Оборудование для термической обработки

При нагреве в воздушной среде происходит окисление и обезуглеро­живание поверхностного слоя заготовок. Толщина дефектного слоя даже при термообработке жаропрочных сплавов (закалке и старении) состав­ляет 1—1, 5 мм.

Для борьбы с окислением и обезуглероживанием заготовок нагрев при термообработке проводят в вакууме или в защитных средах. Для уменьшения скорости окисления сплавов до допустимых значений (по­рядка 0, 1 мм) необходим вакуум 10^-3—10^{-4 мм рт. ст.} Нагрев в вакууме применяют при отжиге и закалке коррозионностойких и жаропрочных сталей и сплавов.

Кроме вакуума, при термообработке используют защитные среды: аргон, гелий или азотоводородную смесь. Защитные среды имеют ряд преимуществ перед вакуумом. Прежде всего упрощается изоляция рабо­чего пространства печи от окружающей среды, в данном случае за счет небольшого избыточного давления. Это позволяет использовать для на­грева в защитных средах обычные нагревательные печи. Применение защитных сред вместо вакуума позволяет предотвратить потери легко испаряющихся элементов, например молибдена или вольфрама. Сущест­венными преимуществами нагрева в защитных средах являются также сокращение времени охлаждения после термообработки и большая рав­номерность нагрева.

Аргон и гелий являются дорогими и дефицитными газами. Поэтому в последнее время расширяется использование в качестве защитной сре­ды азотоводородной атмосферы, состоящей из 4% Нг и 96% N2. Помимо дешевизны, эта среда обладает высокими защитными свойствами, так как появляющийся в ней кислород связывается водородом в воду.

Для нагрева заготовок при термообработке применяют электриче­ские камерные печи, соляные ванны, высокочастотные установки и ваку­умные печи.

Электрические камерные печи широко применяются в условиях еди­ничного (индивидуального) и серийного производства. Они обеспечивают достаточную равномерность нагрева и могут легко перестраиваться на другие режимы работы. Недостатками камерных печей являются низкая скорость нагрева и значительный объем ручных работ в процессе экс­плуатации.

На рис. 98 показана электропечь с силитовыми нагревателями, в которой можно получать температуры до 1300° С. Печь может работать с защитной атмосферой, которая создается за счет разложения нефте­продуктов в нижнем канале печи.

Для ступенчатого нагрева удобны печи с двумя или тремя зонами нагрева.

При большом выпуске изделий вместо камерных печей используют более производительные и значительно более механизированные конвей­ерные электропечи.

Соляные ванны. Теплоносителями в соляных ваннах являются смеси солей, нагреваемые пропусканием электрического тока через трубчатые электронагреватели или непосредственно через жидкую соль. Они обеспечивают высокую скорость и равномерность нагрева, а также защиту поверхности заготовок от обезуглероживания и окисления. Вместе с тем нагрев в соляных ваннах имеет ряд существенных недостатков: возмож­ность взрывов и выплескиваний при перегреве ванн или попадании в них влаги, неблагоприятные условия труда и склонность заготовок к коррозии при промедлении с промывкой от соли. Вследствие этих недостатков со­ляные ванны применяются весьма ограниченно и главным образом для ступенчатой и изотермической закалки стальных деталей.

Высокочастотные установки среди других типов нагревательного обо­рудования обеспечивают наиболее высокую скорость нагрева и возможность выделения тепла в поверхностном слое заданной толщины. Это создает возможность проведения поверхностной закалки, при которой упрочняется лишь наружный слой деталей.

Рис. 98. Камерная электропечь с Рис. 99. Вакуумная электропечь

защитной атмосферой: 1-подставка для деталей; 2- графитовые

1- рабочая камера; 2-силитовые излучатели; 3-экранная изоляция;

нагреватели; 4-водоохлождаемый кожух;

3-камера для создания защитной 5-вентилятор; 6-съемное

атмосферы дно кожуха; 7-трубка водяного

охлаждения

Вследствие малой длительности процесса высокочастотной термо­обработки на поверхности деталей почти не образуется окалины, что устраняет необходимость последующей механической обработки, кроме легкого полирования.

Весьма удобны высокочастотные установки для местного нагрева деталей. Процесс высокочастотной термообработки легко автоматизиро­вать, а оборудование хорошо приспособлено для встраивания в поточные линии.

К недостаткам высокочастотного нагрева следует отнести большую величину внутренних напряжений, трудность контроля температур на­грева и специальный характер индукторов, отладка конфигураций кото­рых для деталей сложных форм занимает много времени. Применяют их главным образом в условиях крупносерийного и массового производства.

Вакуумные печи. Одна из конструкций вакуумной печи для отжига показана на рис. 99.

Детали устанавливаются на подставку 1 и нагреваются за счет ра­диации (излучения) от графитовых излучателей 2. Теплоизоляция рабо­чего пространства печи осуществляется многослойными экранами 3 из тонких пластин полированного тантала. Водоохлаждаемый кожух печи (реторта) 4 должен выдерживать наружное атмосферное давление. Для ускорения охлаждения печи в реторту подают инертный газ, конвекция которого осуществляется вентилятором 5. Для загрузки и разгрузки деталей дно кожуха 6 вместе с установленными на нем экранами выпол­няется съемным.

Актуальной для термических цехов является задача механизации и автоматизации загрузки оборудования заготовками и транспортировки их между отдельными агрегатами при термической обработке.

Комплексная механизация позволяет в 2—3 раза снизить трудоем­кость процессов термообработки, существенно улучшить условия труда и более точным выдерживанием режимов повысить качество деталей.

В условиях крупносерийного и массового производства в СССР вы­пускаются полуавтоматические закалочно-отпускные конвейерные агре­гаты для закалки с последующим высоким или низким отпуском, вклю­чающие закалочную печь, закалочный бак, моечную печь (для деталей, закаливаемых в масле), печь отпуска и бак для охлаждения после от­пуска. Цикл обработки деталей осуществляется автоматически с по­мощью взаимосвязанных конвейеров.

Комплексная механизация процессов с использованием немеханизи­рованного оборудования достигается установкой оборудования в линию в соответствии с последовательностью выполнения операций и оснаще­нием линии транспортным устройством.