Рынок вакуумного термического оборудования с каждым годом становится только шире и этому есть немалое количество причин. Главная из них – это качество, которого пытаются следовать все передовые компании по производству вакуумного оборудования. Особенно в последнее время популярности набирает термическое оборудование, которое еще совсем недавно не было задействовано ни в одной из главных отраслей.

Навигация:

Сейчас мы подробнее рассмотрим самые распространенные типы термического оборудования:

Тигельные печи

Тигельная печь – это агрегат, который в первую очередь предназначен для плавки металлов и разного рода сплавов. По конструкции тигельные печи привыкли делить на поворотные и стационарные. Оба вида по-своему интересны и имеют определенные преимущества. Что касается производительности, то обе категории тигельных печей демонстрируют себе достаточно неплохо.

Тигельные печи также делятся на две категории по типу нагрева:

• Печи сопротивления
• Индуктивный принцип нагрева

Еще одна категория тигельных печей, это печи с резистивным нагревом, которые способны достигать показателя температуры в 1250 градусов. Главный элемент данного нагревателя это проволока из фехраля, которая очень сильно поддается накалу.

Печи такого типа могут обрабатывать такой материал, как:

• Свинец
• Олово
• Баббит

Это еще далеко не весь ассортимент сфер применения резистивных печей, так как на самом деле, спектр их применения максимально широк. Печи, работающие на резистивном методе. Способны достигать уровня температуры в 1400 градусов, что поистине является феноменальным показателем.

Вакуумные печи

Данная категория печей также пользуется немалым спросом на рынке и задействует на огромном количестве предприятий. Установки данного типа работают на основе невысоких температур, показатель которых зачастую достигает отметки в 200 градусов. Такого показателя температуры вполне достаточно для того, чтобы произвести обработку большинства материалов.

Одним из важнейших элементов подобных систем, является изоляция, которая должна быть максимально качественной. В вакуумных системах чаще всего применяется изоляция на основе оксида алюминия, который довольно неплохо справляется даже с самыми трудоемкими процессами.

Есть также категория вакуумных печей диапазон температуры, которой начинается от 1400 и заканчивается 2200 градусов. Такие системы работают на основе графитового материала, который собственно и позволяет достигать столь высоких показателей производительности.

Низкотемпературные печи

К данной категории термического оборудования можно отнести сушильные шкафы, сушильные камеры и еще огромное количество подобных установок. Еще одним приятным моментом, является наличие встроенной панели управления, которая присутствует во всех видах термического оборудования.

Стоит также отметить и наличие разных исполнений сушильных шкафов:

• Сушильные камеры с защитным муфелем
• Сушильные камеры со специальными вентиляторами для вытяжки
• Проходные камеры для быстрой сушки
• Тупиковые камеры для сушки

Высокотемпературные печи

Печи из данной категории чаще всего работают в диапазоне температур от 1300 до 1600 градусов. Таких показателей более чем предостаточно для того, чтобы справляться даже с самыми трудоемкими задачами. Если же говорить о версии печей, показатели нагрева которых находятся на максимальном уровне, то, несомненно – это устройства на основе карбид кремниевых нагревателей.

Стоит также напомнить и о дополнительном оборудовании, которое идет вместе с самой печью:

• Компьютерная панель управления для быстрого мониторинга
• Запасной термопар
• Устройство, для подачи инертного газа
• Качественные керамические этажерки

Оборудование для термической обработки

Оборудование для термической обработки – это один из самых важных аспектов качественной термической обработки. Напомним, для чего же вообще нужна термическая обработка. Главное предназначение термической обработки – это улучшение характеристики узлов, которые являются важным звеном в конструкции различных деталей, проволоки и крепежей.

Если заранее производить качественную термообработку, уровень прочности и устойчивости различных материалов возрастет в несколько раз.

Всего различают 4 вида термической обработки:

• Отжиг
• Закалка
• Химико-термическая обработка
• Отпуск

Вакуумные печи

Вакуумная печь – это тип оборудования, который является одним из самых распространенных на современном рынке. По сути, это подкатегория термического оборудования, которая также включается в себя огромное количество категорий. Вакуумные печи нашли свое применение в большинстве современных отраслей, где без помощи вакуумных печей, достичь высоких показателей производства уже так просто не получится.

Главная сфера применения вакуумных печей – это большие производства, где они могут сполна продемонстрировать свои способности. К числу функций вакуумных печей можно отнести такие процессы, как: отжиг, плавка, закалка, прокалка, отпуск и тому подобное. Причем данная категория печей может обрабатывать большое количество видов металла.

Сейчас мы рассмотрим материалы, которые поддаются обработке в вакуумных печах:

• Нержавеющая сталь
• Металл
• Алюминий
• Чугун
• Сталь

Это лишь самые распространенные материалы, которые поддаются обработке в подобных печах. Кроме них, можно найти еще огромное количество подобных материалов, обработка которых в вакуумной печи происходит в считанные минуты.

Промышленные печи

Категория промышленных печей – это уже менее обширное понятие. Сюда можно отнести те печи, которые используются на больших промышленных производствах. Зачастую такие печи оснащаются максимально высокими показателями производительности, дабы показатели самого производства также увеличивались.

Принцип работы промышленных печей основывается на совместной работе множества элементов, одним из которых является нагреватель. Именно он приводит систему в действие и дает ей возможность достигать высокого уровня температуры.

Стоимость промышленных печей значительно выше, нежели обычных вакуумных установок. Главная причина этого таится во внутренней части самих печей, которые оснащены передовыми образцами вакуумных технологий, которые позволяют достигать наиболее высоких показателей производительности.

Водородные печи

Данное устройство представляет собой колпаковую печь, которая является полностью автоматизированной. Главная задача водородной печи – это проведение процесса пайки различных компонентов. Происходит все это в среде водорода, где немалую роль играют еще и инертные газы.

Область применения таких печей выглядит не столь широко. А все потому, что водородные печи работают в максимально узкой специализации, но зато выдают там максимум своих возможностей.

Сейчас мы рассмотрим главные сферы применения водородных печей:

• Создание электровакуумных приборов
• Производство керамики
• Производство микроэлектронных компонентов для предприятий

Стоит также рассмотреть список процессов, в которых водородная печь принимает самое прямое участие:

• Качественная обработка изделий в инертной среде
• Обработка изделий в специальной программе, которая заранее задается оператором. Зачастую это комбинированная газовая среда
• Процесс пайки в водородной среде, при помощи твердых припоев
• Процесс термической обработки изделий, в среде, где присутствует высокий уровень увлажнения водородом

Термическое промышленное оборудование

На данный момент, область термического промышленного оборудования является максимально широкой и сюда можно отнести огромное количество вакуумных устройств. Все они выполняют определенные функции, которые каким-то образом связаны с термической обработкой материалов.

Сейчас мы рассмотрим самые распространенные виды промышленного термического оборудования:

• Лабораторно-термическое оборудование
• Промышленные печи для обработки драгоценны материалов
• Промышленные печи для сушки материалов
• Промышленные печи для термообработки сплавов
• Промышленные печи для отжига и обжига фосфора и керамики

Все это оборудование активно используется на большинстве современных предприятий. Роль данного оборудования там также максимально высока, так как добиться высоких результатов производительности без помощи промышленного оборудования попросту невозможно.

Модернизация термического оборудования

Термическое оборудование – это отрасль, которая требует постоянного усовершенствования. Именно поэтому, производители подобного оборудования время от времени производят процесс его модернизации. Делается это для того, чтобы покупатель мог всегда получать от термического оборудования максимум пользы.

Последний раз процесс модернизации происходит несколько лет назад, а это значит, что уже в скором времени, это должно повториться, дабы термическое оборудование всегда находилось на высоком уровне.

Введение

Учебная сварочно-термическая и механическая практика была пройдена на ОАО «Могилевский завод «Строммашина». Принадлежит на праве собственности Республике Беларусь и находится в ведении Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь.

В 1913 году товариществом братьев Мазья и Аранзон было открыто в Могилеве меднолитейное и механическое предприятие. Товарищество бралось за устройство мельниц, маслобойных и винокуренных заводов, продажу населению плугов, топоров и др.

В 1920 году завод был национализирован и занимался ремонтом автомобилей, походных кухонь, изготовлением военных повозок.

В 1921 году начался выпуск плугов, борон, запасных частей для сельхозмашин. В 1926 году завод освоил выпуск ручных молотилок, силосорезок, конных приводов, веялок, весов. Завод продолжал строиться.

В 1941 году завод, демонтировав оборудование, был эвакуирован вглубь страны. В 1946 году началось восстановление завода, и он был передан в ведение Министерства строительного и дорожного машиностроения. С тех пор он получил новое название «Строммашина».

В 1950 году завод получил новые задания, которые потребовали его расширения. Вновь строящиеся корпуса оснащались современным оборудованием.

В 1962 году завод впервые освоил и начал серийный выпуск грузовых грузоподъемностью 2000 кг. и новых моделей пассажирских лифтов грузоподъемностью 350-500 кг

С 2004 года приступили к изготовлению впервые в Республике очень сложной машины - Отвал образователь Шагающий.

В 2005 году заводом будет продолжаться выпуск пресса вибрационного с толкателем поддонов МЗ2-002

Данное предприятия имеет следующие основные цеха:

1) Сборочноконструкционный цех №1

2) Чугунолитейный цех № 2

3) Механосборочный цех №3

4) Механосборочный цех № 4

5) Механосборочный цех № 6

6) Механосборочный цех № 10

7) Метизный цех № 12

8) Сборочно-малярный цех №15

На предприятии численность работников составляет 2598 человек. Которые имеют высшее (442 человек) среднее специальное (664 человек) профессионально-техническое (968 человек) среднее (968 человек) базовое и начальное (38 человек).

Сварочно-термическая практика

Цель: Пройти инструктаж про техники безопасности. Ознакомится с основными операциями кузнечных работ и оборудованием предназначенным для кузнечных работ.

По прибытии на сварочно-термическую практику со мной был проведёт инструктаж по техники безопасности и охране труда при прохождении сварочно-термической практики. Нам были выданы средства индивидуальной защиты головы и глаз (каску, очки) и спецодежду. Без спецодежды и средств индивидуальной защиты вход в цеха строго запрещён.

1.1.2) Кузнечные работы. Вытяжка осадка и высадка металла.

Осадкой металла называется операция увеличение площади поперечного сечения исходной заготовки за счет уменьшения ее высоты (рис. 1.1, а). Осадка применяется при изготовлении поковок с большими поперечными сечениями и относительно малой высотой (шестерни, диски и т.п.). При изготовлении пустотелых поковок типа колец, барабанов и подобных им, осадка применяется как предыдущая операция. Разновидностью осадки является высадка, заключающийся в местном увеличении поперечного сечения (рис. 1.1, б). Высадка обычно применяется для получения головок болтов, буртов, фланцев и т.п. При изготовлении в условиях мелкосерийного производства партии поковок с относительно сложным контуром, что трудно выполнить вышеперечисленными операциями, применяется так называемая штамповка в подкладных штампах (рис. 1.1, г). В подкладных штампах могут изготавливаться головки гаечных ключей, головки болтов, валики с буртиками и другие поковки. Вытяжка металла Вытяжкой называется операция увеличения длины исходной заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения (рис. 1.1, в). Вытяжка применяется при изготовлении поковок с удлиненной осью (валков, рычагов, шатунов, тяг и т.п.) и является самой распространенной операцией ковки. Она осуществляется последовательными ударами или нажатиями на отдельные участки заготовки, примыкающие один к другому. При деформации заготовки образуется выпучивание ее граней, которые не сталкиваются с бойками. Для устранения этого явления в процессе вытяжки заготовку периодически или после каждого удара (нажима) кантуют (возвращают) на 90° вокруг ее оси. На интенсивность вытяжки влияет ширина и форма применяемых бойков, состояние их поверхности и длина деформируемых участков заготовки. Чем выше чистота поверхности бойков, чем меньше их ширина и чем меньше длина деформируемых участков заготовки, тем интенсивнее вытяжка. Интенсивность вытяжки увеличивается при использовании вырезных бойков вместо плоских. Последовательное чередование вытяжки и осадки позволяет значительно снизить анизотропию механических свойств. Разновидностями вытяжки являются: раскатка (раздача); разгон (расширение) и т.п. Вытяжка на оправке представляет собой операцию увеличения длины пустотелой поковки за счет уменьшения ее внешнего диаметра и толщины стенок. Эта операция применяется при изготовлении пустотелых поковок типа орудийных стволов, котельных барабанов, турбинных роторов и др.. Этой операции подвергаются предварительно прошитые заготовки, которые надеваются на оправку и обжимаются, как сплошные заготовки, с помощью вырезных или плоских бойков. Схемы основных операций свободной ковки Рисунок. 1.1. Схемы основных операций свободной ковки На рис. 1.1 изображена вытяжка трубы на оправке с помощью вырезного и плоского бойков. Раскатка на оправке (раздача) представляет собой операцию увеличения внешнего и внутреннего диаметров пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок (рис. 1.1, д) и применяются при изготовлении колец, бандажей, барабанов и т.п.

Рисунок. 1.1 . Схемы основных операций свободной ковки

Применяется следующие оборудование: Пресс гидравлический горизонтальный «Ажур-3М»,Пресс гидравлический вертикальный «ПВ-100»

Цель: Закрепить знания по темам рубка, гибка и прошивка металла.

1.2.1) Рубка, гибка, прошивка металла

Гибка (гнутье) металла Гибкой называется операция, с помощью которой заготовки придают изогнутую форму по заданному контуру (рис. 1.1, е). Этой операцией изготавливаются угольники, скобы, крючки, кронштейны и т.п. При сгибании происходит изменение площади поперечного сечения заготовки в зоне изгиба вследствии сжатия внутренних и растяжения внешних ее слоев, называемое стяжкой. Для компенсации стяжки в месте изгиба заготовки предоставляют увеличенный размер по толщине. При изгибе возможно образование складок по внутреннему контуру и трещин по наружному. Чтобы избежать этого явления подбирают соответствующий радиус закругления и угол изгиба. Кроме заготовок сплошного профиля сгибанию могут подвергаться также трубы, для чего последние наполняются песком и плотно забиваются с обеих сторон пробками.

Рубка металла Рубкой металла называется операция отделения одной части заготовки или поковки от другой (рис. 1.1, з). Применяется рубка для получения из заготовок большой длины нескольких коротких, для удаления излишков металла на концах заготовок или поковок, для удаления излишков металла во внутреннем контуре поковки (вырубка), для удаления прибыльной и донной частей слитка и т.п. Рубка металла осуществляется с помощью топоров различной формы (рис. 1.2, г).

Прошивка металла Прошивкой называется операция получения в заготовке отверстия (рис. 1.1). Инструментом для прошивки является прошивень, который может быть сплошным или пустотелым (рис. 1.2, д). При сквозной прошивке сравнительно тонких поковок применяются подкладные кольца (рис. 1.2, и). Основной кузнечный инструмент Рисунок. 1.2. Основной кузнечный инструмент Отверстия до 400-500 мм в диаметре прошиваются сплошными прошивнями. Отверстия диаметром 300-900 мм прошиваются пустотелыми прошивнями. Прошивка пустотелыми прошивнями во многих случаях имеет цель удалить из заготовки центральную ликвацийну зону и использовать более качественный металл периферийных зон слитка.

Рисунок. 1.2 Основной кузнечный инструмент

Применяется следующие оборудование: Топоры различной формы, подкладные кольца, прошивень, Пресс гидравлический вертикальный «ПВ-100»,Пресс гидравлический горизонтальный «Ажур-3М».

На «Могилевский завод «Строммашина» данные работы производят в механоконструкционном цехе №1

Цель: Закрепить знания по теме термическая обработка металла.

1.3.1 Термическая обработка металла

Термическая обработка металлов и сплавов - процесс тепловой обработки металлических изделий, целью которого является изменение структуры и свойств в заданном направлении.

Среди основных видов термической обработки следует отметить:

Отжиг(гомогенизацияинормализация). Целью является получение однородной зёренной микроструктуры и растворение включений. Последующее охлаждение является медленным, препятствующим образованию неравновесных структур типамартенсита.

Закалкупроводят с повышенной скоростью охлаждения с целью получения неравновесных структур типа мартенсита. Критическая скорость охлаждения, необходимая для закалки зависит от материала.

Отпускнеобходим для снятия внутренних напряжений, внесённых при закалке. Материал становится болеепластичнымпри некотором уменьшениипрочности.

Дисперсионное твердение (старение). После проведения отжига проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц.

2. Оборудование для термообработки.

3. Электрические и газовые камерные печи периодического действия используются в опытном, единичном и мелкосерийном производствах для термической обработки мелких и средних.

Электрические и газовые камерные печипредназначаются для отжига, закалки, нагрева перед ковкой, нормализации металлических деталей, отпуска, а также для обжига керамических изделий и термообработки изделий из стекла.

Электрические и газовые камерные сушилки периодического действия используются в единичном и мелкосерийном производствах для термической обработки различного рода материалов.

Камерные сушилкииспользуются при термических процессах низкой температуры, таких как удаление влаги, подогрев перед другими термопроцессами, тесты на термическую прочность, а также для вулканизации резины, порошковой покраски, низкотемпературного отпуска и т.д.

Электрические и газовые печи с выдвижным полом периодического действия используются для термообработки в единичном или серийном производствах деталей среднего и большого размера. В сравнении с печами других типов, электрические и газовые печи более удобны при операциях загрузки и выгрузки, которые можно механизировать.

Электрические и газовые печи с выдвижным поломиспользуются для нагрева перед ковкой, закалки, отжига, отпуска, искусственного старения, нормализации металлических деталей, а также для обжига керамических изделий и термообработки изделий из стекла.

Электрические и газовые сушилки с выдвижным полом периодического действия предназначены для термической обработки различных материалов и деталей в серийном производстве. По сравнению с другими сушилками более удобна загрузка-выгрузка, которую можно механизировать.

Сушилки такого типаиспользуются для низкотемпературных термических процессов, таких как удаление влаги, тесты на термическую прочность, подогрев перед другими термопроцессами, а также для порошковой покраски, вулканизации резины, низкотемпературного отпуска и т.д.

Электрические и газовые туннельные печипостоянного действия используются в серийном производстве для термообработки различных материалов.

Электрические и газовые туннельные печи легко интегрируется в непрерывные технологические производственные линии. В отличие от обычных печей и сушилок электрические и газовые туннельные печи, в зависимости от автоматизации и механизации, более производительны.

Электрические и газовые туннельные сушилки постоянного действия предназначены для термической обработки различных материалов и деталей в серийном производстве.

Оборудование такого типалегко интегрируется в непрерывные технологические производственные линии, оно является более производительным, чем обычные печи и сушилки в зависимости от степени механизации и автоматизации.

Электрические и газовые колпаковые печи используются в серийном производстве для процессов термообработки. Колпаковые печи используются для отжига проволоки, ленты и других изделий из металла. Колпаковые печи состоят из футерованного колпака с нагревателями и одной или несколько неподвижных платформ.

Колпаковые печииспользуются при термообработке изделий большого веса и размеров. Колпаковые печи, за счет своей конструкции, позволяют экономить производственные площади, а при наличии нескольких платформ может быть достигнута более выскокая производительность. Колпаковые печи удобны при использовании защитных газов.

Шахтные электрические печи применяются для термической обработки длинных деталей в вертикальном положении, а также для тяжелых деталей, для загрузки которых в рабочую камеру нужен кран. Шахтные печи имеют рабочую камеру может в форме цилиндра или прямоугольника, и в зависимости от процесса, либо комплектуются мешалкой воздуха, либо – нет.

Шахтные печимогут быть укомплектованы ретортами, которые используются в термохимических процессах, например при газовой цементизации, нитроцементизации и азотировании.

Оборудование для индукционного нагрева, основывается на принципе электромагнитной индукции. Оборудования для индукционного нагрева осуществляет нагрев или плавку тел за счет теплового действия вихревых электрических токов, которые протекают в нагреваемом теле. Оборудование для индукционного нагрева применяется для локальной закалки внутренних или наружных поверхностей деталей.

Обеспечивают необходимую твердость поверхности при помощи насыщения поверхностных слоев металла азотом или углеродом. Печи для термохимических процессом можно использовать практически для любых марок сталей. Печи для термохимических процессов используются для следующих операций: цементизация, нитроцементизация и азотирование.

Вакуумные печи- это герметизированные аппараты, в которых проходят электротеримческие процессы, к которым предъявляются особые требования. Вакуумные печи применяются для безокисилительного нагрева металлов и плавки металлов с высокой степенью очистки. Вакуумные печи используют при плавке, рафинировании, разливки в формы сталей, жаропрочных сплавов, высоколегированных сталей, а также цветных и редких металлов.

Применяется следующие оборудование: Шахтные печи для закалки (ШЭС-780N), Печи для термообработки металла с выкатным подом (КЭСмвп-3000N), Камерные печи для термообработки металла (КЭСм-97).

На «Могилевский завод «Строммашина» данные работы производят в механосборочном цехе №3.

Цель: Закрепить знания по темам: ручная дуговая сварка, Сварка в углекислом газе, газовая сварка, газовая резка

1.4.1) Сварочные работы

Сварка - процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. Обычно применяется для соединения металлов, их сплавов или термопластов, а также в медицине.

Для производства сварки используются различные источники энергии: электрическая дуга, газовое пламя, лазерное излучение, электронный луч, трение, ультразвук. Развитие технологий позволяет в настоящее время осуществлять сварку не только на промышленных предприятиях, но и на открытом воздухе, под водой и даже в космосе. Производство сварочных работ сопряжено с опасностью возгораний, поражений электрическим током, отравлений вредными газами, облучением ультрафиолетовыми лучами и поражением глаз.

Ручная дуговая сварка

Для сварки используют электрод с нанесённым на его поверхность покрытием (обмазкой). При плавлении обмазки образуется защитный слой, отделяющий зону сварки от атмосферных газов (азота, кислорода), и способствующий легированию шва, повышению стабильности горения дуги, удалению неметаллических включений из металла шва, формированию шва и т. д. В зависимости от типа электрода и свариваемых материалов электросварка производится постоянным током обеих полярностей или переменным током.

Сварка в углекислом газе

Сущность процесса сварки в углекислом газе заключается в следующем. Поступающий в зону сварки углекислый газ защищает ее от вредного влияния атмосферы воздуха. При­чем при высокой температуре сварочной дуги углекислый газ частично диссоциируется на окись углерода и кислород 2С0 2 2СО +O 2 .

В результате в зоне дуги образуется смесь из трех раз­личных газов: углекислого газа, окиси углерода и кислорода.

Вследствие того, что температура дуги не везде одинако­ва, неодинаков и состав газовой смеси в зоне дуги. В централь­ной части, где температура дуги высокая, углекислый газ диссоциирует почти полностью. В области, прилегающей к сварочной ванне, количество углекислого газа преобладает над суммарным количеством кислорода и окиси углерода. Все три компонента газовой смеси защищают металл от воздействия воздуха, в то же время окисляют его как при переходе капель электродной проволоки в сварочную ванну, так и на поверхности

Газовая сварка

Газовая, или газоплавильная сварка, также газосварка - сваркаплавлением с применением смесикислородаи горючегогаза, преимущественноацетилена; реже -водорода,пропана,бутана, и т.д. Тепло, выделяющееся при горении смеси кислорода и горючего газа, оплавляет свариваемые поверхности и присадочный материал с образованием сварочной ванны - металла свариваемого шва, находящегося вжидкомсостоянии. Пламя может бытьокислительным или восстановительным, это регулируется количеством кислорода. В зависимости от состава основногометаллавыбирают состав присадочных прутков

Газовая резка

Газовая резка производится путем сжигания металла в кислороде, который выходит струей из газовой горелки-резака и выдувает сгоревшие частицы металла. Предварительно металл в месте реза прогревается пламенем смеси кислорода и ацетилена. Во время горения при резе металла его нижележащие слои прогреваются теплом, выделяющимся при горении.

Этот способ резки применим в тех случаях, когда температура плавления разрезаемых металлов выше температуры плавления их окислов. Последние должны быть достаточно жидкотекучи в расплавленном состоянии, чтобы можно было их легко удалять из реза струей кислорода.

Применяется следующие оборудование: Сварочный аппарат Оливер ВД-350,Сварочный аппарат Оливер ПДУ-350.1К,Сварочный аппарат ОЛИВЕР MMA 200,Электроды S-7016,Электроды МР-3

На «Могилевский завод «Строммашина» данные работы производят в механоконструкционном цехе №1, механосборочном цехе№10, сборочно-малярном цехе №15

Цель: Закрепить знания по темам антикоррозийная обработка, пескоструйная обработка, полимерное окрашивание.

1.5.1) Комплексная работа

Комплексная обработка металла:

1)антикоррозийная;

2)пескоструйная;

3) полимерное окрашивание;

1)Коррозия – одна из основных проблем в решении вопроса обеспечения долговечности металлических конструкций. Причина возникновения этого негативного явления - химическое воздействие на металл окружающей среды, в результате которого происходит его постепенное окисление и разрушение. И всем известно, что гораздо тяжелее остановить коррозию металла, чем её предотвратить, поэтому превентивные меры по обработке металлических конструкций так актуальны сегодня для строителей. Наиболее эффективным на сегодняшний день способом борьбы с коррозией металла является комплексная антикоррозийная обработка, которая обеспечивает безопасность, правильное функционирование конструкций и значительно продлевает срок службы сооружений из металла и оборудования с металлическими элементами.

Холодное цинкование

Основной метод антикоррозийной обработки металлоконструкций - это холодное цинкование - один из широко признанных способов защиты стали от коррозии. Он объединяет достоинства традиционных способов обработки металлоконструкций - цинкования и лакокрасочных покрытий. Основной компонент цинк-наполненных композиций - высокодисперсный порошок цинка. Цинк-наполненные композиции наносят при обработке металлических конструкций традиционными лакокрасочными методами (распыление, кисть, валик) на предварительно подготовленную поверхность металла. В результате образуется покрытие с содержанием цинка до 97%.

Холодное цинкование обеспечивает комбинированную защиту стали, сочетающую протекторный (катодный) механизм подобно цинковым металлическим покрытиям (горячее цинкование, гальваника) и гидроизолирующий механизм подобно традиционным лакокрасочным материалам. Благодаря этому холодное цинкование в сфере антикоррозийной обработки металлоконструкций превосходит другие методы по устойчивости к коррозии и срокам службы покрытия. Холодное цинкование многофункционально: цинк-наполненные покрытия могут применяться в различных эксплуатационных условиях в качестве самостоятельного покрытия или в качестве грунтовки в комбинированных системах в сочетании с лакокрасочными покрытиями различного назначения.

Кафедра технологии машиностроения

Контрольная работа

по дисциплине «Технология машиностроения»

на тему: Технология и оборудования термической обработки в машиностроение

Новосибирск

Введение………………………………………………………………………...3

1. Технология термической обработки …….………………………………..4

1.1 .Отжиг стали …………………………………………………………………4

1.2 .Нормализация стали.…...………………………………………………….7

1.3 .Закалка стали …………………………………..……………………………7

1.4 .Обработка стали холодом …………………………..……………………...9

1.5 .Отпуск закаленной стали ………………………………………………… 9

2. Термическая обработка чугунов ………………………………………...10

2.1 .Отжиг чугуна ……………..……………………………………………..…10

2.2 .Нормализация чугуна.................................................................................12

2.3 .Закалка чугуна..………………………………………………………..… 13

2.4 .Отпуск……………………………………………………………………...14

3. Технология термической обработки цветных металлов…………………14

3.1 .Алюминий и его сплавы……………………………………………………14

3.2 .Титан и его сплавы…………………………………………………………17

3.3 .Магний и его сплавы………………………………………………………. 18

3.4 .Медь и его сплавы…………………………………………………………..19

4. Оборудования для термической обработки………………………………..19

Заключение……………………………………………………………………...24

Список литературы……………………………………………………………...25

Введение

В развитии машиностроительной промышленности значитель­ная роль принадлежит термистам, так как термическая обработка является одной из основных, наиболее важных операций общего технологического цикла обработки, от правильного выполнения которой зависит качество (механические и физико-химические свойства) изготовляемых деталей машин и механизмов, инстру­мента и другой продукции.

Перспективным направлением совершенствования технологии термической обработки является интенсификация процессов на­грева, установка агрегатов для термической обработки в механи­ческих цехах, создание автоматических линий с включением в них процессов термической обработки, а также и разработка методов, обеспечивающих повышение прочностных свойств металлических материалов и эксплуатационных свойств деталей, их надежности и долговечности. Только изучив теорию и практику термической обработки металлов, термист может успешно работать на современ­ных машиностроительных заводах, успешно внедрять в техноло­гию термической обработки новейшие достижения науки и тех­ники, бороться за механизацию и автоматизацию технологических процессов.

Целью работы является рассмотрение оборудования и технологии термической обработки.

1. Технология термической обработки стали

1.1. Отжиг стали

Отжигом называют вид термической обработки состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдержке и медленном охлаждении.

В процессе отливки, прокатки или ковки стальные заготовки охлаждаются неравномерно, что приводит к неоднородности структуры и свойств, возникновению внутренних напряжений. Для устранения различного рода структурных неоднородностей проводят отжиг.

Различают несколько видов отжига различающихся по технологии выполнения и цели. Для измельчения зерна перегретой стали, снижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием применяют полный, неполный, изотермический отжиги и отжиг на зернистый перлит. Для уменьшения внутреннего напряжения, снижения твердости, повышения пластичности и изменения формы зерен холоднодеформированного металла применяют рекристаллизационный отжиг. Для устранения внутрикристаллитной ликвации в легированных сталях - высокотемпературный диффузионный отжиг .

Температурные интервалы основных видов отжига для углеродистых сталей представлены на рис.1.

Рис. 1. Температурные интервалы нагрева различных видов отжига:

1 – полный и изотермический; 2 – неполный; 3 – отжиг на зернистый перлит; 4 – рекристаллизационный.

Полный отжиг проводится для доэвтектоидных и эвтектоидных сталей. Температура нагрева на 30°-50°С выше А3, т.е. структуру полностью переводят в аустенитное состояние. После выдержки сталь медленно охлаждают в печи. Скорость охлаждения углеродистых сталей 100-150 °С/час, легированных - 30-40 °С/час. Структура стали после полного отжига получается феррито-перлитная, т.е. такая, как по диаграмме Fe-C.

Неполный отжиг проводят практически для инструментальных заэвтектоидных сталей, только в том случае, если в структуре нет цементита по границам зерен (сетка цементита). Если есть сетка цементита, то для ее устранения применяют нормализацию, что будет рассмотрено ниже. Температура нагрева на 30°-50°С выше А1 (750°-780°С). При нагреве структура будет состоять из аустенита и цементита, после медленного охлаждения из перлита и цементита.

Изотермический отжиг проводят с той же целью, что и полный, но время на его проведение требуется меньше (рис.2) .

Рис. 2. Режим охлаждения при изотермическом (1) и полном отжиге (2).

После нагрева до температуры на 30°-50°С выше А1, выдержке для выравнивания температуры по сечению, сталь подстуживают немного ниже А1 (650°-700°С) и выдерживают при этой температуре до полного распада аустенита на феррит и перлит, дальнейшее охлаждение с любой скоростью.

В отличие от других видов отжига здесь распад аустенита проходит не при непрерывном охлаждении, а в изотермических условиях (при постоянной температуре). Проводить такой отжиг проще, т.к. контролировать температуру легче, чем скорость охлаждения.

Изотермический отжиг обычно применяют для легированных сталей обладающих высокой устойчивостью аустенита (кривая изотермического распада сильно сдвинута вправо). Такой отжиг можно применять только для мелких заготовок, у которых температура по сечению выравнивается сравнительно быстро.

Отжиг на зернистый перлит проводят с целью улучшить обрабатываемость резанием за счет снижения твердости при переводе пластинчатого перлита в зернистый. Такой отжиг применяют для эвтектоидной и заэвтектоидных сталей (при отсутствии сетки цементита) .

Отжиг проводят по одному из следующих режимов:

1. Нагрев на 20°-30°С выше А1, выдержка 3-5 часов, медленное охлаждение

2. Нагрев до тех же температур с небольшой выдержкой, охлаждение до 600°С, снова нагрев до 740°-750°С и снова охлаждение до 600°С. Такие циклы нагрева и подтуживания повторяют 2-4 раза, т.е. проводят как бы покачивание температуры стали около А1. Поэтому такой отжиг называют еще маятником отжигом. Графически режим маятникового отжига представлен на рис.3 .

Отжиг рекристаллизационный применяют для снижения прочности, твердости, повышения пластичности и устранения вытянутости зерен после холодной пластической деформации (например, промежуточные отжиги при волочении проволоки). Такому отжигу подвергают малоуглеродистые стали, так как высокоуглеродистые стали в холодном состоянии деформируются плохо и их такой обработке практически не подвергают.

Нагрев при этом отжиге проводят ниже температуры А1 до 600°-700°С с последующим охлаждением в печи или на воздухе. При этом временное сопротивление разрыву (высокое после деформации) снижается, а пластичность растет.

1.2. Нормализация стали

Нормализация заключается в нагреве стали на 30°-50°С выше критических температур А3 и Асм (рис.4) с последующим охлаждением на воздухе .

Рис. 4. Фрагмент диаграммы Fe-C

Цель нормализации доэвтектоидных конструкционных сталей несколько повысить прочность (по сравнению с прочностью после отжига) за счет измельчения структурных составляющих (феррита и перлита).

Цель нормализации заэвтектоидных инструментальных сталей - устранить цементитную сетку по границам перлитных зерен и тем самым предотвратить повышенную хрупкость стали при последующей закалке .

1.3. Закалка стали

Закалка - вид термической обработки состоящий в нагреве стали до определенных температур (доэвтектоидных на 30°-40°С выше А3, заэвтектоидных на 30°-40°С выше А1), выдержке и быстром охлаждении, со скоростью более верхней критической.

Цель закалки - повысить твердость, прочность, износоустойчивость.

Скорость охлаждения при закалке обычно задают охлаждающей средой (вода, масло, специальные среды).

Используются несколько способов закалки, которые классифицируются по методу охлаждения. Закалка в одном охладителе (воде или масле). Наиболее простой и распространенный способ. Однако некоторые стали при охлаждении в воде склонны к возникновению трещин. При охлаждении в масле скорость охлаждения меньше, но многие стали при таком охлаждении не закаливаются (скорость охлаждения меньше Vвкз и мартенсит не образуется).

Закалка в двух охладителях (через воду в масло)

При этом методе в верхнем интервале температур скорость охлаждения велика, но сталь достаточно пластична и значительных напряжений не возникает. В области же мартенситного превращения (ниже 300°С) скорость охлаждения при переносе детали в масло значительно меньше, что практически исключает образование трещин. Твердость при таком методе закалки такая же, как при закалке в воде.

Ступенчатая закалка заключается в том, что после нагрева детали переносят в печь-ванну с расплавом щелочей (обычно КОН+NaOH). Нагретую до температуры немного выше начала образования мартенсита (350°-400°С), выдерживают небольшое время для выравнивания температуры по сечению, а затем охлаждают в масле или на воздухе. Твердость после такой закалки такая же, как и в предыдущих способах, но напряжения и вероятность образования трещин еще меньше. Ступенчатая закалка применяется только для мелких изделий (до 10 мм) из углеродистых сталей. Для более крупных деталей ее не применяют, так как в расплаве щелочей скорость охлаждения внутри детали мала.

Изотермическая закалка проводится так же как и ступенчатая, но в расплаве щелочей детали выдерживают более длительное время (до полного распада аустенита на бейнит). При этом существенных напряжений не возникает, но твердость получается ниже, чем при других способах закалки. Преимуществом этого способа является то, что после него не требуется отпуска. Изотермическая закалка обычно применяется для деталей сложной формы, склонных к деформациям и образованию трещин .

Все рассмотренные способы закалки показаны на диаграмме распада переохлажденного аустенита на рис.5 .

Рис.5. Различные способы закалки: 1 – в одном охладителе, 2 – в двух охладителях, 3 – ступенчатая, 4 - изотермическая

1.4. Обработка стали холодом

Обработку стали холодом применяют для уменьшения количества остаточного аустенита в закаленных высокоуглеродистых сталях. При охлаждении до -70..-190°С остаточный аустенит превращается в мартенсит.

Обработку холодом проводят непосредственно после закалки путем погружения изделий в смесь авиационного бензина с жидким азотом на 1-1,5 часа.

Обработка холодом обычно применяется:

1. Для инструмента из быстрорежущих сталей и деталей

шарикоподшипников с целью повышения твердости;

2. Для улучшения свойств постоянных магнитов;

3. Для стабилизации размеров точного измерительного инструмента (например, калибров) .

1.5. Отпуск закаленной стали

Отпуск - вид термической обработки состоящий в нагреве закаленной стали до температур ниже А1, выдержке и охлаждении в воде или на воздухе.

Отпуску подвергают все закаленные стали с целью уменьшения внутренних напряжений, повышения ударной вязкости при некотором снижении твердости и прочности.

В зависимости от требований предъявляемых к изделиям их подвергают отпуску при различных температурах.

Низкий отпуск (150°-220°С) проводится с целью чуть-чуть снизить остаточные напряжения без существенного снижения твердости. Применяется для металлорежущего инструмента из высокоуглеродистых сталей и деталей работающих на истирание (например, шестерни). Получаемая структура - отпущенный мартенсит.

Средний отпуск (300°-500°С) проводят с целью более полно снять напряжения и повысить ударную вязкость за счет более значительного снижения твердости. Применяется для деревообрабатывающего инструмента, рессор, пружин, штампов. Получаемая структура - тростит отпуска.

Высокий отпуск (500°-680°С) проводят обычно для деталей из легированных сталей с целью получить хорошее сочетание прочности и ударной вязкости .

2.Термическая обработка чугунов.

Термическую обработку чугунов проводят с целью снятия внутренних напряжений, которые возникают при литье и вызывают изменения размеров и формы отливки с течением времени, снижение твёрдости и улучшение обрабатываемости резанием, повышение механических свойств.

Чугун подвергают отжигу, нормализации, закалке и отпуску, а также некоторым видам химико-термической обработки (азотированию, алитированию, хромированию) .

Отжигу для снятия внутренних напряжений подвергают чугуны при следующих температурах:

­- серый чугун с пластинчатым графитом 500° –570°С;

Высокопрочный с шаровидным графитом 550° – 650°С;

Низколигированный 570° – 600°С;

Высоколигированный чугун (типа нирезист) 620° – 650°С.

Нагрев медленный со скоростью 70° – 100°С/ час, выдержка при температуре нагрева зависит от массы и конструкции отливки и составляет от 1-го до 8-ми часов. Охлаждение до 250°С (для предупреждения возникновения термических напряжений) медленное, со скоростью 20° – 50°С /ч, что достигается охлаждением отливки вместе с печью. Далее отливки охлаждают на воздухе.

При этом отжиге фазовых превращений не происходит, а снимаются внутренние превращения, повышается вязкость, исключается коробление и образование трещин в процессе эксплуатации.

Графитизирующий отжиг применяют для получения ковкого чугуна из белого чугуна и для устранения отбела отливок из серого чугуна.

Графитизацию при температурах выше критической можно представить следующим образом:

Цементит → аустенит и графит .

Процесс графитиззации начинается с возникновения графитных центров, которые наиболее легко зарождаются в местах нарушения сплошности – в закалочных и деформационных микротрещинах, усадочных микропорах. В исходном состоянии белый доэвтектический чугун имеет структуру, которая состоит из перлита, вторичного и эвтектического цементита. При переходе через эвтектоидный интервал температур перлит превращается в аустенит, а при повышении температуры до 950°-1000°С происходит распад цементита (эвтектического и вторичного) и образуется структура аустенит и графит. Этот процесс называют первой стадией графитизации.

Полной графитизации, то есть получения структуры, которая состоит из перлита и графита, можно достигнуть охлаждением чугуна;

1. в эвтектоидном интервале температур с такой скоростью, чтобы происходил прямой эвтектоидный распад аустенита на феррит и графит

(А → Ф + Г);

2. немного ниже эвтектоидного интервала температур с образованием из аустенита перлита с выдержкой при этой температуре для графитизации эвтектоидного цементита (Ц → Ф + Г).

И в том и в другом случае будет получаться структура феррит и графит; этот процесс называют второй стадией графитизации.

Отжиг с предварительной закалкой заключается в том, что белый чугун подвергают закалке с 900°-950°С в воде или масле. При закалке, во время мартенситного превращения, образуются многочисленные микротрещины, в которых наиболее легко зарождаются центры графитизации.

Отжиг с предварительной низкотемпературной выдержкой заключается в том, что белый чугун выдерживают в течении 6-ти - 8-ми часов при температуре 350°-400°С. Число центров графитизации увеличивается, и сокращается время отжига. Механизм влияния низкотемпературной выдержки ещё не установлен.

Низкотемпературный отжиг применяют для снятия внутренних остаточных напряжений отливок серого чугуна. Данный отжиг проводят по следующему режиму: медленный нагрев отливок (30°-180°С/ч) до 530°-620°С, выдержка при этой температуре 1-4 часа (с момента нагрева до заданной температуры наиболее толстого сечения отливки) и медленное охлаждение вместе с печью со скоростью 10°-30°С/ч до 250°-400°С. В результате такого отжига внутренние остаточные напряжения уменьшаются на 80-85% и увеличивается количество феррита .

2.2 Нормализация

Нормализацию применяют для увеличения связанного углерода, повышения твердости, прочности и износостойкости серого, ковкого и высокопрочного чугунов. При нормализации чугун нагревают выше температур интервала превращения (850°-950°С) и после выдержки в течение 0.5-3.0 часа, при которой должно произойти насыщение аустенита углеродом, охлаждают на воздухе.

Растворение графита в Y-фазе является важным процессом при нормализации чугуна с ферритной или феррито-перлитной структурой. Этот процесс подобен цементации стали; разница в том, что при цементации происходит насыщение поверхностного слоя стальной детали углеродом из внешней среды, а при нагреве чугунной отливки «карбюризатором» являются многочисленные включения графита, расположенные в металлической основе, и насыщение углеродом происходит во всём объёме отливки .

2.3 Закалка

При закалке чугуна превращения аналогичны превращениям, происходящим при закалке стали. Но в связи с наличием в чугуне включений графита закалка чугунов имеет следующие особенности.

Закалка проводится из двухфазного аустенито-графитного состояния.

При нагреве происходит растворение графита в аустените, в связи с чем, несмотря на различную исходную структуру чугуна, превращению при охлаждении подвергается аустенит с эвтектоидной или заэвтектоидной концентрацией углерода. Закалке подвергают серый, ковкий и высокопрочный чугун для повышения твёрдости, прочности и износостойкости. По способу выполнения закалка чугуна может быть объёмной непрерывной, изотермической и поверхностной.

При объёмной непрерывной закалке чугун нагревают под закалку (медленно для отливок сложной конфигурации) до температуры на 40° – 60°С выше интервала превращения (обычно до 850° – 930°С) с получением структуры аустенит и графит. Затем дают выдержку для прогрева и насыщения аустенита углеродом; выдержка тем длиннее, чем больше феррита и меньше перлита, например, 10 – 15 мин для перлитных чугунов и до 1,5 – 2 часа для ферритных чугунов. Отливки охлаждают в воде (простой конфигурации) или в масле (сложной конфигурации).

При изотермической закалке чугун нагревают до 830° – 900°С выдерживают 0,2 – 1,5 часа и охлаждают в расплавленных солях, имеющих температуру 250° – 400°С, и после выдержки охлаждают на воздухе. Структура чугуна после изотермической закалки состоит из бейнита, остаточного аустенита и графита. Преимущество изотермической закалки – резкое уменьшение закалочных напряжений и коробления.

Поверхностную закалку с нагревом с помощью токов высокой частоты применяют для повышения поверхностной твёрдости и износостойкости чугунных отливок. Поверхностной закалке рекомендуется подвергать перлитные чугуны. Это объясняется тем, что при нагреве перлитных чугунов нет необходимости в насыщении аустенита углеродом за счёт растворения графита. Превращения, происходящие при поверхностной закалке таких чугунов, аналогичны превращениям при поверхностной закалке перлитных чугунов 840° – 950°С, время нагрева – несколько секунд, скорость нагрева около 400°С/с, охлаждение в воде или эмульсии. Микроструктура поверхностного слоя – мелкоигольчатый мартенсит и включения графита. После поверхностной закалки проводится низкий отпуск. Поверхностной высокочастотной закалке подвергают детали из перлитного чугуна, работающие на износ – направляющие станин станков (изготовляемые из модифицированного серого чугуна), коленчатые и кулачковые валы (из высокопрочного чугуна), гильзы цилиндров (из легированного чугуна) и другие детали .

2.4 Отпуск

Отпуск проводится с целью снятия термических напряжений, повышения твёрдости, прочности и износостойкости. Нагрев проводят медленный для

сложных изделий до температуры 150° – 300°С для деталей работающих на износ или 400° – 600°С, затем дают выдержку 1 – 3 часа. Охлаждение проводят на воздухе .

3. Технология термической обработки цветных металлов.

3.1Алюминий и его сплавы

подвергают различным видам термической обработки в зависимости от состава сплавов, вида полуфабрикатов, деталей и заготовок, а также их назначения. В алюминии нет полиморфного и мартенситного превращений. Поэтому для алюминиевых сплавов виды термической обработки, связанные с этими превращениями, исключены.

Отличительная особенность алюминия заключается в его высокой теплопроводности, поэтому проблема прокаливаемости имеет важного значения. Склонность алюминия и его сплавов к взаимодействию с газами, составляющими атмосферу печи, невелика. Поэтому не возникало особой необходимости.

Наибольшее распространение для алюминиевых сплавов получили три вида термической обработки: отжиг, закалка и старение.

Отжиг. Отжиг алюминиевых сплавов применяют в том случае, когда необходимо ликвидировать нежелательные последствия, связанные с неравновесностью структуры. Наиболее часто при неравновесной структуре наблюдается пониженная пластичность, низкая коррозионная стойкость и недостаточная деформационная способность. Применительно к алюминиевым сплавам наиболее распространены следующие ее разновидности:

1. Неравновесное состояние, свойственное литым сплавам. При получении слитков и отливок скорости охлаждения достаточно высоки, и поэтому кристаллизация протекает в неравновесных условиях, что приводит к явлениям дендритной ликвации компонентов сплава. При этом легирующие компоненты в примеси распределяются неравномерно по объему литых зерен, а на границах появляются неравновесные интерметаллические фазы. Такой характер структуры обусловливает низкую технологическую пластичность сплавов и малую коррозионную стойкость.

2. Неравновесное состояние, вызванное пластической деформацией, при которой происходят существенные структурные изменения, часть энергии деформации поглощается, и свободна" энергия системы повышается.

3. Неравновесное состояние, являющееся результатом предыдущей термической обработки. Основная особенность такого состояния - присутствие в сплаве более или менее пересышеного легирующими компонентами твердого раствора на основе алюминия.

4. Неравновесное состояние, вызванное остаточными напряжениями в объеме металла.

При отжиге, основными параметрами которого являются температура и скорость нагрева, а также продолжительность выдержки при заданной температуре, все рассмотренные выше отклонения от равновесного состояния могут быть устранены. При этом пластичность сплавов всегда возрастает.

Для алюминиевых сплавов применяют следующие виды отжига: гомогенизационный отжиг, рекристаллизационный отжиг деформированных полуфабрикатов, отжиг термически упрочненных сплавов для разупрочнения и отжиг для снятия остаточных напряжений .

Закалка. Сущность процесса состоит в нагреве сплавов до температур, достаточных для растворения низкотемпературных фаз, выдержке при этих температурах и охлаждении со скоростями, обеспечивающими отсутствие процессов распада.

Температуру нагрева под закалку выбирают в зависимости от природы сплава. Так как растворение неравновесных фазовых процессов - диффузионный, то температура закалки должна быть возможности высокой. Она не может превышать темпера неравновесного солидуса сплавов из-за возникновения пережога, резко снижающего механические свойства. Продолжительность выдержки при температуре нагрева под закалку определяется скоростью растворения легирующих элементов, входящих в избыточные фазы, и зависит от природы сплава, его структурного состояния и условий нагрева. Скорости охлаждения при закалке должны обеспечивать фиксацию в твердом растворе концентраций легирующих компонентов, свойственных высоким температурам. При выборе охлаждающей среды необходимо принимать во внимание и толщину изделий .

Старение. Старение применяют для повышения прочностных характеристик алюминиевых сплавов. Для этого можно использовать естественное и искусственное старение.

Изменения структуры и свойств определяются разными механизмами распада в зависимости от температуры и времени старения. При низких температурах или коротких временах выдержки упрочнение связано с образованием зон Гинье -Престона (ГП) (рис.6) .

Рис.6 Схема зоны Гинье-Престона (по Герольду): белые кружки - атомы алюминия; черные - атомы меди

Этот вид старения, являющийся основным для сплавов типа дуралюмина, называют зонным старением. С увеличением температуры старения или времени выдержки может проявиться другой механизм упрочнения, когда оно достигается вследствие выделения из твердого раствора метастабильных фаз, которые имеют с матрицей когерентные или полукогерентные границы. Такое старение, протекающее обычно при повышенных температурах, называют фазовым старением:

Дальнейшее увеличение времени старения приводит к тому, что образуются выделения стабильных фаз, имеющие с матрицей некогерентные границы. Коагуляция этих фаз разупрочняет сплавы, и соответствующий вид старения называют коагуляционным старением.

Возврат при старении. Этот вид термической обработки применяют к закаленным и естественно состаренным алюминиевым сплавам. Сущность этого вида термообработки сводится к следующему. Если естественно состаренный сплав алюминия нагреть на очень короткий промежуток времени до температур, превышающих линию сольвуса для зон Гинье - Престона, то зоны растворяются, а процессы фазового старения еще не успевают протекать. При последующем быстром охлаждении структура и свойства сплава соответствуют свежезакаленному состоянию .

3.2 Титан и его сплавы

Титан серебристо-белый легкий металл с плотностью 4,5 г/см³. Температура плавления титана зависит от степени чистоты и находится в пределах 1660…1680°С.

Чистый иодидный титан, в котором сумма примесей составляют 0,05…0,1 %, имеет модуль упругости 112 000 МПа, предел прочности около 300 МПа, относительное удлинение 65%. Наличие примесей сильно влияет на свойства. Для технического титана ВТ1, с суммарным содержанием примесей 0,8 %, предел прочности составляет 650 МПа, а относительное удлинение – 20 %.

При температуре 882°С титан претерпевает полиморфное превращение, титан с гексагональной решеткой переходит в – титан с объемно-центрированной кубической решеткой. Наличие полиморфизма у титана создает предпосылки для улучшения свойств титановых сплавов с помощью термической обработки.

Титан имеет низкую теплопроводность. При нормальной температуре обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, в воде, в органических и неорганических кислотах (не стоек в плавиковой, крепких серной и азотной кислотах), благодаря тому, что на воздухе быстро покрывается защитной пленкой плотных оксидов. При нагреве выше 500°С становится очень активным элементом. Он либо растворяет почти все соприкасающиеся и ним вещества, либо образует с ними химические соединения.

Титановые сплавы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими:

Сочетание высокой прочности( МПа)с хорошей пластичностью ;

Малая плотность, обеспечивающая высокую удельную прочность;

Хорошая жаропрочность, до 600…700°С;

Высокая коррозионная стойкость в агрессивных средах.

Однородные титановые сплавы, не подверженные старению, используют в криогенных установках до гелиевых температур .

3.3 Магний и его сплавы

Магний – очень легкий металл, его плотность – 1,74 г/см³. Температура плавления – 650°С. Магний имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку. Очень активен химически, вплоть до самовозгорания на воздухе. Механические свойства технически чистого магния (Мг1): предел прочности – 190 МПа, относительное удлинение – 18 %, модуль упругости – 4500 МПа. Основными магниевыми сплавами являются сплавы магния с алюминием, цинком, марганцем, цирконием. Сплавы делятся на деформируемые и литейные. Сплавы упрочняются после закалки и искусственного старения. Закалку проводят от температуры 380…420°С, старение при температуре 260…300°С в течение 10…24 часов. Особенностью является длительная выдержка под закалку – 4…24 часа .

3.4 Медь и ее сплавы

Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку. Плотность меди 8,94 г/см³, температура плавления 1083°С. Характерным свойством меди является ее высокая электропроводность, поэтому она находит широкое применение в электротехнике. Технически чистая медь маркируется: М00 (99,99 % Cu), М0 (99,95 % Cu), М2, М3 и М4 (99 % Cu). Механические свойства меди относительно низкие: предел прочности составляет 150…200 МПа, относительное удлинение – 15…25 %. Поэтому в качестве конструкционного материала медь применяется редко. Повышение механических свойств достигается созданием различных сплавов на основе меди. Различают две группы медных сплавов: латуни – сплавы меди с цинком, бронзы – сплавы меди с другими (кроме цинка) элементами .

4. Оборудование для термической обработки

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. 7) и автоматизированные агрегаты .

Рис. 7. Механизированная электропечь:

1 - нагревательная камера; 2 - закалочная камера; 3 - подъемный столик; 4 - вентилятор; 5 - нагрева­тели; 6 - цепной механизм для передвижения поддона с деталями

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 1. 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 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 за­калки 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. 8), нагрев происходит последовательно путем перемещения изделия относительно индукто­ра с рассчитанной скоростью .

Рис. 8. Расположение индуктора, закали­ваемой цилиндрической детали и спрейера при закалке с нагревом ТВЧ:

I - деталь; 2 - индуктор; 3 - спрейер

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-термиче­ской обработки, поверхностного наклепа об­катки), состоит также в том, что в поверх­ностных слоях деталей возникают значи­тельные сжимающие напряжения. 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 корпусных 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 .

Заключение

В данной работе были рассмотрены основные виды термических обработок, различных материалов, и оборудования применяемое в производстве.

Непрерывное улучшение качества, повышение производительно­сти, надежности и долговечности машин в значительной степени оп­ределяется прогрессом технологии, важнейшим этапом которой яв­ляется термическая обработка, формирующая окончательные, экс­плуатационные свойства металлов.

Основными материалами, которые подвергаются термической обработки являются сталь, чугун, цветные металлы и их сплавы.

Совершенствование процессов термической обработки наряду с правильным выбором материалов для конкретных условий эксплуа­тации приводит к уменьшению металлоемкости изделий, снижению трудоемкости их изготовления, экономии материальных и энергети­ческих ресурсов, повышению производительности труда.

Важным фактором является выбор правильного технологического режима, который включает себя: отжиг, нормализация, отпуск, старения и т.д

Список литературы

1. Технология термической обработки метала / А.И. Самохоцкий, Н.Г. Парфеновская. – М.: Машиностроение, 1976.

2. Блюм Э.Э., Потехин Б.А., Резников В.Г [Электронный ресурс] // Основы термической обработки сталей /Свободный доступ из сети Интернет. - http://tmetall.narod.ru/mater/materpos/konspekt1.html

3. Седов Ю.Е., Адаскин А.М. Справочник молодого термиста – М: “Высшая школа”, 1986, с. 113.

4. Материаловедение:Учебник для высших техни­ческих учебных заведений./ Б. Н. Арзамасов, И. И. Сидорин, Г. Ф. Косолапое и др.; Под общ. ред. Б. Н. Арзамасова.- 2-е изд., испр. и доп.- М.: Машиностроение, 1986.-384 с, ил.

5. Третьякова Н.В [Электронный ресурс] // Материаловедение /Свободный доступ из сети Интернет. - http://elib.ispu.ru/library/lessons/tretjakova/index.html

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.

Термический цех или участок – это помещение с необходимым для термической обработки оборудованием и механизмами, а также с мощной приточно-вытяжной вентиляцией.

Для нагревания стали используют кокс, горючие газы, нефть, а также электрический ток.

Различают следующие виды термических печей: электрические, газовые, печи, работающие на жидком и твердом топливе, а также установки для нагрева токами высокой (ТВЧ) и промышленной частоты. В небольших цехах и мастерских используют печи с газовым, нефтяным или коксовым нагревом.

Наиболее широко для нагрева при термообработке используют электропечи: камерные с металлическими или карборундовыми нагревателями, шахтные, печи-ванны, тигельные печи-ванны, конвейерные, толкательные, барабанные.

Охлаждение стали можно производить на воздухе, в воде, водных растворах, маслах, жирах и на стальных плитах. Оборудование для охлаждения – это ванны и баки с охлаждающей жидкостью, как правило, проточной, баки с внутренним змеевиком для подогрева жидкости и другое оборудование.

Определение температуры при термической обработке можно производить на основании цвета излучения нагретой стали или с использованием измерительных приборов.

Ориентировочно температуру можно определить по цвету нагретого металла (табл. 23).

К измерительным приборам для измерения температур относятся различные термометры (манометрические термометры, термометры сопротивления и др.), термопары, оптические пирометры, термоэлектрические пирометры и термокарандаши.Используют следующие методы определения твердости металла. Неточные методы: проба напильником, проба по цвету искры при заточке изделия на шлифовальном круге (см. также п. 3.3). Точные методы определения твердости: по Бринеллю (вдавливание стального шарика в исследуемый металл, обозначение твердости HB ), по Роквеллу (вдавливание в исследуемый металл алмазного конуса, обозначения HR, HRB, HRC и HRA ), по Виккерсу (вдавливание в исследуемый материал алмазной пирамиды, обозначение HV ), а также по методу упругой отдачи Шора (по высоте отскакивания шарика или бойка от обработанной поверхности, обозначение HSD ).

Отжигом называют термическую операцию, заключающуюся в нагревании материала до определенной температуры, выдерживании его при этой температуре и медленном охлаждении.

Целью отжига углеродистой стали является снятие внутренних напряжений, получение мелкозернистой структуры стали, уменьшение твердости, улучшение обрабатываемости, а также увеличение пластичности и вязкости стали.

Различают следующие виды отжига углеродистых сталей: для снятия наклепа, диффузионный, рекристаллизационный, изотермический, на зернистый перлит, нормализация.

Диффузионный отжиг – нагревание стали до температуры 1000–1250 °C (оптимальная температура 1150 °C), выдерживание при этой температуре в течение определенного времени и последующее медленное охлаждение в течение 6–8 ч до температуры 800–890 °C в печи, а затем – на воздухе. Целью этой операции является уменьшение неоднородности химического состава деталей, имеющих внутрикристал-лическую ликвацию. Эта операция используется для крупного стального литья и крупных слитков из легированных сталей.

Бывший в пользовании инструмент (молоток, зубило, пробойник, напильник, плашка и т. д.) с целью его переделки или исправления подвергают нормализации. Отжиг этого вида основан на нагревании стали до определенной температуры, кратковременной выдержке при этой температуре и последующем постепенном охлаждении на воздухе.

Отжиг стали производится в печах, предназначенных для нагревания стали при различных процессах термической обработки.

Закалкой называется технологический процесс термической обработки, применяемый для получения высоких механических свойств стальных изделий за счет изменения их структуры. Закалка состоит в нагревании изделия до определенной температуры, выдержке при этой температуре для ее выравнивания по всему сечению изделия и быстром охлаждении. Применяют следующие виды закалки: в одном или двух охладителях, струйчатую, ступенчатую и изотермическую.

Способ нагревания стали оказывает большое влияние на весь дальнейший процесс термической обработки. Перед нагреванием стали для закалки следует прежде всего определить вид и сорт стали. Если сталь не подвергалась отжигу, следует ее отжечь. Сталь необходимо очистить от грязи и следов жира.

Чем меньше в стали содержание углерода, тем выше температура нагревания.

Нагрев изделий под закалку производят одним из трех способов: в печах с газовой атмосферой – мазутных, нефтяных, газовых, электрических; в ваннах с жидкими средами – расплавленными солями или металлами; токами высокой частоты.

Скорость нагрева изделий зависит от способа их укладки, массы загружаемых в печь или ванну изделий, от их габаритных размеров и теплопроводности.

Время нагрева до 800 °C цилиндрических деталей на 1 мм диаметра в электропечах составляет примерно 40–50 с, а в мазутных и нефтяных печах – 35–40 с.

В качестве жидких сред для нагрева до 800 °C применяются свинцовые или соляные ванны. Время нагрева в свинцовой ванне на 1 мм диаметра составляет 6–8 с, а в соляных – 12–15 с.

Выдержка изделия при температуре закалки необходима для выравнивания температуры по всему сечению и обеспечения завершения происходящих при этом структурных превращений. Время выдержки зависит от химического состава стали, ее теплопроводности, величины, формы и массы закаливаемых изделий. На практике время выдержки принимают равным 20–30 % от общего времени нагрева до заданной температуры.

Изделие следует правильно уложить в печи или в ванне, чтобы избежать деформирования.

Нагревание должно быть постепенным (следует избегать случайного подъема температуры) и производиться таким образом, чтобы нагревалась вся масса материала (изделия нужно часто переворачивать). За нагреванием стали необходимо наблюдать, чтобы избежать перегрева и пережога. Для предотвращения окисления стали может быть использована нейтральная атмосфера в камере печи.

Время и температура нагревания стали для закалки зависит от вида и сорта стали, от массы и формы изделия. Например, сталь углеродистая постепенно нагревается от 0 до 350 °C, а после достижения этой температуры ее можно быстро подогревать до температуры закалки.

При нагревании стали происходят структурные изменения, которые, в зависимости от времени выдержки при данной температуре, оказывают большое влияние на механические свойства стали. Применение неправильного способа или метода нагревания стали ведет к окислению или обезуглероживанию поверхности, что вызывает изменение свойств стали. Избежать таких нежелательных явлений можно при использовании для нагревания электрических печей.

Для предохранения изделий при нагревании от окисления и обезуглероживания в рабочем пространстве печи создают защитную нейтральную газовую среду Если невозможно создать защитную газовую среду изделия для нагрева упаковывают в ящики с отработанным карбюризатором, пережженным асбестом, неокисленной чугунной стружкой или наносят на изделие обмазку.

В зависимости от требований, предъявляемых к изделиям, применяют следующие способы закалки: в одной и двух жидкостях или жидких средах – вода, масло; ступенчатую – охлаждение в расплавленной соли и на воздухе; изотермическую – охлаждение в расплавленной соли с температурой около 300 °C до полного превращения аустенита, а затем в воде или на воздухе.

Для получения твердого поверхностного слоя, мягкой и пластичной сердцевины применяют закалку с самоотпуском (для закалки инструмента).

Для уменьшения внутренних термических напряжений и деформации при закалке применяется закалка с подстуживанием.

К охлаждающим жидкостям относятся масла (специальное масло для закалки, машинное или веретенное масло), вода, а также различного рода растворы (мыла, кислоты или поваренной соли в воде и др.). Растительное масло для закалки не используют.

Способ охлаждения и вид охлаждающей жидкости при закалке стали зависит от сорта и марки стали, от требуемой степени закалки, а также от конфигурации и величины закаливаемой детали.

Быстрорежущие стали относятся к группе высоколегированных. Они характеризуются красностойкостью и сохраняют высокую прочность, твердость и износостойкость при нагреве до 600–700 °C. Применяются для изготовления режущего инструмента высокой производительности. Основными легирующими материалами этих сталей являются вольфрам, ванадий и хром.

Термическая обработка быстрорежущих сталей имеет ряд особенностей, что обусловлено их пониженной теплопроводностью, наличием в их структуре значительного количества карбидов, а также низкой пластичностью стали.

Инструмент из быстрорежущей стали до температуры закалки нагревают ступенчато: вначале медленно до температуры 800–850 °C, затем быстрее до окончательной температуры закалки 1200–1300 °C. Ступенчатый нагрев позволяет избежать тепловых напряжений за счет уменьшения разности температуры поверхности и сердцевины изделия.

С целью предохранения инструмента от обезуглероживания перед нагревом его погружают в насыщенный раствор буры. Иногда предварительно подогретый до 800–850 °C инструмент перед окончательным нагревом покрывают порошком обезвоженной буры.

В качестве охлаждающей среды при закалке быстрорежущих сталей применяют подогретое минеральное масло или охлаждают инструмент на воздухе.

Структура закаленной быстрорежущей стали состоит из первичного мартенсита, остаточного аустенита и сложных карбидов.

Отпуск быстрорежущей стали следует производить как можно быстрее сразу после закалки. Как правило, рекомендуется вести многократный отпуск.

Сталь до температуры отпуска нагревается постепенно и равномерно (температура нагревания стали при отпуске находится в границах 380–570 °C в зависимости от марки стали). Выдержка после нагрева производится в течение часа. Охлаждение ведут на воздухе.

Если после закалки применяют обработку быстрорежущей стали холодом при температуре –80 °C, то производят только один отпуск.

После термической обработки структура быстрорежущей стали состоит из отпущенного мартенсита и карбидов.

Температура нагревания быстрорежущей стали для ковки в зависимости от марки составляет 950–1150 °C. В первый период до 850 °C нагревают постепенно, а затем – быстро до требуемой температуры ковки. После ковки сталь постепенно охлаждается в песке или в пепле.

Для снижения твердости стали ее нагревают до температуры 800–850 °C и выравнивают температуру по сечению. Охлаждать следует постепенно до температуры 650 °C. Дальнейшее охлаждение можно вести на воздухе (табл. 24).

Поверхностная закалка стали состоит из быстрого нагрева поверхностного слоя стали до температуры, значительно превышающей критическую, и последующего быстрого ее охлаждения. При этом обеспечивается высокая поверхностная твердость при мягкой и пластичной сердцевине детали.

В промышленности применяются следующие способы нагрева для поверхностной закалки: газопламенный (ацетилено-кислородным пламенем); контактный или индукционный электронагрев; в электролите; в соляных и металлических ваннах.

Для индукционного нагрева применяют ток промышленной, средней и высокой частоты.

В качестве электролитов при нагреве за счет пропускания тока между деталью-катодом и корпусом ванны – анодом применяются 10 %-ные растворы поваренной соли, поташа и кальцинированной соды.

Основное преимущество поверхностной закалки стали – повышение выносливости детали к воздействию разного рода динамических нагрузок (например, изгибающих, на срез) при сохранении большой износостойкости. Этот метод позволяет получить твердую износостойкую поверхность и пластичную сердцевину.

Применяя поверхностную закалку стали, сокращают время обработки, так как нагрев длится недолго. При небольшом времени обработки не происходит обезуглероживания и окисления стали. Нагревание только наружного слоя исключает возможность появления больших напряжений.

Для газопламенного нагрева стали при поверхностной закалке используют горелку, соединенную с ацетиленовым и кислородным баллонами. Ацетилено-кислородным пламенем нагревают поверхность изделия. С горелкой соединено сопло, через которое подается вода. Пламя горелки за время передвижения с определенной скоростью над поверхностью стали нагревает ее, а через сопло, находящееся за горелкой и передвигающееся вместе с ней, на нагретую поверхность подается вода, быстро охлаждающая изделие.

Только что изготовленные метчик или плашка не отжигаются: эти инструменты изготавливают из отожженной стали. Так как метчики и плашки изготавливают из инструментальной углеродистой стали У11А с содержанием углерода около 1,1 %, то температура нагрева инструмента для закалки составляет 760–780 °C (цвет каления – темно-вишневый), отпуск производится при температуре 230–240 °C (цвета налета: светло-соломенный, соломенный, темно-соломенный, желтый, переходящий в темно-желтый). Метчики и плашки охлаждаются в воде.

Твердость после закалки составляет HRC 62.

Сверла, развертки и прошивки изготовляются из инструментальной углеродистой стали У10А или У11А с содержанием углерода 1,0–1,1 %. Температура закалки составляет 760–780 °C (цвет каления – темно-вишневый). Отпуск инструмента ведется при температуре 220–240 °C (цвета налета: светло-соломенный, соломенный, темно-соломенный, переходящий в желтый). Охлаждение инструмента производится в воде.

Напильники, шаберы и режущий инструмент изготовляются из инструментальной высокоуглеродистой стали У12А или У13А с содержанием углерода 1,15–1,3 %. Температура закалки составляет 760–780 °C (цвет каления – от красного до вишневого). Отпускают инструмент при температуре 180–230 °C (цвет налета от белого до желтого). Охлаждение производится в воде.

Инструмент для ковки, слесарные молотки и топоры изготовляются из инструментальной углеродистой стали У7 или У7А с содержанием углерода 0,6–0,7 %. Температура закалки составляет 800–820 °C (цвет каления – от вишневого до светло-вишневого). Охлаждение производится в воде. Отпуск слесарных молотков ведется при температуре 250–260 °C, инструмента для ковки и топоров – при температуре 290 °C.

Химико-термическая обработка – это такая обработка металлов, при которой производится одновременно тепловое и химическое воздействие на обрабатываемое изделие. Для химико-термической обработки детали нагревают в специальной среде (карбюризаторе) до определенной температуры, выдерживают при этой температуре и затем охлаждают.

В процессе нагрева поверхностный слой деталей насыщается активным элементом (углеродом, азотом, алюминием, хромом и др.), в результате чего изменяются его физико-механические свойства.

Химико-термическая обработка предназначена для изменения химического состава поверхностных слоев стальных деталей машин и других изделий и придания им требуемых физико-механических свойств: высокой твердости, износостойкости, коррозионно– и окали-ностойкости, а также красностойкости.

К химико-термической обработке относятся цементация (науглероживание), цианирование, азотирование, хромирование, силициро-вание, сульфидирование, борирование, алитирование и др.

Цементация стали – это химико-термическая обработка, заключающаяся в насыщении углеродом поверхностного слоя изделия, выполненного, как правило, из мягкой малоуглеродистой стали, в которой содержание углерода не превышает 0,25 %. Для науглероживания изделия выдерживают в течение длительного времени при определенной температуре в среде (карбюризаторе), выделяющей окись углерода.

Цементированные изделия обычно подвергают термической обработке – закалке.

При этом в поверхностном науглероженном слое образуется структура мелкоигольчатого мартенсита, обладающая высокой твердостью и износостойкостью.

Характерной особенностью цементированной стали является то, что после закалки получается тонкий наружный твердый и износостойкий слой, в то время как мягкая и пластичная сердцевина сопротивляется ударам и динамическим нагрузкам.

Науглероженные изделия незначительно деформируются во время закалки (из-за мягкой сердцевины). Обработка сердцевины возможна только после удаления с предмета твердого науглероженного слоя.

Различают три вида цементации: в твердом карбюризаторе (смесь, включающая 75–90 % древесного угля, 5–10 % углекислого бария, 3–12 % кальцинированной соды и 2–3 % мазута или другого состава); жидкостную (погружением в ванну со смесью расплавленных до температуры 850–890 °C солей – поташа, хлористого аммония, поваренной соли); газовую (в углеродосодержащем газе; применяют природный газ, пропан, бутан, нефтяной, коксовый газ и др.).

Глубина науглероженного слоя зависит от среды, способа и времени науглероживания. Например, цементация в жидких соляных ваннах при температуре 850–890 °C дает возможность получить слой толщиной 0,2 мм в течение одного часа, слой 0,8 мм – в течение 4 часов. При применении твердых карбюризаторов, засыпаемых в чугунные короба, глубина науглероженного слоя при температуре 850–890 °C составляет 0,25 мм за 3 ч и 1,4 мм за 8,5 ч.

Длительность газовой цементации также определяется необходимой глубиной науглероженного слоя: за 2–3 ч получают слой 0,3–0,5 мм, за 9–10 ч – слой 1,2–1,4 мм.

Цементация стали в чугунных коробах или коробах из листового металла применяется для деталей с небольшими габаритными размерами. На дно короба, посыпанное слоем твердого карбюризатора толщиной 15–20 мм, укладываются изделия, которые покрываются следующим слоем карбюризатора. И так далее – до заполнения короба. Верхний слой карбюризатора должен быть не менее 50 мм. Между изделиями должно сохраняться расстояние 5–10 мм. Заполненный ящик закрывают крышкой из листового металла или асбеста, герметизируют огнеупорной глиной и помещают в печь для нагревания.

Температура нагревания – 850–950 °C. Для уменьшения внутренних напряжений изделия после цементации и закалки необходимо подвергнуть отпуску при температуре не выше 200 °C.

Частичная цементация – это науглероживание определенной части изделия, которая должна быть более твердой и износостойкой. Остальные части изделия, не подвергающиеся цементации, покрывают защитным слоем (глиной, асбестом, гальванической медной пленкой).

Цианированием называется быстрый процесс одновременного насыщения поверхности стальных деталей углеродом и азотом для достижения высокой твердости и износостойкости.

Различают два вида цианирования: газовое (нитроцементация), которое производится на том же оборудовании, что и цементация в газовой среде, состоящей из цементующего газа и аммиака, при температуре 850–900 °C, и жидкостное – в расплавленных смесях цианистых солей при температуре 820–850 °C.

После цианирования изделия подвергают термической обработке – закалке и отпуску.

После закалки изделия очищаются с целью удаления грязи, окислов и пятен, а также с целью подготовки изделия к отпуску.

После отпуска изделия обязательно обрабатываются щетками, в струе мокрого песка или в горячих щелочных растворах.

Некоторые изделия, которые после закалки деформируются, можно править. Править можно только плоские, а также круглые, длинные и тонкие изделия. Во избежание брака правку следует вести очень осторожно, без ударов. Используется ручная и механическая правка на винтовых и гидравлических прессах.

В изломе закаленного образца можно обнаружить следующие дефекты: окисление (вследствие слишком быстрого охлаждения перегретого или неравномерно нагретого изделия), потемнение (сталь имела дефекты до закалки), крупнозернистость (сталь перегрета), микротрещины, радиально направленные к сердцевине (большие внутренние напряжения в материале).

Есть несколько причин, которые могут вызвать недостаточную закалку изделия, например, следующие: обезуглерожен верхний слой стали, низкое содержание углерода, обезуглероживание поверхности изделия во время нагревания, низкая температура нагрева, неправильно подобранная охлаждающая среда или короткое время охлаждения, небрежная подготовка изделия к закалке (изделие, покрытое жиром и грязью, может закалиться только в некоторых местах). Иногда наблюдается неравномерная закалка поверхности изделий, имеющих сложную форму и острые кромки.

Недостаточно закаленные изделия следует вновь подвергнуть термической обработке. Перед этим изделие нужно отжечь. Обезуглеро-женный вследствие отжига слой, насколько это возможно, удаляется, например, ручной запиловкой, строганием, точением. Затем изделие науглероживают, азотируют, цианируют или сразу же закаливают.

Самый распространенный, хотя и недостаточно точный способ контроля закалки изделия – это проверка напильником. Опытные слесари проверяют ударом молоточка по кромке закаленного изделия (по сколу или углублению). Можно также проверять степень закалки с помощью эталонных плиток по глубине риски, выполненной твердым инструментом, или с помощью специальных приборов.

Ослабление внутренних напряжений, возникших в изделии во время закалки, можно обеспечить путем нагревания стали в допустимых для данной марки пределах и равномерного и не слишком быстрого охлаждения, а также путем правильно проведенного отжига, закалки и правильного отпуска изделия после закалки.

Отпуск – это термическая операция, которой подвергают предварительно закаленные стальные изделия. Она заключается в нагревании изделий до определенной температуры, выдерживании при этой температуре и последующем постепенном охлаждении на воздухе. Отпуск на цвет побежалости производится в интервале температур 230–330 °C (табл. 25) с последующим замачиванием в воде.

Цель отпуска – уменьшение или полное снятие внутренних напряжений в изделии, появившихся во время закалки, улучшение пластических свойств, уменьшение хрупкости и некоторое снижение твердости (степень твердости зависит от температуры отпуска), увеличение вязкости.Применяют три способа отпуска закаленной стали: низкий – при температуре 150–250 °C, средний – при температуре 350–450 °C и высокий – при температуре 450–650 °C.

Температуру отпуска для определенных марок стали (а также разных изделий) и вид охлаждающей среды определяют по специальным таблицам.

Нагрев при отпуске производится в масляных, селитровых или щелочных ваннах, а также в газовых, мазутных или электрических печах с воздушной атмосферой. В ряде случаев применяется нагрев в горне или на разогретой металлической плите. Общее время пребывания изделия в печи при отпуске составляет примерно 2–3 мин на 1 мм наименьшего сечения детали, но не менее 30–40 мин.

В результате низкотемпературного отпуска при температуре 150–250 °C уменьшаются внутренние напряжения и хрупкость стали, незначительно снижается твердость, несколько увеличивается вязкость. Низкому отпуску подвергаются изделия, которые должны иметь высокую твердость (режущий и мерительный инструмент). Средний отпуск при температуре 350–450 °C несколько снижает твердость и значительно увеличивает вязкость, сопротивляемость стали ударам, прочность и упругость. Применяется для пил, рессор-пружин, молотков, матриц, пуансонов, автомобильных деталей. Высокий отпуск при температурах 450–650 °C полностью устраняет внутренние напряжения и обеспечивает наилучшее сочетание прочности и вязкости стали при достаточной ее твердости. Применяется для ответственных деталей.

Двойной отпуск применяется для инструмента, поверхность которого должна иметь различную твердость (пуансон, вырубной штамп, прошивень, зубило). Например, зубило: первый отпуск при температуре ниже 300 °C выполняют для режущей части, второй отпуск при температуре 300–500 °C – для головки зубила.

Термическое улучшение стали состоит из процессов закаливания и высокого отпуска. Тем самым достигается улучшение механических свойств стали, обеспечивается возможность обработки резанием.

В зависимости от структуры различают следующие классы чугу-нов: ферритный, феррито-перлитный, перлитный и перлитно-цемен-титный. В промышленности применяются чугуны ферритно-перлит-ного и перлитного классов.

Различают также следующие виды чугунов: серый, белый, модифицированный, высокопрочный, ковкий и специальные легированные чугуны.

Серые чугуны обозначаются буквами СЧ, а высокопрочные – ВЧ. Первые две цифры после букв СЧ указывают предел прочности на растяжение, а вторые две цифры – предел прочности на изгиб. После ВЧ вторые две цифры обозначают относительные удлинения в процентах.

Для повышения механических свойств чугуна применяются следующие виды термической обработки: отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Термической обработке подвергаются практически все виды чугу-нов, особенно серый, ковкий и высокопрочный.

Низкотемпературный отжиг выполняют при температуре 500–550 °C с выдержкой от 2 до 8 ч. Охлаждение производится со скоростью 20–30 °C в час до температуры 150–200 °C, затем на воздухе. Применяется для снятия внутренних напряжений, заменяет естественное старение.

Высокотемпературный отжиг проводят при температуре 950–1000 °C с выдержкой в течение до 4-х часов и охлаждением в печи. Применяется для повышения обрабатываемости чугуна, понижения его твердости, а при длительной выдержке – для получения ковкого чугуна.

Нормализация (нагрев до температуры 820–900 °C с последующим охлаждением на воздухе) применяется для повышения износостойкости и прочности чугуна.

Закалка чугуна может быть обычной, изотермической с нагревом в печах или токами высокой частоты. Нагревают до 830–900 °C. При изотермической закалке охлаждение производится в ванне с расплавленной солью, нагретой до 200–400 °C. При закалке в масле изделия нагревают до 830–870 °C, при закалке в воде – до 800–820 °C.

Закалка применяется для повышения твердости, износостойкости, предела прочности и упругости.

Закаленный чугун подвергается низкотемпературному (180–250 °C) или высокотемпературному (400–600 °C) отпуску для снятия внутренних напряжений, повышения пластичности и прочности.

Для литья деталей машин используется серый чугун с содержанием углерода от 3,1 до 3,6 %, а также ковкий, высокопрочный модифицированный; для особо ответственных деталей – специальные легированные (жаропрочные, коррозионностойкие и др.) чугуны.

Легированным называют чугун, содержащий специальные добавки, такие как никель, молибден, кремний, хром и ванадий. Легированные чугуны с целью закаливания нагреваются до температуры 850–880 °C, а затем охлаждаются в масле. Температура отпуска 200–250 °C.

Модифицированный чугун – это чугун, в который в жидком состоянии перед разливкой введены модификаторы: ферросилиций, силикокальций и алюминий, церий, магний. Модификаторы способствуют получению высоких прочностных и других механических свойств чугуна.

Ковкий чугун получают из белого или серого чугуна путем соответствующего отжига. После такой термической обработки он приобретает вязкость, хорошую обрабатываемость и механическую прочность.