Дуговые печи

Переменного тока		Постоянного тока

С зависимой дугой с независимой дугой

Рис. 2.21. Классификация дуговых печей

• зависимости от источника тока дуговые печи могут быть переменного или постоянного тока (см. рис.2.21).

• зависимости от места образования дуги в рабочем пространстве дуговые печи подразделяются на печи с зависимой (прямого действия) или независимой (косвенного действия) дугой. Конструктивные схемы дуговых плавильных печей представлены на рис. 2.22.

а) б) в)

Рис. 2.22. Схемы дуговых плавильных печей: а – барабанной поворотной с независимой дугой; б – ванной поворотной с зависимой дугой переменног тока;

• – ванной поворотной с зависимой дугой постоянного тока; 1 – электрод; 2 – сплав; 3 – анод

Печи с зависимой дугой или печи прямого действия переменного тока (см .рис. 2.22,б) получили широкое распространение для плавки чугуна и стали. В данных печах дуга “горит” между электродом и металлической садкой (шихтой или расплавом). По форме рабочего пространства эти печи относятся к печам ванного типа.

Дуговые печи выполняются с кислой и с основной огнеупорной футеровкой, в зависимости от технологического процесса плавки (кислого или основного).

Современные дуговые печи имеют прогрессивную систему подъема

• поворота свода для открывания печей подж загрузку через верх. Печи типа ДС-6Н1 имеют выкатную ванну. Вообще, в зависимости от способа открывания печи для загрузки шихты сверху, различают печи с поворотным сводом (серия ДСП) и с выкатным корпусом (серия ДСВ). В печах серии ДСП свод подвешен к полупорталу Г-образной конструкции из балок коробчатого сечения, а серии ДСВ – к порталу П-образной конструкции.

Все дуговые электропечи имеют современную систему автоматического перемещения электродов; при этом у всех печей, кроме ДС-6Н1, эта система выполнена электрогидравлической. Печи емкостью более 25 т оборудуются устройствами для электромагнитного перемешивания металла и могут иметь механизмы вращения ванны металла. На всех печах применены усовершенствованные электродные уплотнения.

Индукционные тигельные печи

Индукционные тигельные печи применяются для плавки почти всех литейных сплавов. В них производят выплавку сталей ( печи типа ИСТ), чугуна (печи типа ИЧТ), алюминиевых сплавов (ИАТ), латуни (ИЛТ) и других цветных сплавов (Zn; Mg; Ni). Тигельные печи имеют достаточно высокий электрический к.п.д. – порядка 55-65%.

• тигельных печах (см.рис. 2.28) тигель с рабочим материалом (шихтой) помещают внутрь спиралеобразного индуктора. При пропуска-нии через индуктор переменного тока тигель с шихтой попадает в пере-менное электромагнитное поле удвоенной силы, которое вызывает возник-новение вторичного вихревого тока (тока Фуко).

а) б)

Рис. 2.28. Схемы индукционных тигельных печей: а – прямого действия;

• – косвенного действия; 1 – индуктор; 2 – тигель огнеупорный; 3 – сплав; 4 – блок конденсаторов; 5 – источник переменного тока заданной частоты; 6 – до-

полнительный тигель-нагреватель

• зависимости от места преимущественного возникновения вто-ричного тока различают индукционные тигельные печи прямого действия и косвенного действия.

• индукционных тигельных печах косвенного действия вторичный ток в основном возникает в дополнительном тигле-нагревателе, который играет роль вторичной оболочки (см.рис. 2.28,б). От тигля-нагревателя происходит нагрев сплава. Материалом для изготовления тигля-нагревателя служит преимущественно графит.

Индукционные тигельные печи в зависимости от частоты тока могут быть промышленной частоты (50 Гц) и повышенной частоты (до 10000 Гц).

• комплект оборудования индукционных печей повышенной часто-ты обязательно входят преобразователи частоты и напряжений переменно-го тока.

Частота тока оказывает значительное влияние на работу индукци-онных печей. От нее зависит время и температура нагрева, интенсивность перемешивания расплава, к.п.д. печи и т.п.

• первом приближении выбор оптимального значения частоты тока зависит от размеров тигля печи, типа выплавляемого сплава (его магнит-ной проницаемости) и массы металла в тигле. Чем больше диаметр тигля, чем больше в нем масса сплава, тем меньшее значение частоты тока можно применять в тигельных печах. В табл. 2.1, в качестве ознакомления, пред-ставлены интервалы значений частот тока, применяемых в тигельных пе-чах, в зависимости от размеров тигля и обрабатываемого сплава.

					Таблица 2.1
Предпочтительная частота тока для тигельных индукционных печей
Внутренний	Масса металла в тигле, (т)			Частота тока,
диаметр тиг-	Сталь, чугун	Алюминие-	Медный		(Гц)
ля, (мм)		вый сплав	сплав
300-425	0,25-0,65	0,10-0,25	0,30-0,75		500-2400
450-550	1,0-1,5	0,35-0,55	1,0-2,0		50-1000
Выше 550	Выше 1,5	Выше 0,55	Выше 2,0		50-500

102. Опишите кратко материалы для изготовления метал­лорежущих инструментов: углеродистые, легированные бы­строрежущие стали, металлокерамические твердые сплавы, минеральная керамика, алмаз, гексанит-р, эльбир-р (основ­ные марки, химический состав, область применения).

Углеродистые инструментальные стали — самый старый инструментальный материал. Современные марки сталей У9А, У10А, У12А. У13А содержат от 0,9 до 1,3 % углерода, закаливаются на твердость 61—63 HRC., и обладают достаточно высокой механической прочностью, но низкой износостойкостью и теплостойкостью.

Низколегированные инструментальные стали — углеродистые инструментальные стали с небольшими добавками хрома, марганца, вольфрама, кремния и ванадия. Наиболее широко применяемые марки ХВГ, 9ХС, 95ХГСВФ, Х6ВФ закаливаются на твердость до 65 HRC. Износостойкость этих сталей немного выше, чем углеродистых, а теплостойкость такая же невысокая (250—350 °С). Поэтому из углеродистых и низколегированных инструментальных сталей делают неответственные ручные инструменты и некоторые машинные, работающие с низкими скоростями резания и характеризующиеся небольшой трудоемкостью изготовления.

Высоколегированные инструментальные стали — быстрорежущие стали, которые изготавливаются на основе высокоуглероди- стых с содержанием углерода от 0,7 до 1,4 % со значительными добавками карбидообразующих элементов (вольфрама, хрома, ванадия, молибдена), что повышает теплостойкость стали до 670 °С и позволяет в 2—4 раза увеличить допускаемую скорость резания по сравнению с углеродистыми и низколегированными сталями.

Первые марки быстрорежущих сталей — Р18 и Р9 — содержат 0,8 % углерода, 4 % хрома, соответственно 18 и 9 % вольфрама, 1 и 2% ванадия. Теплостойкость их одинакова, так как одинаков состав твердого раствора сталей в закаленном состоянии Однако износостойкость стали Р18 приблизительно в два раза выше, чем стали Р9. она содержит в три раза больше избыточных (свободных) карбидов. Кроме того, сталь Р18 лучше шлифуется, менее склонна к прижогам (изменению физико-механических свойств поверхностных слоев под действием температуры в зоне шлифования). Поэтому сталь Р18 считается классической, эталонной маркой, по отношению к которой оцениваются свойства других марок быстрорежущей стали.

Металлокерамические твердые сплавы.

Металлокерамические твердые сплавы получают методом порошковой металлургии путем прессования с последующим спеканием при температуре 1500—2000 °С порошков карбидов тугоплавких металлов: вольфрама, титана, тантала и не образующего карбидов кобальта. Режущими компонентами в сплавах являются карбиды, а кобальт выполняет роль связки.

В промышленности применяются три группы твердых сплавов, отличающихся но составу карбидной основы: однокарбидные, или вольфрамокобальтовые, обозначаемые ВК: ВК2, ВКЗ, ВК4, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25 (теплостойкость — 800—850 °С); двухкарбидные, или титановольфрамокобальтовые, обозначаемые ТК: Т5К12, Т5К10, Т14К8, Т15К10, Т15К6, ТЗОК4, Т60К6 (теплостойкость — 850—900 °С), и трехкарбидпые, или танталотитановочь- фрамокобальтовые, обозначаемые ТТК: ТТ7К12, ТТ8К7, ТТ7К15, ТТ10К8, ТТ20К9, ТТ21К9 (теплостойкость — 750 °С). Кроме того, имеются мелкозернистые сплавы ВКЗМ, ВК6М (группа М), особомелкозернистые — ВК60М, ВК100М (группа ОМ), крупнозернистые — ВК4В, Т15К12В (группа В) и ВК20К, ВК6КС, BKI0KC (группы К и КС). Фракционный состав сплава определяется цифрами в марке после знака химического элемента. Например, сплав ВК6 содержит 6 % кобальта, остальное — карбиды вольфрама, сплав Т15К6 содержит 6 % кобальта, 15 % карбидов титана и остальное — карбиды вольфрама и т.д.

Минералокерамика

Минералокерамику получают путем прессования и спекания при температуре 1720—1760 °С тонко измельченного порошка корунда (искусственной окиси алюминия AL2O3) с окисью магния MgO (около 1 %) Зерна корунда являются режущим компонентом, а окись магния — связующим.

Отсутствие в составе минералокерамики дефицитных компонентов, низкая стоимость (порошок электрокорунда в 125 раз дешевле, чем порошок карбида вольфрама), высокая твердость (91—93 HRA). исключительно высокая теплостойкость (2000 °С) придают этому материалу особую привлекательность. Однако пониженная прочность на изгиб (в 3—4 раза ниже, чем у твердых сплавов), низкая ударная вязкость (в 7—10 раз ниже, чем у твердых сплавов) и исключительно низкая сопротивляемость циклическому изменению тепловой нагрузки ограничивают область ее применения получистовым точением цветных и черных металлов с высокими скоростями резания в условиях жесткой технологической системы.

Попытки повысить прочность оксидной минеральной керамики привели к созданию керметов, содержащих, помимо окиси алюминия, добавки молибдена, вольфрама, титана или сложных карбидов, бори- дов или силицидов этих элементов. Добавки металлов в 1,5 раза повышают прочность минералокерамики, но в 4—5 раз понижают ее стойкость, а теплостойкость понижают до 1400 °С. Исключение составляют сравнительно новые марки ВЗ, ВОК-60, ВОК-63 карбидно-оксидной керамики, однако они приблизительно в два раза дороже твердого сплава. Новые марки нитридной керамики, например ВРК-20, обладают стойкостью в два раза выше, чем карбидная ВОК-60

Для повышения вязкости керамики ее легируют ZrO2, а для повышения прочности армируют монокристаллами в виде волокон SiC.

Основным промышленным представителем минеральной керамики пока остается микролит ЦМ-332, который выпускается в виде пластинок тех же форм и размеров, что и твердые сплавы

Алмаз, представляющий собой одну из модификаций углерода, имеет высокую твердость — в три раза выше, чем карбид титана, высокую теплопроводность, малую склонность к адгезии, но низкую прочность, как микролит. Однородная и плотная структура алмаза позволяет получить режущую кромку с небольшим радиусом округления, что обеспечивает работу с малыми сечениями среза. Алмазные лезвийные инструменты успешно используются при тонком точении цветных металлов. Для обработки черных металлов алмазы малопригодны из-за повышенной хрупкости и низкой стойкости, вызванной растворением алмаза в железе при температурах выше 750 °С. Кроме резцов, алмазами оснащают торцовые фрезы и сверла.

Гексанит-Р – сверхтвердый материал, созданный на основе вюрцитоподобного нитрида бора. Гексанит-Р получают по общепринятой технологии изготовления поликристаллических сверхтвердых материалов типа карбонадо или эльбора-Р; исходный продукт – вюрцитоподобный нитрид»бора. Особенностью процесса является возможность получения прочных компактных поликристаллов гексанита-Р массой до 5 карат при сравнительно низких температурах и давлениях с частичным фазовым превращением вюрцитоподобного нитрида бора в сфалеритный. Гексанит-Р в отличие от всех известных сверхтвердых поликристаллических материалов на основе нитрида бора представляет собой двухфазный композиционный материал, состоящий из вюрцитоподобного и сфалеритного нитрида бора.

Гексанит-Р отличается высокой дисперсностью (0,01-1,0 мкм) и весьма разветвленной, нарушенной структурой. Благодаря этим свойствам гексанит легко спекается в условиях сверхвысоких давлений в компактные поликристаллические спеки, известные в настоящее время как поликристаллы гексанита-Р

3аготовки гексанита-Р представляют собой цилиндрической формы поликристаллическис спеки черного цвета диаметром 3-9,5 мм и высотой 2-5 мм.

Успешное применение гексанита-Р во многом предопределено тем, что с высокой производительностью процесса сочетаются такие важные показатели, как отсутствие прижогов, вырывов, сетки микротрещин, а. также стабильное получение высокой точности и низкой шероховатости обработанной поверхности.

Гексанит-Р применяется для чистовой и получистовой обработки закаленных до HRC 60-64 углеродистых, высокопрочных и жаропрочных сталей при прерывистом резании.

Эльбор Р применяют для резцов и фрез, используемых при финишной обработке деталей из закаленных конструкционных углеродистых, легированных и быстрорежущих сталей с твердостью 48…62 HRCЭ и высокопрочных чугунов. При обработке эльбором Р обеспечивается более высокое качество поверхности по сравнению со шлифованием, так как при этом уменьшаются микротрещины, прижоги и др.  используют для тонкого и чистового точения и фрезерования без ударов деталей из закаленных сталей твердостью 55...70 НRС, чугунов и твердых сплавов ВК15, ВК20 и ВК25 с подачами до 0,20 мм/об и глубиной резания до 0,8