Соляная ванна для термообработки

  • Закалка
  • Нагрев металла
  • Защита изделия от окалины и обезуглероживания
  • Охлаждающие жидкости
  • Процесс отпуска

Термическая обработка сталей – одна из самых важных операций в машиностроении, от правильного проведения которой зависит качество выпускаемой продукции. Закалка и отпуск сталей являются одними из разнообразных видов термообработки металлов.

Тепловое воздействие на металл меняет его свойства и структуру. Это позволяет повысить механические свойства материала, долговечность и надежность изделий, а также уменьшить размеры и массу механизмов и машин. Кроме того, благодаря термообработке, для изготовления различных деталей можно применять более дешевые сплавы.

Также вам не помешает знать, как правильно варить полуавтоматом. Как закалялась сталь

Термообработка стали заключается в тепловом воздействии на металл по определенным режимам ля изменения его структуры и свойств.

К операциям термообработки относятся:

  • отжиг;
  • нормализация;
  • старение;
  • закалка стали и отпуск стали (и пр.).

Термообработка стали: закалка отпуск – зависит от следующих факторов:

  • температуры нагрева;
  • времени (скорости) нагрева;
  • продолжительности выдержки при заданной температуре;
  • скорости охлаждения.

Закалка

Закалка стали – это процесс термообработки, суть которого заключается в нагреве стали до температуры выше критической с последующим быстрым охлаждением. В результате этой операции повышаются твердость и прочность стали, а пластичность снижается.

При нагреве и охлаждении сталей происходит перестройка атомной решетки. Критические значения температур у разных марок сталей неодинаковы: они зависят от содержания углерода и легирующих примесей, а также от скорости нагрева и охлаждения.

После закалки сталь становится хрупкой и твердой. Поверхностный слой изделий при нагреве в термических печах покрывается окалиной и обезуглероживается тем более, чем выше температура нагрева и время выдержки в печи. Если детали имеют малый припуск для дальнейшей обработки, то брак этот является неисправимым. Режимы закалки закалки стали зависят от ее состава и технических требований к изделию.

Охлаждать детали при закалке следует быстро, чтобы аустенит не успел превратиться в структуры промежуточные (сорбит или троостит). Необходимая скорость охлаждения обеспечивается посредством выбора охлаждающей среды. При этом чрезмерно быстрое охлаждение приводит к появлению трещин или короблению изделия. Чтобы этого избежать, в интервале температур от 300 до 200 градусов скорость охлаждения надо замедлять, применяя для этого комбинированные методы закалки. Большое значение для уменьшения коробления изделия имеет способ погружения детали в охлаждающую среду.

Защита изделия от окалины и обезуглероживания

Для изделий, поверхности которых после термообработки не шлифуются, выгорание углерода и образование окалины недопустимо. Защищают поверхности от подобного брака применением защитных газов, подаваемых в полость электропечи. Разумеется, такой прием возможен только в специальных герметизированных печах. Источником подаваемого в зону нагрева газа служат генераторы защитного газа. Они могут работать на метане, аммиаке и других углеводородных газах.

Если защитная атмосфера отсутствует, то изделия перед нагревом упаковывают в тару и засыпают отработанным карбюризатором, чугунной стружкой (термисту следует знать, что древесный уголь не защищает инструментальные стали от обезуглероживания). Чтобы в тару не попадал воздух, ее обмазывают глиной.

Соляные ванны при нагреве не дают металлу окисляться, но от обезуглероживания не защищают. Поэтому на производстве их раскисляют не менее двух раз в смену бурой, кровяной солью или борной кислотой. Соляные ванны, работающие на температурах 760 – 1000 градусов Цельсия, весьма эффективно раскисляются древесным углем. Для этого стакан, имеющий множество отверстий по всей поверхности, наполняют просушенным углем древесным, закрывают крышкой (чтобы уголь не всплыл) и после подогрева опускают на дно соляной ванны. Сначала появляется значительное количество языков пламени, затем оно уменьшается. Если в течение смены таким способом трижды раскислять ванну, то нагреваемые изделия будут полностью защищены от обезуглероживания.

Степень раскисления соляных ванн проверяется очень просто: обычное лезвие, нагретое в ванне в течение 5 – 7 минут в качественно раскисленной ванне и закаленное в воде, будет ломаться, а не гнуться.

Охлаждающие жидкости

Основной охлаждающей жидкостью для стали является вода. Если в воду добавить небольшое количество солей или мыла, то скорость охлаждения изменится. Поэтому ни в коем случае нельзя использовать закалочный бак для посторонних целей (например, для мытья рук). Для достижения одинаковой твердости на закаленной поверхности необходимо поддерживать температуру охлаждающей жидкости 20 – 30 градусов. Не следует часто менять воду в баке. Совершенно недопустимо охлаждать изделие в проточной воде.

Недостатком водяной закалки является образование трещин и коробления. Поэтому таким методом закаливают изделия только несложной формы или цементированные.

  • При закалке изделий сложной конфигурации из конструкционной стали применяется пятидесятипроцентный раствор соды каустической (холодный или подогретый до 50 – 60 градусов). Детали, нагретые в соляной ванне и закаленные в этом растворе, получаются светлыми. Нельзя допускать, чтобы температура раствора превышала 60 градусов.

Режимы

Пары, образующиеся при закалке в растворе каустика, вредны для человека, поэтому закалочную ванну обязательно оборудуют вытяжной вентиляцией.

  • Закалку легированной стали производят в минеральных маслах. Кстати, тонкие изделия из углеродистой стали также проводят в масле. Главное преимущество масляных ванн заключается в том, что скорость охлаждения не зависит от температуры масла: при температуре 20 градусов и 150 градусов изделие будет охлаждаться с одинаковой скоростью.

Следует остерегаться попадания воды в масляную ванну, так как это может привести к растрескиванию изделия. Что интересно: в масле, разогретом до температуры выше 100 градусов, попадание воды не приводит к появлению трещин в металле.

Недостатком масляной ванны является:

  1. выделение вредных газов при закалке;
  2. образование налета на изделии;
  3. склонность масла к воспламеняемости;
  4. постепенное ухудшение закаливающей способности.
  • Стали с устойчивым аустенитом (например, Х12М) можно охлаждать воздухом, который подают компрессором или вентилятором. При этом важно не допускать попадания в воздухопровод воды: это может привести к образованию трещин на изделии.
  • Ступенчатая закалка выполняется в горячем масле, расплавленных щелочах, солях легкоплавких.
  • Прерывистая закалка сталей в двух охлаждающих средах применяется для обработки сложных деталей, изготовленных из углеродистых сталей. Сначала их охлаждают в воде до температуры 250 – 200 градусов, а затем в масле. Изделие выдерживается в воде не более 1 – 2 секунд на каждые 5 – 6 мм толщины. Если время выдержки в воде увеличить, то на изделии неизбежно появятся трещины. Перенос детали из воды в масло следует выполнять очень быстро.

Сварка автомобиля своими руками – нелегкая задача, но выполнимая.

Вам нужно быстро и качественно нарезать металл? Воспользуйтесь плазменной резкой! Как правильно ее выполнять, читайте в этой статье.

Если вас интересует, как сделать токарную обработку металлических изделий, читайте статью по https://elsvarkin.ru/obrabotka-metalla/tokarnaya-obrabotka-metalla-obshhie-svedeniya/ ссылке.

Процесс отпуска

Отпуску подвергаются все закаленные детали. Это делается для снятия внутренних напряжений. В результате отпуска несколько снижается твердость и повышается пластичность стали.

В зависимости от требуемой температуры отпуск производится :

  • в масляных ваннах;
  • в селитровых ваннах;
  • в печах с принудительной воздушной циркуляцией;
  • в ваннах с расплавленной щелочью.

Температура отпуска зависит от марки стали и требуемой твердости изделия, например, инструмент, для которого необходима твердость HRC 59 – 60, следует отпускать при температуре 150 – 200 градусов. В этом случае внутренние напряжения уменьшаются, а твердость снижается незначительно.

Быстрорежущая сталь отпускается при температуре 540 – 580 градусов. Такой отпуск называют вторичным отвердением, так как в результате твердость изделия повышается.

Изделия можно отпускать на цвет побежалости, нагревая их на электроплитах, в печах, даже в горячем песке. Окисная пленка, которая появляется в результате нагрева, приобретает различные цвета побежалости, зависящие от температуры. Прежде чем приступать к отпуску на один из цветов побежалости, надо очистить поверхность изделия от окалины, нагара масла и т. д.

Обычно после отпуска металл охлаждают на воздухе. Но хромоникелевые стали следует охлаждать в воде или масле, так как медленное охлаждение этих марок приводит к отпускной хрупкости.

Соляная электродная ванна

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 21 февраля 2017 года.

Розжиг соляной электродной ванны в индустриальных условиях (температура 1100 С°)

Соляная электродная ванна представляет собой металлическую или керамическую ванну, наполненную солью, в которую опущены электронагреватели. Часть ванны, в которой находятся электронагреватели, отделена от рабочей части перегородкой. Ванна помещена в корпус и прикрыта сверху зонтом. Для пуска ванны используется специальный погружной электронагреватель. Соляные ванны обеспечивают быстрый и равномерный разогрев изделий, помещаемых в расплавленную соль. Они применяются, в частности, для нагрева под закалку и отпуск инструментов.

Преимущества:

— более быстрый (в 4-5 раз) нагрев, по сравнению с электро- и газонагревательными печами;

— равномерный нагрев всей поверхности детали;

— равномерность температурного поля во всем расплаве с погрешностью ±1 °C;

— возможность частичного нагрева под закалку (например только рабочую часть сверла или ударную часть зубила);

— при нагреве детали не окисляются;

— высокие рабочие температуры:

Общие сведения о печах-ваннах.

Печи-ванны применяются для нагрева под закалку, от­пуск, нормализацию, химико-термическую обработку и для охлаждения при ступенчатой и изотермической закалке.

В зависимости от процесса термической обработки в каче­стве жидких сред применяют расплавленные соли, щелочи, металлы (свинец, олово, спла­вы свинца и олова, сплавы свинца и силумина и др.) и минеральные масла.

В расплавленных солях присутствуют растворенные кислород и окислы, которые вызывают окисление и обезуглероживание стали. Поэтому перед работой и в процессе работы ванну периодически раскисляют специальными смесями. Для раскисления ванн с хло­ристыми солями применяются небольшие добавки ферросилиция или буры, а для хлористого бария — фтористый магний. Для рас­кисления щелочных ванн — цианистые соли.

Преимущества печей-ванн: высокая скорость и равномерность нагрева деталей, точность регулирования температуры, отсутствие окисления и обезуглеро­живания, возможность осуществления местной термической и хи­мико-термической обработки. Недостатки печей-ванн: необходи­мость периодической смены солей, малая стойкость тиглей, воз­можность коррозии поверхности детали при несвоевременной очи­стке ее от солей и требования очень строгого соблюдения правил безопасности труда. При правильной организации работы ванн большинство недостатков легко устранимы, поэтому они нашли ши­рокое применение при термической обработке.

Ванны могут работать на любом виде топлива и электроэнер­гии. По способу обогрева различают печи-ванны с внешним обо­гревом, с внутренним обогревом, электродные.

Ванны с внешним обогревом.

Ванны с внешним обогревом. Представляют собой тигель, вставленный в печь с электрическим или пламенным нагревом. Тигли бывают литые, штампованные или сварные с толщиной стен­ки 12—30 мм. Тепло передается расплаву через стенки тигля, по­этому температура рабочего пространства печи должна превышать температуру расплава, что увеличивает опасность прогорания тиг­ля. В случае прогара тигля в ванне предусмотрен сток для солей и жидкого металла.

Средняя производительность ванн с пламенным обогревом в зависимости от размеров тигля составляет от 20 до 125 кг/ч.

Рис. 1. Электрическая тигельная печь-ванна типа СВГ: / — тигель, 2 — рабочая камера, 3 — чугунная плита, 4 — раздвигаемая крышка, 5 — вытяж­ной колпак, 6 — термопара, 7 — отверстие для подвешивания приспособлений с деталями

Широкое распространение в термическом производстве получили электрические печи-ванны. Внешний нагрев тигля осуществляется нагревателями из сплавов высокого электросопротивления. Рабо­чая температура ванны не превышает 850° С.

Недостаток ванн с внешним обогревом: трудность получения высокой температуры и сравнительно низкий КПД

Тигельные электрические печи-ванны с внешним обогревом вы­пускаются трех типов: СВГ-1,5.2/8,5, СВГ-2,5.3,5/8,5 и СВГ-3,5.4/8,5 производительностью 30, 60 и 100 кг/ч и мощностью 10, 20 и 30 кВт.

Электрическая печь-ванна типа СВР показана на рис. 1. Конт­роль температуры осуществляется термопарами. Одна термопара выведена через крышку и контролирует температуру в тигле, дру­гая термопара помещается в рабочем пространстве ванны у на­гревателей. Эта термопара связана с автоматическими регулирую­щими температуру приборами.

У ванны внизу под тиглем имеется сток для расплавленных со­лей в случае прогара тигля.

Ванны с внутренним обогревом.

Ванны с внутренним обогревом. Имеют трубчатые нагреватели, опущенные непосредственно в расплав. Внутренний обогрев уменьшает потери тепла, повышает к. п. д. печи, увеличивает срок служ­бы тигля и способствует получению в нем равномерной темпера­туры. Для ускорения нагрева и увеличения его равномерности ванны имеют механические мешалки с электроприводом или на­сосы.

Ванна с трубчатыми нагревателями (ТЭН) для термической об­работки деталей из алюминиевых сплавов показана на рис. 2. Максимальная рабочая температура ванны 520° С, мощность 300 кВт.

Рис. 2. Схема электрической ванны с внутренним обогревом:

/ — сварной тигель, 2 — футеровальная крышка, 3—U-образные нагревательные элементы

Электродные печи-ванны.

В этих ваннах нагревателем является сама соль, напоминающая ванну.

Ток подается к электродам с помощью шин от специально­го трансформатора, понижаю­щего напряжение с 220/380 В до 24,2—5,5 В. Ток пропуска­ется между стальными элек­тродами. Во избежание элек­тролиза соли применяют пере­менный ток.

Расплавленные соли имеют высокое электрическое сопро­тивление и при прохождении через них тока выделяется тепло, достаточное для разо­грева соли и поддержания тре­буемой температуры расплава. В твердом виде соль не прово­дит электрический ток.

Эти печи являются наибо­лее экономичными. В промыш­ленности получили широкое распространение трехфазные электродные печи-ванны типа СВС.

Соляные электродные ван­ны применяют: до 650° С — низкотемпературного отпуска стали, отжига и нагрева под закалку алюминиевых сплавов, отпуска, низкотемпературного циа­нирования, азотирования и первой ступени нагрева под закалку быстрорежущей стали;

до 850° С — для нагрева под закалку углеродистой стали, среднетемпературного цианирования, отжига стали и цветных метал­лов, для второй ступени нагрева под закалку быстрорежущей стали;

до 1000° С — для нагрева под закалку углеродистой и низколе­гированной стали и для термообработки чугунных отливок;

до 1300°С — для нагрева под закалку быстрорежущей стали, отжига нержавеющих сталей и др.

Электродные ванны выпускают мощностью 35, 60 и 100 кВт.

Рис. 3. Конструкция электродной ванны СВС-35/13: 1_ кожух, 2 —футеровка. 3 — перегородка, 4 — цепная занавеска (для предохранения ра­бочих от брызг расплавленной соли), о — зонт вытяжной, 6 — пирометр. 7 — электроды (3 шт.). 8 — противовес

Ванны имеют прямоугольную форму рабочего пространства с размерами до 350X800X400 мм. В этих ваннах имеются внутренние экраны, отделяющие электроды от рабочего объема соли. При такой конструкции ток не проходит через детали, экран предохраняет их от соприкосновения с электродами, позволяет лучше использовать рабочий объем соли. Металлическая перегородка предохраняет электродную группу от возможного замыкания через нагреваемую деталь.|

Температура ванн до 1300° С измеряется радиационным пирометром, а для температур до 1000°С — термопарами.

Пуск соляных ванн производится с помощью приспособления (стойка с нихромовыми нагревателями). При пропускании тока от трансферматора приспособление нагревается и расплавляет соль. Приспособление находится в затвердевшей соли. Трехфазная электродная печь-ванна СВС-35/13 (мощностью 35 кВт, максимальная рабочая температура 1300°С) показана на рис. 3.

Для термической обработки быстрорежущей стали используют трех- или четырехэлектродные тигельные печи-ванны. Ванны мон­тируются в одном каркасе и кладке. Каждый тигель предназначен для отдельной операции: первый для подогрева приблизительно до 650° С, второй — до 850° С, третий для окончательного нагрева до 1260—1280° С, а четвертый для охлаждения под ступенчатую закалку.

Масляные печи-ванны.

Применяют для низкого отпуска, искус­ственного старения и охлаждения при ступенчатой и изотермиче­ской закалке. Электрическая масляная ванна с изолированными на­гревателями показана на рис 4. Эти печи-ванны име­ют индекс СВМ. Цифры в числителе индекса указыва­ют длину рабочего прост­ранства (диаметр) и высоту (дм), знаменатель — тем­пературу в сотнях градусов. Ванны выпускают с раз­мерами тигля: шириной 5,8 и 10 дм, длиной 5X8 и 10 дм и высотой 5 и 10 дм. Мощ­ность от 15 до 40 кВт. Мас­ляные ванны круглого сече­ния (рис. 5) изготовляют­ся со стальным тиглем диа­метром 2,5; 3,5; 5,0; 8,0 дм и высотой 2,5; 5,0; 8,0; 10,0 дм.

Мощность 5—20 кВт. В больших ваннах глубиной свыше 10 дм предусмотрены мешалки для механического перемешивания масла.

Термообработка в соляных, бариевых и щелочных ваннах

Термообработка в соляных, бариевых и щелочных ваннах относится к специальным видам диффузионной термической и химико-термической обработки стальных деталей машин, различных групп инструментов, а также отливок в расплавленных жидких средах и ориентирована на улучшение качественных характеристик поверхности металлоизделий под отпуск, ступенчатую и изотермическую закалку, нормализацию.

Назначение соляных печей

Промежуточная температурно-временная обработка в соляных ваннах с низким, средним или высоким нагревом от 140 °С до 1300 °С предупреждает большинство негативных явлений горячей и холодной механообработки, в том числе появление «изломов», наклёпа и других деформаций, снимает напряжение после грубой обработки, позволяет выровнять исходную структуру, достичь лучшей вязкости и повышенного предела прочности для деталей, работающих на растяжение, сжатие или изгиб.

Расплавленная среда технических солей и щелочей даёт возможность эффективно работать со штамповыми и быстрорежущими сталями, поэтому оптимальна для обработки всех видов режущего инструмента, а также локальных участков концевых изделий – свёрл, метчиков, развёрток и т. д.

Преимущества температурной обработки в расплавах солей и щёлочи

Точный контроль температуры нагрева, минимизация деформаций, высокая защита от окисления, возможность локального воздействия – термическая и химико-термическая обработка стальных изделий в соляных ваннах во многом превосходит другие виды нагрева, поэтому широко используется по сей день.

  • Форсированный равномерный прогрев, скорость которого в 4–5 раз выше, чем в пламенных и других печах, обусловлен высокой теплоотдачей и подвижностью соляных и щелочных расплавов; исключает возникновение разрушающего термического напряжения и сдерживает рост зерна при постобработке.
  • Расплавленные соли предотвращают окисленность и обезуглероживание поверхностности нагреваемых стальных изделий, минимизируя риск коробления и образования окалин. Применение нейтральных, инертных солей и поддержание заданного углеродного потенциала предупреждают негативные химические изменения, включая остаточный налёт и пятна.
  • Высокая охлаждающая способность расплавленной среды гарантирует металлопродукции из быстрорежущих, низколегированных и углеродистых сталей необходимую твёрдость, позволяет избежать трещин и т. н. «паровой рубашки».

Особенности процесса термообработки в расплавленных средах

В соляную печь-ванну загружают только сухие детали и приспособления с очищенной поверхностью – без следов краски, масел, алюминиевой пыли, ржавчины. Для термической и химико-термической обработки металлоизделий, а также очистки и промывки заготовок формируют индивидуальный состав среды на основе хлористых, углекислых, фтористых и других солей с высокими температурами плавления, малой летучестью, устойчивостью к разложению при нагреве и инертностью, а также гидроокисей и других материалов для защиты нагреваемых изделий от обезуглероживания.

На поверхности стального изделия, погружённого в заданную солевую среду, моментально формируется плотная корка. Постепенно растворяясь, она ускоряет теплоотдачу от расплава. Толщина и твёрдость кристаллического образования зависит от габаритов и начальной температуры изделия, и чем выше температура и теплоёмкость расплава, тем быстрее солевая оболочка «тает».

Чтобы достичь однородной микроструктуры и необходимых свойств металла, термист контролирует температурный режим в рабочем объёме соляной ванны и рассчитывает продолжительность цикла прогрева, опираясь на комплекс показателей – химический состав нагреваемой стали, плотность расплавленной среды, способ и глубину погружения изделия, его конфигурацию, соотношение массы соли к массе нагреваемого металла и другие данные.

Термическое производство на базе печей с соляными ваннами

Металлосервисное предприятие «Ионмет» располагает рядом печей с соляными электродными ваннами для термической обработки деталей с максимальными размерами: длина 500 мм х ширина 350 мм х глубина 450 мм.

Мы принимаем инструменты различного назначения, а также приспособления, инструментальные заготовки, получистовые детали и другие изделия для термической обработки в расплавленных соляных и щелочных средах.

  • Отжиг в соляных ваннах закалённого инструмента, заготовок и готовых изделий для достижения однородной структуры и твёрдости по сечению.
  • Нормализация в соляных ваннах заготовок, изделий и инструментов из углеродистых и низколегированных сталей с целью улучшения их обрабатываемости резанием либо коррекции структуры металла в случае повторной закалки.
  • Высокий отпуск в соляной ванне заготовок из углеродистых и низколегированных сталей после нормализации с целью снижения твёрдости и улучшения обрабатываемости.
  • Предварительный и финальный прогрев под закалку деталей и инструмента из быстрорежущих и других высоколегированных сталей.
  • Предварительная термическая обработка закалённых и отпущенных сталей с целью предупреждения нафталинистого излома при вторичной закалке.
  • Исправление в соляном расплаве микроструктуры заготовок: снижение твёрдости поверхности после сварки или горячей механической обработки.
  • Светлая изотермическая закалка деталей из высоколегированных сталей с охлаждением в щелочной ванне и нагревом в расплавленных солях.
  • Охлаждение в расплавах хлористых солей в рамках ступенчатой закалки изделий и инструмента.

В зависимости от целевого назначения ванны, а также условной толщины изделий осуществляется индивидуальный температурно-временной расчёт и подбор состава солей, щелочей и ректификаторов для предупреждения выгорания углерода. Эффективная защита от обезуглероживания включает в себя также контроль за насыщенностью солевого расплава при нагреве и образованием оксидов в ванне.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *