ТехИнфо

Технологическая   информация

Современные виды термической обработки


Термическая обработка в вакууме.

Вакуумные печи можно рассматривать как альтернативу повсеместного метода закалки в масле. Нагрев происходит конвективно с давлением газа до 3 бар и/или в вакууме. Хорошее расположение зоны вывода горячих газов из нагревательной камеры дает улучшение равномерности охлаждения и великолепные результаты скорости охлаждения. Закалка возможна различными газами: азотом, гелием, водородом до давления 20 бар.

Закалка газом вызывает существенно меньшие коробления. Оборудование позволяет выбирать скорость закалки. Следовательно, деталь закаливается с той скоростью, которая дает необходимую твердость, но не быстрее, так как повышенная скорость ведет к повышенной деформации.

Наиболее известные производители вакуумных печей в Европе немецкая фирма «ALD» и польская фирма «SEKO/WARWICK» производят горизонтальные, вертикальные вакуумные печи, печи с вращающимся подом во время цикла охлаждения. Диффузионный насос NH35 в печах с вращающимся подом позволяет работать с рабочим вакуумом 2∙10мбар.

Вакуумные печи SWL c круглой нагревательной камерой и нагревательными элементами из изогнутого графита, со вспомогательным оборудованием оборудованием конвекционного нагрева ConFlap в настоящее время являются авангардом конструкций вакуумных печей.

Вакуумная термическая обработка благоприятна с точки зрения окружающей среды. Отпадают такие экологические проблемы, как масло, моющие средства или закалочные соли.

Вакуумные установки для термической обработки работают:

  • с равномерным нагревом,
  • высокой равномерностью температуры,
  • равномерной закалкой,
  • изменяемой скоростью закалки,
  • высокой мощностью закалки,
  • коротким временем циклов,
  • конвективным нагревом.

    Вакуумные печи гарантируют:

  • незначительные коробления,
  • надежность,
  • экономичность.
  • Вакуумная цементация и нитроцементация.

    Вакуумная цементация и нитроцементация представляют собой наиболее эффективные способы насыщения сталей. В качестве насыщающей атмосферы при цементации используют ацетилен, при нитроцементации ацетилен и аммиак.

    Разработана уникальная технология вакуумной цементации FineCarb, которая основывается на смеси трех газов. Эта технология гарантирует чистый процесс без внутреннего окисления, которое можно наблюдать при технологии основанной на ацетилене.

    Вакуумная цементация проводится в вакууме при давлении 1-15 Мбар в углеродсодержащей среде, где носителем является этилен с ацетиленом, смешанные с водородом или аммиаком в определенной запатентованной пропорции.

    Возможно использование газов пропана (С2Н4), этилена(С22) или ацетилене (С22).

    Ионное азотирование

    Ионное азотирование (азотирование в тлеющем разряде) является новым высокоэффективным методом поверхностного упрочнения деталей.

    Первые установки для ионного азотирования были созданы фирмой «Клокнер Ионен» в г.Кельне Германия. Широко используется в Швейцарии, Франции, США.

    Методом ионного азотирования можно обрабатывать улучшаемые, специальные, инструментальные стали, а также чугуны.

    Сущность ионного азотирования заключается в следующем. В разреженной азотсодержащей атмосфере между катодом (деталью) и стенками камеры электрической печи, которая заземлена и является анодом, возбуждается тлеющий разряд, и ионы газа, бомбардируя поверхность катода, нагревают его до температуры насыщения.

    Рабочая температура процесса ионного азотирования выбирается в зависимости от обрабатываемого материала и может колебаться от 350 до 600°С (для улучшаемых сталей 500°С - 540°С). Напряжение 400-1100 В, разрежение 133-1330 Па.

    Рабочее давление лимитируется свойствами тлеющего разряда. При давлении ниже 133 Па энергия ионов недостаточна для нагрева обрабатываемой детали до рабочей температуры, при давлении выше 1330 Па нарушается стабильность разряда, тлеющий разряд переходит в дуговой, что сопровождается появлением на поверхности оплавленных микрократеров

    Выбор оптимального давления зависит от сложности конфигурации детали, так как с изменением давления изменяется протяженность каждой части разряда. С увеличением давления от 133 до 1330 Па область каждой части разряда уменьшается. Это необходимо учитывать для обеспечения равномерности диффузионного слоя по периметру изделия.

    Плотность тока в больших пределах (0,5-20 мА/м2) не оказывает влияния на процесс азотирования.

    В качестве азотсодержащих газов применяют аммиак, азот и смесь азота с водородом.

    Глубина азотированного слоя может быть 0,2-0,8мм. Твердость 80-92 HRN15.

    Современные технологии термической обработки валков

    В настоящее время мировой рынок ориентирован на потребление валков из высоколегированных сталей. Новые материалы и технологии позволяют увеличить широкий спектр качественных показателей валков и обеспечивают глубину рабочего слоя опорных валков до 100мм, рабочих – до 60мм, разброс значений твердости по поверхности 1-2HSD, а по глубине рабочего слоя до 4HSD.

    С целью увеличения глубины закаленного слоя повышения эксплуатационных характеристик, уменьшения уровня остаточных напряжений широко используется спрейерная, индукционная закалка и дифференцированная термическая обработка.

    На фирме Steinhoff широко применяется индукционная закалки, в том числе двухчастотная. Используется индукционная закалка с поступательным движением кольцевого индуктора, индукционная закалка с нагревом и охлаждением всей поверхности бочки валка.

    Широко используется дифференцированная термообработка с газовым скоростным нагревом поверхности бочки и спрейерной закалкой в вертикальном положении.

    Так на фирме Gonterman – Peipers при термообработке валков из быстрорежущих и высокохромистых марок сталей особое значение придается многократным отпускам для снижения количества остаточного аустенита и изотермической закалке на бейнит для снижения уровня закалочных напряжений. При закалке валков широко используется водо-воздушное и воздушное охлаждение

    Главным достоинством высоколегированных сталей является высокая прокаливаемость и соответственно глубина закаленного слоя. Для реализации высокого потенциала хромистых сталей в Мире широко внедряется технология двухчастотной закалки, которая позволяет увеличить закаленные слой с 45мм до 60мм.

    При последовательной индукционной закалке валок подвешивается вертикально в машине, состоящей в основном из металлической рамы, снабженной опорой и направляющей системой для индукторов и валка, с управлением разными движениями:
    - вращение выполняется со скоростью около 30 об/мин, что обеспечивает равномерных нагрев и, следовательно, закалку валка;
    - перемещение через индукторы и системы закалки производится с постоянной скоростью, которая, однако, может регулироваться от 0.2 до 2мм/с в зависимости от диаметра валков.

    Частота зависит от требований к закалке и может колебаться в зависимости от диаметра валка:
    - частота в 1000Гц сообщает глубину закалки от 12 до 15мм валкам диаметром от 250 до 500мм;
    - частота 250Гц сообщает глубину закалки от 15 до 20мм валкам диаметром от 250 до 1200мм;
    - двойная частота 50/250Гц, все более широко используется для валков большого диаметра (1200мм и более).
    - валок проходит через первый индуктор с частотой 50Гц, который образует тепловой барьер на глубине; он снижает точку превращения Аc3 ниже зоны закалки;
    - затем валок попадает во второй индуктор с частотой 250Гц, тепло от которого как компенсирует падение температуры, вызванное потерями через излучение, так и позволяет произвести немагнитный фазовый нагрев до окончательной температуры закалки в зоне, предварительно нагретой при частоте 50Гц. Глубина закалки зависит также от времени нагрева, т.е. от скорости с которой валок проходит через индуктор.

    Индукционный нагрев токами с частотой 50 и 250Гц позволить увеличить глубину поверхностного слоя, прогретого выше критической точки Ас1 (Аc3). А интенсивное охлаждение после нагрева позволит увеличить закаленный слой.

    После закладки хромистых сталей сохраняется значительное количество остаточного аустенита. Для уменьшения количества остаточного аустенита технология термообработки должна включать криогенную обработку. Криогенная обработка позволить снизить содержание остаточного аустенита до 5%, повысить твердость на 3-4 HSD, снизить разброс твердости до 2HSD. Таким образом, актуальной проблемой перехода на выпуск конкурентоспособных валков из высокохромистых сталей является создание участка двухчастотной закалки и обработки холодом.

    Современные закалочные среды

    В области объемной термообработки при закалке валков в Германии используется новое синтетическое закалочное масло ‛SYNSBOL 9000‛ на основе экологически и чистых материалов, которые характеризуются устойчивостью к испарению, низкой вязкостью и хорошими закалочными свойствами, а также имеет высокую долговечность и дает эффект светлой закалки; возможно изменение охлаждающей способности масла в зависимости от легирования стали. Созданы малогабаритные переносные приборы для измерения охлаждающей способности различных закалочных сред, снабженные портативным процессором с блоком памяти и принтером.

    В Германии разработан новый раствор полимера Aqua-Quench 3150 для спрейерного охлаждения при индукционной закалке. Полимерные растворы позволяют быстро и равномерно охлаждать нагретые изделия, не вызывают их коррозию, не содержат нитратов, не воспламеняются и не образуют дым при закалке, т.е. являются экологически чистыми. Очистка деталей после закалки в этих средах не вызывает затруднений.

    Применение полимерных закалочных сред и управляемой компьютером спрейерной закалки дает возможность получать материалы с требуемыми свойствами. Спрейерная и струйная закалка позволяет регулировать скорость охлаждения, уменьшить коробление, получить высокую и равномерную твердость при легкости очистки поверхности, безопасности работы, нетоксичности, уменьшении загрязнения окружающей среды и стоимости операций такой термической обработки.

    Содержание раздела:


    Виды термической обработки

    Химико-термическая обработка

    Термо-механическая обработка

    Дефекты термической обработки и основные меры борьбы с ними

    Современные виды термической обработки

    Статьи по теме