Цех №4 а
Цех термической и термохимической обработки деталей и узлов.
Цех состоит из участков по виду термообработки.
Участок термообработки круглых деталей. Здесь расположены элеваторные печи ЭП-1 с диаметром рабочей камеры до 3м и высотой рабочей камеры до 1,5 м. Элеваторные печи по равномерности нагрева относятся к среднему классу, так как они расположены на высоте 3-4 м над уровнем пола цеха и подсасываемый воздух по температуре выше средней температуры цеха. Здесь обрабатываются крупные штамповки и сварные корпуса. Камерные печи меньше элеваторных печей и обрабатывают штамповки диаметром не более 800 мм и метровые прутки. Нагрев в этих печах происходит посредством никелевых нагревателей. В данном типе печи самая высокая неравномерность нагрева, так как большой подсос воздуха с температурой цеха.
Детали и узлы в камеры устанавливаются в специальных приспособлениях.
После термообработки с помощью подъемного крана детали вынимаются и
охлаждаются в масле в специальных поддонах с отверстиями. Отверстия необходимы для равномерной циркуляции масла по всем поверхностям детали и узлов, с целью предотвращения возникновения температурной нагрузки от неравномерного охлаждения детали.
Среда охлаждения зависит от охлаждаемого материала. Например, ХН-73 проходит охлаждение на воздухе, другие же, напротив, при контакте с воздухом теряют свои свойства и покрываются оксидной пленкой. К примеру, детали и узлы из титановых сплавов покрываются синей оксидной пленкой и непригодны для
работы, так как становятся хрупкими и на них образуются микротрещины. По этой причине для транспортировки титановых сплавов используют герметичные камеры с атмосферой инертных газов, чаще аргона, так как инертные газы не вступают в химические реакции. Такая камера представляет собой контейнер со сварной крыш-кой, в которую подается аргон. Сварной шов контролируется различными методами на герметичность, в частности на нем должны отсутствовать газовые пузыри, иначе сварной шов будет негерметичен. Давление аргона контролируется с помощью ротаметра.
Некоторые марки сталей требуют охлаждения вместе с печью, что занимает очень длительное время. Листовые детали, поступающие на термообработку для снятия остаточных напряжений после механической обработки, проходят быструю обработку, так как толщина нагреваемого слоя сплава мала, а температура нагре-ва невелика. Наиболее равномерный нагрев деталей происходит в шахтных печах, расположенных ниже уровня пола цеха на 1,8 м и изолированные от окружающей среды песочной пробкой. Такие печи не подсасывают окружающий воздух. Загрузка деталей в шахтную печь происходит в несколько рядов.
Режим термообработки задается посредством приборов для регулирования температуры по нанесенным на них термографикам. Иногда температуру замеряют непосредственно в камере печи с помощью специального термоэлектрического устройства для контроля точности приборов регулирования температуры.
На участке обдувки в специальных обдувочных камерах с детали удаляют ока-лину под регулируемым давлением. Обдувку выполняют электрокорундом с диаметром зерна 16-25 мкм 10-12 мкм и гидропеском для более мягкой обдувки деталей. Обдувку гидропеском производится тем же электрокорундом, но смешанным со струей воды. Максимально достижимая температура нагрева на никелевых нагревателях зависит от конструкции рабочей камеры и составляет 1050-1100С для камерных и 1300С для элеваторных и шахтных печей. Здесь, также как и при свар-ке, используется технология термофиксаторов по тому же принципу (см. выше). Ма-териал термофиксаторов – яденты и жаропрочные стали. С помощью термофиксаторов термообрабатывают сварные и листовые детали. При использовании термо-фиксаторов расчет режима нагрева и охлаждения производится для термофиксатора, а не для детали, так как термофиксаторы всегда делаются массивнее. При всех видах термохимической обработки расчет режимов производят для партии деталей, если требуется обработать одну деталь в печь закладывают балласт, сосоящий из таких же деталей, которых не хватает для одной партии. Партия обычно состоит из 20, 25, 30, 35, 40 деталей.
Участок обработки титановых заготовок и лопаток. Здесь имеются специальные приспособления для термохимической обработки титана, такие как приспособ-ление для обработки титановых прутков, представляющее собой емкость с песоч-ной средой, которая позволяет медленно и равномерно нагреть и охладить пруток, и некоторые другие. Также здесь имеются и вспомогательные средства, в связи со спецификой обработки, например, рольганы для перемещения песочных емкостей с заготовками и многие другие. Так как титан - материал довольно специфичный при термообработке, то здесь используются определенные режимы термообработки, например, изотермический отжиг до 850С; для однокарбидных твердых сплавов, таких как ВК-1 - до 650С без охлаждения.
После изотермического отжига титан охлаждается только на воздухе. Расположение детали при термообработке в печи строго определенное, в зависимости от её конфигурации. Например, лопатки ложатся только ребром для предотвращения коробления. Режим нагрева и охлаждения также зависит от обрабатываемой детали, например, для снятия остаточных напряжений достаточно тонких стенок существует один режим, а для лопаток другой. Титан склонен к образованию нага-ра вследствие своей относительно небольшой температуры плавления, поэтому в печах для термообработки титана предусмотрены специальные кожухи для защиты от перегрева, расположенные между камерой и нагревателями.
В этом цехе также имеется вспомогательный участок сварки, в частности для заваривания герметичных камер с аргонной атмосферой и других целей.
Участок травления. После штамповки лопатки проходят процедуру альфирования, альфированная поверхность очень твердая и альфирование применяют для высоконагруженных деталей подвергающихся механическому трению. Глубина альфирования достигает до 0,1 мм. Процесс альфирования состоит из стравливания в серно-плавиковых для толстых лопаток и азотно-плавиковых для тонких лопаток ванных. Однако процесс альфирования не относится к термохимической обработке, так как металл поверхностного слоя детали после растравливания и термообработки не вступает в химическую реакцию с другими элементами, а лишь насыщается кислородом и незначительным количеством углерода и азота, образуя тонкий износостойкий слой. Поэтому альфирование относят к термоокислительной обработке. Для снятия меди используют электролитический способ в водном растворе аммиака - деталь подвешивают на специальных крючках и вышибают атомы меди катодно-анодным способом. В гальванических ванных происходит обратный процесс. После растравливания детали моют горячей и теплой водой с содой и без, последовательно в ванных. Травление производят на глубину 1,2-1,5 мм, у тонких лопаток глубина травления меньше.
Участок вспомогательной механообработки. Здесь детали после травления шлифуются, полируются, круглые детали подчищаются.
На участке контроля происходит замер твердости после термохимической обработки.
Участок закалки ТВЧ. Оборудован высокочастотными генераторами типа ВЧГ-60, ВЧГ-100. Здесь создаются вихревые токи на индукторе, представляющим собой полую трубку. Таким методом можно калить детали участками, например, зубья шестерен, резьбу у винта. Время обработки самое короткое из всех способов термообработки деталей - 2-3 сек. Здесь обрабатываются в основном конструкционные легированные стали, такие как Ст-40, Ст-40Х.
Участок обработки холодом. Оборудован камерами тепла и холода типа КТХ, способными создавать температуры в диапазоне -150°С - +200°С. Обработка холодом используется в частности для перевода остаточного аустенита в мартенсит. Охлаждение производится посредством фреона.
Участок алитирования. Здесь поверхность лопаток насыщают алюминием с помощью алюминесодержащих красок, которая наносится на поверхность лопатки равномерным слоем, а остатки снимаются ацетоном. Затем покрашенные лопатки нагревают в оконных печах до 250°С и алюминий диффундирует в титан, делая поверхность лопаток износостойкой и жаропрочной.
На участке рихтовки рихтуются коробления, образованные на деталях в результате термохимической обработки, ручным прессом, затем на специальном столе проверяются плоские поверхности на плотность прилегания после рихтовки.
Центральный контроль. Здесь проводятся испытания на выявление качества обработки, в частности замеряется твердость после термообработки на приборах Бриннеля шариком диаметром 10 мм с нагрузкой 10 000 кг в одну точку, затем с помощью бинокуляра оценивается величина вмятины с точностью до 1 мм. и оценивается твердость по шкале Бриннеля. Твердость по Бриннелю замеряется для нетвердых деталей, для твердых деталей используется прибор Роквелла с алмазным наконечником. Для выявления микротрещин используется магнитный контроль - деталь под высоким напряжением намагничивается и на нее наносится специальная суспензия, затем деталь размагничивается и трещины, заполненные суспензией, становятся видимыми.
Участок азотирования. Азотирование происходит в камерных печах на глубину до 0,8 мм. Деталь ставится на качественно обезжиренную решетку, закрывается крышкой, наносится песочная пробка и подается аммиак. Под действием температуры нагрева, металл вступает в химическую реакцию с азотом, азот внедряется в поверхность детали, делая её тверже. Твердость после азотирования достигает HRN=80. Азотированию подвергают: Ст-40, легированные марки сталей, бронзу, никель. Азотирование длится до 40 часов в зависимости от толщины азотируемого слоя. Для азотирования применяются печи оконного и контейнерного типов. В печах контейнерного типа габариты обрабатываемой детали ограничены габаритами контейнера. При азотировании некоторых металлов в контейнер ложится маленькая коробочка с пористым аммонием, чтобы исключить возможность порообразования в обрабатываемом металле. Азотирование происходит при температуре 600-650°С.
Вакуумные печи, типа ВПН, НТП, СШ-812 с вольфрамовыми и никелевыми нагревателями, способны создавать давление до 10-4 – 10-5 Па, и предназначены для обработки легкоокисляемых металлов, например титана, и пайки. Обрабатываемая деталь ложится на стол, рабочая камера герметизируется и вакуумируется, причем процесс вакуумизации занимает до 30 мин. (время колеблется в зависимости от мощности откачивающего насоса). В вакууме, помимо того, что металл не имеет возможности окислиться, процессы термообработки для некоторых металлов происходят легче, например сплав ВЖ-13 в вакууме нагревается до комнатной температуры. При пайке предварительно на образуемый паечный шов наносится припой, который расплавляется в печи. Дисперсные твердые марки сталей и некоторые сварные узлы подвергаются только старению. Старение это наиболее долгий процесс.
Участок цементации и нитроцементации. Здесь происходит насыщение поверхностного слоя металла детали углеродом и азотом в твердой и газовой среде в печах шахтного типа. При цементации в газовой среде в печь под определенным давлением подается керосин, а при цементации в твердой среде в печь закладывают специально подготовленный и очищенный твердый уголь. Поверхности, не предназначенные для цементации, защищаются тем же способом, что и при азотировании, то есть специальным защитным покрытием, которое потом механически удаляется. ,
Некоторые детали термообрабатываются в солевых ванных с использованием солей хлористого бария и поваренной соли. Соль играет роль защитной среды и детали могут быть термообработаны без изменения своих геометрических параметров. Очистку обработанных деталей от остатков солей производят в ванных с горячей водой. Таким способом производят калку деталей с обеспечением очень равномерного нагрева и получением высокой твердости детали.
Ионное азотирование производится на оборудовании фирмы «Electropulse» (Германия). Принцип ионного азотирования заключается в том, что деталь нагревается не в результате конвективного нагрева, как при газовом, а за счет бомбардировки металла ионами азота. Деталь выступает в качестве катода, вокруг которого расположено большое количество анодов. Ионное азотирование происходит в три этапа: первый - катодное распыление, второй - разрыхление поверхности, третий - насыщение. После азотирования деталь прямо в агрегате проходит охлаждение водой. Посредством ионного азотирования обрабатывают никель, и многие другие стали, металлы и сплавы, производят лужение. Здесь после обработки обеспечивается твердость до HRN=80-85, на глубину до 0,8 мм. Поверхности, не предназначенные для азотирования, предохраняются специальными заготовками или припуском. Процесс ионного азотирования занимает меньше времени в 2-3 раза, чем газовое азотирование, и обеспечивает меньшее коробление деталей, за счет более низкой температуры обработки. Теоретически, деталь после ионного азотирования можно сразу же отправлять на сборку, без последующей механообработки.