До сих пор, на многих машиностроительных предприятиях, применяется классическая технология улучшения стальных изделий. Она представляет собой нагрев под закалку в окислительной или защитной атмосфере, охлаждение деталей в воде, масле или полимере и последующий отпуск в печах с окислительной атмосферой. На выходе получаются изделия с короблением поверхности до 0,2 мм. и чёрной пленкой, которая является результатом образования оксидов на металле. У таких деталей одна дорога — в цех механической доводки геометрии поверхностей. Избежать образования окислов на поверхности можно, используя защитные атмосферы эндо- и экзогаза, азота и др. Но коробление всегда будет являться обязательным атрибутом нагрева и закалки сталей.
Современные технологии позволяют значительно уменьшить изменения геометрических размеров поверхностей, используя более плавный нагрев деталей и используя в качестве закалочных сред более мягкие охладители. Это достигается при вакуумном нагреве с охлаждением в потоке газа.
Снижение давления до уровня ≤ 5 x 10−5 атм., приводит к тому, что количество оставшегося кислорода в рабочем пространстве печи снижается и нагрев в такой атмосфере происходит без образования окислов на поверхности деталей. Более высокой чистоты термообработки можно достичь при подготовке поверхности деталей — предварительном обжиге, для максимального удаления влаги с поверхности, если такая имеется. Для этого детали пропускают через печь предварительного окисления с температурой около 600 оС, когда еще обезуглероживание не начинается. Как правило, такая печь предусмотрена в линии вакуумной термообработки. Она имеет еще одно назначение — обезуглероживание поверхности перед цементацией. По утверждению зарубежных коллег, предварительное обезуглероживание поверхности стали увеличивает скорость цементации на несколько десятков процентов.
В вакууме теплообмен осуществляется за счет излучения, так называемый радиационный нагрев. Но он происходит эффективно лишь тогда, когда излучение становится видимым, т.е. при температурах, превышающих 600 оС. При более низких температурах для ускорения нагрева используют специальный газ-заполнитель рабочего пространства печи, например азот. При использовании такого газа, время нагрева сокращается на треть.
Использование газовой атмосферы в низкотемпературном интервале нагрева (конвективный нагрев) повышает однородность прогрева изделий, соответственно позволяет снизить уровень термических напряжений, вызывающих коробление. Кроме сокращения времени нагрева и снижения коробления, преимуществом использования конвективного нагрева является возможность применение более плотной загрузки, т.е. повышение производительности.
Также газ-заполнитель может использоваться в качестве закалочной среды и среды для отпуска, т.е. все операции закалки (нагрев под закалку и закалка) могут производиться на одном и том же технологическом оборудовании — вакуумной печи.
Вакуумные печи закалки
Печи для закалки металла прозваны вакуумными, т. к. одним из основных элементов их конструкции является вакуумный насос, благодаря которому внутри камеры создаётся вакуум и давление.
Применение и назначение вакуумных печей
Вакуумные печи для закалки деталей применяют в приборо- и машиностроении, строительной, металлургической отрасли и на производствах, требующих обработки металла (полной или частичной).
Сегодня производители предлагают купить муфельную/тигельную или трубчатую печь для закалки металла со следующими характеристиками:
- Потенциалом мощности 3-20 кВт. По сути, на термическую обработку устройством данный диапазон киловольт оказывает минимальное значение.
- Внутрь стандартной промышленной камеры можно загружать 15-40 кг. металла. При этом мощность устройства может увеличиваться, в зависимости от загруженного количества сырья. Некоторые крупногабаритные печи способны вмещать в себя единоразово до 100 кг. сырья, поэтому крупным металлургическим предприятиям тоже удобно работать с оборудованием и выполнять суточный норматив.
Термическая индукционная печь для закалки со средними характеристиками способна работать в температурном диапазоне 1800-2000˚ и обрабатывать за 1 рабочую смену до 9000 кг. сырья.
Печи для закалки
Печи для закалки – промышленные устройства, нагревающие содержимое до температуры 1150-2000˚ в зависимости от вида, мощности и модели устройства. Данное оборудование представляет собой термостойкую камеру, внутрь которой помещают металлы и разогревают их при высокой температуре.
Печи для закалки металла бывают таких видов:
- Муфельные.
- Тигельные.
- Трубчатые.
Они обладают одинаковым целевым назначением и позволяют обрабатывать металлы, начиная от олова и, заканчивая вольфрамом. Если взять во внимание муфельную разновидность печей, то она является востребованной и универсальной, благодаря тому, что в ней можно закалять не только металлы, но и керамические, глиняные изделия.
Кроме того, термические печи для закалки металла и др. материалов являются безопасными. Их применяют в лабораторных условиях во время проведения опытов. Современный ассортимент промышленного оборудования позволяет купить печь для закалки металла, отталкиваясь от сферы деятельности, суточного объёма работ и стоимости, поэтому каждое предприятие может приобрести оборудование с высоким сроком/качеством эксплуатации, защитным противопожарным механизмом и экранированием, позволяющим специалистам следить за процессом закалки.
Испытание на вакуумную плотность
Основным требованием, предъявляемым к спаям или герметичным изделиям, является их вакуумная плотность. Самым удобным способом течеискания является гелиевый течеискатель.Течеискатель позволяет обнаружить течи, попускающие поток воздуха от 102 до 105 л мкм/сек. Более малые течи в герметичных изделиях обнаруживатся методом опрессовывания в среде гелия. Изделие помещается в герметичную камеру, заполняемую гелием, и измеряется давление остаточного газа через сутки. Этот метод позволяет отбраковать отпаянные изделия, где необходимо длительное сохранение высокого вакуума.
Откачка камер
В процессе откачки происходит удаление из объема изделия всех газов, как свободных, так и растворенных в деталях. Для этих целей необходим длительный прогрев оболочки и деталей изделий при температуре до 500°С.
Что такое закалка
Закалка металла – разновидность термообработки металлических изделий. При этом происходит нагрев металла до экстремально высоких температур, а затем резкое охлаждение в масле или воде.
Существуют 2 вида закалки металлов:
- Полиморфный. Применяют для обработки стальных изделий.
- Без полиморфный. Используют для многих видов цветных металлов, но делают его хрупким и практически не пластичным.
По окончанию полиморфной закалки обрабатываемый материал становится вязким, поэтому стальные изделия нужно подвергать отпуску, а после без полиморфной обработки требуется дополнительно состарить материал. Однако при этом материал может стать немного мягче.
Также разделяют такие типы закалки:
- Полная.
- Неполная.
Её определяют, отталкиваясь от площади обрабатываемого металла, то есть можно закалить изделие полностью или его отдельные участки. Если по каким-то причинам производители хотят устранить закалку, тогда они выполняют отжиг. Чтобы проводить эти манипуляции, учёные разработали специальные печи закалки, отжига, отпуска и пр. Рассмотрим особенности данного оборудования.
Пайка в водородных и вакуумных печах
Пайка в печах наиболее полно воплощает в себе технологические возможности и особенности процесса, обеспечивает стабильность качества соединений различных деталей, позволяет максимально механизировать и автоматизировать изготовление паяных изделий; за счет групповой обработки может быть весьма экономичной.
Пайка – сложный физико-химический процесс получения неразъемного соединения в результате взаимодействия твердого паяемого и жидкого присадочного металлов ( припоя) соединяемых деталей. Формирование шва при пайке происходит путем заполнения припоем зазора между соединяемыми деталями, т.е. процесс пайки связан с капиллярным течением. Процесс пайки осуществляется при температурах , лежащих ниже температуры плавления паяемого материала.
Пайка имеет преимущества перед другими способами соединения деталей: возможность соединения в единое целое за один прием множества заготовок, составляющих изделие. Пайка позволяет соединять разнородные металлы, а также металлы с керамикой. При пайке не происходит расплавления кромок паяемых деталей, что дает возможность сохранить в процессе производства форму и размеры изделия.
Широкое применение при пайке в печах получил припой ПСр 72 ( также ПСр 50, ПСрМПд 68)-сплав эвтектического состава ( на основе серебра с содержанием меди или палладия), обладающий высокой технологичностью. Припои, содержащие серебро, обладают и повышенной тепло- и электропроводностью, высокими пластичностью, прочностью, коррозионной стойкостью и технологичностью. Поэтому эти припои широко применяются при пайке изделий, вакуумной техники и конструкций, подвергающихся высоким механическим нагрузкам.
Титановые припои обладают повышенной активностью и способностью смачивать поверхности тугоплавких металлов и металлов, покрытых окислами. Пайку металлов ( в основном меди) титановыми припоями производят в вакууме при этом обеспечивается равномерный нагрев соединяемых деталей без деформации даже при больших габаритах изделия.
Пайку в вакууме успешно применяют для соединения многих металлов. Этот вид пайки достаточно экономичен, совершенно безопасен. Паяные швы, полученные при использовании нагрева вакууме, отличаются чистотой исполнения, прочностью металла шва и высокой коррозионной стойкостью.
Принцип работы вакуумных печей закалки
Суть работы тигельной, трубчатой и муфельной печи для закалки металла основывается на принципе дугового заряда, когда газовые смеси контактируют с электротоком. В результате этого образовавшаяся в вакууме концентрированная дуга оказывает тепловое воздействие. Следовательно, оборудование, работающее с минимальной мощностью может накаляться и плавить сталь.
Также важен принцип передачи тепла от камеры к металлу. Он может быть прямым или косвенным.
- Прямой характеризуется энергетической деформацией между электродом и заготовкой, принимающей тепло.
- Косвенный подразумевает собой 2 электрода, которые взаимодействует между собой и воздействуют на объект на расстоянии.
Опытные специалисты считают, что наиболее качественной является вакуумная печь, работающая по принципу прямой передачи. Однако она требует осторожности и внимательности, ведь способна оказать негативное воздействие на содержимое камеры.
