Механизация и автоматизация процессов термической обработки

Основное оборудование термических цехов.

Для обеспечения высокого качества изделий важное зна­чение имеет правильный выбор оборудования для прове­дения процессов термической и химико-термической об­работки. Поэтому целесообразно дать хотя бы очень краткий обзор основного оборудования, применяемого в термических цехах.

Основным оборудованием являются печи, различные нагревательные агрегаты и охлаждающие устройства.

В настоящее время и в нашей стране и за рубежом наиболее широкое распространение для различных ви­дов термической обработки (нормализации, отжига, за­калки, цементации, азотирования и др.) получили так называемые камерные печи, либо агрегаты на их основе, применяемые для обработки деталей, как в воздушной среде, так и в защитных атмосферах. Агрегаты состоят из кожуха печи, футеровки, электрических нагреватель­ных элементов, форкамеры, обеспечивающей возмож­ность продувки внутреннего пространства печей газом и регулировку скорости охлаждения изделий, а также механизмов перемещения поддонов с обрабатываемыми изделиями.

В состав агрегатов входят также газо-приготовительные установки и системы регулирования соста­ва и расхода газов.

Для различных видов термической обработки исполь­зуют шахтные печи, корпуса которых футерованы огне­упорными и теплоизоляционными материалами, обеспе­чивающими равномерность нагрева изделий (температу­ра рабочего пространства регулируется автоматически).

Рис. 91. Схема шахтной электропечи:

1 - съемная крышка; 2 - опора с подвеской; 3 - нагреватель; 4 - внутренний муфель;

5 - защитный муфель; 6 - вентилятор; 7 - холодильник

Как правило, шахтные печи используют для термиче­ской обработки крупногабаритных изделий (шестерен, зубчатых колес, валов длиной до 2,5 м и массой до 4 т и других длинномерных изделий).

Схема шахтной элект­ропечи приведена на рис. 99.

В последние годы в практику работы термических цехов внедряют закалочно-отпускные конвейерные агре­гаты с защитной атмосфе­рой. Агрегаты состоят из закалочной печи, закалочного бака, моечной маши­ны, отпускной печи и ба­ка для охлаждения. Обогрев печей осуществляется газовыми радиа­ционными трубами. Дета­ли в закалочную печь подают с помощью кон­вейера. Печь имеет дози­рующее загрузочное устройство.

Для газовой цемента­ции и нитроцементации используют так называе­мые проходные агрегаты, в которых поддоны с об­рабатываемыми деталями проталкиваются через на­гретую печь специальны­ми толкателями. Обогрев печей осуществляется специальными газовыми трубами с использованием тепла отходящих газов, отводимых от других агрегатов. Управление комплексом агрегатов ав­томатизировано.

Для термической обработки мелких изделий приме­няют электрические печи барабанного типа, а также конвейерные печи, которые могут быть как электрически­ми, так и газовыми.

Как и ранее, в настоящее время используют печи для нагрева деталей в жидких средах - соляные ванны.

Преимуществами обработки в соляных ваннах явля­ется высокая скорость и равномерность нагрева, возмож­ность осуществлять локальный нагрев детали. Их применяют, как правило, для обработки различных инструментов.

Расширяется в последние годы и использование для термической обработки различного типа вакуумных пе­чей, а также печей и агрегатов с индукционным нагревом и нагревом в кипящем слое.

Для поверхностной закалки деталей в последнее де­сятилетие широко применяют лазерную термическую об­работку. Для термической обработки деталей в автомо­бильной и тракторной промышленности, обработки кро­мок инструмента и штампов требуются лазеры сравни­тельно небольшой мощности (0,8…1,0 кВт). Процесс тер­мической обработки легко может быть автоматизирован.

В термических цехах заводов начинают применять и электронно-лучевые методы нагрева деталей.

Рис. 100. Схема установки ионно-плазменной химико-термической обработки:

1 - система подачи легирующего газа; 2 - низковольтный ис­точник питания; 3 - катод; 4 - изделие;

5 - вакуумная каме­ра; 6 - высоковольтный источник питания

Для химико-термической обработки (азотирования, науглероживания, поверхностной металлизации и др.) в последнее время используют установки ионно-плазменного нагрева типа «Булат» (рис. 100). Установка состоит из вакуумной камеры, дуго­вого испарителя, источника питания и системы подачи легирующего элемента.

При нанесении металлического покрытия из испаряемого металла изготавливают катод, в случае азотирования или цементации в камеру подают смесь соответствующих газов.

В установках данного типа возможно наносить на поверхность изделия не только чистые металлы, но и хи­мические соединения (нитриды титана или циркония, оксиды и т. п.) и сплавы. В заключение следует отметить, что несмотря на значительное расширение использования перечисленных способов термической обработки (лазерной, ионно-плазменной, электронно-лучевой), их доля в общем объеме продукции сравнительно невелика и в будущем не пре­высит 5…10 %.

Контрольные вопросы к главе 6

1. Приведите определения основных процессов термической обра­ботки: отжига, нормализации и закалки.

2. Какие вам известны разно­видности процесса отжига и для чего они применяются?

3. Какова приро­да фазовых и термических напряжений?

4. Какие вам известны разновид­ности закалки и в каких случаях они применяются?

5. Каковы виды и причины брака при закалке?

6. Какие Вам известны группы охлаждающих сред и каковы их особенности?

7. От чего зависит прокаливаемость ста­ли и в чем ее технологическое значение?

8. Какие вам известны техноло­гические приемы уменьшения деформации при термической обработке?

9. Для чего и как производится обработка холодом?

10. Как изменяются скорость и температура нагрева изделий из легированной стали по сравне­нию с углеродистой?

11. В чем сущность и особенности термомеханичес­кой обработки?

12. Как влияет поверхностная закалка на эксплуатацион­ные характеристики изделия?

13. Как регулируется глубина закаленного слоя при нагреве токами высокой частоты?

14. Каковы сущность и назна­чение диаграмм допустимых и преимущественных режимов нагрева под закалку токами высокой частоты?

15. Каковы преимущества поверхност­ной индукционной закалки?

16. В чем заключаются физические основы химико-термической об­работки?

17. Сущность процесса азотирования.

18. Сущность процесса цемен­тации.

19. Назначение цементации и режим термической обработки после нее.

20. Чем отличаются режимы цементации легированной и углеродистой стали?

21. Каковы свойства цементированных и азотированных изделий?

22. Сущность и назначение процесса цианирования.

23. В чем различие между диффузионным и гальваническим хромированием?

24. Для каких целей и как производится нитроцементация?

25. Сущность и назначение процес­са борирования.

26. Как изменяются свойства изделий при дробеструй­ной обработке и какова природа этих изменений?

27. Как влияет поверх­ностное упрочнение на эксплуатационные характеристики изделий?

ЛИТЕРАТУРА

1. Ю.M. Лахтин, В.П. Леонтьева. Материаловедение: Учеб. для вузов. – 3-е изд. - М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.: ил.

2. Ю.М. Лахтин. Металловедение и термическая обработка металлов: Учебник для вузов. – 4-е изд. - М.: Металлургия, 1993. – 447 с.

3. А.П. Гуляев. Металловедение: Учеб. для вузов. – 6-е изд. - М.: Металлургия, 1986. – 544 с.

4. А.Е. Лейкин, Б.И. Родин. Материаловедение: Учебник для машиностроительных специальностей вузов. - М.: Высшая школа, 1971. – 414 с.: ил.

5. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. изд. – 3-е изд., перераб. и доп. В 3-х т./Под ред. Бернштейна М.Л., Рахштадта А.Г. М.: Металлургия, 1983.

6. Ю.П. Солнцев, В.Л. Жавнер, С.А. Вологжанина, Р.В. Горлач. Оборудование пищевых производств. Материаловедение: Учеб. Для вузов. – СПб.: Изд-во «Профессия», 2003. – 526 с.

7. Б.Л. Арзамасов, И.Л. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др. Материаловедение: Учеб. Для вузов. - 2-е изд. – М.: Машиностроение, 1986. – 384 с.

8. И.И. Новиков. Теория термической обработки металлов. – М.: Металлургия, 1986. – 456 с.

9. В.К. Супрунчук, Э.В. Островский. Конструкционные материалы и покрытия в продовольственном машиностроении: Справ. – М.: Машиностроение, 1984. – 328 с.

10. Г.П. Тищенко, А.В. Трофимович. Повышение долговечности пищевого оборудования. – М.: Агропромиздат, 1985. – 386 с.

11. М.Г. Шевченко, С.В. Генель. Гигиенические требования к полимерным материалам, применяемым в пищевой промышленности. – М.: Медицина, 1972. – 196 с.

12. Б.С. Троицкий, А.Л. Майтаков. Металловедение. Лабораторный практикум. Кемерово, 2006. – 188 с.: ил.

13. Г.Н. Агеева, Н.С. Журавлева, Г.А. Корольков. Металловедение и термическая обработка. – М.: МИСиС, 1984. – 136 с.

14. И.И. Новиков, Г.Б. Строганов, А.И. Новиков. Металловедение, термообработка и рентгенография. – М.: МИСиС, 1994. – 480 с.

15. Конструкционные материалы: Справочник/Под ред. Б.Н. Арзамасова – М.: Машиностроение, 1990. – 687 с.

16. Марочник сталей и сплавов: Справочник/ Под ред. В.Г. Сорокина – М.: Машиностроение, 1989. – 634 с.

17. Международные транслятор современных сталей и сплавов: Справочник/ Под ред. В.С. Кершенбаума. – М.: ИНТАК, 1992. – 623 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….3

Глава 1. Строение металлических материалов……………………………....4

1.1. Атомно-кристаллическое строение металлов………………………....4

1.1.1. Межатомная связь в металлах…………………………………………..4

1.1.2. Кристаллическое строение металлов…………………………………..5

1.1.3. Анизотропия кристаллов……………………………………………….8

1.1.4. Полиморфизм……………………………………………………………8

1.1.5.Магнитные превращения………………………………………………..9

1.2. Дефекты кристаллического строения металлов………………………..10

1.3. Диффузия в кристаллических телах…………………………………….16

1.4. Плавление и кристаллизация…………………………………………….17

1.4.1. Влияние растворимых примесей на процессы

кристаллизации………………………………………………………………..24

1.4.2. Модификаторы. Строение металлического слитка…………………..25

1.4.3. Аморфизация сплавов………………………………………………….27

Контрольные вопросы к главе 1……………………………………………...28

Глава 2. Металлические сплавы и диаграммы состояния………………….28

2.1. Характеристика основных фаз в сплавах……………………………….28

2.1.1. Упорядоченные твердые растворы……………………………………31

2.1.2. Металлические соединения……………………………………………32

2.2. Особенности кристаллизации сплавов………………………………….34

2.3. Диаграммы состояния металлических систем………..……………….35

2.3.1. Диаграмма состояния сплавов с практическим отсутствием

растворимости компонентов в твердом состоянии ………………………..36

Дата добавления: 2014-01-05