книги из ГПНТБ / Мурованная, С. Г. Закалка сталей в вакууме учебное пособие

щем инертном газе металлорежущего инструмента из легиро­ ванных и быстрорежущих сталей и пресс-форм. Теплоизоляция, печи выполнена в виде графитового цилиндра, на который на­ матывается в несколько слоев графитовый войлок, стянутый сна­ ружи металлическим кожухом. В нижней и верхней части футе­ ровки расположены раздвижные графитовые шторки, теплоизо­ лированные графитовым войлоком. В период нагрева шторки пе­ рекрывают отверстия в футеровке пода и свода. В период за­ калки, остывания, загрузки и выгрузки шторки раздвинуты. Шторки открывают ручным механизмом.

1—нижняя шторка; 2—корпус печи; 3—нагреватель; 4—меха­

низм подъема и поворота крышки.; 5—рабочее колесо вентиля­ тора; 6—крышка; 7—теплоизоляция печи; 8—вакуумная система

Нагреватель однофазный, состоит из 16 графитовых стерж­ ней, подвешенных на двух молибденовых токоввсдах.

В нижней части кожуха, под футеровкой расположен диф­ фузор, обеспечивающий подачу направленного потока газа при закалке изделий. Давление в печи 10~3 мм рт. ст., рабочая тем­ пература 1350°С, установленная мощность 50 кВт, напряжение на нагревателе 20\7 В.

19

IV. КОНСТРУКЦИИ ВАКУУМНЫХ ПЕЧЕЙ С ЗАКАЛОЧНЫМИ БАКАМИ

При необходимости проведения .закалки в масле печи соеди­ няются с закалочными баками. Существуют вакуумные печи, в которых можно одновременно проводить закалку в тазе ;н мае-

3—кожух камеры охлаждения; 4—напорный рукав; 5— кожух нагревательной камеры; 6—нагреватель; 7—фу­ теровка; 8—теплоизоляционный экран; 9—крышка; 10— крышка загрузочного люка; 11—контейнер; 12—загру­ зочный стол; 13—механизм подъема и опускания сад­

ки; 14—сливная воронка; 15—закалочный бак

20

ле. Технически вакуумная закалка в жидкости сложнее закал­ ки в газе, поскольку требует использования быстродействую­ щих технологических затворов для устранения влияния паров жидкости на элементы нагревательной камеры и механизмов перемещения садки. При этом значительно увеличивается вы­ сота лечи. .При закалке изделий в масле применяют несколько схем соединения и расположения закалочных баков и нагре­ вательных камер.

1. Закалочный бак не отделен от нагревательной камеры за твором. Вакуумирование обеих камер производится одной ва­ куумной системой. По такому принципу выполнена печь СЭВ-2. 2/ 11,5 (рис. 13). Перемещение изделий в закалочный бак с крыльчаткой для перемешивания масла производится опрокидыванием контейнера. Недостаток этой печи — неко­ торое охлаждение деталей из-за -малой скорости перемещения контейнера. Для предотвращения попадания масла установлены экраны, отсекающие нагревательную камеру от бака.

Печи серии 700 для закалки в жидкости, выпускаемые фир­

портировки изделий закалочный бак может быть сделан под­

вижным.

2. Горизонтально расположенная нагревательная камера на­ ходится на одном уровне с закалочным бакам. Таким образом

3. Нагревательная камера расположена над закалочным ба­ ком и отделена от него быетрозакрывающим-ся шибером с гид­ равлическим приводом. Таким образом спроектирована верти-

21

2

Рис. 14. Вакуумная печь для закалки в масле:

/ —закалочный бак; 2—вентилятор; 3—нагревательная камера; 4—подставка

кальная вакуумная печь для закалки в масле фирмы Degussa (ФРГ). После погружения изделий в бак устройство для пере­ мещения садки поднимаются и бак заполняется маслом. Нали­ чие затвора препятствует миграции паров закалочной жидкости в нагревательную камеру,что позволяет проводить закалку и в воде (рис. 15).

Рис. 15. Вертикальная печь для закалки в масле с вынесенным масляным баком:

1—устройство для поворота и опускания садки; 2—устройство

для подвески садки; 5—графито­ вый нагреватель; 4—теплоизоля­ ция; 5—привод шибера; 6—ка­

мера охлаждения; 7—маслопро­ вод; , 8—масляный бак; 9—масля­ ный насос; 10—откачные патруб­ ки; / / —подставка; 12—вакуум­

ный шибер

‘22

В качестве сосуда для закалочной 'жидкости может . быть использован объем между двойными стенками закалочного ба­ ка, что позволяет уменьшить площадь, занимаемую установкой.

4. Нагревательная .камера и камера охлаждения расположе­ ны горизонтально по одной оси,. Под камерой охлаждения на­ ходится вертикально расположенный закалочный бак, как это выполнено в описанных выше печах фирмы Hayes, США (см.

рис. 11).

Печь для закалки 1СНВ-5.10 5/13Г, разработанная ВНИИЭТО, имеет горизонтально расположенные по одной оси камеры — на­ гревательную (500X1000X500 мм) и охлаждения и вер­ тикально расположенный под камерой охлаждения закалочный бак емкостью 2300 л. В этой печи проводят закалку в масле или в газе.

Внутри горизонтального кожуха размещены графитовые на­ греватели, футеровка из графитового войлока, который арми­ рован для прочности графитовой тканью, рабочее колесо цент­ робежного вентилятора, механизмы перемещения садки. В закалочный бак встроены колонна механизма подъема с загру­ зочным столом и крыльчатка механизма перемешивания. Ос­ новные технические параметры печи: установленная могц-

перемещения продвигает садку через открытый затвор в нагре­ вательную камеру. После окончания цикла перемещение садки а закалочный бак и охлаждение заканчивают менее чем через

10с.

Вуниверсальной печи той же фирмы для закалки изделий в масле и газе (рис. 16) предусмотрены две камеры охлаждения

23

с разных сторон камеры нагрева, что позволяет увеличить про­

изводительность печи.

В печах типа FPVOQ-424 рабочая температура 1320°С, ва­ куум 10~4 мм рт. ст., масса садки до 400 кг, установленная мощность 112,5 кВт, производительность, при закалке 200 кг/ч, рабочее пространство 610X910X460 мм.

6. В ‘.вертикальной высокотемпературной лабораторной ва куумной печи ОК.Б-420 для закалки в масле садка подвешива­ ется к специальному штоку, проходящему через уплотнение в крышке, так же как в печи ОКБ-531.

Лабораторная печь для термообработки тугоплавких метал­ лов состоит из загрузочной, нагревательной и закалочной ка­ мер и подвижного штока с крючком для подвески образцов [15]. Нагревательная камера с экранной теплоизоляцией и вольфрамовым стержневым нагревателем, температура нагре­ ва 2200°С, закалочная среда — масло ВМ-1, которое для ин­ тенсивного охлаждения изделий перемешивается.

Особый интерес представляет вакуумная закалка с охлаж­ дением в воде.

На практике закалочный бак с водой не вакуумируют, его отделяют от нагревательной камеры затвором. При этом целе­ сообразно, чтобы бак находился .непосредственно под нагрева­ тельной камерой для сокращения пути транспортировки садки.

Так выполнена серия печей фирмы BREW (США) для за­ калки в воде (см. табл. 2). Нагревательная камера и закалоч­ ная камера разделены таким образом, что в рабочей камере во время нагрева может поддерживаться необходимый вакуум. Не­ посредственно перед закалкой верхняя нагревательная камера заполняется инертным газом.

Повышенная' температура стенок предотвращает конденса­ цию на них пара. Под, нагреватель и экраны после извлечения из бака проходят окончательную просушку до полного удале­ ния пара на расположенном рядом специальном стенде.

-• Вакуумная печь фирмы Japan Vacuum Eng. (Япония) пред­ назначена для нагрева изделий в вакууме и последующей за­ калки в воде или масле. Рабочая температура 1500°С, давле­ ние .в процессе нагрева 10-4 мм ;рт. ст. Максимальная масса ■саджи 100 кг, емкость закалочного бака 250 л.

Печь состоит из нагревательной камеры и закалочного бака, расположенных друг над другом и разделенных двумя вакуум­ ными шиберными затворами и пневмоприводом. Верхний затвор водоохлаждаемый, под нижним установлена ловушка для улав­ ливания паров закалочной жидкости. При разгрузке бак отде^ ляют от нагревательной камеры и отвозят в сторону. Нагрева­ тельная камера имеет трехфнзный нагреватель диаметром 150 мм /и длиной 3500 мм, изготовленный из молибденового ли­ ста, и. экранную теплоизоляцию.

24

Вакуумная элеваторная печь фирмы Ipsen (США) предназ­ начена для обработки садки массой 4540 юг при 1150°С и да­ влении 10_6 мм рт. ст. Нагреватель изготовлен из молибдена, теплоизоляция экранная. Загрузка и выгрузка этой печи про­ изводятся снизу. Четыре опоры поддерживают печь над зака­ лочным баком, находящимся вне вакуумного кожуха в колод­ це. Садка помещается на под, и гидравлический механизм, на­ ходящийся под баком и проходящий через уплотнение в его дне, поднимает подвижную нижнюю крышку, на которой кре­ пится под. По окончании нагрева печь заполняется инертным газом и механизм опускает садку вниз. Как только она выхо­ дит из печи, специальная дверца автоматически перекрывает отверстие, предотвращающее попадание паров закалочной жид­ кости в нагревательную камеру.

Рис. 17. Лабораторная установка для закалки в воде:

1—водрюхлаждаемый шток; 2—фор- камера;- 3, 7, 18•—высоковакуумный затвор; 4; 12—вакуумный вентиль;

25

После уплотнения дверцы механизм продолжает движение до закалочного бака.

Конструкция печи позволяет дополнительно попользовать вентилятор и теплообменник для закалки инертным газом в нагревательной камере.

В опытной установке для закалки в воде (рис. 17) откачи­ вается нагревательная камера и камера охлаждения. Нагрева­ тельная камера высотой 200 мм и диаметром 100 мм с иихромовым нагревателем смонтирована на нижней крышке цилинд­

диффузионным паромасляным насосом. Вакуум в закалочной камере емкостью 10 л, заполненной закалочной жидкостью, создается механическими насосами по схеме, исключающей воз­ можность увлажнения масла насосом. Рабочее давление в зака­ лочной камере определяется упругостью пара жидкости во вре­ мя закалки и составляет для воды 5—10 мм рт. ст. и для 10%-ного раствора поваренной соли 3—5 мм рт. ст. Образец от момента открывания затвора, отделяющего нагревательную каме­ ру от закалочной, до погружения его в воду (15 с) находится в атмосфере водяного пара под давлением закалочной камеры. В результате испарения вода охлаждается так, чтобы температура ее повышается незначительно (до 1012°С при закалке садки массой 10 кг).

Проведенное технологическое опробование этой установки показало, что светлая поверхность образцов из меди и бронзы обеспечивается при закалке в воде, а образцов из стали У10— в 10%-ном соляном растворе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Особенности термообработки :в вакууме и примеры ее осу­ ществления для различных групп сплавов показывают перспек­ тивность этого вида .термообработки для повышения качества изделий и снижения общей трудоемкости их изготовления. Ис­ пользование вакуумных печей позволяет осуществить полный контроль технологических параметров и автоматизировать обо­ рудование.

Вакуумные печи по сравнению с другими печами более безо­ пасны и удобны в эксплуатации. Перед внедрением вакуумной термообработки в конкретный технологический процесс необ­ ходимо провести предварительный технико-экономический ана­ лиз, определяющий целесообразность ее применения.

В вакууме закаливают авиационные детали, разнообразные инструменты, штампы, сосуды высокого давления, медицинс­ кое оборудбвание, детали приборов и т. д.

26