Как правильно закалить металл в домашних условиях: закалка стали своими руками

• Закалка
• Нагрев металла
• Защита изделия от окалины и обезуглероживания
• Охлаждающие жидкости
• Процесс отпуска

Термическая обработка сталей – одна из самых важных операций в машиностроении, от правильного проведения которой зависит качество выпускаемой продукции. Закалка и отпуск сталей являются одними из разнообразных видов термообработки металлов.
Тепловое воздействие на металл меняет его свойства и структуру. Это позволяет повысить механические свойства материала, долговечность и надежность изделий, а также уменьшить размеры и массу механизмов и машин. Кроме того, благодаря термообработке, для изготовления различных деталей можно применять более дешевые сплавы.

Также вам не помешает знать, как правильно варить полуавтоматом.

Как закалялась сталь

Термообработка стали заключается в тепловом воздействии на металл по определенным режимам ля изменения его структуры и свойств.

К операциям термообработки относятся:

• отжиг;
• нормализация;
• старение;
• закалка стали и отпуск стали (и пр.).

Термообработка стали: закалка отпуск – зависит от следующих факторов:

• температуры нагрева;
• времени (скорости) нагрева;
• продолжительности выдержки при заданной температуре;
• скорости охлаждения.

Закалка

Закалка стали – это процесс термообработки, суть которого заключается в нагреве стали до температуры выше критической с последующим быстрым охлаждением. В результате этой операции повышаются твердость и прочность стали, а пластичность снижается.

При нагреве и охлаждении сталей происходит перестройка атомной решетки. Критические значения температур у разных марок сталей неодинаковы: они зависят от содержания углерода и легирующих примесей, а также от скорости нагрева и охлаждения.

После закалки сталь становится хрупкой и твердой. Поверхностный слой изделий при нагреве в термических печах покрывается окалиной и обезуглероживается тем более, чем выше температура нагрева и время выдержки в печи. Если детали имеют малый припуск для дальнейшей обработки, то брак этот является неисправимым. Режимы закалки закалки стали зависят от ее состава и технических требований к изделию.

Охлаждать детали при закалке следует быстро, чтобы аустенит не успел превратиться в структуры промежуточные (сорбит или троостит). Необходимая скорость охлаждения обеспечивается посредством выбора охлаждающей среды. При этом чрезмерно быстрое охлаждение приводит к появлению трещин или короблению изделия. Чтобы этого избежать, в интервале температур от 300 до 200 градусов скорость охлаждения надо замедлять, применяя для этого комбинированные методы закалки. Большое значение для уменьшения коробления изделия имеет способ погружения детали в охлаждающую среду.

Защита изделия от окалины и обезуглероживания

Для изделий, поверхности которых после термообработки не шлифуются, выгорание углерода и образование окалины недопустимо. Защищают поверхности от подобного брака применением защитных газов, подаваемых в полость электропечи. Разумеется, такой прием возможен только в специальных герметизированных печах. Источником подаваемого в зону нагрева газа служат генераторы защитного газа. Они могут работать на метане, аммиаке и других углеводородных газах.

Если защитная атмосфера отсутствует, то изделия перед нагревом упаковывают в тару и засыпают отработанным карбюризатором, чугунной стружкой (термисту следует знать, что древесный уголь не защищает инструментальные стали от обезуглероживания). Чтобы в тару не попадал воздух, ее обмазывают глиной.

Соляные ванны при нагреве не дают металлу окисляться, но от обезуглероживания не защищают. Поэтому на производстве их раскисляют не менее двух раз в смену бурой, кровяной солью или борной кислотой. Соляные ванны, работающие на температурах 760 – 1000 градусов Цельсия, весьма эффективно раскисляются древесным углем. Для этого стакан, имеющий множество отверстий по всей поверхности, наполняют просушенным углем древесным, закрывают крышкой (чтобы уголь не всплыл) и после подогрева опускают на дно соляной ванны. Сначала появляется значительное количество языков пламени, затем оно уменьшается. Если в течение смены таким способом трижды раскислять ванну, то нагреваемые изделия будут полностью защищены от обезуглероживания.

Степень раскисления соляных ванн проверяется очень просто: обычное лезвие, нагретое в ванне в течение 5 – 7 минут в качественно раскисленной ванне и закаленное в воде, будет ломаться, а не гнуться.

Охлаждающие жидкости

Основной охлаждающей жидкостью для стали является вода. Если в воду добавить небольшое количество солей или мыла, то скорость охлаждения изменится. Поэтому ни в коем случае нельзя использовать закалочный бак для посторонних целей (например, для мытья рук). Для достижения одинаковой твердости на закаленной поверхности необходимо поддерживать температуру охлаждающей жидкости 20 – 30 градусов. Не следует часто менять воду в баке. Совершенно недопустимо охлаждать изделие в проточной воде.

Недостатком водяной закалки является образование трещин и коробления. Поэтому таким методом закаливают изделия только несложной формы или цементированные.

• При закалке изделий сложной конфигурации из конструкционной стали применяется пятидесятипроцентный раствор соды каустической (холодный или подогретый до 50 – 60 градусов). Детали, нагретые в соляной ванне и закаленные в этом растворе, получаются светлыми. Нельзя допускать, чтобы температура раствора превышала 60 градусов.

Режимы

Пары, образующиеся при закалке в растворе каустика, вредны для человека, поэтому закалочную ванну обязательно оборудуют вытяжной вентиляцией.

• Закалку легированной стали производят в минеральных маслах. Кстати, тонкие изделия из углеродистой стали также проводят в масле. Главное преимущество масляных ванн заключается в том, что скорость охлаждения не зависит от температуры масла: при температуре 20 градусов и 150 градусов изделие будет охлаждаться с одинаковой скоростью.

Следует остерегаться попадания воды в масляную ванну, так как это может привести к растрескиванию изделия. Что интересно: в масле, разогретом до температуры выше 100 градусов, попадание воды не приводит к появлению трещин в металле.

Недостатком масляной ванны является:

1. выделение вредных газов при закалке;
2. образование налета на изделии;
3. склонность масла к воспламеняемости;
4. постепенное ухудшение закаливающей способности.

• Стали с устойчивым аустенитом (например, Х12М) можно охлаждать воздухом, который подают компрессором или вентилятором. При этом важно не допускать попадания в воздухопровод воды: это может привести к образованию трещин на изделии.
• Ступенчатая закалка выполняется в горячем масле, расплавленных щелочах, солях легкоплавких.
• Прерывистая закалка сталей в двух охлаждающих средах применяется для обработки сложных деталей, изготовленных из углеродистых сталей. Сначала их охлаждают в воде до температуры 250 – 200 градусов, а затем в масле. Изделие выдерживается в воде не более 1 – 2 секунд на каждые 5 – 6 мм толщины. Если время выдержки в воде увеличить, то на изделии неизбежно появятся трещины. Перенос детали из воды в масло следует выполнять очень быстро.

Сварка автомобиля своими руками – нелегкая задача, но выполнимая.

Вам нужно быстро и качественно нарезать металл? Воспользуйтесь плазменной резкой! Как правильно ее выполнять, читайте в этой статье.

Если вас интересует, как сделать токарную обработку металлических изделий, читайте статью по https://elsvarkin.ru/obrabotka-metalla/tokarnaya-obrabotka-metalla-obshhie-svedeniya/ ссылке.

Термообработка в расплаве солей

Закалка стали – один из наиболее важных процессов в термообработке металла, от которого напрямую зависит качество продукции. Плохая закалка может привести к излишней мягкости металла, перекаленная деталь, в свою очередь, становится очень хрупкой.

Виды закалки

Еще древние мастера, работавшие в кузнях, замечали, как тепловое воздействие в разной степени влияет на металл, меняя его структуру и свойства. С помощью термообработки можно улучшить механические характеристики детали, сделать ее более долговечной и даже уменьшить вес за счет увеличения прочности! В современном машиностроении задача комплексного улучшения эксплуатационных свойств металлических материалов в значительной степени связана с разработкой новых технологических процессов поверхностного упрочнения деталей. Термообработка позволяет даже изготавливать качественные детали из более дешевых сплавов, улучшая их характеристики до нужной отметки. Закалка стали – процесс термообработки, в результате которого сталь нагревается до критической температуры и быстро охлаждается. Цель такой обработки – повышение твердости и прочности детали с уменьшением ее пластичности.

Основные задачи, требующие решения при термообработке:

• защита от обезуглероживания;
• защита от цементации;
• защита от окисления;
• скорость охлаждения.

Для защиты от обезуглероживания, особенно быстрорежущей стали, рекомендуется применение растворов солевых ванн.

Подготовка раствора солей

В 95% рабочего объема тигля расплавляется соль Petrofer HS 760, после полного расплава добавляются 5% Petrofer NEUTROSAL. Небольшие порции NEUTROSAL посыпаются на ванну и сразу же перемешиваются. После этого следует нагрев до нужной температуры. О надежности необезуглероживания позволяет судить также и внешний вид ванны. Ванна должна быть прозрачной. На поверхности время от времени появляются язычки пламени, маленькие хлопья в ванне являются нормальными и представляют собой продукты реакции инертора с кислородом. Если ванна помутнеет, то в ней появились оксиды и растворенный кислород. В этом случае надежность необезуглероживания не обеспечивается.

Области применения:

1. Необезуглероживающий отжиг и закалка всех видов инструментальной стали и высокопроцентной хромистой стали, а также науглероженных деталей, в особенности, если цементованный слой местами обработан.
2. Обработка необезуглероживающим отжигом термически улучшенной или цементируемой стали (отжиг на крупное зерно).
3. Обезуглероживающий нагрев быстрорежущей стали до 1100°C. Обезуглероживающий твердый припой в солевой ванне.

Необходимо упомянуть, что при закалке в растворах солевых теплых ваннах поверхность деталей не окрашивается в иссиня-черный цвет, как это обычно происходит при закалке в ваннах, содержащих цианид. Поверхность обычно получается пестрой, светло-коричневого или красно-коричневого цвета.

Защита деталей от цементации

Цементация — один из главных процессов в термическом упрочнении деталей, поверхности которых работают на износ. К таким деталям относятся шестерни, вал-шестерни, сателлиты, полуоси, и многие другие изделия. Очень часто в процессе изготовления таких деталей, возникает необходимость исключить науглероживание на определенном участке. Такая необходимость возникает по разным причинам: требования конструкторской документации, требования по дальнейшей механической обработке и т.д. В связи с этим возникает вопрос о защите этих поверхностей от насыщения углеродом и исключения получения высокой твердости при последующей закалке сталей. Способ защиты деталей от цементации самый интересный и перспективный. Он заключается в использовании покрытий и защитных антицементационных паст Petrofer SURFATECT различного химического состава. Новые на водной основе и классические защитные пасты на основе растворителей для частичного покрытия от цементации, азотирования стальных деталей в газовой атмосфере. В зависимости от типа-оснастки защитных паст Petrofer SURFATECT легко растворяются в воде после обработки или удаляются механическим способом.

Оксидирование стали – это один из наиболее эффективных способов защиты поверхности металла от негативных внешних воздействий. В результате на металле образуется защитное покрытие в виде специфической пленки. Особенности и функции такой пленки напрямую зависят от метода оксидирования.

Оксидирование – для увеличения коррозионной стойкости. Для оксидирования применяют оксидирующие ванны. Petrofer Blacky при рабочей температуре до 150°C.

После термообработки деталей в расплавах солей детали промывают горячей водой, что не всегда благоприятно влияет на коррозионную стойкость, для решения данной проблемы применяется 2-3% раствор концентрата Petrofer AQUAPLUS 22. AQUAPLUS 22 применяется при необходимости надежной антикоррозийной защиты без значительных изменений физических свойств воды как, например, в системах охлаждения, при поверхностной закалке с применением индукционного нагрева и газопламенной закалки.

Для каждого вида закалки металла существует отдельный режим, определяющий исход процесса. Нужно учесть температуру нагрева, вычислить точное время и скорость нагрева, продолжительность выдержки детали при максимальном значении температуры, скорость охлаждения.

На атомном уровне при достижении критической температуры перестраивается атомная решетка.

Для разных марок стали существует своя критическая температура, в зависимости от уровня содержания углерода и примесей. Закалка делает металл твердым, но в то же время хрупким. Охлаждение детали должно проходить быстро, чтобы атомная структура не преобразовалась в промежуточную структуру. При этом слишком быстрое охлаждение может привести к растрескиванию стали или короблению. Во избежании брака скорость охлаждения при достижении порога в 200°С замедляют. Некоторые марки стали закаляются и при более высоких температурных режимах (1250–1300°С). Эти марки не подвержены растрескиванию, поэтому в предварительном подогреве они не нуждаются. Сложные детали, которые имеют резкие переходы или тонкие грани, предварительно подогревают в отдельных печах или соляных ваннах, применяя соли Petrofer AS 135. Температура подогрева – до 500°С.

Охлаждение металла – опасности и предосторожности!

В качестве основы для охлаждающих жидкостей используют воду. Водяная закалка имеет ряд недостатков. Главный минус – образование трещин и коробление металла, поэтому таким способом пользуются только при изготовлении цементированных изделий или изделий несложной формы, которые будут проходить финишную обработку. Изделия более сложной формы из конструкционной стали охлаждаются в растворе полимерных сред Petrofer AQUATENSID BW-FF. Охлаждение происходит равномерно; в отличие от закалки водой, не происходит смягчения и минимизируются разрушения. Огромное преимущество здесь – негорючесть, связанная с высоким содержанием воды, низким уровнем образования дыма и отсутствием паровой рубашки. Низкоконцентрированные растворы AQUATENSID BW-FF имеют охлаждающий эффект на уровне воды, но без их отрицательных свойств. Разумеется, неконтролируемое, неравномерное образование паровой оболочки на заготовке (феномен Лейденфроста) можно избежать. Применение AQUATENSID BW-FF с более высокой концентрацией дает характеристики охлаждения маслом. В области температур конвекционной фазы / мартенсита эффект охлаждения здесь уменьшается по сравнению с чистой водой. В результате неизбежно возникающие трансформационные напряжения не излишне накладываются высокими тепловыми напряжениями, трещины практически устраняются.

Термическая обработка легких металлов с помощью AQUATENSID

Легированные сплавы AL используются не только в авиации сегодня, но и в большей степени для легких конструкции в секторе транспортных средств. Закалка этих сплавов после гомогенизационного отжига, а также других сплавов AL после формования является еще одной областью применения для AQUATENSID. Из-за регулируемой скорости охлаждения, достигается снижение риска критических деформаций металла, в отличие от не контролируемой скорости охлаждения в воде. Таким образом, можно избежать серьезных усилий по переработке.

Полимерные растворы AQUATENSID также нашли множество применений при термообработке алюминиевых компонентов. Так, например, в аэрокосмической промышленности части прокаливаемого алюминиевого сплава длиной около 1,5 м с поперечными сечениями между 30 и 120 мм в 25% растворе полимера AQUATENSID почти без искажений охлаждаются, в отличие от охлаждения в воде. В случае повышенного риска растрескивания возможно использование водно-полимерной закалки Petrofer FEROQUENCH 2000.

Минеральные масла – наиболее подходящая охлаждающая среда для изделий из легированной стали, как и для тонких изделий, из углеродистой стали. Недостаток таких ванн состоит в том, что независимо от температуры среды скорость охлаждения не меняется. Масла для закалки разделяют на две основные группы:

1. Масла с обычной скоростью закалки Petrofer ISODUR 220 причем скорость при температуре 30°С, что при температуре 100°С она будет одинакова.
2. Масла, устойчивые к испарению для закалки с высокой интенсивностью охлаждения например ISORAPID 227 HM.

В частности, при использовании обычных масел для закалки сама среда имеет склонность к возгоранию. К тому же, со временем масло теряет закаливающие способности. При использовании масел, устойчивых к испарению для закалки с высокой интенсивностью охлаждения повышаются окислительные свойства, срок службы продукта, а главное качество закалки улучшается почти в два раза. Стойкость к окислению данных продуктов в пять раз выше по сравнению с индустриальным маслом — соответственно замена масла происходит намного реже.

Для оценки качества масла могут применяться и другие характеристики:

Температура вспышки — очень важное свойство в плане противопожарной безопасности. Как правило, не требуется применять масла с температурой вспышки на 50-60°С выше, чем температура процесса с учетом объема ванны масла и его теплопроводности.

Стойкость против старения — показатель экономической эффективности использования того или иного масла. Это время нормальной работы охлаждающей среды до образования продуктов горения и шлака на дне и стенках ванны. Время смены масла чаще определяется практически, по изменению цвета закаливаемых изделий или появлением мягких пятен на поверхности.

Еще одной экономической характеристикой качества масла является скорость уноса вещества с обрабатываемыми поверхностями деталей. Она не может быть однозначно определена, т.к. в большей степени зависит от конкретных условий использования (одиночный закалочный бак, бак в составе автоматической линии, с учетом времени на стекание или без учета). Однако эта характеристика находится в некоторой корреляции с вязкостью масла и чаще не превышает 1% площади обрабатываемых изделий.

При сравнении характеристик масел, нужно обращать внимание на допустимое количество воды и посторонних примесей.Вода в масле может быть причиной неравномерной твердости и возгорания закалочного бака. Чем больше воды в масле, тем больше вероятность этих явлений.

Из вышесказанного следует, что при выборе такого идеального и безопасного закалочного масла, в первую очередь следует учитывать его вязкость, температуру парообразования, теплопроводность и температуру вспышки. Идеальное закалочное масло должно охлаждать изделия максимально быстро в области минимальной устойчивости аустенита и максимально медленно в области температуры от 200°С до полного охлаждения.

Процесс отпуска

Отпуску подвергаются все закаленные детали. Это делается для снятия внутренних напряжений. В результате отпуска несколько снижается твердость и повышается пластичность стали.

В зависимости от требуемой температуры отпуск производится :

• в масляных ваннах;
• в селитровых ваннах;
• в печах с принудительной воздушной циркуляцией;
• в ваннах с расплавленной щелочью.

Температура отпуска зависит от марки стали и требуемой твердости изделия, например, инструмент, для которого необходима твердость HRC 59 – 60, следует отпускать при температуре 150 – 200 градусов. В этом случае внутренние напряжения уменьшаются, а твердость снижается незначительно.

Быстрорежущая сталь отпускается при температуре 540 – 580 градусов. Такой отпуск называют вторичным отвердением, так как в результате твердость изделия повышается.

Изделия можно отпускать на цвет побежалости, нагревая их на электроплитах, в печах, даже в горячем песке. Окисная пленка, которая появляется в результате нагрева, приобретает различные цвета побежалости, зависящие от температуры. Прежде чем приступать к отпуску на один из цветов побежалости, надо очистить поверхность изделия от окалины, нагара масла и т. д.

Обычно после отпуска металл охлаждают на воздухе. Но хромоникелевые стали следует охлаждать в воде или масле, так как медленное охлаждение этих марок приводит к отпускной хрупкости.

Соляная электродная ванна

Розжиг соляной электродной ванны в индустриальных условиях (температура 1100 С°)

Соляная электродная ванна представляет собой металлическую или керамическую ванну, наполненную солью, в которую опущены электронагреватели. Часть ванны, в которой находятся электронагреватели, отделена от рабочей части перегородкой. Ванна помещена в корпус и прикрыта сверху зонтом. Для пуска ванны используется специальный погружной электронагреватель. Соляные ванны обеспечивают быстрый и равномерный разогрев изделий, помещаемых в расплавленную соль. Они применяются, в частности, для нагрева под закалку и отпуск инструментов.

Преимущества:

— более быстрый (в 4-5 раз) нагрев, по сравнению с электро- и газонагревательными печами;

— равномерный нагрев всей поверхности детали;

— равномерность температурного поля во всем расплаве с погрешностью ±1 °C;

— возможность частичного нагрева под закалку (например только рабочую часть сверла или ударную часть зубила);

— при нагреве детали не окисляются;

— высокие рабочие температуры:

ТЕРМООБРАБОТКА В СОЛЯНЫХ, БАРИЕВЫХ И ЩЕЛОЧНЫХ ВАННАХ

Тепловому воздействию с целью обработки в соляных, бариевых и щелочных ваннах подвергаются детали стальных машин и инструментов различных групп. Обработка изделий таким способом способствует качественному улучшению механических характеристик поверхности.

Расплавы технических солей их смесей, щелочей и кислот хорошо зарекомендовали себя при обработке деталей под закалку, отпуск, изотермической закалке изделий, нормализации.

Температурная обработка происходит в соляных ванных при различном уровне нагрева (низкий, средний, высокий), где температурный режим варьируется от 140С до 1300С. Благодаря обработке заготовок данным методом, можно исключить появление изломов, наклепа, а также иного рода деформаций. Помимо того, происходит снятие напряжения после грубой обработки, выравнивание исходной структуры, повышается прочностный предел деталей, работающих на растяжение, сжатие или изгиб.

Общие сведения о печах-ваннах.

Печи-ванны применяются для нагрева под закалку, от­пуск, нормализацию, химико-термическую обработку и для охлаждения при ступенчатой и изотермической закалке.

В зависимости от процесса термической обработки в каче­стве жидких сред применяют расплавленные соли, щелочи, металлы (свинец, олово, спла­вы свинца и олова, сплавы свинца и силумина и др.) и минеральные масла.

В расплавленных солях присутствуют растворенные кислород и окислы, которые вызывают окисление и обезуглероживание стали. Поэтому перед работой и в процессе работы ванну периодически раскисляют специальными смесями. Для раскисления ванн с хло­ристыми солями применяются небольшие добавки ферросилиция или буры, а для хлористого бария — фтористый магний. Для рас­кисления щелочных ванн — цианистые соли.

Преимущества печей-ванн: высокая скорость и равномерность нагрева деталей, точность регулирования температуры, отсутствие окисления и обезуглеро­живания, возможность осуществления местной термической и хи­мико-термической обработки. Недостатки печей-ванн: необходи­мость периодической смены солей, малая стойкость тиглей, воз­можность коррозии поверхности детали при несвоевременной очи­стке ее от солей и требования очень строгого соблюдения правил безопасности труда. При правильной организации работы ванн большинство недостатков легко устранимы, поэтому они нашли ши­рокое применение при термической обработке.

Ванны могут работать на любом виде топлива и электроэнер­гии. По способу обогрева различают печи-ванны с внешним обо­гревом, с внутренним обогревом, электродные.

Ванны с внешним обогревом.

Ванны с внешним обогревом. Представляют собой тигель, вставленный в печь с электрическим или пламенным нагревом. Тигли бывают литые, штампованные или сварные с толщиной стен­ки 12—30 мм. Тепло передается расплаву через стенки тигля, по­этому температура рабочего пространства печи должна превышать температуру расплава, что увеличивает опасность прогорания тиг­ля. В случае прогара тигля в ванне предусмотрен сток для солей и жидкого металла.

Средняя производительность ванн с пламенным обогревом в зависимости от размеров тигля составляет от 20 до 125 кг/ч.

Рис. 1. Электрическая тигельная печь-ванна типа СВГ: / — тигель, 2 — рабочая камера, 3 — чугунная плита, 4 — раздвигаемая крышка, 5 — вытяж­ной колпак, 6 — термопара, 7 — отверстие для подвешивания приспособлений с деталями

Широкое распространение в термическом производстве получили электрические печи-ванны. Внешний нагрев тигля осуществляется нагревателями из сплавов высокого электросопротивления. Рабо­чая температура ванны не превышает 850° С.

Недостаток ванн с внешним обогревом: трудность получения высокой температуры и сравнительно низкий КПД

Тигельные электрические печи-ванны с внешним обогревом вы­пускаются трех типов: СВГ-1,5.2/8,5, СВГ-2,5.3,5/8,5 и СВГ-3,5.4/8,5 производительностью 30, 60 и 100 кг/ч и мощностью 10, 20 и 30 кВт.

Электрическая печь-ванна типа СВР показана на рис. 1. Конт­роль температуры осуществляется термопарами. Одна термопара выведена через крышку и контролирует температуру в тигле, дру­гая термопара помещается в рабочем пространстве ванны у на­гревателей. Эта термопара связана с автоматическими регулирую­щими температуру приборами.

У ванны внизу под тиглем имеется сток для расплавленных со­лей в случае прогара тигля.

Ванны с внутренним обогревом.

Ванны с внутренним обогревом. Имеют трубчатые нагреватели, опущенные непосредственно в расплав. Внутренний обогрев уменьшает потери тепла, повышает к. п. д. печи, увеличивает срок служ­бы тигля и способствует получению в нем равномерной темпера­туры. Для ускорения нагрева и увеличения его равномерности ванны имеют механические мешалки с электроприводом или на­сосы.

Ванна с трубчатыми нагревателями (ТЭН) для термической об­работки деталей из алюминиевых сплавов показана на рис. 2. Максимальная рабочая температура ванны 520° С, мощность 300 кВт.

Рис. 2. Схема электрической ванны с внутренним обогревом:

/ — сварной тигель, 2 — футеровальная крышка, 3—U-образные нагревательные элементы

Электродные печи-ванны.

В этих ваннах нагревателем является сама соль, напоминающая ванну.

Ток подается к электродам с помощью шин от специально­го трансформатора, понижаю­щего напряжение с 220/380 В до 24,2—5,5 В. Ток пропуска­ется между стальными элек­тродами. Во избежание элек­тролиза соли применяют пере­менный ток.

Расплавленные соли имеют высокое электрическое сопро­тивление и при прохождении через них тока выделяется тепло, достаточное для разо­грева соли и поддержания тре­буемой температуры расплава. В твердом виде соль не прово­дит электрический ток.

Эти печи являются наибо­лее экономичными. В промыш­ленности получили широкое распространение трехфазные электродные печи-ванны типа СВС.

Соляные электродные ван­ны применяют: до 650° С — низкотемпературного отпуска стали, отжига и нагрева под закалку алюминиевых сплавов, отпуска, низкотемпературного циа­нирования, азотирования и первой ступени нагрева под закалку быстрорежущей стали;

до 850° С — для нагрева под закалку углеродистой стали, среднетемпературного цианирования, отжига стали и цветных метал­лов, для второй ступени нагрева под закалку быстрорежущей стали;

до 1000° С — для нагрева под закалку углеродистой и низколе­гированной стали и для термообработки чугунных отливок;

до 1300°С — для нагрева под закалку быстрорежущей стали, отжига нержавеющих сталей и др.

Электродные ванны выпускают мощностью 35, 60 и 100 кВт.

Рис. 3. Конструкция электродной ванны СВС-35/13: 1_ кожух, 2 —футеровка. 3 — перегородка, 4 — цепная занавеска (для предохранения ра­бочих от брызг расплавленной соли), о — зонт вытяжной, 6 — пирометр. 7 — электроды (3 шт.). 8 — противовес

Ванны имеют прямоугольную форму рабочего пространства с размерами до 350X800X400 мм. В этих ваннах имеются внутренние экраны, отделяющие электроды от рабочего объема соли. При такой конструкции ток не проходит через детали, экран предохраняет их от соприкосновения с электродами, позволяет лучше использовать рабочий объем соли. Металлическая перегородка предохраняет электродную группу от возможного замыкания через нагреваемую деталь.|

Температура ванн до 1300° С измеряется радиационным пирометром, а для температур до 1000°С — термопарами.

Пуск соляных ванн производится с помощью приспособления (стойка с нихромовыми нагревателями). При пропускании тока от трансферматора приспособление нагревается и расплавляет соль. Приспособление находится в затвердевшей соли. Трехфазная электродная печь-ванна СВС-35/13 (мощностью 35 кВт, максимальная рабочая температура 1300°С) показана на рис. 3.

Для термической обработки быстрорежущей стали используют трех- или четырехэлектродные тигельные печи-ванны. Ванны мон­тируются в одном каркасе и кладке. Каждый тигель предназначен для отдельной операции: первый для подогрева приблизительно до 650° С, второй — до 850° С, третий для окончательного нагрева до 1260—1280° С, а четвертый для охлаждения под ступенчатую закалку.

Масляные печи-ванны.

Применяют для низкого отпуска, искус­ственного старения и охлаждения при ступенчатой и изотермиче­ской закалке. Электрическая масляная ванна с изолированными на­гревателями показана на рис 4. Эти печи-ванны име­ют индекс СВМ. Цифры в числителе индекса указыва­ют длину рабочего прост­ранства (диаметр) и высоту (дм), знаменатель — тем­пературу в сотнях градусов. Ванны выпускают с раз­мерами тигля: шириной 5,8 и 10 дм, длиной 5X8 и 10 дм и высотой 5 и 10 дм. Мощ­ность от 15 до 40 кВт. Мас­ляные ванны круглого сече­ния (рис. 5) изготовляют­ся со стальным тиглем диа­метром 2,5; 3,5; 5,0; 8,0 дм и высотой 2,5; 5,0; 8,0; 10,0 дм.

Мощность 5—20 кВт. В больших ваннах глубиной свыше 10 дм предусмотрены мешалки для механического перемешивания масла.

Термическое производство на базе печей с соляными ваннами

Соляные ванны обладают большой скоростью нагревания и, как следствие, производительностью. В них легко и эффективно проводится обработка любых типов режущего инструмента, изделий из быстрорежущих и штамповых сталей, отдельных участков концевых изделий и т.д. Кроме того, при проведении нагрева и остывания изделия, находящиеся в расплавленной соляной среде, защищены от окисления.

Преимущества температурной обработки в расплавах солей и щёлочи

Технология температурной и химико-термической обработки в ваннах из расплавов солей и щелочей очень распространена за счет того, что по многим параметрам она значительно превосходит иные виды нагрева. Например, данный метод обработки уменьшает деформации, защищает от образования окислов и дает возможность локального воздействия.

Во время увеличенной в 4-5 раз скорости равномерного нагрева за счет высокого коэффициента теплоотдачи, а также подвижностью соляных и щелочных расплавов, происходит значительное замедление роста зерна во время термической обработки увеличивает пластичность и снижает возможность растрескивания и ломки металла во время последующей холодной механической обработки.

Расплавы солей сводят к минимуму образование окалины и коробления, способствуют уменьшению углерода (обезуглероживание), а высокоточная температурная регулировка позволяет предотвратить брак, вызываемый локальным перегревом, либо недогревом изделия. В условиях применения инертных солей исключено возникновение на поверхности деталей и заготовок пятен и остаточного налета.

Расплавы солей и щелочей обладают хорошим охлаждающим действием, что обеспечивает металлической продукции из углеродистых, быстрорежущих и низколегированных сталей требующуюся твердость, исключает образование трещин и так называемой «паровой рубашки».

Обработке в соляной печи-ванной подвергаются исключительно сухие изделия, поверхность которых хорошо очищена от бензина, грязи, масел, алюминиевой пыли, не имеет следов ржавчины и краски, а также любых иных органических веществ. Состав среды для химико-температурной и температурной обработки металлических деталей задается индивидуально. В каждом конкретном случае состав может быть сформирован на основе фторидов, хлоридов, карбонатов и иных видов солей, имеющих высокую температуру плавления, обладающих низкую летучестью, устойчивых к разложению при нагревании. Чтобы предотвратить подвергающиеся обработке детали от обезуглероживания, в технологическом процессе применяются гидроокиси и прочие материалы.

После того как стальная деталь погрузится в расплавленную соляную среду, на ее поверхности сразу же образуется прочная корка. По мере растворения этой корки, процесс теплоотдачи от расплава протекает быстрее. От величины и температуры детали зависит твердость и толщина кристаллического образования, чем выше температура и теплоемкость расплава, тем скорее «исчезает» солевая оболочка.

Для того чтобы добиться гомогенной микроструктуры и требующихся качественных характеристик металла, специалист следит за температурным режимом в соляной ванне и, в зависимости от химического состава нагреваемого изделия, плотности соляной среды, глубины и способа погружения детали, ее формы и прочих показателей, просчитывает длительность цикла прогрева.

В цехах металлосервисного предприятия «Ионмет» установлены печи с соляными электродными ваннами, предназначенными для термообработки крупногабаритных изделий. Длина, ширина и глубина ванн составляет 500 мм, 350 мм и 450 мм соответственно.

СМЦ «Ионмет» обрабатывает в расплавах солей и щелочей детали любого назначения, а еще заготовки инструмента, детали получистовой обработки и прочие изделия для термической обработки.

Высокая эффективность температурной обработки в печах с соляными ваннами позволяет использовать эту технологию для нормализации, высокого отпуска, отжига закаленного инструмента, готовых деталей и заготовок, предварительного и финального прогрева под закалку деталей и инструмента из быстрорежущих и других высоколегированных сталей, охлаждения в расплавах хлористых солей для ступенчатой закалки изделий и инструмента и т.д.

Обработка заготовок в соляных и щелочных расплавах позволяет достичь твердости по сечению и гомогенности структуры, улучшить последующую обрабатываемость заготовок, снизить твердость, предупредить нафталинистого излома при вторичной закалке, исправить микроструктуру изделий и решить многие другие задачи.

Расчет времени и температурного режима, подбор соляного и щелочного состава, ректификаторов с целью предотвращения выгорания углерода, производится индивидуально и зависит от целей, которые необходимо достигнуть данным методом обработки, а также от условной толщины деталей. Результативный метод защиты от обезуглероживания требует постоянного наблюдения за концентрацией солевого расплава при нагревании и возникновении оксидов в соляной ванне.

Источник