производство и поставка оборудования для механических испытаний, неразрушающего контроля, химического анализа и визуального контроля, диагностического оборудования, приборов визуального контроля, систем контроля доступа персонала, элементов систем умного производства. Испытательная лаборатория. Сервисный центр

Глава 5.6 / 5.6.1. Нагрев заготовок

Состояние поверхности металла при нагреве зависит от нагревательных сред, которые подразделяются на активные, обычные и защитные.

Активные среды применяют при выполнении химико-термической обработки, они были рассмотрены выше (см. подразд. 5.5.1).

К обычным средам относится воздух — атмосфера электропечей и продукты сгорания газов — атмосфера газовых печей. При нагреве в этих средах происходят реакции металла с печной атмосферой. Окисление стали начинается при 200 °С (при этом появляются цвета побежалости). Повышение температуры усиливает окисление и вызывает появление окалины — на стальных заготовках образуются рыхлые, слабо связанные с основным металлом оксиды железа. При температуре свыше 700 °С начинается обезуглероживание поверхности стальных заготовок. Эти процессы развиваются тем интенсивнее, чем выше температура и больше продолжительность выдержки. Поэтому при нагреве в печах с обычной атмосферой целесообразно уменьшать время нахождения металла при высоких температурах.

Защитные среды предохраняют стали от окисления, образования окалины и обезуглероживания. В промышленности используют газовые и жидкие среды.

Газовые эндотермические и экзотермические атмосферы получают сжиганием природного газа при определенном соотношении с воздухом. Эти атмосферы позволяют выполнять термическую обработку при температурах 650... 1 100 °С, сохраняя светлую поверхность заготовок. Однако они не являются универсальными, потому что одни операции термической обработки выполняются при более низких температурах (например, отпуск сталей), а другие, напротив, при более высоких.

Идеальной защитной средой является атмосфера, состоящая из инертных газов — аргона, гелия. Однако из-за высокой стоимости они не нашли широкого применения.

В промышленности достаточно широко используют нагрев в вакууме, который не только обеспечивает надежную защиту от окисления и обезуглероживания, но также способствует дегазации металла.

В газовых средах выполняется нагрев для осуществления практически всех видов термической обработки: отжига и нормализации, закалки и отпуска.

Жидкие среды используют в качестве нагревающих и охлаждающих. Их применяют для нагрева под закалку, отпуска, а также для охлаждения при закалке, например при проведении изотермической закалки (см. рис. 5.15). Приведем некоторые составы с различными интервалами температур применения, которые с одной стороны ограничены температурой плавления, с другой — температурой кипения, и, таким образом, используются для проведения различных операций термической обработки.

Так, смесь, состоящая из 45 % NaN03 и 55 % KN03 работоспособна в интервале температур 160... 650 °С, который охватывает температуры отпусков всех видов (низкого, среднего и высокого).

Закалочные смеси охватывают весьма широкий интервал температур, их использование позволяет выполнить закалку практически любой стали. Например, от 750...850 °С выполняется закалка углеродистых доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей; от температуры свыше 1200 °С — закалка быстрорежущих сталей.

Состав и рабочие температуры закалочных смесей приведены ниже:

Выбор времени нагрева. Общее время нахождения деталей в печи складывается из времени нагрева до заданной температуры Н и времени выдержки при этой температуре В.

Время выдержки В достаточно регламентировано, оно определяется структурными превращениями, которые должны пройти во всем объеме заготовок (например, полное превращение перлита в аустенит), поэтому сильно изменять эту составляющую общего времени не удается.

Временем нагрева до заданной температуры Н варьировать можно, эта составляющая общего времени зависит от многих факторов.

Прежде всего скорость нагрева металла можно изменять, используя разные технологии. Самая высокая скорость обеспечивается при нагреве ТВЧ до 1000 °С/с. Скорость нагрева в жидких средах (расплавах солей) составляет около 10 °С/с, а в печах с воздушной (газовой) атмосферой она значительно ниже — примерно 1 °С/с. Однако не все способы нагрева являются универсальными, поэтому они не взаимозаменяемы.

Наибольшую скорость обеспечивают технологии поверхностного нагрева. Однако их применение ограничено применением главным образом для поверхностной закалки. Также не универсальны жидкие среды, в основном их используют для закалки и отпуска. Наиболее универсальным является оборудование с газовыми (вакуумной) средами — печи, в которых проводят все виды термической обработки.

При использовании защитных атмосфер увеличение общего времени нагрева не столь существенно. Напротив, при нагреве в печах с обычной атмосферой оно должно быть минимальным для того, чтобы снизить негативные явления (окисление, обезуглероживание и др.). Однако произвольно увеличивать скорость нагрева нельзя, необходимо учитывать целый ряд факторов: химический состав стали, габариты и конструкцию деталей и т.п.

Прежде всего следует помнить о теплопроводности стали, которая зависит от ее химического состава. Быстрый нагрев сталей с низкой теплопроводностью вызовет появление напряжений из-за объемных изменений поверхности и сердцевины детали, проходящих неодновременно. Поэтому углеродистые стали, обладающие большей теплопроводностью, чем легированные, можно нагревать быстрее.

Кроме того, скорость нагрева определяется конструкцией детали. Детали простой формы можно нагревать быстро, при этом перепад температур по сечению небольшой. Быстрее можно также нагревать детали из сталей с более однородной структурой.

Скорость нагрева зависит также от массы одновременно нагреваемого металла (садки) и расположения заготовок в печи. Это связано с тем, что перепад температур по объему печи может быть значительным — быстрее нагреваются детали, расположенные ближе к нагревателям.

В практике термической обработки используют режимы, обеспечивающие различную скорость нагрева заготовок.

Медленный нагрев деталей вместе с печью (детали загружают в холодную печь) применяют для крупногабаритных отливок и поковок из легированных сталей. Чем сложнее конфигурация заготовок, тем медленнее следует осуществлять нагрев. При такой технологии продолжительность нагрева наибольшая.

Ускорение нагрева достигается разными способами. Заготовки помещают в уже нагретую до необходимой температуры печь. Время нагрева при этом уменьшается, но увеличивается перепад температур по сечению заготовки и термические напряжения. Еще быстрее произойдет нагрев до заданной температуры, если заготовки загрузить в печь, температура которой значительно превышает необходимую по технологии. Заготовки при этом не перегреваются, так как при их помещении в печь температура резко падает. После этого нагрев до заданной температуры происходит быстро, но растет перепад температур по сечению заготовок, следовательно, увеличиваются термические напряжения.

Для уменьшения перепада температур применяют нагрев с предварительным подогревом. Для этого используют две печи. Температура первой печи ниже необходимой — в ней осуществляют подогрев, после чего заготовки переносят во вторую печь для окончательного нагрева. Этот прием применяют и при использовании жидких нагревающих сред. Так, в частности, выполняют закалочный нагрев инструментов из быстрорежущих сталей с высокой температурой закалки (свыше 120СГС). Предварительный подогрев необходим для предотвращения деформаций, которые возникают, если инструменты сразу, без подогрева, поместить в ванну с такой высокой температурой.

С 2011 года научно-производственное предприятие «УКРИНТЕХ» успешно работает и развивается в области контроля качества материалов и изделий.

Контакты

ООО НПП "Укринтех":
г. Харьков, ул.Ковтуна, д.50, корпус "А-5"

Для почты:
а/я 2304, Харьков-1, 61001, Украина

ООО НПП "Укринтех"
+38 (050) 499-09-89; +38 (067) 560-89-39
+38 (067) 575-45-10; +38 (057) 768-09-02

"ЦНИ Лаборатория"
+38 (098) 262-48-92

Компания

Производство и поставка
испытательного оборудования, оборудования для металлографии, приборов НК и др.

Сервисный центр
Ремонт, сервисное обслуживание и модернизация оборудования.

Центр независимых исследований
Аккредитованная испытательная лаборатория.