Оборудование для термической обработки: основные виды печей

Разновидности муфельных печей

Современные нагревательные печи с муфельной конструкцией представлены широким видовым разнообразием. Можно насчитать сотни модификаций муфельных печей. При этом муфельные нагреватели имеют достаточно узкую специализацию. Печи данного типа приобретаются в основном под конкретно взятые технологические операции.

Хотя встречаются и «универсальные» модели, но их возможности не уходят далеко от потенциала узкоспециализированных аналогов.

В первую очередь муфельные печи можно классифицировать по методу нагрева:

1. Газовые
2. Электрические

Существует мнение, что газовые печи обеспечивают возможность нагрева муфеля до более высокой температуры. Есть газовые муфели с нагревом до 2000 ˚С. Классические же электрические нагреватели позволяют добиваться в среднем температуры 1300 ˚С.

Но в электрические печи все чаще и чаще внедряются современные технологии, дающие возможность выходить на аналогичный с газовыми моделями температурный режим. При использовании специального волокнистого нагревательного материала, который доходит до поверхностного слоя муфельной изоляции, температуру печи можно повысить до 1700 ˚С и даже более того.

Разумеется, в некоторых мастерских и производственных площадках находится место старым твердотопливным печам. Муфели данного типа нагреваются обыкновенной дровяной/угольной топкой. Главным преимуществом твердотопливных муфелей является существенное снижение финансовых затрат на энергоноситель.

В прошлом муфельные печи для нужд производства топились отходами деревообрабатывающей промышленности. В данном случае стоимость самого процесса термообработки можно считать нулевой.

Но в твердотопливных муфелях есть один существенный минус. Такие печи не позволяют регулировать на тонком уровне температурный режим. То есть обыкновенной дровяной топкой сложно добиться стабильности нагрева. Этот момент крайне важен, так как современные технологии термообработки предполагают соблюдение температурного режима с точностью до ±1 ˚С.

Какие еще виды муфельных печей существуют.

Плавка золота

Тугоплавкие металлы, например, золото, в работе отличаются высокой температурой плавления. Так, для успешного решения задачи, необходимо будет разогреть печь до 1300 градусов, при условии того, что мы работаем со сталью (по другим материалами надо смотреть коэффициент тугоплавкости).

Необходимо учитывать фактор материалов растопки. Так, протопить печь можно всеми бытовыми ненужными материалами, исключая токсичные, то есть выделяющие ядовитые вещества в процессе горения.

Этапы работы с тугоплавкими материалами

Классификация по типу рабочей среды

Муфельные печи могут обеспечивать нагрев заготовок в различных средах:

1. Воздух
2. Инертный газ
3. Вакуум

Простейшим видом муфельных печей являются нагреватели с традиционной воздушной камерой. Камера нагрева в таких печах представлена просто полым пространством, в которое помещается заготовка.

Во многих случаях наличие воздуха не является критичным для термообработки. Но все же существуют некоторые технологические операции, для которых наличие воздуха в камере нагрева либо нежелательно, либо недопустимо.

При закалке многих марок стали и различных сплавов воздух вступает в реакцию с поверхностным слоем металлов, что ухудшает эксплуатационные характеристики заготовок. Специально для таких случаев разработаны печи с подачей в камеру нагрева инертных газов или углекислоты. Нейтральный газ вытесняет воздух, создавая надежную защитную прослойку.

Печи, которые приспособлены для плавки металлов нередко оснащаются камерой нагрева с вакууматором. Расплавленный в условиях вакуума металл обретает особо качественную структуру. В вакууме часто плавят алюминий.

Дополнительно муфельные печи с разнотипными камерами нагрева нередко оснащаются вытяжкой. Вентиляция отводит из камеры нагрева продукты сгорания, влагу и прочие испарения, наличие которых нежелательно при термообработке.

Как выбрать муфельную печь по температуре нагрева.

Устройство для плавки алюминия и меди

Легкоплавкие металлы отличаются хрупкостью. Важно соблюдать схемы работы с данным типом металлов.

Так, например, для плавления меди или алюминия, муфельная печь должна разогреться до 1083, а для плавления бронзы – 930 по Цельсию.

Эти материалы среди остальных легкоплавких имеют самые высокие показатели температуры плавления.

Значит, напрашивается вывод: для работы с легкоплавкими металлами необходима печь, разогревающаяся максимум до 1100 градусов.

Нюанс! Для крупного литья при работе с легкоплавкими металлами устанавливается горн. А плавить металл можно в емкости с «носиком» (тигель). Так легче всего предать ему в последующем форму.

Этапы работы с легкоплавкими материалами

1. Прокалка печи для заливки на температуре 600 градусов.
2. Погружение формы.
3. Нагревание температуры до 900 градусов.
4. Засекаем время пребывания формы в печи – 120 минут.
5. Вынимаем форму и остужаем до 500 градусов.
6. Легкоплавкий материал помещается в форму.

Температура нагрева муфельной печи

При выборе муфельной печи в первую очередь следует обращать внимание на температурный режим камеры нагрева. Ведь от температуры напрямую зависит область использования нагревательной установки.

Очень часто муфельные печи используются для плавки металлов и сплавов. Если мастер имеет дело с какой-то определенной группой металлов, то нет смысла переплачивать за печь с более высокой температурой нагрева.

Ювелиры чаще всего сталкиваются с необходимостью плавки:

1. Серебра
2. Золота
3. Меди

Температура плавки серебра составляет 960,8 ˚С. Золото плавится при температуре 1063 ˚С. Медь является немного более тугоплавкой, для нее нужно 1083,4 ˚С. Если же ювелир использует в украшениях платину, придется брать более мощную печь, ведь этот металл плавится при температуре 1768 ˚С.

Касательно платины, этот металл редко плавят в муфельной печи. Из-за повышенного порога температурной стойкости для плавки патины чаще всего используют индукционные печи, а иногда и тигельные нагреватели.

Если мастер имеет дело с плавкой железа (сталь или чугун), то печь должна нагреваться до 1539 ˚С. Для плавки свинца и алюминия можно использовать нагреватели попроще. Свинец начинает «плыть» уже при температуре 327,5 ˚С, а алюминию нужна температура 660,1 ˚С.

Нередко муфельные печи используются просто для термообработки металлических заготовок, а не для их расплава. Термообработка по большей части предназначена для изделий из стали. В качестве термообработки могут использоваться следующие технологические операции:

1. Отжиг
2. Закалка
3. Нормализация
4. Отпуск

Непосредственная закалка стали проводится при температуре 1000-723 ˚С. Но процессу закалки обычно предшествует отжиг и нормализация, которые проводятся при температуре 1000—1130 ˚С. Благодаря отпуску сталь избавляется от внутренних напряжений, данный вид температурной обработки проводится в диапазоне нагрева 800-500 ˚С.

Стоит отдельно заметить, что для закалки стальных заготовок металл подвергается нагреву в защитной среде. Для удешевления производства вместо инертных газов могут использоваться жидкости. Закалка стали нередко производится в масле и растворе едкого натра (каустическая сода).

Что еще нужно знать про виды муфельных печей.

Методы для закалки металла

Существует несколько способов обработки металлов с помощью данного устройства:

• Термообработка: отжиг, закалка, отпуск, состаривание.
• Работа с ценными материалами, переплавка металлов, когда использование открытого огня недопустимо.
• Для получения ровного тона поверхности, особенно при обработке керамики(высокохудожественной) используется муфельная печь.
• Сушка диэлектриков.
• Кремация, сжигание до минеральных компонентов.

Особенности бытового кузнечного горна

Из-за высокой стоимости плавильных установок не каждый пользователь может купить подобное оборудование специального назначения. Для бытовых нужд собрать газовый кузнечный горн своими руками несложно при условии правильного определения формы, мощности и устройства системы наддува. Бытовую простейшую кузню для художественной ковки или литья из цветного металла можно собрать из нескольких шамотных кирпичей и листовой стали.

Сделать горн в домашних условиях для работы с черным металлом не представляет сложности. Изготовить простейшую конструкцию можно из металлической емкости, в боковой части которой необходимо сделать отверстие под газовую горелку. Систему подачи топлива можно собрать из отрезка трубы и муфты, для опорной конструкции под емкость подойдут длинные болты. Футеровка газового очага выполняется методом засыпки раствора из алебастра или гипса, песка и воды.

Горн необходимо оснащать защитным кожухом, керамической трубкой или подходящей по размеру бутылкой. После выполнения футеровки и сверления отверстия для подачи газа, приспособление устанавливается в удобном месте, но на расстоянии от легковоспламеняющихся материалов. К преимуществам конструкции относится возможность перемещать печь, регулировать степень нагрева заготовки, что особенно удобно в процессе работы с разным ковочным материалом.

Назначение оборудования

Для чего нужна самодельная нагревательная камера в бытовых условиях? Она может предназначаться для различных нужд: обжига керамических изделий, закалки режущих стальных элементов и плавки металлов. Термичка камеры может нагреваться как за счёт электроэнергии, так и работать на газу.

Внешняя форма и внутренняя конструкция печи может принимать разные конфигурации. Главная задача заключается в том, чтобы добиться в ограниченном пространстве ёмкости определённого температурного режима.

Изготовление печи из паяльной лампы

Изготавливая горн для ковки своими руками, паяльную лампу нужно установить в углубление, по периметру которого уложить шамотный кирпич с колосниковой решеткой. При выкладке огнеупорных кирпичей необходимо соблюдать расстояние между ограждающими элементами с целью обеспечения поступления воздушных масс в камеру сгорания. Угол расположения относительно друг друга блоков строительного материала определяется мастером.

В углубление, оборудованное из кирпичей на решетке, засыпается древесный уголь или кокс, на паяльную лампу надевается патрубок, который подводится под колосники. Заготовка для поковки закладывается в щель между кирпичной кладкой, угольный концентрат поджигается снизу. Для удаления дыма над колосниками устанавливается зонд, шатер или дымоход.

Твердотопливное устройство для кузни

Самой простой моделью твердотопливного устройства для частной кузни является уличная открытая печь, для оснащения которой не требуется установки вентиляционной системы. Сооружение конструкции предусматривает заливку армированного бетонного основания, в основе сооружения необходимо уложить стеновой кирпич. Стол устанавливается на удобной высоте, в одной стене оставляется отверстие для поддувала.

Горный под выкладывается из шамотного кирпича с опорой на стальные уголки, в средней части сооружения оставляется полость для колосника. Обеспечить достаточную тягу в очаге поможет дымоход или зонд, система подачи воздуха монтируются на завершающей стадии строительных работ. Усилить тягу поможет установка в дымоходе электрического вентилятора или монтаж кузнечных мехов.

В домашней кузнице емкость для закалки деталей и газовоздушная камера не являются обязательными элементами. Они могут пригодиться в том случае, когда в процессе работы с булатной сталью требуется проводить термическую или противоударную закалку. В газовоздушной камере проводится:

• сушка и подогрев кислорода;
• фильтрация кислорода от конденсата и посторонних примесей;
• смешивание воздуха с присадочными веществами для легирования стали.

Для плавки драгоценных металлов и создания сплава цветных металлов необходимо изготовление горнила из термостойкого материала. Выполненное в виде колпака устройство позволяет увеличить рабочую температуру в печи без риска перегрева заготовки и образования нагара.

Домашняя кузница на газу

Для изготовления простой домашней кузни на газу можно использовать запчасти от старого велосипеда. Если на токарном станке произвести обточку «звездочки» от коробки передач, приспособление может функционировать на бутане или пропане, нагревать замкнутые горны небольшого объема. Важным условием пользования переносной конструкцией является запрет на работу горелки с ацетиленом, так как высокая температура пламени может сжечь бывшую «звездочку», а печь попросту взорвется.

Собрать такое устройство несложно, при этом самодельный горн для ковки мало чем уступает промышленным, но обходится намного дешевле. Главное, соблюдать при изготовлении и использовании правила безопасности.