Меню

Вакуумная термообработка стали что это

Высокотемпературная вакуумная закалка и цементация

До сих пор, на многих машиностроительных предприятиях, применяется классическая технология улучшения стальных изделий. Она представляет собой нагрев под закалку в окислительной или защитной атмосфере, охлаждение деталей в воде, масле или полимере и последующий отпуск в печах с окислительной атмосферой. На выходе получаются изделия с короблением поверхности до 0,2 мм. и чёрной пленкой, которая является результатом образования оксидов на металле. У таких деталей одна дорога — в цех механической доводки геометрии поверхностей. Избежать образования окислов на поверхности можно, используя защитные атмосферы эндо- и экзогаза, азота и др. Но коробление всегда будет являться обязательным атрибутом нагрева и закалки сталей.

Современные технологии позволяют значительно уменьшить изменения геометрических размеров поверхностей, используя более плавный нагрев деталей и используя в качестве закалочных сред более мягкие охладители. Это достигается при вакуумном нагреве с охлаждением в потоке газа.

Снижение давления до уровня ≤ 5 x 10−5 атм., приводит к тому, что количество оставшегося кислорода в рабочем пространстве печи снижается и нагрев в такой атмосфере происходит без образования окислов на поверхности деталей. Более высокой чистоты термообработки можно достичь при подготовке поверхности деталей — предварительном обжиге, для максимального удаления влаги с поверхности, если такая имеется. Для этого детали пропускают через печь предварительного окисления с температурой около 600 оС, когда еще обезуглероживание не начинается. Как правило, такая печь предусмотрена в линии вакуумной термообработки. Она имеет еще одно назначение — обезуглероживание поверхности перед цементацией. По утверждению зарубежных коллег, предварительное обезуглероживание поверхности стали увеличивает скорость цементации на несколько десятков процентов.

В вакууме теплообмен осуществляется за счет излучения, так называемый радиационный нагрев. Но он происходит эффективно лишь тогда, когда излучение становится видимым, т.е. при температурах, превышающих 600 оС. При более низких температурах для ускорения нагрева используют специальный газ-заполнитель рабочего пространства печи, например азот. При использовании такого газа, время нагрева сокращается на треть.

Использование газовой атмосферы в низкотемпературном интервале нагрева (конвективный нагрев) повышает однородность прогрева изделий, соответственно позволяет снизить уровень термических напряжений, вызывающих коробление. Кроме сокращения времени нагрева и снижения коробления, преимуществом использования конвективного нагрева является возможность применение более плотной загрузки, т.е. повышение производительности.

Также газ-заполнитель может использоваться в качестве закалочной среды и среды для отпуска, т.е. все операции закалки (нагрев под закалку и закалка) могут производиться на одном и том же технологическом оборудовании — вакуумной печи.

Вакуумные печи для отжига

В условиях вакуума возможно более быстрое достижение температуры кипения и плавления. Вакуумный отжиг происходит путем нагрева обрабатываемого сырья до критических точек температурного режима и выше них. После действия температуры в течение определенного времени производится плавное остужение детали. Такая обработка обуславливает равномерность структуры изделия не только снаружи, но и в сечении.

Отжиг способствует снижению показателя твердости материала, удалению напряжений, наклепа и химической неоднородности. Также повышаются показатели обрабатываемости сырья. В вакууме возможна процедура дегазации, которая обеспечивает улучшение всех характеристик заготовки. Вакуумные печи для отжига обеспечивают откачку воздуха в рабочем объеме, а также температурный режим от 700°С. Оборудование дополнительно оснащено специальным водяным охлаждением принудительного характера.

Читайте также:  Для чего делают отжиг стали

Высокотемпературная вакуумная закалка и цементация

При ТО и ХТО в углеродсодержащей среде при пониженном давлении не наблюдается окисления и обезуглероживания стали па протяжении всего цикла термической обработки; появ­ляется возможность значительного сокращения длительности про­цесса за счет активации поверхности и повышения температуры насыщения. Наиболее перспективна вакуумная ТО и ХТО для сталей с малой склон­ностью к росту зерна.

Технологическими параметрами процесса наряду с температуройт нагрева и длительностью выдержки является состав атмосферы и давление. Содержание углерода в цементованном слое регулируется цикличностью подачи цементирующего газа и парциальным давлением метана (газа – карбюризатора) в печи. Конкретные режимы подбирают в зависимости от марки стали и типа деталей.

Процесс цементации включает следующие этапы: загрузку деталей в вакуумную печь типа СНВ (состоящую из камеры цементации, охлаждения и встроенного закалочного бака) и создание вакуума 1 —10 Па, нагрев до заданной температуры (при цементации 1000-1100оС), выдержку для дегазации и активации поверхности деталей; подачу углеродсодержащего газа (метана) в случае цементации и выдержку деталей для прогрева и насыщения (при Ц); охлаждение садки в вакуумном масле или в азоте, разгрузку печи. Ускорение процесса при вакуумной цементации весьма значительно: слой 0,7—0,8 мм для стали 12ХНЗА достигается за 2,5 час.

Для вакуумной цементации не требуется газа-носителя (эндогаза, экзо-эндогаза), в печь подается только очищенный природный газ, реже пропан или бутан. Печи оснащены блоками подготовки и дозирования газов, контроля состава и парциального давления газов. Печи обеспечивают высокую скорость нагрева и охлаждения садки и возможность проведения процесса термообработки при сравнительно невысоком вакууме с нагревом до 22000С. В России вакуумные печи изготавливают конструкции ВНИИЭТО.

Процесс вакуумной цементации включает 2 периода:

1. Активный период насыщения (рис. 76), в течение которого в печь подают насыщающий газ до создания оптимального давления 1,3-104—3,9-104 Па. Для поддержания высокого углеродного потен­циала подачу газа производят в течение всего активного периода.

При отсутствии в атмосфере паров воды и СО2 насыщение происходит за счет реакции

В этот период концентрация углерода на поверхности достигает величины, близкой к пределу его растворимости в аустените при данной температуре.

2. Диффузионный период (диффузия в вакууме). В этот период прекращают подачу газа в камеру и печь вакуумируют (рис. 76). В процессе выдержки при температуре насыщения происходит диф­фузия углерода вглубь, а концентрация его на поверхности дости­гает оптимальной (0,8—1,0 %).

После окончания цементации садка охлаждается ниже эвтектоидной температуры АГ1

обычно до 500—600 °С (рис. 76). Для ускоре­ния охлаждения в печь подают азот, аргон или гелий до давления, близкого к атмосферному. Далее следует повторный нагрев до температуры закалки (рис. 76); закалка осуществляется путем погружения поддона с деталями в масляную закалочную ванну (рис. 75). После закалки следует отпуск при 180 °С рис. 76).

Читайте также:  Сталь 40хн по химическому составу

На ВАЗе для получения эффективной тол­щины 1,2 — 1,4 мм (до 0,4 % С) и концентрации углерода на поверх­ности 0,9% применяют режим: τ1= 30 мин Сг=1.4% и τ2= 50 мин при Сг=0.9%.

Процесс В ТО и Ц имеет ряд преимуществ: отсутствие газоприготовительных установок; сокращение длительности про­цесса за счет активации поверхности и более высокой температуры; получение светлой поверхности деталей после цементации; отсутствие кислородсодержащих компонентов в атмосфере исключает внутреннее окисление и обезуглероживание деталей; улучшение условий труда; уменьшение удельного расхода электроэнергии и технологического газа; большая мобильность оборудования (пуск и остановка занимают несколько минут); более высокая культура производства; лучшее проникновение газа-карбюризатора в отвер­стия малого диаметра, что обеспечивает равномерную цементацию внутренних полостей. Недостатком ВЦ является высокая стоимость оборудования.

К числу недостатков вакуумной цементации низколегированных конструкционных сталей относится сильное пересыщение поверхностного слоя углеродом (до 2,5—3,0 %) и образование большого количества карбидов Ме3

(С) по границам зерен или в виде пластинчатых выделений. В процессе диффузионной выдержки карбидные выделения не претерпевают изменения и снижают предел выносливости, но повышают износостойкость. Процесс ВЦ находит все более широкое применение, особенно на предприятиях с серийным производством.

Светлая закалка и цементация в кипящем слое

ТО и ХТО в псевдоожиженном слое. Высокий коэффициент массо- и теплопередачи, а также турбу­лентность смеси обеспечивают быстрый и равномерный нагрев и насыщение изделий. Скорость нагрева достигает 250—400 °С/мин. Для насыщения используют графит, уголь и другие углеродсодержащие вещества, в качестве инертной среды для формиро­вания «кипящего» слоя — шамот, кварцевый песок, окись алю­миния и др. Применяют также подачу природного газа (10—25 %).

Технологическими параметрами наряду с температурой и дли­тельностью процесса являются также скорость газа-носителя (азота, эндогаза), размер частиц, вид карбюризатора и коэффициент расхода первичного воздуха.

Кипящий слой представляет собой гетерогенную систему, в которой за счет проходящего потока газа (или вибрации) через слой мелких (0,05—0,20 мм) частиц (чаще корунда) создается их интенсивное перемешивание, что внешне напоминает кипящую жидкость.

Частицы корунда располагаются на газораспределительной решетке печи. При определенной скорости прохождения восходящего потока газа (выше критической скорости) частицы становятся подвижными и слой приобретает свойства жидкости (псевдоожиженный слой).

Установка состоит из генератора для получения эндогаза и рабочей зоны, где производится цементация. Как видно из рис. 79, через трубку 9

в эндогенератор, наполненный катализатором (ГИАП-3), поступает природный газ (метан) в смеси с воздухом (а = 0,26-О,27). В генераторе на газораспределительной решетке насыпается слой карборунда для улучшения подвода тепла от стенок в глубь катализатора. Рабочая зона заполнена корундом (размер частиц 100—120 мкм). Цементация проводится в атмосфере кипящего слоя, получаемого добавлением к эндогазу метана. Метан подводится через трубку
3.
Узел смешивания эндогаза с метаном
4
располагается между генератором и цементационной зоной.

Читайте также:  Заклепка вытяжная алюминий сталь 4x10 мм метизный двор 4607173907035

Достоинствами процесса ТО и цементации в кипящем слое яв­ляются сокращение длительности процесса вследствие большой скорости нагрева и высокого коэффициента массоотдачи углерода, возможность регулирования угле­родного потенциала атмосферы в рабочей зоне печи, уменьшение деформации и ко­робления обрабатываемых деталей за счет равномерного распределения температуры по всему объему печи

Процесс ТО и цементации в кипящем слое может быть использован на заводах мел­косерийного и единичного производства, для замены соляных ванн.

Цементация в тлеющем разряде (ионная цементация).

Наиболее важны следующие ее преимущества:

1. Простота управления насыщением с помощью изменения электрических параметров тлеющего разряда состава газовой среды.

2. Сокращение длительности процесса в 2—3 раза по сравне­ нию с обычной газовой цементацией за счет интенсификации реакций взаимодействия на насыщаемой поверхности. При по­ вышении температуры продолжительность процесса сокращается еще более, при этом не наблюдается внутреннее окисление, отсут­ ствуют выделения сажи на деталях и в камере печи.

3. Уменьшается расход углеродсодержащих газов в 10 и бо­ лее раз.

Источник

Вакуумная термообработка стали что это

Термическая обработка – основной способ придать необходимые механических свойства изделиям из металлов и сплавов, за счет изменения микроструктуры. Эксплуатационные свойства деталей
после термической обработки существенно улучшаются. Поэтому
очень важно правильно подобрать вид и режим термической обра-
ботки.

Термическая обработка – основной способ придать необходимые механических свойства изделиям из металлов и сплавов, за счет изменения микроструктуры. Эксплуатационные свойства деталей после термической обработки существенно улучшаются. Поэтому очень важно правильно подобрать вид и режим термической обработки.

  • ООО «Новосибирский Ювелирный Завод» занимается изготовлением медалей и монет. Для этого используются матрицы из стали Х12Ф1. После того как матрицы стали проходить термообработку в нашем цехе, стойкость матриц выросла в два раза, количество механических операций уменьшилось на 25-80% (в зависимости от типа матрицы), цикл изготовления матрицы сократился с четырех недель до двух. Итоговые затраты на изготовление и эксплуатацию матриц сократились в два с половиной раза.

  • ИП «Богомолов» производил пресс-формы для прессования сыпучих материалов, из стали Х12МФ. Проведя совместною работу, нам удалось подобрать технологию изготовления этих пресс-форм из стали 40Х с последующим азотированием. Такие пресс-формы имею стойкость равную пресс-формам из Х12МФ, но материал стоит в пять раз дешевле. Итоговые затраты на изготовление и эксплуатацию пресс-форм сократились в два раза.


  • ООО «Сибстройинвест-М» является производителем бурового оборудования. Включив в свою технологию изготовления деталей вакуумную закалку и вакуумную карбонитрацию в нашем цехе, удалось повысить ресурс работы бурового инструмента в 4-10 раз (в зависимости от типа изделия). Итоговые затраты на проведение буровых работ сократились на 25%.

© Группа компании «B1» © 2020.
Все права защищены

г. Новосибирск, Академгородок, ул. Арбузова 4/30

Источник

Adblock
detector