящем 2% растворе соляной кислоты) осуществляется перед травлением для сокращением распада кислоты и времени травлением. Кипячение производится в течение 5-10 мин и имеет целью растворить соли, оставшиеся на поверхности инструмента после нагрева в солях, а также разрыхлить окалину.

3. Травление предназначается для окончательного снятия окалины, разрушения и удаление оставшейся после предварительного кипячения хлористых солей. Травление производится в растворе 2ч технической соляной кислоты Л ч воды, 0,5% присадки, и КС. Продолжительность травления 3-5 мин при 18 - 20 С (в зависимости от слоя и толщины окалины),

4. Повторная промывка применяется для полного удаления кислоты и грязи образовавшихся на заготовки при травлении осуществляется в проточной воде. Промывка сопровождается многократным встряхиванием.

5. Кипячение в 2% содовом растворе производится для полной нейтрализации кислоты в течение 10 мин

6. Пассивирование осуществляется для того, чтобы предохранить изделие от коррозии. Оно происходит в горячем водяном растворе, содержащим 25% NaN0 2 Выдержка в ванне 3 -5 мин., после такой многократной обработки изделие получается чистым и защищенным от последующей коррозии. Данные операции после отжига, в полном объеме могут не использоваться.

2.5 Выбор и обоснование требуемых операций для контроля качества термической обработки

Результатом предварительной т.о, оценивается по твердости и микроструктуре. Микроструктуру при отжиге контролируют на зернистый перлит.

Параметры контролируемые у быстрорежущих сталей после отжига: химический состав, размер заготовки в состояние поставки, микроструктура по ГОСТ 10243-75, твердость в отожженном состоянии по ГОСТ 9012-59, не ниже НВ 255, глубина обезуглероженного слоя 0,5-1 % от d.

2.6 Анализ возможных дефектов термической обработки и способы их устранения

Окисление и обезуглероживание - дефекты, которые являются результатом химической реакции, проходящие при нагреве стали между поверхностным слоем металла и кислородом. Эти процессы оказывают отрицательное влияние на конструктивную прочность изделий, приводящие к потерям металла на удар, обуславливают необходимость увеличение припусков для последующей механической обработки.

Окисление определяют непосредственным осмотром заготовки, а обезуглероживание контролем на прочность при металлографическом исследовании.

При глубине проникновения, больше чем припуск на шлифования, брак неисправный. Для предупреждения следует вести нагрев в защитной атмосфере, а при отсутствии таковой - в ящиках с чугунной стружкой, древесным углем с 5% кальцинированной соды, пережженном асбестом, белым песком и т.п. В соляные ванные для сохранения от обезуглероживания добавляют молотый фурросилицин в количестве 0,5 - 1 % от веса соли или буру, борную кислоту, желтую кровяную соль.

Контроль твердости обычно производится с помощью ЦБМ для отожженных изделий.

Нафталинистый излом - характеризуется своеобразным видом излома, что является следствием разрушения по кристаллографическими плоскостям; сопровождается значительным снижением прочностных свойств и особенно ударной вязкости, вызывается окончанием горячей классической обработки при излишне высокой температуре (выше 1180 С), если степень деформации при последующем отжиге была небольшой и если последующий отжиг выполнен недостаточно точно и не обеспечивает необходимого значения твердости (НВ 255 - 269), выполняем повторную закалку без промежуточного отжига. Устранение нафталинного излома и восстановление механических свойств можно многократным отпуском.

3. Проектирование технологического процесса упрочняющей термической обработки

3.1 Определение структуры технологического процесса термической обработки

Упрочняющая т.о. быстрорежущей сталь специфична. Она заключается высокотемпературном нагреве под закалку и последующем трехкратным температурный отпуск, по 1 часу каждый. Температура закалки - 1280 - 1290 С, а температура 580 -600 С.

3.2 Проектирование отдельных операций термической обработки

Закалка - процесс термической обработки, обуславливающий получение неравновесных структур превращения или распада аустенита при резком его переохлаждении со скоростью выше критической. Конечный результат процесса закалки зависит от скорости охлаждения и температуры конца мартенситного превращения. Чем выше температура нагрева, тем выше легированность твердого раствора за счет растворение вторичных карбидов, а следовательно, выше теплостойкость и вторичная твердость. НО с другой стороны, интенсивность растворения большого карбидов при нагреве выше определенных температур вызывает интенсивность роста зерна аустенита, а значит, снижает прочность и ударную вязкость.

При назначение температуры закалки учитывается условия эксплуатации инструмента. Для инструмента работающего о высокими ударными нагрузками температуру закалки иногда понижают с целью повышения прочности и закаливают на более мелкое зерно 11 балла. Для инструмента, работающего в особо тяжелом температурном режиме температуру закалки повышают относительно оптимальной, проводя обработку на максимальную теплостойкость.

Для стали Р6М5 режим закалки заключается в высокотемпературной ступенчатой закалке.

Первый подогрев проводят при температуре 400 - 500. С, с предварительным погружением на 15 - 20 сек. в пересыщенный раствор буры, второй подогрев будем проводить при температуре 830-860 С.

Ступенчатый подогрев под закалку будем производить в соленых ваннах, которые широко используются, т,к. имеют следующий ряд преимуществ: высокой интенсивностью и равномерностью нагрева, возможность осуществления местного нагрева, предотвращение окисления и обезуглероживания. защита инструмента, от воздействия кислорода.

При нагреве будем использовать наиболее распространенную соль БМЗБ, в состав которой входит; 9б,9% ВаС12+ 3% МgF2, 0,1% В.

Условия охлаждения при закалки должны обеспечить сохранение высокой концентрации углерода, а для легированных и быстрорежущих сталей сведение до минимума закалочной деформации и отсутствие трещин. Сталь Р18Ф2 будем охлаждать в масле.

Отпуск - процесс т.о., обусловливающий превращение неустойчивых структур закаленного состояния в более устойчивые, Отпуск осуществляется путем нагрева до температуры ниже интервала превращений, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения.

Отпуск быстрорежущей стали должен обеспечивать более полное превращения остаточного аустенита, что достигается применением многократного отпуска с охлаждением 20 - 40С.

Температура отпуска, продолжительность и число отпусков определяются химическим составом и выбранным условием проведения этой операции. Отпуск обеспечивает одновременно высокую твердость и теплостойкость. Основная цель отпуска заключается в дисперсном твердение.

В процессе отпуска, происходит выделение из твердого раствора дисперсных карбидов. И превращение остаточного аустенита в мартенсит. Остаточный аустенит объединяется при нагреве с легирующими элементами и при охлаждении с температур отпуска превращается в мартенсит.

Для стали Р6М5 будем производить трехкратный отпуск с температурой 570 С по 1 часу, твердость после отпуска составляет 63 HRC. А образование дисперсных карбидов обеспечивается высокую теплостойкость (600 - 650 С)

Структура сталей после отпуск состоит из отпущенного мартенсит, карбидов (15- 20 %) и остаточного аустенита (2 -3%), Наибольшее количество остаточного аустенита превращается при первом отпуске 10-12%, при втором - 6 - 8 %, а после третьего - 3 - 5 %.

Отпуск будем производить в стандартной элетродно-солянной ванне с прямоугольной формой рабочего пространства типа С -100, с температурой 850 С.

В качестве жидкой среды применяются сравнительно простые по составу среды, обладающие высокой жидкотекучестъю, не разъедающие поверхность закаленных изделий, такие как расплавленная соль 30% ВаСl2 + 20% NaCl + 50% CaCl2.

После закалки и отпуска сталь Р18Ф2 должна обладать твердостью 65 - 66 HRC теплостойкость Т = 630 С, вязкость хорошая, шлифуемость низкая.

Оснастка для т.о. имеет решающее значение при осуществлении технологических процессов в термических цехах. Отсутствие или неправильное использование оснастки может вызвать значительный брак. В данном процессе т.о. будем использовать; корзину для закалки в соляных ваннах, клещи о прямыми плоскими губками, ковш для слива из соляных ванн, ложку для очистки соляных ванн.

3.3 Выбор вспомогательных операций

К вспомогательным операциям относят его очистку после т.о. правку и антикоррозийную обработку,

Инструмент подвергается очистки с целью удаления мыла, солей, окалины.

Операция химической очистки:

1. Предварительная промывка выварочным бочке в горячем (90 С) щелочном растворе 0,38 - 0,41 % NaOH

2. Кипячение в подкисленной воде (в кипящем 2% растворе соляной кислоты).

3. Травление

4. Повторная промывка в проточной воде

5. Кипячение в содовом растворе

6. Пассивирование.

После этой многоуровневой очистки инструмент получается чистым и защищенным от последующей коррозии.

3.4 Выбор и обоснование требуемых операций контроля качества термической обработки

При закалки быстрорежущей стали контролируют температуру нагрева., время выдержки, обезуглероживающую активность ванн окончательного нагрева, температуру ванн охлаждения, Параметрами контроля является;

Твердость ГОСТ 9013-59, HRC 63 - 65

Величина аустенитного зерна ГОСТ 5636-82, 10-11 балл После закалки и отпуска контролируется:

Твердость, HRC 63 - 65

Теплостойкость

Карбидная неоднородность (2-3 балл) Допускаемое количество остаточного аустенита 2 - 3%

3.5 Дефекты термической обработки и способы их устранения

1. Потеря формы инструмента при закалке - дефект возникающий у сталей, температура закалки которых близка к температурам начала плавления. В результате чрезмерного перегрева или расположения инструмента в ванне близко к электродам, возникают оплавление инструмента..Поэтому при помещении инструмента в ванну следует выключить ток. Этот недостаток можно устранить так же, установкой защитной стенки из кирпичей, отделяющих электроды от инструмента.

2. Недостаточная твердость после отпуска может быть следующими причинами;

а) пониженной температуры закалки (выявляется микроанализом) вследствие чего образуется недостаточно легированный мартенсит

б) низким нагревам при отпуске (эта причина может быть выявлена магнитным анализом).

Дефектом возникающим в результате этих причин, устраняется соответственно отжигом и последующими правильными закалкой и отпуском.

в) обезуглероживание

г) порча теплостойкости

3. Порча теплостойкости возникает в результате очень длительного или многократного нагрева выше области Aс1 вследствие обогащением карбидов МебС вольфрамом, что уменьшает их растворимость при закалки, вследствие чего получается недостаточно легированный мартенсит, Выявляется по снижению вторичной твердости или теплостойкости. Данный дефект предотвращается соблюдением определенной области нагрева температур и длительности т.о.

4. Деформация и коробление определяется проверкой размеров. Возникают из-за внутренних напряжений, образовавшихся при закалки; неравномерный нагрев под закалку и неправильное погружение в охлаждающую среду в мартенситном интервале; правильным погружением в закалочную среду, равномерным нагревом и проверкой на кривизну перед закалкой.

Введение в сталь легирующих элементов само по себе уже улучшает ее механические свойства. Для получения после цементации и последующей термической обработки высокой твердости поверхности и пластичной сердцевины детали изготовляют из низкоулеглеродистых сталей 15 и 20. получающаяся после цементации и последующей термической обработки твердая и прочная сердцевина у сталей с повышенным содержанием...

Закалка в масле и низкий отпуск. Цементацией называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стальных деталей углеродом. Выбор последовательности всех операций термической обработки. Назначаем последовательности всех операций изготовления вала первичной коробки передач (от проката до готового изделия). Последовательность операций изображается графически с указанием номера...

Термообработка - это вид обработки металла путём воздействия на него определённой температурой для изменения внутреннего атомно-кристаллического строения и придания специальных свойств. Термообработка позволяет придать металлическим изделиям повышенную твердость и износостойкость поверхности, а также улучшить сопротивляемость внешним агрессивным воздействиям.

Виды термообработки

Закалка деталей - является основным способом термообработки для улучшения механических свойств изделия. Закалка заключается в нагреве металлической детали до определённой температуры и быстрым её охлаждением в воде, масле или другой охлаждающей среде, позволяющей обеспечить высокую скорость охлаждения металла. В процессе нагрева под закалку металл меняет свою атомно-кристаллическую структуру на более прочную, которая не существует при комнатной температуре. При достаточно быстром охлаждении эта структура не успевает распасться и остаётся существовать уже при низких температурах, придавая металлу высокие механические свойства.

Отпуск деталей после закалки - является вторичной термообработкой, которая может применяться только к деталям, прошедшим процесс закалки. Структура металла, полученная после закалки, является очень хрупкой из-за наличия механических напряжений между кристаллами металла. Для устранения этих напряжений и применяется отпуск металла. Отпуск заключается в нагреве металла до невысоких температур (порядка 200-500 градусов) и выдержке в несколько часов при этой температуре. Данная операция позволяет закаленной структуре металла частично изменить своё строение и удалить напряжения между зернами, устранив хрупкость, при этом механические свойства практически не уменьшаются. Совместная термообработка: закалка с последующим отпуском, называется улучшением, а стали, которые ей подвергают - улучшаемыми.

Отжиг деталей - вид термообработки, позволяющий придать металлу исходную структуру, снизить твердость и подготовить металл к последующей закалке на нужную твердость.

Цементация деталей - применяется для повышения механических свойств сталей с низким содержанием углерода (до 0,35 %). Детали из этих сталей часто работают в условиях ударных и вибрационных нагрузок, и низкое содержание углерода снижает их хрупкость. Однако при этом требуется обеспечить высокую твёрдость поверхности для деталей, работающих в паре. Для этого применяют цементацию поверхности. Детали помещают в ёмкости с веществами, содержащими большое количество углерода, например, древесный уголь, и нагревают там без доступа воздуха до высоких температур. Таким образом углерод переходит в поверхность детали и далее можно провести её закалку, при этом поверхность становится твёрдой, а середина детали остается мягкой и хорошо держит ударные нагрузки.

К некоторым цветным металлам также возможно применить такой вид термообработки, как старение. Старение заключается в выдержке сплава цветных металлов при повышенной температуре (порядка 150-250 градусов) в течение длительного времени (от суток и более). Данные процесс улучшает проникновение атомов металла в сплаве в соседние кристаллические решётки и способствует повышению механических свойств всего сплава.

Оборудование для термообработки

Для проведения термообработки применяется разнообразное оборудование. Различают способы термообработки объёмные и поверхностные, для которых оборудование будет разным.

Объёмную термообработку проводят путём нагрева детали целиком. Для этого хорошо подходят различные муфельные печи в том числе вакуумные. В данных печах нагревание производиться аналогично электрической плите от нагревательных элементов внутри закрытой теплоизолированной камеры. В данном оборудовании хорошо реализован контроль температуры нагреваемой детали, что позволяет полностью контролировать процесс термообработки. Также при объёмной термообработке, может применяться нагрев открытым пламенем или другие способы, позволяющие нагреть деталь целиком.

К поверхностным методам термообработки чаще всего относят воздействие токами высокой частоты (ТВЧ). В данном случае деталь помещается в специальный медный индуктор, соответствующей её форме, без контакта с ним. По индуктору пропускают переменный ток высоких частот (100 кГц и более), что вызывает разогрев неглубокого поверхностного слоя детали, причем, чем больше частота тока, тем меньше прогреваемый слой. Таким образом, можно провести закалку только поверхностного слоя детали.

Для поверхностных методов термообработки применяются индукционные нагревательные станции различных марок, которые содержат медные индукторы для работы с деталями и генераторы тока высоких частот, чаще всего ламповые. Данное оборудование является крайне дорогостоящим, высокопроизводительным и применяется при термообработке больших партий деталей.

Особенности процесса термообработки

Сама по себе термообработка не является сложным технологическим процессом. Однако большое значение имеет подбор технологических режимов, таких как:

• Температура нагрева стали под закалку

• Время выдержки в печи при закалке

• Среда охлаждения

• Знание особенностей закалки различных марок сталей

• Температура отпуска

• Время выдержки при отпуске

И другие технологические параметры, которые для различных марок сталей, чугунов и цветных сплавов могут значительно отличаться.

Также большое влияние на процесс термообработки оказывает качество и функционал имеющегося оборудования, возможность точного определения температуры нагрева и времени. Для получения качественной термообработки Ваших деталей, лучше доверить эту работу профессионалам, имеющим глубокие знания в области материаловедения и доступ к необходимому технологическому оборудованию.