/
Author: Долотов Г.П. Кондаков Е.А.
Tags: технология обработки без снятия стружки в целом: процессы, инструмент, оборудование и приспособления отдельные машиностроительные и металлообрабатывающие процессы и производства металлы термическая обработка материаловедение энергосбережение
ISBN: 5-217-00309-Х
Year: 1988
Text
Г.ПДолотов
Е.А.Кондаков
ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕРМИЧЕСКИХ
ЦЕХОВ
И ЛАБОРАТОРИЙ
ИСПЫТАНИЯ
МЕТАЛЛОВ
ДЛЯ ТЕХНИКУМОВ
Г.П.Долотов
ЕА.Кондаков
ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕРМИЧЕСКИХ
ЦЕХОВ
И ЛАБОРАТОРИЙ
ИСПЫТАНИЯ
МЕТАЛЛОВ
Допущено Министерством
высшего и среднего
специального образования СССР
в качестве учебного пособия
для учащихся машиностроительных
и металлургических техникумов
МОСКВА
« МАШИНОСТРОЕНИЕ »
1988
ББК 34.651
Д64
УДК 621.783
Рецензенты канд. техн, наук А. В. Супов, Н. С. Митина
До лотов Г. П., Кондаков Е. А.
Д64 Оборудование термических цехов и лабораторий испыта-
ния металлов: Учеб, пособие для учащихся машиностроит. и
металлург, техникумов. — М.: Машиностроение, 1988. —
336 с.: ил.
ISBN 5-217-00309-Х
Рассмотрены современные конструкции оборудования термических цехов и
лабораторий испытаний материалов. Особое внимание уделено отечественным агре-
гатам для химико-термической обработки, выполненным иа уровне мировых стан-
дартов. Приведены конструкции вспомогательного оборудования термических
цехов и энергосберегающих устройств
Даны рекомендации по безопасной эксплуатации оборудования. Приведены
таблицы с характеристиками оборудования, которые могут быть использованы при
курсовом проектировании.
2704070000-603
Д 038 (01)-88 61‘87
ББК 34.651
УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ
Долотов Георгий Петрович, Кондаков Евгений Александрович
ОБОРУДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
И ЛАБОРАТОРИЙ ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОВ
Редактор Н. Г. Сальникова
Художественный редактор А С. Вершинкин
Технический редактор И В. Малыгина
Корректоры Л. Л. Георгиевская, О. Е. Мишина
ИБ № 4960
Сдано в набор 20.03.87. Подписано в печать 17.06 87 Т-15147. Формат 60x90*/,,.
Бумага офсетная № 2 Гарнитура литературная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 21,0.
Усл. кр.-отт 21.0. Уч.-изд. л 23.34 Тираж 12 200 экз. Заказ 76 Цена 1 р
Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Машиностроение:», 107076, Москва,
Стромынский пер. 4
Ленинградская типография М 6 ордена Трудового Красного Знамени Ленинградского
объединения «Техническая книга» им. Евгении Соколовой Союзполиграфпрома при
Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
193144, г Ленинград, ул. Моисеенко, 10.
ISBN 5-217-00309-Х
© Издательство «Машиностроение», 1988
ВВЕДЕНИЕ
Основными направлениями экономического и со-
циального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до
2000 года предусматривается ускорение научно-технического
прогресса, резкое сокращение сроков освоения новой техники и
технологии.
Предусмотрено обновление производства на основе его тех-
нического перевооружения, повышение уровня механизации и
автоматизации, повсеместное внедрение энергосберегающих ви-
дов техники, улучшение использования вторичных ресурсов,
широкое внедрение робото-технических комплексов и микропро-
цессорной техники. Большое значение в повышении качества,
надежности и долговечности изделий машиностроительной про-
мышленности принадлежит термической обработке — наиболее
эффективному методу упрочнения металлов.
Для проведения термической обработки используют печи,
индукционные установки, закалочные баки, грузоподъемные ме-
ханизмы, установки для приготовления защитного газа и другое
оборудование. Качество термической обработки в цеховых и
заводских лабораториях контролируют исследованием структуры
металла. Определяют возможные дефекты обрабатываемого ме-
талла, проверяют такие его свойства, как твердость, ползучесть,
вязкость и т. д. Современное печное оборудование отличается
высокой степенью механизации и автоматизации. Широкое вне-
дрение микропроцессорной вычислительной техники с созданием
в термических цехах автоматизированных систем управления
технологическими процессами (АСУТП) и автоматизированных
систем управления ремонтом оборудования (АСУ Ремонт) позво-
ляет перейти к безлюдной технологии
При испытаниях металлов применяют приборы и машины,
принцип действия которых основан на методах применения вихре-
вых токов, ультразвука, рентгеновского и гамма-излучений и т. д.
Оборудование термических цехов подразделяют на основное,
дополнительное и вспомогательное.
Основное оборудование необходимо для проведения техноло-
гических операций термической обработки, связанных с нагре-
вом и охлаждением деталей.
Дополнительное оборудование используют для выполнения
операций промывки, очистки, травления и правки деталей.
Вспомогательное оборудование применяют для приготовления
защитных и контролируемых атмосфер. К вспомогательному от-
носятся также подъемно-транспортное оборудование, роботы и
манипуляторы, устройства для создания приточной и вытяжной
вентиляции, охлаждения и очистки охлаждающей жидкости.
В подборе материалов к гл. 2 и 5 принимал участие
инж. Б. Г. Долотов.
1*
3
РАЗДЕЛ I
ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ
ЦЕХОВ
ГЛАВА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ ПЕЧЕЙ
И НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕЧЕЙ
И НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Печи для термической обработки классифицируют
по различным признакам: виду энергии (пламенные и электриче-
ские); степени механизации (механизированные и немеханизи-
рованные); по назначению (закалочные, нормализационные, це-
ментационные и т. п.); способу загрузки (камерные, шахтные,
с выдвижным подом, колпаковые, элеваторные, конвейерные,
толкательные, с пульсирующим подом и т. д.). Схемы печей не-
которых типов показаны на рис. 1.
Электрические печи по способу нагрева, т. е. преобразования
электрической энергии в теплоту, и подводу теплоты к нагревае-
мому телу подразделяют на две основные группы:
1. Печи сопротивления, принцип действия которых основан
на выделении в проводниках теплоты при прохождении по ним
электрического тока; твердые или жидкие проводники включаются
непосредственно в электрическую цепь.
ная; ^““^“толХХная 6 " ШаХТНаЯ; * ~ камерная, , _ элеваторная; д - кон.ейер-
4
2. Индукционные печи и установки, в которых электроэнер-
гия передается нагреваемому телу, помещенному в переменное
электромагнитное поле, по законам электромагнитной индукции.
Индексация электрических печей. Печи, изготовляемые заводами Мини-
стерства электротехнической промышленности, обозначают различными индек
сами в зависимости от методов нагрева, особенностей конструкции, размеров
с учетом признаков технологического характера. Индекс состоит из трех основ-
ных букв, нескольких цифр и вспомогательных букв.
Первая буква индекса для всех печей обозначает способ нагрева: С — сопро-
тивлением; И — индукционный, Н — ионный.
Вторая буква индекса нагревательных печей сопротивления характеризует ос-
новной конструктивный признак: А — карусельная; Б — барабанная; В — ванная;
Г — колпаковая; Д — с выдвижным подом; Е — подвесной конвейер; Ж — жид-
костная; И — с пульсирующим подом; К — конвейерная; Л — туннельная; М —
протяжная для эмалирования проводов; Н — камерная; П — протяжная для
термической обработки; Р — роликовоконвейерная, Т — толкательная; У —
трубчатая (лабораторная); Ф — калорифер; Ш — шахтная; Э — элеваторная;
Ю — с шагающим подом; Я — ямная.
Третья буква характеризует среду в рабочем пространстве печи: А — для
азотирования; В — вакуум; Г — свинец, олово, цинк; 3 — защитная атмосфера;
К — компрессия (повышенное давление); М — масло; Н — водород; О — окис-
лительная (воздух); П — водяной пар; Р — агрессивная; С — соль, селитра;
Ц — цементация; Щ — щелочь.
Индекс может включать вспомогательную четвертую букву: А — агрегат из
нескольких печей; Л — лабораторная; П — проходная; М — муфельная; X —
с камерой охлаждения. Для вакуумных печей исполнение теплоизоляции: Г —
графитовая; Ф — керамическая; Э — экранная.
После букв через дефис указывают размеры рабочего пространства печн
(в дециметрах); для прямоугольной — ширину, длину и высоту; для цилиндри-
ческой— диаметр и высоту (длину).
В виде исключения для карусельных печей приводят внешний и внутренний
диаметры и высоту рабочей камеры; для протяжных печей максимальный диаметр
обрабатываемой проволоки и число нитей или толщину и ширину ленты, бара-
банных — диаметр внутренний и активную длину барабана, для агрегатов —
ширину, длину и нысоту рабочего пространства закалочной или цементационной
печи.
После соответствующих размеров или мощности (для калориферов) через
дробь указывают рабочую температуру печи, а для агрегатов — максимальную
температуру отпускной печи в сотнях градусон Цельсия.
Кроме того, для некоторых конструкций применяют дополнительные обо-
значения. Например, для многокамерных печей после размера через дефис ука-
зывают число камер (шт.); для печей с выдвижным подом после температуры через
тире приводят максимальную массу загрузки.
Примеры обозначения печей: 1) СГО-20.15-2/3 — электропечь сопротивле-
ния колпаковая с воздушной атмосферой, диаметр рабочего пространства 2 м,
высота 1,5 м, двух стендовая, температура 300 °C; 2) СВС-3,5.8.4/6 — электро-
ванна соляная, ширина рабочего пространства 0,35 м, длина 0,8 м, высота 0,4 м,
температура 600 °C; 3) СРЗА-6.30.2/3,5 — агрегат сопротивления с закалочной
роликовоконвейерной печью с защитной средой и рабочим пространством шири-
ной 0,6 м, длиной 3 м, высотой 0,2 м, максимальная температура отпускной печи
350 °C.
Индексации пламенных печей. Для обозначения всех пламенных печей при-
няты индексы, н которых указаны назначение, тип, основные размеры, темпера-
тура нагрева.
Первая буква индекса обозначает назначение печи: Т — термическая пла-
менная, Н — нагревательная пламенная.
Вторая буква характеризует основной конструктивный признак печи: А —
с вращающимся подом, Б — барабанная, Д — с выднижным подом, Е — с под-
5
весным конвейером, И — с пульсирующим подом, К — конвейерная, Н — камер-
ная периодического действия, Р — рольганговая, Т — толкательная, У — мето-
дическая (кузнечная), Ш — круглого сечения, Щ — щелевая, Э — элеваторная,
Ю — с шагающими балками, Я — ямная.
Третья буква обозначает характер среды в рабочем пространстве печи: О —
обычная печная (окислительная), 3 — защитная, безокислительная и др.
Четвертая буква характеризует отдельные особенности печи: А — печь
входит в агрегат, В — вертикальная (в печах круглого сечения), К — кольцевой
под (в печах с вращающимся подом), М — механизированная, Н — непрерыв-
ного действия (в печах барабанных), П — горизонтальное (параллельно поду)
перемещение заготовок (в печах щелевых механизированных), Т — тарельчатый
под (в печах с вращающимся подом).
После буквенных обозначений через дефис приводят цифровые значения.
Первая цифра обозначает округленную ширину пода печи в дециметрах
(для печей с вращающимся подом она обозначает диаметр рабочего пространства),
вторая цифра — округленную длину (глубину) пода печи в дециметрах (для пе-
чей с вращающимся подом она обозначает ширину рабочего пода или кольца),
третья цифра — округленную высоту рабочего пространства печи или макси-
мальную высоту окна загрузки в дециметрах. После цифр, обозначающих габа-
ритные размеры, через дробь указывается предельная рабочая температура на-
грева в сотнях градусов Цельсия и через дефис ставится буква, определяющая
внд топлива: Г — газ, М — мазут.
Приводимые значения размеров печей являются условными и округлены до
50 мм. Следует иметь в виду, что в зависимостн от вида топлива, способа его сжи-
гания и особых условий при конкретном проектировании высота печей может
быть изменена. Примеры обозначения печей: 1) ТТО-8.72.8.5/Ю-Г — печь терми-
ческая толкательная с окислительной атмосферой и размерами рабочего про-
странства: ширина 0,8 м, длина 7,2 м, высота 0,85 м, максимальная температура
1000 °C, топливо — газ;
2) ТТЗА-8.72.8,5/9,5-Г — печь термическая толкательная с защитной ат-
мосферой, входящая в агрегат, с размерами рабочего пространства: ширина под-
дона 0,8 м, длина 7,2 м, высота 0,85 м, максимальная температура 950 °C, топли-
во — газ.
Некоторые организации не применяют индексации, а в наименовании печи
указывают ее основные технологические характеристики.
К термическим печам предъявляют следующие основные тре-
бования: простота конструкции и надежность в эксплуатации;
получение высокого качества обработанных деталей, минималь-
ное потребление энергии; экономичная эксплуатация, выполне-
ние требований экологического характера.
Высокое качество деталей получается лишь при строгом со-
блюдении заданного режима нагрева и охлаждения. Если в печь
загружают сразу несколько деталей, то одинаковыми свойствами
после термической обработки они обладают только в том слу-
чае, если условия их нагрева и охлаждения будут неизмен-
ными.
Равномерный нагрев деталей, находящихся в различных частях
рабочего пространства печи, достигается применением венти-
ляторов, которые перемешивают атмосферу в печи. Применяют
также экранирование источников тепловыделения, а сами источ-
ники (горелки, нагреватели и т. п.) располагают равномерно
в печном пространстве.
Для достижения равномерного охлаждения деталей, например
при закалке, закалочные баки оборудуют устройствами, обеспе-
6
Таблица 1. Процессы термической обработки, проводимые в печах
периодического действия
Тнп Печн, характер загрузки
Камер ные Шахт- ные Колпа- ковые Камер- ные с вы- движным подом Элева- торные Проход ные с пере- движной камерой (с двумя поди- нами)
11роцесо Разнообразные изделия Отлнвкн, бунты про- волоки, рулоны лен- ты, ЛИСТЫ, прутки, крупные сварные на- дели я Стальные н чугунные отливки, сварные кон- струкции, рулоны лен- ты и бунты проволоки Стальные и чугунные отливки, изделия из алюминиевых сплавов, крупные изделия Средние н крупные из- делия
Отжиг Нормализация Нагрев под за калку Отпуск Старение Газовая цемента- ция и нитроцемен- тация Газовое азотиро- вание Пайка Нагрев: перед сборочны- ми операциями перед сваркой + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 1 1++ 1++ Illi I++ I++ Illi 1 ++ +++ 111+ 1 1 1 1 1 +
Спекание + + — — — —
Примечание. Знаком «+» отмечено применение печей для проведе-
ния указанных процессов.
чивающими интенсивную циркуляцию охлаждающей среды (воды,
масла и т. п.) относительно всех закаливаемых деталей.
Тип печи для термической обработки выбирают с учетом
ряда факторов. В первую очередь рассматривают весь перечень
деталей, подвергаемых обработке. В зависимости от марки мате-
риала детали определяют максимальную и минимальную темпе-
ратуру печи. Выбор типа печи и степень механизации зависят от
числа обрабатываемых деталей и их габаритных размеров.
Общие сведения по выбору типа печи или агрегата в зави-
симости от вида термической обработки приведены в табл. 1—3.
При выборе вида энергии для обогрева печей следует учитывать
7
Таблица 2. Процессы термической обработки, проводимые в печах,
непрерывного действия
Таблица 3. Процессы термической обработки, проводимые в агрегатах
непрерывного действия
Процесс Конвейерный Толкательный Тип агрегата Протяжной С ручьевым подом
Ролико- вокои= вейер- иый Барабанный С пульсирующим подом
без под- донов с поддо- нами
Свободная закалка в масле или воде с вы- + + + + + + + +
соким или низким отпуском То же, но закалка в растворе солей + + +
Закалка в прессе с высоким или низким + + — -
отпуском Нитроцементация с закалкой в масле + + + +
с высоким или низким отпуском То же, но закалка в растворе солей + + +
Цементация с охлаждением в масле, — + — — +
воде или газе с высоким или низким отпуском Нормализация и отжиг + + + + — + —
Примечание. Знаком «+» отмечено применение агрегатов для про
ведения указанных процессов.
8
целый ряд конкретных технико-экономических параметров: воз-
можность получения того или иного вида энергии, стоимость на-
грева при использовании различных видов энергии, технологи-
ческие особенности процесса термической обработки, масштабы
производства и т. д Так, нагрев в вакуумных печах проводят
только с помощью электроэнергии, скоростной поверхностный
нагрев — только в индукционных установках, сквозной обыч-
ный нагрев при термической обработке особенно в условиях мас-
сового производства — в топливных и электрических печах.
Химико-термическую обработку в условиях массового произ-
водства производят в основном в автоматических линиях с газо-
вым или смешанным газовым и электрическим нагревом. К пре-
имуществам печей с газовым нагревом относятся простота кон-
струкции и меньшая стоимость как самой печи, так и нагрева
по сравнению с электрическим нагревом, к недостаткам — по-
вышенная опасность при эксплуатации, необходимость приме-
нения теплоутилизационных устройств и системы дымоудаления.
К преимуществам печей с электрическим нагревом относятся
большая точность регулирования температуры, чем в газовых
печах, обеспечение лучших условий труда, а к недостаткам —
большая стоимость нагрева, сложность конструкции печи, нали-
чие трансформаторов и другой аппаратуры, большой расход
дорогих и дефицитных материалов и комплектующих изделий
(сплавы высокого омического сопротивления, кабельная продук-
ция, специальная керамика и т. д.).
Электрические печи сопротивления по сравнению с анало-
гичными по технологическому назначению газовыми печами имеют
меньшую надежность и чаще подвергаются ремонту.
2. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ
Выбор электрооборудования определяется характе-
ристиками и режимами работы печи: на каком токе — постоянном
или переменном и при каком напряжении работает печь; каковы
значения номинальной мощности и режим работы печи и т. д.
Подавляющее большинство печей работает на переменном
токе.
Для понижения напряжения применяют электропечные транс-
форматоры (автотрансформаторы) со ступенчатым или плавным
регулированием напряжения и тиристорные преобразователи.
Они могут быть одно- и трехфазными.
Токопроводы (силовые электрические цепи) между печью и
электропечным трансформатором или тиристором образуют ко-
роткую сеть. Во избежание потерь электроэнергии в короткой
сети трансформаторы располагают в непосредственной близости
от печи. Короткую сеть выполняют жесткой или гибкой. Жесткие
токопроводы изготовляют из шин прямоугольного или трубчатого
9
Рис. 2. Схема компоновки электрооборудования электропечи СНЗ-6,5.13.4/12:
1 — печь; 2 — щнт управления; 3 — автотрансформатор
сечения, гибкие подвижные токопроводы — из медных неизоли-
рованных проводов или кабелей.
В качестве электроизоляционного материала для колодок
и прокладок при креплении токопроводов применяют асбоце-
мент. Для силовых цепей и цепей управления, прокладываемых
по каркасам печей и вблизи от них, используют провода с нагре-
востойкими оболочками и изоляцией в трубах или коробах для
защиты от механических повреждений, Эти провода можно про-
кладывать в конструкциях, нагретых до температуры 120—180 °C.
На рис. 2 приведена примерная схема компоновки электро-
оборудования электропечи СНЗ-6,5.13.4/12. На рисунке указана
минимальная ширина проходов между электрооборудованием,
печью и другим оборудованием. Для включения и управления
печами используют щиты управления или станции управления.
Для установки аппаратов управления с небольшим числом элек-
троприводов применяют малогабаритные шкафы, а с большим
числом — пульты управления.
На рис. 3 показан общий вид щита управления односторон-
него обслуживания типа ИЗР (измерение, запись, регулирование
температуры). Щиты могут быть и двустороннего обслуживания.
Мощность электродвигателей вспомогательных механизмов не-
больших печей находится в пределах 10—12 кВт, поэтому отдель-
ные аппараты: автоматы, пускатели, реле располагают внутри
щитов управления, а не применяют серийных блоков управле-
ния.
Электропечные трансформаторы и автотрансформаторы с пер-
вичным напряжением до 500 В применяют для питания нагрева-
телей при пониженном и ступенчато-регулируемом напряжении
(с переключателем ступеней напряжения без нагрузки). Специаль-
ные трансформаторы и автотрансформаторы (одно- и трехфазные)
имеют естественное воздушное охлаждение.
Ю
Регулировку ступеней вторичного напряжения проводят из-
менением коэффициента трансформации путем варьирования числа
витков, включаемых в сеть. Это осуществляется перестановкой
перемычек на панели зажима выводов первичной обмотки или
переключателем. Обмотки низшего напряжения трехфазных транс-
форматоров могут соединяться «звездой» или «треугольником».
Обмотки низшего напряжения однофазных трансформаторов сек-
ционированы: начала и концы их секций выведены на шины, что
позволяет соединять их параллельно или последовательно.
На печах сопротивления при необходимости плавного регу-
лирования напряжения применяют регулировочные трансформа-
торы с номинальной мощностью 25—250 кВт, однофазные и трех-
фазные, сухие и масляные
Разметка отверстий под
фундаментные болты
9отвф>19
/ !Крепление
блока)
д-д
525
9 отд. ф 19
/крепление
щита)
Рис. 3. Общий вид щита управления типа
ИЗР одностороннего обслуживания:
I — каркас; 2 — автоматический компенсатор;
3 — сигнальная лампа; 4 — универсальный пере-
ключатель; 5 — клеммный набор; 6— магнитный
пускатель, 7 — автоматический выключатель;
8 — блок управления; 9 — приставка к компенса-
тору
11
3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПЕЧЕЙ
Термическая печь состоит из следующих основных
конструктивных элементов: каркаса, футеровки, механизмов пе-
ремещения деталей через печь, механизмов загрузки и выгрузки,
нагревательных элементов, газовых горелок, системы отвода
продуктов горения, теплообменников, электрооборудования и
автоматики.
Рассмотрим некоторые из этих элементов. Печи, как правило,
устанавливаются на фундаменте. Геометрическая форма фунда-
ментов может быть различной. При применении закалочных баков,
располагаемых ниже уровня пола цеха, предусматривают при-
ямки, а для трубопроводов — каналы. Во влажных грунтах
фундаменты защищают от воздействия грунтовых вод, покрывая
их поверхность гидроизоляционными материалами или огора-
живая шпунтовыми балками, или осушая пространство вокруг
них, для чего дренируют грунтовые воды. Фундаменты защищают
от действия высоких температур (максимальная температура
фундамента должна быть не выше 200 °C). Каркас печи соору-
жают на фундаменте. Каркас предназначен для того, чтобы вос-
принимать усилия, возникающие от массы металла, находящегося
в печи, футеровки печи, механизмов и других элементов, крепя-
щихся к каркасу. Каркас может быть стационарным (например,
у толкательной цементационной печи) и нестационарным (бара-
банная печь).
Конструкция каркаса зависит от типа печи. При применении
жесткого каркаса (рис. 4) в футеровке печи оставляют темпера-
турные швы для компенсации температурного расширения кладки.
Благодаря жесткому каркасу кладка расширяется в сторону
температурного шва. Каркасы печей с арочным сводом рассчиты-
вают на распорное усилие свода.
На рис. 5 показаны подпятовая балка 2 и стойка 1, где сила F,
возникающая от действия свода 3, направлена перпендикулярно
Рис. 4. Жесткий каркас печи:
/ — фундамент; 2 — поперечная стяжка;
3 — продольная балка; 4 — подпятовая балка;
б — стойка
к плоскости пятового кирпича.
Эту силу можно разложить на
вертикальную силу Р, дейст-
Рис. 5. Подпятовая балка
12
вующую на стенку 4 печи, и на распор-
ное усилие И, действующее на балку. При
нагреве создается дополнительное усилие
вследствие нагрева футеровки. Для того
чтобы это учесть, величину Н умножают
на эмпирический коэффициент К, величи-
на которого зависит от средней темпера-
туры свода. При tCB = 900 °C К = 2; при
/св = 9004-1200 °C К = 2,5; при tCB =
= 1200 °C К = 3. Для восприятия и пе-
редачи на каркас распорного усилия сво-
да предназначены подпятовые балки. Кар-
касы печей, работающих с контролируе-
мыми атмосферами, сваривают сплошным
швом и проверяют на плотность керосином,
все болтовые соединения уплотняют ас-
бестовыми прокладками. Каркасы вакуумных печей имеют спе-
циальные уплотнения.
Печи футеруют огнеупорным и теплоизоляционным мате-
риалом. Кирпич укладывают на плашку, ребро и торец (рис. 6).
Под печи выкладывают на стальные листы каркаса. Под всегда
делают многослойным. Нижние слои, называемые выстилкой,
б)
В)
Способы укладки
Рис. 6.
кирпича:
а — на плашку; б — на то-
рец; в — иа ребро
выкладывают из теплоизоляционного кирпича, а верхние слои из
огнеупорного. При кладке пода обеспечивают тщательную пере-
вязку швов, такая кладка лучше противостоит механическим
воздействиям. Стены печей выкладывают из кирпичей на плашку.
Стены делают многослойными: внутренний слой огнеупорный,
а наружный — теплоизоляционный. Промежуточные слои со-
стоят из легковесного огнеупора или огнеупора низких сортов.
В стенах печей имеются отверстия; рабочие и смотровые окна,
отверстия для горелок, ремонтные люки, места прохода элемен-
тов механизмов, газовые вводы и т. д. Чтобы эти отверстия не
ослабляли кладку, изоляционный кирпич вокруг них не выкла-
дывают. Окна в стенах перекрывают арками или специальными
плитами. Своды печей выполняют в виде арок и плоских перекры-
тий. Арочные своды набирают из прямых и клиновых кирпичей
и опирают на пятовые кирпичи, укладываемые на подпятовую
балку. Плоские своды, как правило, делают подвесными, приме-
няя специальные металлоконструкции. Иногда на плоских сво-
дах устанавливают плоскопламенные горелки. Применяют также
съемные своды для удобства ремонта футеровки печи.
В последнее время для футеровки термических печей начали
применять огнеупорные волокнистые материалы в виде листов
и рулонов взамен огнеупорной кладки.
Смотровые окна применяют в термических печах с контроли-
руемой атмосферой для наблюдения за процессами в печах. Смо-
тровое герметичное окно (рис. 7) обеспечивает хороший обзор
внутренней полости печи. Корпус 2 окна прикреплен к каркасу
13
печи / через уплотнительную прокладку с помощью болтового
соединения. Кварцевое стекло 6 герметично притянуто болтами
к крышке 8 смотрового окна и уплотнено прокладками 5. В нор-
мальном положении стекло закрыто подвижным экраном 7,
рукоятка 9 которого выведена наружу. Крышка смотрового окна
прикреплена к корпусу с помощью откидных болтов 3 и при не-
обходимости легко снимается. При снятой крышке смотровое
окно может быть использовано в качестве люка для небольших
ремонтных работ. Крышка и корпус уплотнены между собой
прокладкой 4, которая закреплена в крышке.
Заслонки имеют литой или сварной каркас. Футеруются огне-
упорным и теплоизоляционным материалом. В заслонках часто
устраивают смотровые окна. В электрических печах на них иногда
монтируют электронагреватели сопротивления. В печах с контро-
лируемой атмосферой заслонки плотно прижимаются к раме спе-
циальными прижимами для исключения выбивания печной атмо-
сферы из-под заслонки.
На рис. 8 изображена заслонка электропечи, оснащенная
электронагревателями. Заслонка имеет литую раму /, она футе-
рована легковесным шамотом 2 и диатомитом 3. На заслонке раз-
мещены нагреватели 4, подвешенные на штырях 5 и закрепленные
крючками 6. На заслонке смонтировано смотровое окно 8. Перед-
ний лист 9 заслонки — съемный. На нем установлен электро-
вывод 7 питания нагрева-
телей.
Рнс. 7. Смотровое герметичное окно
Механизм подъема за-
слонки показан на рис. 9.
Рис. 8. Заслонка электропечи
с нагревателями
14
Рис. 9. Механизм подъема заслонки
Футерованная заслонка 4 крепится к цепям 2, концы которых
прикреплены к блокам /, расположенным на общем валу. Гид-
роцилиндр 3 закреплен на каркасе печи. Шток гидроцилиндра
соединен с цепью, конец которой прикреплен к блоку, распо-
ложенному над гидроцилиндром. При перемещении штока гид-
роцилиндра блоки вращаются и заслонка поднимается или опус-
кается. Привод заслонок может быть также электромеханическим
или ручным.
Для подъема и поворота крышек шахтных печей применяют
специальные механизмы. Легкие крышки (до 200 кг) поднимают
и поворачивают с помощью механизмов с ручным приводом. Для
более тяжелых крышек применяют механизмы с электроприводом
или гидроприводом.
На рис. 10 изображен механизм подъема и поворота крышки
шахтной печи. Крышка печи 10 прикреплена к подвижному
блоку 7. Приводной блок 4 приводится во вращение электро-
двигателем 2 через червячный редуктор 3. Втулочно-роликовая
цепь 5 перекинута от приводного блока к подвижному через
блок 6. При включенном электродвигателе цепь натягивается и
подвижный блок с прикрепленной к нему крышкой поднимается.
Подъем регулируется с помощью кнопки управления 9, которая
закреплена на рукоятке поворота 8. После подъема над печью
крышка вместе с приводом поворачивается вручную в сторону
на поворотной колонке 1.
15
е 5
4 j
2
Рис. 10. Механизм подъема и поворота крышки
Рис. 12. Радиационный электрический нагреватель
16
Рис. 13. Виды ТЭНов
Выводы электрических нагревателей сопротивления пропускают
через футеровку и каркас печи с помощью специальной арматуры.
На рис. 11 изображена арматура вывода нагревателя из печи.
Корпус 1 приварен к каркасу печи. Вывод нагревателя 7 про-
ходит через электроизоляционные втулки 2 и 6. Втулка 2 упи-
рается в распорное кольцо 3. Втулка 6 поджимается накидной
гайкой 5. Уплотнение между выводом 7 и корпусом 1 создает
асбест 4.
Радиационный электрический нагреватель показан на рис. 12.
Он состоит из герметичной жароупорной радиационной трубы 5,
внутри которой расположен электронагревательный элемент 4.
Электронагреватель закреплен в электроизоляторах 7, которые
в свою очередь зафиксированы соединительным стержнем 8.
Электроизоляционные втулки 6 предотвращают замыкание элек-
тронагревателя на соединительный стержень. Электрический вы-
вод 2 пропущен через пробку 3. Питание к электрическому вы-
воду подводится с помощью контактного зажима 1. Радиационный
электрический нагреватель крепят к каркасу печи с помощью
фланца.
Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) применяют для на-
грева селитры и жидкостей (вода, слабые растворы солей, щелочей
и кислот, минеральные масла и др.), пресс-форм и т. д. На рис. 13
представлены виды ТЭНов, а в табл. 4 приведены их основные
параметры. Оболочки ТЭНов изготовляют из материалов, соот-
ветствующих условиям их эксплуатации.
17
Таблица 4. Основные параметры трубчатых электронагревателей
Мощность, кВт Напряже- ние, В Размеры, мм
D А Б В
Для плавления и нагрева селитры и щелочей
1,5—8,0 | 220, 380 | 16, 18 | 700—2700 | 200—1680 | 30, 35
Для иагрева воды, слабых растворов солей,
щелочей и кислот
0,4 -15,0 36, 110, 127, 220, 380 10, 13, 16 200—1378 30 1815 30, 35
Для нагрева минеральных масел и пищевых жиров
0,2—10,5 36, ПО, 220, 380 13, 16 250—1605 40- 1478 30. 40
ГЛАВА 2. ПЕЧИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
1. камерные печи
Камерные печи широко применяют для различных
видов термической обработки деталей при единичном и мелкосе-
рийном производстве. Загрузка и выгрузка деталей обычно про-
изводится вручную. При массе деталей 9 кг и более печи обору-
дуют средствами внешней механизации, начиная от подвесных
клещей на монорельсе и кончая загрузочными механизмами.
Печи могут иметь как окислительную, так и контролируемую
атмосферу.
В последние годы все более широко применяют универсальные
автоматизированные камерные печи со встроенным закалочным
баком и механизмами для транспортирования изделий. Универ-
сальные камерные механизированные и автоматизированные печи
позволяют вести комплексную термическую обработку. Уни-
версальные камерные печи хорошо встраиваются в механизиро-
ванные термические агрегаты.
Камерная печь с подподовыми топками. Для нагрева неболь-
ших деталей под закалку и высокий отпуск в атмосфере, состоя-
щей из продуктов горения топлива, при единичном и серийном
производстве применяют камерные печи, обогреваемые газооб-
разным или жидким топливом. На рис. 14 схематично показана
камерная печь с подподовыми топками, с ручной загрузкой и
выгрузкой деталей. Печь имеет переднюю, заднюю и две боковые
стены, на которые опирается свод. В передней стене имеется за-
18
Рис. 14. Камерная печь с подподовыми топками
грузочное окно 4 и два дымохода 3 для отвода из печи продуктов
горения топлива. Подом 11 печи служат плиты из огнеупорного
материала, опирающиеся на уступы в стенах, и столбик 12, раз-
деляющий подподовое пространство на две части.
Подподовое пространство предназначено для сжигания топ-
лива. В печи под подом находятся две топки 1, каждая из которых
соединена с рабочим пространством 15 печи двумя вертикальными
каналами 9. Печь отапливают природным газом, для сжигания
которого используют две однопроводные инжекционные го-
релки 16. Загрузочное окно печи закрыто заслонкой 2, зафуте-
рованной огнеупорным материалом. Подъем заслонки осуще-
ствляется пневматическим цилиндром 10. Стены, свод и под печи
сделаны из шамотного огнеупора 13. В качестве теплоизоляци-
онного материала для свода и стен применяют диатомит 14. Печь
имеет каркас 8, сваренный из листовой стали толщиной 5 мм и
усиленный профильным прокатом. Температуру в печи замеряют
термопарой, устанавливаемой в рабочее пространство печи через
отверстие 7 в задней стене. Равномерную температуру в рабочем
пространстве печи достигают отделением топочного пространства
от камеры нагрева, принудительной циркуляцией газов в камере
нагрева и предупреждением подсоса в камеру нагрева холодного
воздуха из цеха.
Температура в топочном пространстве из условий устойчи-
вого горения топлива должна быть не ниже 800 °C. При располо-
жении топок под подом печи температура в топке поддерживается
900—1000 °C, а температура в камере нагрева может изменяться
от 550 до 1000 °C. В месте выхода продуктов горения из горелоч-
ного туннеля 17 в топку создается небольшое разрежение, вслед-
ствие которого из рабочего пространства в топку подсасываются
19
более холодные газы. В топке холодные и горячие газы пере-
мешиваются и затем по каналу 9 поступают в камеру нагрева.
Таким образом создают принудительное движение газов в рабочем
пространстве печи, что обеспечивает выравнивание температуры
по всему объему камеры нагрева.
Продукты сгорания удаляют из печи по двум дымоходам, рас-
положенным в нижней части загрузочного окна. Вход в дымоход,
как правило, делают на уровне пода для того, чтобы заставить
выходящие из печи продукты горения опуститься в нижнюю часть
окна и тем самым препятствовать проникновению в печь холод-
ного воздуха из цехового пространства. При таком расположении
дымоходов холодный воздух, проникший через неплотности между
заслонкой и передней стенкой печи, дойдет до дымохода и уда-
лится по нему, не попав в рабочее пространство печи, где нахо-
дятся нагреваемые детали. Для удаления от печи продуктов горе-
ния предусмотрен зонт 5, присоединенный к цеховой вентиляци-
онной системе. Газы, выбивающиеся из печи через загрузочное
окно 4, попадают прямо в зонт, а газы, выходящие из дымоходов 3,
попадают в зонт через патрубки 6, соединенные с зонтом.
Система удаления газов должна лишь собирать выбивающие-
ся из печи продукты горения, но не отсасывать их из печи,
поэтому зонт 5 и патрубки 6 устанавливают на печи с зазо-
рами.
Печи с под подовыми топками могут работать и на жидком
топливе. В этом случае вместо горелок устанавливают форсунки,
обеспечивающие полное сгорание жидкого топлива в подподовом
пространстве печи. Пропускная способность (производительность)
камерных печей с подподовыми топками зависит от размеров
пода печи — при нагреве под закалку — около 150 кг/ч с каждого
квадратного метра пода. Температурный перепад в рабочем про-
странстве печи может достигать 25—50 °C. Расход топлива на
обогрев печи зависит от ее размеров. Ориентировочный расход
природного газа составляет около 15 м3/ч на каждый квадратный
метр пода.
На рис. 15 приведена простейшая схема автоматического регу-
лирования температуры в газовой печи. Датчиком является
термопара 1. Задающее, измерительное и управляющее устройства
сконцентрированы во вторичном приборе 2, который представляет
собой потенциометр с пневматическим выходом. Исполнительным
механизмом и регулирующим органом является регулирующий
клапан 4 с мембранным приводом. Клапан регулирует подачу
газа в инжекционную горелку 5. Значение заданной температуры
устанавливается на потенциометре. При понижении или превы-
шении температуры в печи ниже или выше заданной вторичный
прибор дает команду на исполнительный механизм, который соот-
ветственно увеличивает или уменьшает подачу газа в инжек-
ционную горелку. Команда на мембрану исполнительного меха-
низма передается сжатым воздухом по трубке 3.
20
Клапан с мембранным приводом показан на рис. 16. Он со-
стоит из регулирующего клапана и мембранного привода. Газ
в регулирующий клапан подается по направлению, указанному
стрелкой, клапан двухседельчатый. Золотник 3, регулирующий
количество проходящего газа через клапан, связан штоком 5
с мембраной 8. В пространство над мембраной через штуцер 9
от регулирующего прибора подается сжатый воздух. Снизу на
мембрану действует пружина 6, работающая на сжатие. Верхний
конец пружины через диск 7 упирается в мембрану. Шток уплот-
нен сальником 4.
Под давлением воздуха мембрана перемещает золотник вниз,
в результате чего клапан открывается. Степень открытия клапана
зависит от давления воздуха, подаваемого регулирующим при-
бором. Клапан осуществляет плавное регулирование подачи газа.
Регулируемый упорный болт 2, закрытый колпачком 1, ограни-
чивает степень открытия клапана. Клапан используется для ре-
гулирования расхода газа среднего и низкого давления.
Отечественная промышленность выпускает камерные электро-
печи, в том числе печи сопротивления (табл. 5). Нагревательные
элементы в камерных печах размещают на стенах, поду и своде
камеры печи, а также на внутренней поверхности загрузочной
дверцы. Нагрев изделий может производиться как в окислитель-
ной среде, так и в контролируемой атмосфере, при этом печи из-
готовляют в герметичном исполнении.
Электрические печи сопротивления
классифицируют по рабочей темпера-
туре — на низкотемпературные (до
350 °C), среднетемпературные (до
1000 °C) и высокотемпературные (до
1600 °C).
Рис. 15. Схема автоматического регу- Рис. 16.
лирования температуры в газовой печи дом
Клапан с мембранным пр иво-
21
Таблица 5. Основные параметры камерных электропечей
Тип печи Масса загрузки, кг Габаритные размеры, мм
Печи для нагрева в защитной атмосфере *
СНЗ-3.6.2/10 100 1575Х 1150Х 1570
СНЗ-4.8.2,6/10 220 2015X1520X 2115
СНЗ-6.12.4/10 800 2850X 2055X 2455
СНЗ-8.16.5/10 1350 3250X2210X2715
Высокотемпературные печи с защитной атмосферой
с металлическими нагревателями
СНЗ-4.8,2.5/12 150 2015Х 1520Х 1570
СНЗ-6.12.4/12 400 2850X 2055X 2450
СНЗ-8.16.5/12 800 3250X 2210X 2715
СНЗ-11.22.7/12 — 4130X 3230X 3160
Высокотемпературные печи с нагревателями
из карбида кремния (атмосфера—окислительная)
СНО-2.3.2/13
СНО-3.4.2,5/13
СНО-5.8.3/13
1155X1240X1435
1590Х 1585Х 1790
2165X1480X 2045
Высокотемпературная печь с дисилицидмолибденовыми
нагревателями (атмосфера — окислительная)
СНО-3.6.2,5/15 I 80 I 2990X1380X 2000
* Существуют модификации печей для работы без защитной атмосферы.
На рис. 17 показана камерная электропечь СНЗ-4.8.2,6/10
с металлическими нагревателями и защитной атмосферой. Печь
имеет герметичный каркас 4 и герметичную заслонку 1, футеро-
ванную шамотным и диатомитовым огнеупором. В заслонке преду-
смотрено смотровое окно. Металлические нагреватели 2, 3, 8
расположены на своде, боковых стенах и на поду. Детали загру-
жаются и разгружаются вручную, на жароупорную плиту, за-
щищающую подовые нагреватели от попадания на них окалины.
Футеровка печи 5 выполнена огнеупорным шамотным и легко-
весным огнеупорным и диатомитовым теплоизоляционным мате-
риалами. Подача защитного газа в печное пространство осуще-
ствляется газопроводом 7. Загрузочное окно печи оборудовано
газовой завесой 10. Завеса включается автоматически и перекры-
вает плоским факелом проем загрузочного окна при поднимании
заслонки. Одновременно при поднимании заслонки автомати-
чески отключаются нагреватели печи во избежание поражения
током в момент загрузки и выгрузки деталей. Электропитание
к нагревателям подводится токопроводом 6. Подъем и опускание
заслонки осуществляется вручную при помощи рукоятки 9.
22
0001
0£Я
Рис. 17. Камерная электропечь типа СНЗ-4.8.2,6/10
23
Камерная печь с винтовым подом (конструкция ЗИЛа). Печь
электрическая предназначена для нагрева под закалку деталей
цилиндрической формы (пруток, штанга, ось, вал) длиной 300—
2000 мм и диаметром 15—60 мм. Детали можно нагревать в воз-
душной среде и в среде защитного газа. Детали двигаются попе-
рек печи. На рис. 18 показана печь с винтовым подом для нагрева
под закалку валиков диаметром 30 мм и длиной 400 мм. В камере
нагрева печи на двух литых стойках 10 установлена плита 9,
в которой размещены два винта 3. При включении привода 7
винты 3 вращаются в противоположные стороны таким образом,
что нагреваемые детали, уложенные на винты, передвигаются
вдоль печи в сторону разгрузочного окна 1. Детали, нагретые
в среде защитного газа, падают с винтов в вытаскиватель и вы-
гружаются из печи. Печь имеет съемный свод 6, что позволяет
ремонтировать электрические нагреватели 8, а также заменять
винты. Детали в печь загружаются специальным механизмом.
Необходимая герметичность печи достигается уплотнением свода
песочным затвором 2. Температура в печи измеряется термопа-
рой 4. В печах с винтовым подом отсутствуют потери теплоты на
нагрев тары, что повышает КПД печи. Расход защитного газа
невелик, так как разгрузочное 1 и загрузочное 5 окна имеют от-
верстия небольшого диаметра. Пропускная способность печи
90 кг/ч. Мощность печи 53 кВт. Рабочая температура 860 °C.
Расход эндогаза 15 м3/ч.
Камерная ретортная цементационная печь (конструкция
ЗИЛа). Для газовой цементации мелких деталей применяют ре-
тортные печи. Конструкция печи обеспечивает перемешивание
деталей в процессе насыщения их углеродом с целью получения
равномерного цементованного слоя. Внутри камерной газовой
печи (рис. 19) установлена реторта 2, отлитая из хромоникелевой
стали. Реторта расположена горизонтально на четырех катках 6.
24
закрепленных на торцовых стенах печи. На этих катках реторта
вращается вокруг своей оси, вращает реторту электродвигатель,
установленный вместе с редуктором и цепной передачей на тор-
цовой стенке печи. Загрузочный конец реторты имеет герметично
закрывающуюся крышку 1 с футерованным экраном. В противо-
положном конце реторты предусмотрено отверстие 5 для подачи
науглероживающего газа в реторту. Каркас печи цилиндриче-
ской формы изготовлен из листовой стали. По бокам цилиндри-
ческой части каркаса приварены две цапфы. Цапфы установлены
в неподвижной раме печи. На одной из цапф закреплена звездочка,
соединенная с цепью с приводом 8, смонтированным на раме 7.
Привод предназначен для наклона печи вместе с ретортой. Для
футеровки печи использован шамотный огнеупор.
Печь обогревают шестью газовыми горелками, расположенными
вдоль реторты по двум сторонам печи. Газопровод печи 4 соеди-
нен с цеховым газопроводом при помощи гибкого шланга, что
позволяет наклонять печь при работающих горелках. Детали 3
загружают в разогретую реторту. Количество загружаемого
металла составляет 200—250 кг. После установки в реторту
крышки реторта начинает вращаться. Газ-карбюризатор поступает
в реторту, взаимодействует с загруженными деталями и, пройдя
через всю реторту, выходит из нее через отверстие в крышке
и сгорает. В течение всего времени цементации реторта вращается.
Детали в реторте непрерывно пересыпаются, что обеспечивает
доступ газа-карбюризатора ко всем деталям, находящимся в ре-
торте. После окончания цикла цементации температуру в печи
снижают до 820—840 °C, после чего крышка реторты снимается,
4
Рис. 19. Камерная ретортная цементационная печь
25
Рис. 20 Высокотемпературная электропечь с нагревателями из дисилицида мо-
либдена типа СНО-5.6.2,5/15
печь вместе с ретортой наклоняется и детали высыпаются из ре-
торты в закалочный бак, расположенный рядом с печью. Рабочие
размеры реторты: диаметр 360 мм; длина 1200 мм; полный объем
0,1 м®. Пропускная способность печи при глубине цементованного
слоя 0,4—0,6 мм около 50 кг/ч; время цементации 5—6 ч; расход
природного газа на обогрев печи 8—9 м3/ч, а на науглероживание
2—2,5 м®/ч; температура в печи 930 °C.
Высокотемпературная электрическая печь с дисилицидмолибдеиовыми на-
гревателями и окислительной средой. Печь типа СНО-5.6 2,5/15 (рис. 20) состоит
из каркаса 2, футеровки 3, выполненной из высокоогнеупорного (с повышенным
содержанием А12О3) и теплоизоляционного материала, дисилицидмолнбденовых
нагревателей 6 и печного трансформатора 7. Печь снабжена двумя термопарами 5.
С помощью одной термопары ведется регулирование температурного режима печи.
Вторая дополнительная термопара сигнализирует о превышении температуры
в печной камере выше допустимой нормы в случае отказа системы регулирования
температуры и дает сигнал на отключение нагревателей, предотвращая выход
их из строя. Футерованная заслонка 1 имеет смотровой люк. Электропитание к
нагревателям подводится проводами 4 Провода закрыты защитным кожухом.
Загрузку и выгрузку деталей проводят вручную. При подъеме заслонки электро-
нагреватели автоматически отключаются. Диснлицидмолибденовые нагреватели
(табл. 6) обладают повышенной хрупкостью, поэтому загрузку и выгрузку деталей,
а также монтаж и демонтаж нагревателей проводят с осторожностью.
Высокотемпературная печь с карборундовыми нагревателями
типа СНО-3.4.1,2/13. Печь (рис. 21) состоит из металлического
каркаса 1 со съемной крышкой, футеровки 2, выполненной из
высокоогнеупорного и теплоизоляционного материалов и кар-
борундовых нагревателей , 3, установленных на своде и поду.
26
№5
Рис. 21. Высокотемпературная печь с карборундовыми нагревателями типа СНО-3.4.1,2/13
71
Таблица 6. Основные параметры нагревателей из дисилицида молибдена
Тип нагревателя Развернутая длина рабочей части, ы Температура печи. °C
1100 1500
при позици- онном регу- лировании при непре- рывном регу- лировании при позици- онном регу= лировании при непре- рывном регу- лировании
р, кВт и, В р, кВт и, в р, кВт и, в р, кВт и. В
ДМ-180/250 0,39 1,26 8,5 1,82 10,4 1,06 7,95 1,27 8,7
ДМ-180/400 0,39 1,35 9,1 1,94 11,2 1,14 8,5 1,36 9,3
ДМ-250/250 0,53 1,67 Н,2 2,42 13,9 1,41 10,5 1,70 11,6
ДМ-250/400 0,53 1,76 11,8 2,52 14,5 1,49 11.1 1,78 12,3
ДМ-315/250 0,66 2,05 13,7 2,97 16,9 1,74 12,9 2,06 14,1
ДМ-315/400 0,66 2,14 14,3 3,09 17,6 1,81 13,4 2,14 14,6
ДМ-315/500 0,66 2.20 14,7 3,18 18,2 1,86 13,8 2,20 15,1
ДМ-400/250 0,83 2,54 17,0 3,57 20,7 2,16 16,0 2,54 17,5
ДМ-400/400 0,83 2,64 17,6 3,80 21,7 2,23 16,6 2,63 18,1
ДМ-400/500 0,83 2,70 18,0 3,88 22,2 2,28 16,9 2,69 18,5
ДМ 500/250 1,03 3,13 20,9 4 52 25,8 2,64 19,6 3,14 21,6
ДМ 500,400 1,03 3,22 21,5 4,65 26,6 2,72 20,2 3,22 22,0
ДМ-500/500 1,03 3,29 22,0 4,72 27,0 2,77 20,5 3,28 22,5
ДМ 630/250 1,29 3,87 26,0 5,60 31,9 3,28 24,4 3,88 26,7
ДМ-630/400 1,29 3,96 26,5 5,72 32,7 3,35 24,8 3,97 27,2
ДМ-630/500 1,29 4,01 27,0 5,82 33,2 3,40 25,2 4,04 27,7
ДМ-800/700 1,63 5,15 34,5 7,44 42,5 4,36 33,2 5,17 35,4
П р и м е ч а н и е. ДМ-3 и >/400, {априм< ?р, озн ачает: длина рабочей части
315 мм, длина вывода 400 мм; Р и U — допустимые мощность и напряжение.
Футерованная заслонка 4 имеет смотровое окно и механизм
подъема с ножным педальным приводом 5. Термопару устанавли-
вают в гнездо 6 в задней стенке печи
Карборундовые нагреватели (табл. 7) обладают повышенной
хрупкостью, поэтому при их монтаже и демонтаже соблюдают
необходимую осторожность. В процессе работы карборундовые
нагреватели «стареют», т. е. меняется их омическое сопротивле-
ние (возрастает) и, соответственно, величина напряжения, под-
водимого к ним электропитания. Поэтому печи с карборундовыми
нагревателями оборудованы многоступенчатыми трансформато-
рами напряжения. Такие печи могут быть приспособлены для
работы с защитной атмосферой В этом случае каркас печи и
электровыводы нагревателей делают в герметичном исполнении,
а загрузочное окно снабжают газопламенной завесой. В табл. 5
приведены основные параметры печей с карборундовыми нагре-
вателями типа СНО.
Камерная универсальная печь. Для термической обработки
небольших партий шестерен, валов, колец и т. п. в среде защит-
28
ного газа применяют камерные печи, соединенные в единую кон-
струкцию с закалочным баком и тамбуром. В таких печах детали,
подвергаемые термической обработке, не соприкасаются с воз-
духом и поэтому не окисляются. Регулируя состав печной атмо-
сферы, можно проводить безокислительный нагрев в печи или
насыщать нагреваемые детали углеродом и азотом, т. е. проводить
химико-термическую обработку.
На рис. 22 показана камерная универсальная печь для терми-
ческой обработки в контролируемой атмосфере. Печь состоит из
трех основных частей: камеры нагрева, закалочного бака и за-
грузочного тамбура. Камера нагрева имеет герметичный стальной
каркас, огнеупорную кладку, заслонку загрузочного окна, ме-
ханизм загрузки и выгрузки деталей, вентилятор для перемеши-
вания атмосферы, окружающей нагреваемые детали, и систему
обогрева печи. Так как печь предназначена и для цементации,
то применяют огнеупорные материалы с небольшим содержанием
оксидов железа — доменный шамот, легковесный корунд и дистен-
силиманит. Подом печи служат рельсы 18, отлитые из хромони-
келевой стали. Заслонка 9 загрузочного окна сварная из угле-
родистой стали и зафутерована дистенсилиманитовым огнеупо-
ром, подвешена на двух цепях и поднимается вверх при вращении
звездочки 10, насаженной на вал. Привод механизма для загрузки
в печь поддона с деталями размещен на задней стенке печи. При
вращении звездочки 16 перемещается цепь, на одном конце кото-
Таблица 7. Основные технические данные карборундовых нагревателей,
выпускаемых Подольским заводом огнеупорных изделий
Тип нагревателя Длина рабочей части Общая длина Диаметр рабочей части Диаметр выводов Полное сопротив- ление («горячее»), Ом
мм
Промышленные нагреватели
КНС-25/496 300 406 25 .— 0,77—1,75
КНС-25/440 300 1120 25 25 1,1—1,55
КНС-25/540 400 1220 25 25 1,2—1,8
КНС-32/711 560 711 32 — 1,1—2,8
КНМВ-25/640 400 640 25 — 1,1—2,0
Промышленные и лабораторные нагреватели
КНЛ-12/280 200 280 12 — 4,4—9,0
КНЛ-12/320 230 320 12 — — 4,5—9,0
К НЛ-16/320 230 320 16 — 4,5—9,0
ТН-55/40Х 200X75 200 350 55/40 55 1,0—2,8
(трубчатый спиральный)
Примечание. КНС-25/540. например, означает: карборундовый на
греватель, диаметр рабочей части 25 мм, длина рабочей части и металлизиро-
ванных концов 540 мм; КНМВ-25/640 — карборундовый нагреватель с прива-
ренными выводными концами, диаметр рабочей части 25 и общая длина 640 мм.
29
рой закреплен захват-толкатель 15. Длина цепи, изготовленной
из хромоникелевой стали, выбрана такой, что захват-толкатель
может выходить при поднятой заслонке из камеры нагрева в за-
грузочный тамбур. Обратная ветвь цепи расположена под камерой
нагрева в герметичном корпусе 17. Вентилятор 12 перемешивает
атмосферу печи и выравнивает температуру в камере нагрева.
Интенсивная циркуляция газов обеспечивает быстрый нагрев
деталей, находящихся в средней части поддона, что положительно
сказывается на равномерности прогрева садки по всему ее объему.
Это имеет особое значение при цементации.
Система нагрева печи состоит из четырех петлеобразных
радиационных труб 13, расположенных на боковых стенах камеры
нагрева. Радиационные трубы вставляют в камеру нагрева через
отверстия в задней стене печи. В радиационных трубах сжигают
природный газ. Теплоту отходящих продуктов горения исполь-
зуют для подогрева воздуха, идущего на горение топлива. Произ-
водительность радиационных труб регулируется автоматически
в зависимости от температуры в рабочем пространстве печи,
замеряемой термопарой 14.
Закалочный бак 3 расположен непосредственно перед камерой
нагрева и имеет подъемный стол с двумя платформами. Механизм
для перемещения стола расположен вне печи. Подъемный стол
имеет два фиксированных положения: верхнее и нижнее. При
верхнем положении стола платформа 1 находится на уровне пода
печи. При нижнем положении стола верхняя платформа 2 нахо-
30
дится на уровне пода, а нижняя платформа 1 в этот момент по-
гружена в закалочную жидкость. Закалочный бак 3 оборудован
выносным теплообменником для охлаждения закалочной среды.
При превышении допустимой температуры включается насос и
закалочная среда из бака прокачивается через теплообменник и,
охлажденная, сливается вновь в бак. Теплообменник охлаждается
проточной водой. Давление закалочной среды в теплообменнике
всегда выше, чем давление воды в нем, поэтому при нарушении
герметичности теплообменника вода в закалочный бак не попа-
дает Равномерность охлаждения деталей в закалочном баке
зависит от количества закалочной жидкости (до 10 м3) и интен-
сивной ее циркуляции в той части бака, куда опускается поддон
с деталями. Закалочную среду перемешивают масломешалкой.
Подогрев закалочной среды до необходимой температуры осу-
ществляют электрическими трубчатыми нагревателями. Загру-
зочный тамбур печи является шлюзом, отделяющим камеру
нагрева от цехового пространства в момент загрузки и выгрузки
деталей Корпус тамбура герметичен и присоединен к закалоч-
ному баку и к камере нагрева. Загрузочное окно тамбура нахо-
дится перед загрузочным окном камеры нагрева и перекрыто
заслонкой 6 из листовой стали, поднимающейся пневматическим
цилиндром. Заслонка 6 тамбура имеет отверстие 5, через которое
из печи выходит защитный газ По выходе из печи защитный газ
соединяется с воздухом и сгорает, воспламеняясь от постоянно
горящего запальника. Продукты горения удаляются через зонт 7,
соединенный с цеховой вентиляционной системой. В верхней
части тамбура установлена поднимающаяся крышка 8. Гермети-
зация крышки обеспечивается песочным затвором по всему пери-
метру крышки. В случае хлопка в печи крышка приподнимается
над тамбуром и давление в печи снижается.
Боковые стены тамбура имеют принудительное охлаждение
Снаружи к стене тамбура приваривают трубку в виде змеевика,
по которой течет холодная вода. Загрузочное окно тамбура имеет
газовую завесу. При поднятии заслонки 6 тамбура из коллектора 4,
расположенного ниже окна, начинает вытекать газовоздушная
смесь. Воспламеняясь от постоянно горящего запальника, смесь
сгорает и образует при этом плоский факел, перекрывающий
окно тамбура. Газовая завеса обеспечивает надежное сгорание
выходящего из печи газа. Последовательность операций при ра-
боте на печи следующая. Поддон с деталями устанавливают на
загрузочный столик. Поднимается заслонка тамбура, загорается
газовая завеса и поддон с деталями через завесу заталкивается
на платформу подъемного стола закалочного бака. Заслонка
тамбура опускается, факел газовой завесы гаснет. Так как при
открытии заслонки тамбура состав атмосферы в тамбуре и камере
нагрева из-за подсоса воздуха изменяется, то после загрузки
поддона в тамбур необходима выдержка для восстановления со-
става атмосферы в печи. После выдержки 5—10 мин поднимается
31
заслонка камеры нагрева, включается привод механизма загрузки
поддона в печь и цепь начинает продвигаться через печь в тамбур.
Дойдя до поддона, цепь останавливается, а захват-толкатель цепи
оказывается соединенным с поддоном. При движении цепи в об-
ратном направлении поддон перемещается из тамбура в камеру
нагрева. Вернувшись в исходное положение, цепь останавли-
вается, заслонка камеры нагрева опускается.
Начинается период нагрева деталей. В камеру нагрева непре-
рывно подается защитный газ необходимого состава. При цемен-
тации, после прогрева садки, в камеру нагрева подается газ-
карбюризатор — начинается процесс насыщения деталей угле-
родом. После соответствующей выдержки в камере нагрева под-
дон передается в тамбур.
В зависимости от вида термической обработки детали охла-
ждают или в закалочном баке, или в газовой среде тамбура. Если
детали следует охладить в закалочном баке, то перед выдачей
поддона из камеры нагрева подъемный стол бака устанавливается
в верхнее положение. После подъема заслонки камеры нагрева
цепь выталкивает поддон на нижнюю платформу стола. Цепь
возвращается в исходное положение, заслонка камеры нагрева
и стол бака опускаются, и поддон с деталями оказывается в зака-
лочной среде бака. Если детали следует охладить в атмосфере
тамбура, например при нормализации, то перед выгрузкой поддона
подъемный стол устанавливается в нижнее положение. После
подъема заслонки камеры нагрева цепь выталкивает поддон на
верхнюю платформу стола, а после опускания заслонки подъемный
стол поднимается в верхнее положение.
Конструкция печи позволяет продолжать работу в те моменты,
когда детали охлаждаются в баке или тамбуре. Если детали
находятся в баке, то в печь можно загружать следующую партию
деталей, используя верхнюю платформу стола. Если детали
находятся в верху тамбура, то в печь также можно загружать
следующий поддон, используя нижнюю платформу стола. Большое
значение для работы печи имеет состав атмосферы, поступающей
в печь через вводы 11. Состав атмосферы в печи изменяется при
попадании в печь воздуха, поэтому давление в печи поддерживают
несколько больше, чем в цехе. Однако при подъеме заслонок про-
текают процессы, которые могут, если не принять необходимых
мер, изменить состав атмосферы печи или даже создать условия
для взрыва в печи. При подъеме заслонки камеры нагрева, на-
пример при выдаче поддона в тамбур, происходит интенсивное
излучение раскаленной кладки в холодный тамбур.
Стенки тамбура и газ, находящийся в нем, нагреваются,
объем газов в печи увеличивается, вследствие чего давление в ней
возрастает. Это давление сохраняется в течение нескольких
минут. В этот момент из отверстия в заслонке тамбура
газы выбиваются с большой скоростью, образуется факел дли-
ной до 1 м. Постепенно факел уменьшается, и когда давление
32
в печи снижается до исходного, размер факела не превышает
0,3 м.
При опускании заслонки камеры нагрева газы, находящиеся
в тамбуре, начинают быстро охлаждаться, их объем уменьшается
и в печи создается разрежение. Если в этот момент в тамбур печи
через неплотности проникнет воздух, то в тамбуре может обра-
зоваться горючая газовоздушная смесь. Воспламенение смеси
приводит к взрыву Чтобы исключить образование газовоздушной
смеси в тамбуре, в заслонке тамбура предусмотрено отверстие
для входа в тамбур воздуха. Горящий запальник около отверстия
в заслонке постоянно обеспечивает воспламенение атмосферы
тамбура по мере смешения ее с воздухом. Подсос воздуха через
возможные неплотности непосредственно из цеха в камеру на-
грева печи с температурой выше 800 "С с точки зрения взрыва не
опасен. В этом случае воздух, поступая в горячее пространство,
немедленно реагирует с защитной атмосферой, атмосфера выго-
рает, а газовоздушная смесь в объеме печи не образуется.
Однако неплотности камеры нагрева нежелательны из-за
ухудшения качества атмосферы печи. Универсальные камерные
печи с радиационными трубами из хромоникелевой стали приме-
няют при нагреве до 950 °C, а с керамическими — при нагреве
до 1200 °C. Температура в закалочном баке в зависимости от марки
масла может быть от 50 до 180 °C. Расход защитной атмосферы
около 15 м3/ч На поддон можно загружать детали массой 100—
300 кг. Время нагрева до 900 СС около 1,5 ч.
Камерная универсальная электропечь типа СНЦ-5.10.5/9,5
изображена на рис. 23. Электропечь состоит из камеры нагрева,
тамбура с закалочным масляным баком в едином каркасе 4, щитов
управления 2, 3 и механизма загрузки и разгрузки 1. Камера
нагрева имеет футеровку 13. Направляющие для перемещения
поддонов с деталями выполнены из карбидокремниевых плит,
нагреватели изготовлены из проволоки из сплава ХН70Ю диа-
метром 6,5 мм и смонтированы в радиационной трубе 12 диаметром
121 Х5 мм. Радиационные трубы в количестве 12 шт. расположены
вертикально вдоль боковых стен. Питание нагревателей от сети
осуществлено через понижающий трансформатор и тиристорный
регулятор напряжения. В тамбуре печи и в камере нагрева уста-
новлены вентиляторы 5 и 7 для обеспечения циркуляции атмо-
сферы печи. В тамбуре расположен подъемный двухэтажный
стол 9, который позволяет одновременно производить закалку
и загрузку поддона в камеру нагрева. Температуру масла в зака-
лочном баке регулируют автоматически при помощи нагревате-
лей и охладителей, в пределах 60—160 °C.
Загрузка поддонов, перемещение их внутри печи и выгрузка
из печи производится механизмом 1 с помощью цепного толка-
теля, установленного на раме механизма. Технологические газы
в печь подают через газораспределительный щиток 6 Отбор
пробы газа из печи осуществляют через газоотборник 11. Рабочая
2
Долотоа Г П
33
камера отделена от тамбура заслонкой 8. Тамбур имеет заслон-
ку 10. Установленная мощность печи 132 кВт, масса садки 400 кг,
масса печи 15,5 т. Расходы газов’ 15 нм3/ч эндогаза, 4 м3/ч метана,
1 м3/'ч аммиака и 6,5 м3/'ч воды.
К преимуществам камерных печей относятся простота кон-
струкции, универсальность применения для различных техноло-
гических процессов и изделий, возможность проведения в печи
различных режимов термической обработки. К недостаткам сле-
34
дует отнести сложность механизации загрузки и разгрузки изде-
лий, сложность создания в печи необходимо стабильной контро-
лируемой атмосферы при кратковременных режимах термической
обработки, высокий удельный расход контролируемой атмосферы.
Универсальные механизированные камерные печи позволяют
вести комплексную термическую обработку и устраняют ручной
труд при транспортировке изделий
2. ПЕЧИ С ВЫДВИЖНЫМ ПОДОМ
Для отжига крупных деталей и при мелкосерийном
производстве часто применяют печи периодического действия
с выдвижным подом (табл. 8). Одна из таких печей (конструкция
ЗИЛа) изображена на рис. 24. Под 6 этой печи выкатывается на
катках по рельсам к месту загрузки и разгрузки. При этом за-
слонка 3 поднимается и опускается с помощью приводного меха-
низма 4. Нагрев печи комбинированный — газовый и электри-
ческий. Панельные газовые горелки 2 установлены на стенах
печи и на заслонке 3. Панельные горелки обеспечивают равно-
мерный нагрев отливок без местных перегревов. Подина обогре-
вается электрическими нагревателями сопротивления 5, уложен-
ными в ее кладке. Наличие нижнего подогрева уменьшает разницу
температур между верхом и низом садки и обеспечивает хорошее
качество термической обработки. Применение электрических на-
гревателей для обогрева подины вместо газовых горелок упро-
Таблица 8. Основные параметры камерных электропечей сопротивления
с выдвижным подом
Тип печи Масса загрузки, кг Габаритные размеры, мм
СНОС 10.12.12/2
СНОС-16.25.16/2,5
СНОС-20 35 20'2.5
СДО-10.12,5.12,53
СДО-16.25.15/3
Печи для сушки изделий
1 800
9 000
14 000
3 000
2 400
6 000Х 2 000 X 4 300
9 500X3 500X4 700
9 000X3 300X5 000
5 700X2 000X4 300
7 800X2 600X4 600
СДО 10.12,5.10/3
СДО-11.18.10/7
СДО-25.90.18/7
СДО-10.20.8/8
Печи для отпуска
1 200
1 200
40 000
1 000
3 800Х 1
3 900Х 2
18 620 X6
9 800X2
950 X 2 645
630X 3 780
245X5 345
900Х 1 300
Печи для нагрева стальных изделий
СДО-23.46.16/10 30 000 16 600Х 6 000Х 1 800
СДО-28 5.20/12 40 000 18 640X6 100X8 625
СДО 18.36.12/10 18 000 —
2*
35
Рис. 24. Печь с выдвижным подом
Рис. 25. Электропечь с выдвижным подом типа СДО-11.18.10/7
36
щает конструкцию печи и увеличивает полезный объем камеры
нагрева. Продукты сгорания газа через окна 1, расположенные
равномерно в стенах печи, и каналы 7 удаляются с помощью
дымовой трубы или дымососа.
Электропечь сопротивления с выдвижным подом показана на
рис. 25. Печь типа СДО-11.18.10/7 предназначена для отпуска.
Печь состоит из камеры нагрева 2 и выдвижного пода 1, нагре-
вателей сопротивления 5, водоохлаждаемого вентилятора 3 с си-
стемой водоохлаждения 4. Вентилятор предназначен для вырав-
нивания температуры в рабочей камере печи. Электрические
нагреватели расположены на боковых стенах камеры нагрева и
на вертикальной стенке выдвижного пода. Уплотнение зазора
между выдвижным подом и печью осуществляют с помощью
песочного затвора. Установленная мощность печи 187 кВт, тем-
пература до 700 °C, масса садки 1,8 т.
3. ШАХТНЫЕ ПЕЧИ
Шахтные печи применяют для термической и хи-
мико-термической обработки длинномерных изделий, подвешивае-
мых в вертикальном положении, и для обработки изделий, за-
гружаемых в специальные жароупорные корзины, решетки и т. п.
Шахтные печи с температурой 700 °C и ниже предназначены
для работы с окислительной и защитной атмосферами, а с тем-
пературой до 1200 °C (нагрев под
закалку) преимущественно для ра-
боты с защитной атмосферой.
Шахтные муфельные электропе-
чи предназначены для химико-тер-
мической обработки деталей и
светлого отжига проволоки и ленты
из черного и цветных металлов в
бунтах. Муфели и приспособления
изготовляют из хромоникелевой
стали или сплава. Материалом для
нагревателей служит нихром
Х20Н80 или безникелевые сплавы
типа Х27Ю5Т.
Температура цементации 930 °C.
В качестве футеровки применяют
шамот и теплоизоляционные ма-
териалы. Электрические нагрева-
тели располагают на стенах шах
ты печи
На рис. 26 изображена шахт-
ная муфельная электропечь типа
Рис. 26. Шахтная муфельная электропечь
типа СШЦМ
37
СШЦМ для газовой цементации мелких деталей. Печь имеет жа-
роупорный муфель 4, установленный на подставку, опирающуюся
на футеровку пода печи. Футеровка выполнена из шамотного
огнеупорного и теплоизоляционного материалов. Нагреватели 7
расположены на стенках и поду шахты печи. Специальные при-
способления 5 из жаропрочных сталей, устанавливаемые в му-
фель, имеют съемные днища 6 с отверстиями для прохождения
газа-карбюризатора.
Печь закрывается крышкой 1. Крышка имеет механизм подъема
и поворота 2. В крышке имеются отверстия для подачи в муфель
газа-карбюризатора и отвода отработанной атмосферы. По центру
крышки установлен вентилятор 3 для перемешивания атмосферы
в муфеле для получения стабильных результатов по глубине на-
сыщения углеродом обрабатываемых деталей. Вентилятор вклю-
чается после загрузки партии деталей в муфель и работает в те-
чение всего времени химико-термической обработки. Для равно-
мерного нагрева муфеля, а следовательно, и обрабатываемых де-
талей печь по высоте разделена на две самостоятельные темпе-
ратурные зоны. Верхняя часть печи теряет больше теплоты в окру-
жающее пространство, чем нижняя часть, поэтому верхняя зона
потребляет больше электрической энергии. В шахтной печи с му-
фелем исключается взаимодействие электрических нагревателей
с цементующей атмосферой. Условия работы нагревателей в печах
с муфелем и обычных печах с воздушной атмосферой аналогичны.
Шахтные печи изготовляют различной мощности. Печь с диаме-
тром муфеля 0,3 м имеет мощность 35 кВт; 0,45 м — 75 кВт и
0,6 м — 105 кВт. Температура в печи до 950 °C. Единовременная
загрузка в муфель диаметром 0,3 м 185 кг, 0,45 м — 450 кг и
0,6 м— 1100 кг. Основные параметры шахтных электропечей
сопротивления приведены в табл. 9.
Шахтные безмуфельные печи для газовой цементации типа СШЦ выпускаются
отечественной промышленностью с рабочей температурой до 1050 °C. Безмуфель-
ные печи по сравнению с муфельными могут работать при более высоких темпе-
ратурах. Отсутствие муфеля ведет к экономии дорогостоящей жаростойкой
стали В тоже время безмуфельные печи требуют значительно большего времени,
чем муфельные, для восстановления состава атмосферы печи после загрузки дета-
лей. Футеровку безмуфельных печей выполняют из огнеупорных материалов,
содержащих минимальное количество оксидов железа, во избежание выделения
сажи в футеровке в процессе цементации. Выделение сажи в футеровке приводит
к ее разрушению Нагреватели в муфельных печах также подвержены науглеро-
живанию. что приводит к преждевременному выходу их из строя Применение
безмуфельных шахтных электропечей для цементации очень ограничено.
Шахтная электропечь для газового азотирования типа
США-6.6/7 (рис. 27) состоит из каркаса 1, футеровки 2, выполнен-
ной из огнеупорного и теплоизоляционного материала, цилин-
дрического муфеля 4, герметически закрывающегося крышкой 6.
Подвод аммиака 5 осуществлен снизу муфеля под решетку, над
которой располагаются обрабатываемые детали. Для перемеши-
вания атмосферы печи предусмотрен вентилятор 7. Нагреватели 3
38
Таблица 9. Основные параметры шахтных электропечей сопротивления
Тип печи
Масса загрузки,
кг
Габаритные
размеры, мм
Электропечи для отпуска
СШЗ-6.6/7 1600 2600X2380X2820
СШЗ-6.12/7 900 2600X2380X4130
СШЗ-6.20/7 1200 2600 X 2380 X 4720
СШЗ-6.30/7 1600 2600 X 2380 X 5950
СШЗ 10 10/7 1100 3900X2900X3725
СШЗ-15.30/7 5000 6580 X 6000Х 6335
США-6 6/7
США-6.12/7
Электропечи для азотирования
I 560 I
860
3800X 2600X 2395
3800X2600X3055
Электропечи для нагрева стальных изделий
СШО-6,6/10 600 2600X2470X3330
СШО 6 12/10 1000 2000X2470X3790
СШО6 20/Ю 1200 2600X2470X4450
СШО 6.30/10 1600 2600Х 2470Х 5770
СШО-10.10/10 1200 4070X 3060X 3730
СШЗ-15.30/10 8000 5500 X 5878 X 6500
Высокотемпературная печь с металлическими нагревателями
СШЗ-10.20/12 | 1500 | 2660 X 3060 X 4385
СШЦМ-6.6/9
СШЦМ-6.12/9
СШЦМ-6.20/9
Электропечи для цементации
400
800
900
2720 X 2580X 3015
2720X 2580X 3645
2720 X 2580 X 4335
расположены на стенках печи. Разъем между муфелем и каркасом
печи уплотнен песочным затвором 9. Прижим крышки к фланцу
муфеля осуществляют винтовыми прижимами 8. Между крышкой
и фланцем муфеля закладывают уплотняющую прокладку, имею-
щую водяное охлаждение. В табл. 9 приведены основные пара-
метры шахтных электропечей для азотирования.
Шахтные электропечи с рабочей температурой 350 и 700 °C
оборудованы вентиляторами, смонтированными в поде печи.
Вентиляторы монтируют в выемной подовой панели, которую
можно заменять вместе с ними Вентиляторы обеспечивают более
равномерный нагрев деталей вследствие циркуляции атмосферы
печи. Во избежание местного перегрева обрабатываемых деталей
между нагревателями и деталями располагают экраны, которые
одновременно служат направляющими для потока печной атмо-
39
Рис 27 Шахтная электропечь для газо-
вого азотирования типа США-6.6/7
Рис 28. Шахтная электропечь типа СШО,
СШЗ
сферы. На рис. 28 показана шахт-
ная электропечь типа СШО, СШЗ
(см. табл. 9) с температурой на-
грева до 700 °C. Печь работает с
окислительной или защитной ат-
мосферой и представляет собой
каркас, футерованный огнеупор-
ными и теплоизоляционными ма-
териалами 6. Сверху печь перекрывается поворотной крышкой 2
с механизмом подъема и поворота 1. Вентилятор 4 расположен
внизу печи. Нагреватели 8 размещены на боковых стенках печи.
Между нагревателями и обрабатываемыми деталями или изде-
лиями имеется экран 7 с направляющими 5 для предохранения
его от повреждений при загрузке изделий (например, в виде бун-
тов). Для обеспечения равномерности нагрева печь разбита по
высоте на три температурные зоны /—///. Температуру измеряют
термопарами 3. Разъем между печью и крышкой уплотняют
с помощью песочного затвора.
Преимущества шахтных печей: простота и компактность,
легкость обслуживания, возможность использования для за-
грузки и разгрузки цеховых подъемных и транспортных меха-
низмов, возможность обеспечения равномерной температуры в ра-
бочем пространстве, относительно простое обеспечение герметич-
ности рабочего пространства печи. К недостаткам следует от-
40
нести сложность эксплуатации с применением контролируемых
атмосфер при кратковременных режимах термической обработки
(герметизация и разгерметизация муфеля, продувка муфеля и
т. п.), повышенный удельный расход электроэнергии, связанный
с наличием муфелей, и повышенный расход жароупорной стали на
замену муфелей и приспособлений.
4. ЭЛЕВАТОРНЫЕ ПЕЧИ
Элеваторная печь для отжига показана на рис. 29.
Детали загружают на тележку 8, которую закатывают под печь 2.
С помощью гидравлического подъемника 10 и платформы 9 те-
лежку с деталями поднимают в верхнее положение и фиксируют
там упорами 7. Подъемник опускается в исходное положение.
После этого включают электрические нагреватели сопротивле-
ния 3 и 5, расположенные на стенах печи и на тележке. Для
предохранения нагреватели тележки прикрыты литыми жаро-
упорными плитами 4. Предусмотрено применение контролируемой
атмосферы. Для этой цели печь герметизирована. Уплотнения
между тележкой и печью достигают с помощью песочного затвора 6.
Для ускорения процесса охлаждения предусмотрен водяной
холодильник 1 с циркуляционным вентилятором. Во время охла-
Рис. 29. Элеваторная печь
41
Таблица 10 Основные параметры элеваторных электропечей ждения садки в контроли- руемой атмосфере без до-
Тип печи Масса загруз- ки, кг Габаритные размеры, м ступа воздуха газы из печи с помощью вентилятора проходят через холодиль- ник, отдавая свою теплоту воде, и охлажденные по- даются в печь. Охлажден- ные газы, проходя через садку, отбирают теплоту у отливок, нагреваются,
СЭО-22,4.63.16 10 СЭЗ-ЗО.55.20/7 СЭЗ-16.10/10 СЭЗ 16.16/7 СЭЗ 16.16/3 20 000 735 170 240 400 8,5X4,IX 10 6,5X3,85'- 6,8 6,5X3,85X7,3 6,5X4,44 5.5
проходят через холодиль-
ник и т. п. При этом продолжительность охлаждения деталей в
контролируемой атмосфере значительно сокращается. Холодиль-
ник представляет собой трубчатый теплообменник. По трубам
проходит холодная вода, а в межтрубном пространстве — газ из
печи. Отечественная промышленность выпускает электрические
элеваторные печи (табл. 10).
Элеваторные печи применяют для отжига чугунных и сталь-
ных отливок, термической обработки алюминиевых сплавов.
Преимущества печей: возможность осуществления в них различ-
ных технологических процессов, легкость обеспечения герметич-
ности печного пространства и в связи с этим снижение расхода
контролируемой атмосферы, меньший удельный расход электро-
энергии, компактность конструкции, более рациональное исполь-
зование полезной площади, возможность применения их в цехах
без использования мощных мостовых кранов. К недостаткам
следует отнести значительную сложность конструкции, связанную
с необходимостью индивидуального мощного механизма подъема
и транспортных линий для перемещения подин — тележек по
цеху и необходимую большую высоту цеха.
5. ПЕЧИ-ВАННЫ
Печи-ванны используют для нагрева деталей при
закалке, отпуске, нормализации, цементации, цианировании и
т. д. Особенность нагрева в ваннах состоит в том, что нагревае-
мую деталь полностью или частично погружают в жидкую среду
с заданной температурой. В качестве нагреваемой среды приме-
няют расплавленные металлы, соли, щелочи и масла. В табл. 11, 12
приведены некоторые составы сред и интервалы температуры их
применения. Нагрев в жидкой среде по сравнению с нагревом
в печи имеет ряд преимуществ, важнейшими из которых являются
высокая скорость и равномерность прогрева. Ванны изготовляют
двух основных типов: с внешним нагревом нагреваемой среды и
внутренним.
Печи-ванны с внешним нагревом. Эти ванны имеют тигель.
Снаружи тигля размещают систему его нагрева. При электриче-
42
Таблица 11. Составы теплоносителей, применяемых для проведения
процессов термической обработки в печах-ваннах
Состав теплоносителя, % Температура применения. °C Термическая обработка
100 ВаС12 90 ВаС12 + 10 NaCl 1020—1320 950—1300 Окончательный нагрев под за- калку изделий из легирован- ных и быстрорежущих сталей
78 ВаС12 + 22 NaCl 80 ВаС12 + 20 КС1 700—950 680—1060 Предварительный нагрев изде- лий из легированных и быстро- режущих сталей
100 NaCl 53 ВаС12 + 20 NaCl + 27 КС1 850-920 600—900 Окончательный нагрев под за- калку изделий из углеродистых и легированных сталей
50 NaCl + 50 ВаС12 20 NaCl + 27 КС1 + 53 ВаС12 750—920 680—1150 Отжиг и нормализация загото- вок
100 NaNO3 50 KNO3+ 15 NaNO3 + + 35 NaNO2 325—600 160—590 Ступенчатая и изотермическая закалка изделий из углероди- стых и легированных сталей
100 NaOH 50 NaOH + 50 KOH 20 NaOH + 80 KOH 350—400 250—538 150—500 Светлая закалка изделий из углеродистых и легированных сталей
100 NaOH 60 NaOH + 40 NaCl 350—380 550—700 Светлый отпуск различных из- делий
100 KNO3 100 NaNO2 360—600 300—500 Отпуск различных закаленных изделий
50 KNO3 + 45 NaNO2 + + 5 NaNOs 145-590 Закалка и отжиг изделий из алюминиевых сплавов
ском нагреве используют элементы сопротивления, равномерно
располагаемые по периметру тигля. При газовом или мазутном
нагреве наружную поверхность тигля нагревают продуктами
полного горения топлива. Сжигание топлива производят- таким
образом, чтобы факел пламени горелки или форсунки не был
направлен прямо на тигель. Для предупреждения прогорания
тигля пламя направляют касательно к поверхности тигля.
На рис. 30 показана печь-ванна, которая нагревается газообраз-
ным или жидким топливом. Ванна имеет металлический каркас,
внутри которого находятся огнеупорная кладка / и тигель 2.
Сжигание топлива осуществляют двумя горелками 9, расположен-
ными тангенциально к тиглю. Продукты сгорания топлива по
43
Рис. 30. Печь-ванна с
внешним нагревом
Таблица 12. Сорта масел, применяемых
в электрованнах
Наименование Температура, °C
вспышки (не ниже) макси- мальная рабочая
Цилиндровое тяжелое: 52 310 260
38 300 260
Цилиндровое легкое: 24 240 200
11 215 170
Индустриальное: И-12А 165 60
И-20А 170 60
И-ЗОА 180 60
И-40А 190 60
И-50 А 200 80
ненный к вытяжной
выходе из горелок омывают тигель и ухо-
дят по каналу 7 в короб 6 вытяжной вен-
тиляции. Канал для отвода продуктов го-
рения расположен наклонно, что облегчает
удаление содержимого тигля при его про-
гаре через отверстие 8. Для уменьшения
потерь теплоты зеркалом ванны сверху
над тиглем установлена поворотная крыш-
ка 5. Для улавливания паров солей над
ванной расположен колпак 4, присоеди-
цеховой вентиляции. Со стороны загрузки
в колпаке имеется окно, перекрытое отодвигающимся экраном 3.
Детали загружают в тигель на приспособлении при помощи кле-
щей. Температуру в тигле контролируют термопарой, погружае-
мой в расплавленную среду сверху.
Ванны с электрическим нагревом, как правило, имеют вто-
рую дополнительную термопару, контролирующую температуру
в пространстве, где расположены электрические нагревательные
элементы. Это предупреждает перегорание нагревателей из-за
чрезмерного повышения температуры. В табл. 13 приведены основ-
ные параметры соляных электрических печей-ванн с внешним
нагревом.
Электрическая соляная ванна типа СВГ-1,5.2/8,5 с внешним
нагревом (рис. 31) имеет рабочую температуру до 850 °C. Метал-
лический тигель 5 помещен в пространство, обогреваемое нагре-
вательными элементами сопротивления 4, расположенными на
внутренней стенке футеровки 2, 3. Токоподводы 9 к нагреватель-
ным элементам закрыты защитным кожухом 8. Над каркасом 1
ванны расположен вентиляционный зонт 6. Тигель перекрывают
разъемной крышкой 11 В ванне установлены две термопары.
44
Таблица 13. Основные технические данные электрических соляных
печей-ванн с внешним нагревом СВГ
Тип вани У станов леииая мощ- ность, кВт Размеры рабочего пространства, мм Напряжение питающей сети, В Число фаз
диаметр глубина
СВГ-1,5.2/8,5 10 200 350 220 1
СВГ-2,5.3,5/8,5 20 300 535 380/220 1
СВГ-3,5.4/8,5 30 400 550 380/220 3
Примечание. Цифры после букв обозначают максимальный диа-
метр и максимальную высоту садки. Например, у ванны СВГ-2,5.3,5/8,5 ма-
ксимальный диаметр садки 250 мм, а максимальная высота 350 мм.
Первая термопара 7 расположена в соли и является рабочей (с ее
помощью осуществляют автоматическое регулирование темпера-
туры в тигле), вторая термопара 10 установлена в зоне располо-
жения нагревательных элементов.
Печи-ванны с внутренним нагревом. В ваннах с внутренним
нагревом нагревательные элементы расположены непосредственно
в расплавленной соли или другом веществе, заполняющем про-
странство, где находятся обрабатываемые детали. Нагрев ванны
может быть электрическим, в этом случае используют трубчатые
электрические нагреватели, или пламенным, тогда применяют
радиационные трубы, в которых сжигается природный газ. Элек-
трические нагреватели и радиационные трубы, как правило, рас-
полагают по краям ванны, чтобы обеспечить равномерный на-
грев рабочего пространства. Большинство ванн с внутренним
нагревом имеют тигель. В отдельных случаях, когда расплавлен-
ная соль не разрушает огнеупорный материал, тигля может не
быть. Стены и дно ванны в этом случае изготовляют из высокока-
чественного шамотного или высокоглиноземистого огнеупора.
Электродные печи-ванны — это разновидность ванн с вну-
тренним нагревом. В рабочем пространстве электродной ванны
установлены электроды, изготовленные из стали, к которым
подводят электрическую энергию. Ток к электродам подается-по
массивным шинам от печного трансформатора. В электродных
ваннах нагревательным элементом является расплавленная соль.
Электрическое сопротивление слоя соли между электродами зна-
чительно больше сопротивления самих электродов и подводящих
шин, поэтому при подключении ванны к сети практически вся
теплота выделяется непосредственно в расплавленной соли. Чем
больше необходимо выделить в ванне теплоты, тем больше напря-
жение должно быть подано на электроды.
Электродные печи-ванны могут быть однофазными (имеют два
электрода) и трехфазными (имеют три электрода).
45
Протекающий по электродам ток достигает большой величины
(5000—10 000 А), поэтому вокруг них возникает сильное магнит-
ное поле. Под действием этого магнитного поля начинается интен-
сивная циркуляция расплавленной соли в ванне. Около стен
ванны соль поднимается со дна и, достигая верха, перемещается
к электродам, а затем вниз, к нижним концам электродов. Воз-
никающая циркуляция соли способствует выравниванию тем-
пературы в ванне и предотвращает перегрев соли вблизи элек-
тродов.
На рис. 32 показана трехфазная электродная соляная печь-
ванна типа СВС-3,5.8.4/8,5, изготовляемая отечественной элек-
тропромышленностью с рабочей температурой 850 °C. Печь-
ванна представляет собой каркас 7, футерованный огнеупорным
и теплоизоляционным материалами 6. Внутри ванны установлен
металлический тигель 4 с рас-
положенными в нем электрода-
ми 2, к которым подходят токо-
проводы 5. Тигель перекрывает-
ся футерованной крышкой / с
Рис. 32. Электродная соляная печь
ваниа типа СВС-3,5.8.4/8,5
Рис. 31. Электрическая соляная печь-
ваина с внешним нагревом типа
СВ Г-1.5.2/8,5
46
Рис. 33. Электродная соляная печь-ваниа для
термической обработки протяжек
механизмом открывания 3. Электрод-
ные ванны более экономичны, чем
ванны с внешним обогревом, так как
в них теплота выделяется непосредст-
венно в теплоносителе (соли, масле)
и таким образом уменьшаются ее по-
тери в окружающую среду. Электро-
ды изготовляют из углеродистой ста-
ли (для низких температур) или жа-
роупорных сталей типа 12Х18Н10
(для высоких температур). Напря
жение на электродах обычно нахо-
дится в интервале 5—24 В . Основные
параметры электродных печей-ванн
типа СВС приведены в табл. 14.
Для нагрева под закалку до
1300 ’С длинных деталей, например
протяжек, используют электродную
печь ванну, показанную на рис. 33.
Огнеупорная кладка ванны окружена стальным цилиндриче-
ским каркасом 8. Внутренний слой огнеупорной кладки, со-
прикасающийся с расплавом соли, выполнен из высокоглино-
земистых изделий 5, содержащих 65 % А1гО3. Рабочее простран-
Таблица 14. Основные технические данные электродных соляных
печей-ванн СВС
Тип ваии Установлен- ная мощ- ность, кВт Максималь- ная темпе- ратура, °C Размеры рабочего пространства, мм Число фаз
Ши- рина Дли- на Глу- бина Диа- метр
Прямоугольные печи-ваниы
СВС 1,5.3.4/6,5 35 650 150 300 400 — 1
СВС-3,5.8.4/6.5 60 650 350 800 400 — 3
СВС-3,5.8.4/8,5 100 850 350 800 400 — 3
Шестигранные печи-ванны
СВС-1.3/13 63 1300 — — 300 100 3
СВС-2.3/13 160 1300 — — 300 200 3
С ВС-2,5/13 160 1300 — — 500 200 3
СВС-2,3/9 63 900 — — 300 200 3
СВС-2,5/9 63 900 — — 500 200 3
Примечание
Напряжение питающей сети для
всех ванн 380 В
47
ство ванны имеет глубину 2400 мм. По высоте ванны установлено
пять рядов высокоглиноземистых блоков по три блока в каждом
ряду. Дно рабочего пространства ванны собрано из четырех высо-
коглиноземистых плит 9. При монтаже высокоглиноземистые
блоки и плиты тщательно подгоняют друг к другу. Соединяемые
поверхности предварительно покрывают тонким слоем сметано-
образного высокоглиноземистого бетона. Теплоизоляционный слой
кладки 7 изготовляют из легковесных огнеупоров. Пространство
между теплоизоляционным слоем и высокоглиноземистыми бло-
ками заполняют высокоглиноземистым бетоном 6.
Форма рабочего пространства ванны в плане представляет
собой равносторонний треугольник со срезанными вершинами,
в которых расположены три электрода / с изолирующими под-
кладками 4. Электроды опущены в ванну почти на всю ее глубину.
Расстояние между электродом и дном ванны составляет 75 мм.
Длина электрода около 2500 мм, а поперечное сечение 150 X 60 мм.
Так как электроды расположены между собой под углом 120 ,
то по всей высоте ванны между электродами в расплавленной
соли проходит электрический ток одинаковой величины, обеспе-
чивая равномерный прогрев ванны.
Соль в твердом состоянии не электропроводка, поэтому ее
предварительно расплавляют. Для этого предназначены три
пусковых стержня 2, которые устанавливают на конус 3 в верхней
части электрода.
В ряде случаев в одну линию монтируют три или четыре элек-
тродные ванны. Каждая ванна предназначена для отдельной опе-
рации: например, первая—для предварительного нагрева до
650 С, вторая — для последующего подогрева до 850 °C, третья
для окончательного нагрева до 1280 С и четвертая —для предва-
рительного охлаждения при ступенчатой закалке. Каждая ванна
имеет по два стальных электрода диаметром 30—40 мм, опущенных
сверху в расплавленную соль. В первой ванне находится смесь
двух солей 50 % КС1 и 50 % Na2CO3, во второй ванне смесь также
двух солей 70KCI и 30Na2CO3 и в третьей одна соль ВаС1г.
Расположение нескольких электродных ванн в линию позволяет механизи-
ровать процесс передачи деталей из одной ванны в другую. В этом случае вдоль
линии ванн устанавливается подвесной конвейер К цепи конвейера прикреп-
ляют подвески с корзинами или другими приспособлениями, в которые уклады-
вают нагреваемые детали. Расстояние между подвесками конвейера соответствует
расстоянию между ваннами, поэтому при периодическом включении конвейера
каждая подвеска с корзиной из одной ванны переходит в другую. Вертикальное
перемещение подвесок происходит вследствие установки у каждой ванны звездо-
чек, изменяющих направление движения конвейера.
При использовании соляных ванн необходимо выполнять
правила техники безопасности. Несоблюдение правил может при-
вести к ожогам при выплеске солей из ванны, отравлению парами
солей и поражению электрическим током.
Выплеск соли может произойти при попадании в ванну влаги.
Влага, попавшая в ванну'с влажной солью или с влажными де-
48
Таблица 15. Основные параметры
масляных печей-ванн типа СВМ
с рабочей температурой до 260 °C
Тнп ванн
Размеры
рабочего
пространства,
мм
СВМ-2,5.2,5/3
СВМ 3,5.5/3
СВМ-5.5/3
СВМ-8.10/3
СВМ 5.5.5/3
СВМ-8.8.10/3
СВМ 10 10.10/3
5
8
12
20
15
30
40
(250)
(350)
(500)
(800)
500
800
1000
— 250
— 500
— 500
— 1000
500 500
800 1000
1000 1000
талями, мгновенно превращает-
ся в пар и возникающее давле-
ние выбрасывает из ванны вы-
шележащий слой соли. Только
тщательное просушивание всех
материалов, загружаемых в ван-
ну, гарантирует от выбрасыва-
ния соли. При работе на селит-
ровой ванне, во избежание
Рис. 34. Электрическая масляная печь-
ваниа типа СВМ-5.5/3
разложения селитры, а также
химического ее соединения с материалом ванны и опасности взры-
ва не допускают перегрева селитры выше 550—600 °C. Селитро-
вые ванны оборудуют светозвуковым устройством, сигнализи-
рующим о превышении максимально допустимой температуры
нагрева. В селитровых ваннах, обогреваемых жидким или га-
зообразным топливом, не допускают наличие коптящего пламени,
так как соприкосновение в случае утечки расплавленной селитры
с сажей может привести к взрыву. Для тушения воспламеняю-
щейся селитры применяют сухой песок. Тушение селитры пен-
ными огнетушителями во избежание взрыва и разбрызгивания
селитры не разрешено.
Печи-ванны, предназначенные для работы с цианистыми со-
лями, укрывают защитными кожухами, снабженными вытяжной
принудительной вентиляцией. В случае выхода из строя вентиля-
ции печь немедленно останавливают. Во избежание выплескива-
ния цианистых солей при их расплавлении тигель закрывают
крышкой, а нагрев ведут медленно. Печи-ванны перед ремонтом
тщательно очищают от остатков цианистой соли и пыли с помощью
49
пылесосов, после чего подвергают обезвреживанию в соответ-
ствии с инструкцией. Вытяжная вентиляция на ваннах должна
работать до полного остывания.
Наладка печей-ванн производится при их пуске в работу
и в процессе эксплуатации. Последовательность наладки системы
нагрева производится так, как это указано в гл. 2. К недостаткам
нагрева в жидких ваннах всех типов относится малая стойкость
тиглей, склонность деталей к коррозии после нагрева в некоторых
солях; взрывоопасность некоторых солей при перегреве.
Электрическая печь-ванна СВМ-5.5/3 (рис. 34) предназначена
для низкотемпературного отпуска (180—260 °C) и старения (120—
140 °C) деталей в масле. Ванна металлическая имеет цилиндри-
ческую форму, изолирована теплоизоляционным материалом,
обрамлена металлическим кожухом 4 и заполнена минеральным
маслом. Для нагрева масла применяют трубчатые электрические
нагреватели /, которые погружают в масло. Детали загружают
в корзину с отверстиями 3. Ванну закрывают крышкой 2 с руч-
ным приводом. Установленная мощность ванны 12 кВт, макси-
мальная температура масла 260 °C, количество заливаемого масла
220 л. В табл. 15 приведены основные параметры масляных печей-
ванн типа СВМ.
6. ОХРАНА ТРУДА
Охрана труда в нашей стране — дело первостепен-
ной государственной важности. Коммунистическая партия и
Советское правительство проявляют постоянную заботу о здо-
ровье и охране труда трудящихся. Принципы охраны труда
вытекают из основных положений трудового права, направленных
на создание благоприятных, здоровых и безопасных условий
труда, соответствующих высокой производительности.
Требования к газовому оборудованию и печам. Природный и
горючие газы и продукты их неполного сгорания ядовиты и в смеси
с воздухом образуют горючую, а иногда и взрывоопасную газовую
смесь. Эти особенности газового топлива лежат в основе правил
безопасности работы на оборудовании с газовым обогревом.
В состав газов могут входить окись углерода, сернистые соеди-
нения, двуокись углерода, метан, ацетилен, этан и этилен, ам-
миак, оксиды азота, цианистые соединения и т. д. Все эти газы
обладают удушающими или отравляющими свойствами. Отрав-
ление газами происходит через органы дыхания. Поэтому основ-
ное внимание следует уделять газоплотности аппаратуры и тру-
бопроводов и соответствующей вентиляции помещений. Концен-
трацию газов в атмосфере цеха определяют различными спосо-
бами. Самым простым является использование индикаторных
бумажек, пропитанных различными реактивами, цвет которых
меняется в зависимости от концентрации определяемого газа.
Для этой цели также используют различные приборы, в том числе
50
Рис. 35. Схема отключающего устройства на газо-
проводе
автоматические газоанализаторы, сигна-
лизирующие о превышении допустимой
концентрации. Газопроводы разрешается
крепить к каркасам печей на кронштейнах
или на подвесках с хомутами. Привари-
вать хомуты и кронштейны к газопроводам
не разрешается.
Не допускается прокладка газопрово-
дов в тех местах, где они могут омываться
горячими продуктами сгорания или со-
прикасаться с раскаленным или расплав-
ленным металлом. При параллельной про-
кладке газопроводов и электропроводов или
От газопровода
На свечу
I
К печи
кабелей расстояние
между ними должно быть не менее 250 мм, а в местах пе-
ресечений — не менее 100 мм. Пересечение газопроводами вен-
тиляционных шахт, воздуховодов и дымоходов не допус-
кается .
Перед каждой печью на газопроводе устанавливают отклю-
чающее устройство, схема которого показана на рис. 35. Устрой-
ство состоит из двух последовательно соединенных запорных
газовых кранов или задвижек 2 и 5. На случай возможной не-
плотности между ними предусмотрена линия продувки на свечу
с запорным устройством 1. Линию продувки на свечу соединяют
с атмосферой, выводят за пределы цеха на крышу и оканчивают
на 2 м выше конька крыши.
При неработающей печи запорные устройства 2 и 5 закрывают,
а запорное устройство 1 открывают. Таким образом в случае
неплотности запорного устройства 2 просочившийся газ сбрасы-
вается в атмосферу. Манометр 4 с краном 3 предназначен для
определения величины давления газа, подаваемого к печи. Для
продувки газопровода печи используют специальные продувоч-
ные трубопроводы (продувочные свечи). Продувать газопроводы
с выпуском газовоздушной смеси в печное пространство запре-
щено, так как это может привести к образованию взрывоопасной
смеси в печи. Газопроводы окрашивают в установленный для
данного газа цвет. На печах должны быть установлены приборы
для замера давления газа у горелок, давления дутьевого воз-
духа у горелок, разрежения в печном пространстве или в дымо-
отводящем канале. Это дает возможность контролировать про-
цесс сжигания газа. При падении давления газа или воздуха ниже
допустимой нормы или при повышении давления газа или воз-
духа выше допустимого предела горелку необходимо отключать
во избежание ее затухания. В случае затухания горелки несго-
ревший газ в смеси с воздухом попадает в печное пространство,
где может образоваться взрывоопасная смесь.
51
Регулярный отвод продуктов сгорания газа — необходимое
условие протекания процесса сгорания газа. Продукты сгорания
газа, как правило, удаляют из печного пространства с помощью
разрежения, создаваемого в дымоотводящих боровах или непо-
средственно в печном пространстве. При исчезновении разрежения
в печном пространстве или в дымоотводящих боровах процесс сго-
рания газа нарушается с возможным затуханием горелки и образо-
ванием взрывоопасной газовоздушной смеси в пространстве печи.
На печах следует устанавливать горелки, прошедшие госу-
дарственные испытания для проверки их основных показателей:
производительности, оптимального давления газа и воздуха,
коэффициента инжекции, пределов регулирования, полноты сжи-
гания газа.
На печах, имеющих дымососы, предусматривают автоматиче-
ское отключение подачи газа при остановке дымососа. Подача
газа прекращается как при падении, так и при повышении его
давления выше нормы, в противном случае горелка или целый
ряд горелок могут погаснуть и газовоздушная смесь заполнит
печное пространство, что может привести к взрыву.
При монтаже горелок необходимо, чтобы расстояние от высту-
пающих частей горелок или арматуры до стен и других частей
здания или оборудования было не менее 1 м.
В зависимости от конструкции на печах могут быть разме-
щены взрывные клапаны. Размещают взрывные клапаны таким
образом, чтобы при их срабатывании была обеспечена безопас-
ность обслуживающего персонала.
Трубы соединяют сваркой. Резьбовые и фланцевые соединения
разрешают только в местах установки отключающих устройств,
регуляторов давления, контрольно-измерительных приборов и
другой арматуры Резьбовые соединения допускают также при
монтаже газопроводов низкого давления внутри здания. Все вновь
сооруженные и капитально отремонтированные газопроводы испы-
тывают на прочность и плотность. Нагружать газопроводы всякого
рода тяжестями запрещено. Запрещается также использовать
газопроводы в качестве заземления.
На каждый газовый печной агрегат составляют инструкцию
по эксплуатации и схему газопровода агрегата с указанием всего
газового оборудования. Инструкции должны вывешиваться у агре-
гатов.
Правила безопасности при работе на газовых печах. Перед
пуском в работу печное пространство агрегатов проветри-
вают. Время проветривания указывается в инструкции и зависит
от величины проветриваемого объекта.
Прежде чем приступить к розжигу горелок, следует проверить
давление газа в газопроводе перед печью, а при подаче воздуха
от дутьевых устройств — давление воздуха. Также следует про-
верить наличие разрежения в печном пространстве и при необ-
ходимости отрегулировать его величину.
Запорное устройство на газопроводе перед горелкой можно
открыть только после поднесения к горелке зажженного запаль-
ника, факела или другого средства, воспламеняющего газ. При
зажигании горелки к ней следует подавать минимальное коли-
чество воздуха, обеспечивающее полное сгорание газа и исклю-
чающее отрыв пламени горелки.
Дутьевые вентиляторы подачи воздуха включают до зажигания
горелок. Если при зажигании или в процессе регулирования
горелки происходит отрыв, проскок или затухание пламени, то
перед повторным зажиганием, после устранения неисправностей,
печное пространство необходимо снова проветрить.
Запрещается оставлять без надзора работающие газовые печи,
а также эксплуатировать их при наличии неисправностей и при
отсутствии тяги. В случае прекращения подачи газа необходимо
немедленно перекрыть отключающее устройство на вводе газо-
провода в цех и у агрегатов.
При длительной остановке печей газопроводы следует отклю-
чать с установкой заглушки после запорного устройства, а про-
дувочные свечи после отключения газопровода должны оставаться
в открытом положении Заглушки должны иметь выступающие
за пределы фланцев хвостовики.
При авариях или пожаре в цехе подача в цех газа должна
быть немедленно прекращена.
Правила безопасности при работе на электрических печах.
Требования техники безопасности к устройству и установке элек-
трических печей сведены в Правила устройства электроустановок.
Из них применительно к печам следует отметить следующие
положения.
На металлических конструкциях самих печей и в непосред-
ственной близости от них разрешают установку только сухих
понижающих и регулировочных трансформаторов, а также транс-
форматоров с негорючей жидкостью и щитов управления. Все
каркасы печей и щиты должны быть заземлены.
Все аппараты и приборы на печах следует располагать таким
образом, чтобы было обеспечено безопасное обслуживание и воз-
никающие в аппаратах при их эксплуатации искры или электри-
ческие дуги не могли причинить вреда обслуживающему персо-
налу, вызвать короткое замыкание или замыкание на землю. От
оголенных участков, находящихся под напряжением, до огра-
ждения должны быть обеспечены расстояния: не менее 100 мм
при сетках и 50 мм при сплошных съемных ограждениях.
Электрические аппараты (пускатели, контакторы и т. д.) и
пирометрические приборы рекомендуют устанавливать на раз-
дельных щитах. Не допускают прокладку в одной трубе проводов
пирометрических цепей с проводами силовых цепей.
Необходимо полностью исключить возможность случайного
прикосновения обслуживающего персонала к нагревательным
элементам, находящимся под напряжением выше 36 В. С этой
53
целью применяют блокировки, отключающие электропечи от
сети при открывании окон печи
Указанные требования распространяются на печи, работаю-
щие при напряжении до 1000 В. К печам, работающим при на-
пряжении выше 1000 В, предъявляют более жесткие требования,
также оговариваемые в Правилах устройства электроустановок.
В печах с принудительной циркуляцией рабочей атмосферы,
в которых не исключается выброс горючего газа через открытый
проем печи, должна быть предусмотрена блокировка, отключаю-
щая питание электродвигателей печных вентиляторов, обеспе-
чивающих циркуляцию печной атмосферы перед открытием за-
слонки или крышки.
В печах с механизированным подъемом и опусканием заслонок
должна быть исключена возможность самопроизвольного опуска-
ния заслонок при отключении или поломке механизма. Устрой-
ства, создающие пламенные завесы, а также продувочные свечи
и отверстия электропечей, должны быть оборудованы запальни-
ками, обеспечивающими воспламенение выходящих газов.
Правила пожарной безопасности. При работе с газовыми и
электрическими печами в каждом конкретном случае предусма-
тривают порядок проведения работ, исключающий возникновение
пожара. Наибольшую опасность в пожарном отношении пред-
ставляют газовые печи. Опасны выплески масла из закалочных
баков, приводящие к тому, что разлившееся масло, как правило,
имеющее высокую температуру, загорается на большой площади.
Противопожарные мероприятия в основном сводятся к про-
филактическим мерам: поддержанию в исправном состоянии газо-
проводов и газового оборудования, системы маслопроводов и за-
калочных баков, системы гидропривода, исключающим течь масла
в гидроцилиндрах и трубопроводах; поддержанию в порядке
систем электронагревов и т. д.
В пожароопасных местах запрещено пользоваться открытым
огнем и выполнять сварочные работы без принятия специальных
мер предосторожности.
Сосуды с маслом, керосином, бензином и другими легковос-
пламеняющимися веществами необходимо хранить в металли-
ческих шкафах и в специальных'помещениях. В цехах предприя-
тия должны быть установлены противопожарные посты, где должен
находиться противопожарный инвентарь (ломы, топоры, лопаты,
багры, ведра) и средства для тушения пожара (огнетушители,
ящики с сухим песком).
ГЛАВА 3. ПЕЧИ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
1. КОЛПАКОВЫЕ ПЕЧИ
Печи этого типа включают переносной колпак и
один или несколько стендов. Колпак футерован огнеупорным и
теплоизоляционным материалом и может быть с электрическим
54
или пламенным нагревом. Его устанавливают на неподвижный
футерованный стенд, на котором размещают нагреваемые изде-
лия, а также нагревательные элементы. Один колпак используют
для нагрева нескольких стендов. При использовании контроли-
руемых атмосфер изделия, находящиеся на стенде, закрывают
муфелем. В этом случае в стендах устанавливают печные венти-
ляторы, осуществляющие замкнутую циркуляцию печной атмо-
сферы для обеспечения более равномерного нагрева и охлаждения
изделий. Охлаждение проводят при снятом колпаке Использо-
вание нескольких стендов при одном колпаке повышает КПД
печи и обеспечивает отсутствие простоев. Продолжительность
переноса и установки нагревательного колпака составляет 15—
20 мин, за это время температура колпака снижается на 200—
250 °C. Колпаковые печи широко применяют для отжига листов
в стопах, ленты в рулонах и проволоки в бунтах. Конструктивно
колпаковые печи выполняют цилиндрическими и прямоуголь-
ными, одностопными и многостопными. Прямоугольные печи
бывают одно- двух-, трех- и четырехстопными. На рис. 36 изо-
бражена колпаковая четырехстопная электропечь Точную по-
садку колпака на стенд осуществляют с помощью направляющих
стоек 3. Нагревательные элементы сопротивления 2 помещают
на боковых стенах футерованного колпака /. Изделия, распола-
гаемые на стенде 7, закрыты муфелями 5 с песочными затворами.
Снизу стенда расположены вентиляторы 6 для обеспечения цир-
куляции печной атмосферы во внутримуфельном пространстве.
Место посадки колпака на стенд также уплотнено песочным за-
твором 4 Электропитание нагревателей обеспечивает электрокон-
тактное устройство 8.
В табл. 16 приведены основные параметры колпаковых элек-
тропечей, выпускаемых отечественной промышленностью.
55
Тип печи Масса загрузки, кг Габаритные размеры, мм
Таблица 16. Основные параметры колпаковых электропечей
Цилиндрические печи
СГЗ-16.37.5/5 7 000 14 960 <4 250X6 990
СГЗ-16 37.5/5 16 000 12 500X3 000X4 490
СГЗ-16 37 5'5 26 000 7 562X7 000X6 540
СГЗ-10.16/10 4 000 63 000X3 000X4 050
СГЗ-16 25/10 22 000 Прямоугольные печи 7 620X3 660X8 090
СГЗ-8.50.8,10 10 000 7 935X3 350X3 485
СГЗ-10.56.10/0 12 000 17 455X3 200X4 466
Колпаковые печи применяют для тех же целей, что и элева-
торные Кроме того, их широко используют для термической обра-
ботки бунта и рулонной стали в металлургической промышлен-
ности. Преимущества печей: надежны в эксплуатации, позволяют
проводить различные по продолжительности и температурному
режиму технологические процессы и применять любые контроли-
руемые атмосферы. К недостаткам печей следует отнести необ-
ходимость применения для их обслуживания мостовых кранов
большой грузоподъемности. Кроме того, для установки колпа-
ковых печей требуется цех большой высоты.
2. ПЕЧИ С ПЕРЕДВИЖНОЙ КАМЕРОЙ
Печь, кроме передвижной камеры, перемещаемой
на катках, включает в себя неподвижный под, имеющий две пози-
ции, на которых размещаются нагреваемые детали. Преимуще-
ством печей с передвижной камерой является возможность исполь-
зования камеры только для нагрева, что повышает КПД печи.
Охлаждение, загрузку и разгрузку деталей осуществляют вне
печи, камеру нагрева в это время перемещают на другую пози-
цию пода. На рис. 37 изображена печь с передвижной камерой.
Передвижную камеру 1 перемещают на катках 2 с одной пози-
ции А на другую Б. Печь имеет заслонки 4 с песочными затворами.
Обогрев печи производят электрическими элементами сопротив-
ления, которые размещают на стенах печи и на неподвижном
поду 3.
Электропечь с передвижной камерой типа СНА-6,5.22.10/6М
предназначена для газового азотирования, а также для других
видов термической обработки при температуре не выше 650 С.
Электропечь (рис. 38) состоит из передвижной камеры /,
стенда 3, двух муфелей 4, заслонок 5, механизмов подъема за-
слонок 2 и привода механизма передвижения камеры 6. Передвиж-
ная камера снабжена двумя подъемными заслонками с обоих
56
торцов. Футеровка выполнена
из огнеупорных и теплоизоля-
ционных материалов. Зигзаго-
образные электронагреватели
расположены на боковых стен-
ках камеры и на заслонках.
Электропитание подается гиб-
кими кабелями. Стенд представ-
ляет собой футерованную свар-
ную конструкцию, состоящую
из двух частей. В каждую часть
стенда встроены по два венти-
лятора для перемешивания ат-
мосферы, трубы для подвода и
отвода газа, а также трубы для
установки термопар. На каж-
дой половине стенда на под-
ставках установлены решетки,
на которые укладываются де-
тали. Сверху детали закры-
ваются сварным муфелем. Ниж-
ний край муфеля входит в
песочный затвор,этим обеспечи-
вается герметичность между
муфелем и стендом.
Механизмы передвижения
камеры и подъема заслонок —
электромеханические, регули-
рование температурного режи-
ма — автоматическое. Преду-
смотрено ручное управление
температурным режимом.
После загрузки деталей и
установки муфеля на половину
стенда передвижную камеру с
поднятыми заслонками надви-
гают на эту половину стенда.
Заслонки опускают и начинают
процесс нагрева и азотирова-
ния. В это время на второй по-
ловине стенда детали остывают
при непрерывной подаче ам-
миака в подмуфельное про-
странство. Затем детали раз-
гружают, загружают необра-
ботанные и накрывают их
муфелем. После окончания тер-
мической обработки в первой
Рис 37. Печь с передвижной камерой
57
М18
Рис. 38. Электропечь с передвижной камерой для газового азотирования типа СНА-6,5.22. Ю/6
58
половине стенда нагретую камеру перемещают на подготовленную
вторую половину стенда и т. д. Установленная мощность печи
100 кВт, число температурных зон 2, масса садки 1,25 т, рас-
ход аммиака 3 нм1 * 3/ч. Масса печи 21 т. С точки зрения техники
безопасности и пожарной безопасности печи полунепрерывного
действия аналогичны печам периодического действия.
ГЛАВА 4. ПЕЧИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Основные виды процессов термической обработки,
осуществляемые в печах непрерывного действия, указаны
в табл. 2.
В печах непрерывного действия различные процессы терми-
ческой обработки осуществляют при перемещении изделий от
загрузочного окна печи к разгрузочному. Изделия двигаются
либо непрерывно (например, в конвейерных печах), либо перио-
дически (например, в толкательных печах). Печи непрерывного
действия удобнее всего классифицировать по способу перемеще-
ния через них изделий (см. табл. 2). Различают печи с шагающим
подом, с пульсирующим подом, карусельные, рольганговые,
барабанные, конвейерные, толкательные, протяжные и ручьевые.
Печи каждого типа обладают своими преимуществами и не-
достатками. Однако все печи непрерывного действия имеют ряд
преимуществ по сравнению с печами периодического и полуне-
прерывного действия. Во-первых, это механизация перемещения
изделий через печь и, во-вторых, возможность встраивания печи
непрерывного действия в поточные линии, в том числе и в агре-
гаты и автоматические линии для термической обработки. К не-
достаткам печей непрерывного действия следует отнести наличие
механизмов в печном пространстве, работающих при высокой
температуре и в агрессивных газовых средах, что обусловливает
их низкую стойкость и значительные потери теплоты.
Печи непрерывного действия чаще всего применяют в усло-
виях массового производства.
1. ПЕЧИ С ШАГАЮЩИМ ПОДОМ
В печах с шагающим подом детали можно загру-
жать и выгружать поштучно. В них проводят отжиг, изотермиче-
ский отжиг, нормализацию, нагрев под закалку, спекание метал-
локерамических изделий.
Под печи состоит из неподвижной опорной части и одной или
нескольких шагающих балок, которые совершают возвратно-
поступательные движения. Металлическую часть шагающих балок
выносят в зону пониженных температур. Опорная часть балки,
располагаемая в зоне высоких температур, футерована огнеупор-
59
1
^-1
Рис. 39. Шагающая балка:
а схема движения; б — по-
перечный разрез
Балка поднимается
ным материалом. В печах с невысокой
температурой вся балка может быть
металлической. При большой длине
рабочего пространства печи балки вы-
полняют составными во избежание их
коробления при нагреве. При приме-
нении контролируемой атмосферы гер-
метизацию щелей между подвижной
балкой и неподвижным подом осуществ-
ляют с помощью гидравлического за-
твора, а в печах с обычной атмосферой
эти щели не герметизируют.
На рис. 39, а изображена схема
движения шагающей балки. Балка под-
нимается и опускается эксцентриком
и перемещается вперед и назад ме-
ханизмом, например гидроцилинд-
ром.
На рис. 39, б указан поперечный
разрез шагающей подовой балки. Ша-
гающая балка 2 с футеровкой 1 поко-
ится на роликах 3, установленных на
раме печи 4
эксцентриком выше уровня пода печи,
перемещается вперед, опускается на ролики и перемещается по
ним в исходное положение. В результате изделие перемещается
по поду печи на величину шага балки.
60
На рис. 40 изображена печь с шагающим подом для нагрева
деталей под закалку. Направление движения деталей указано
стрелкой. Две шагающие балки 1 совершают возвратно-поступа-
тельное движение с помощью механизма 3. Балки 2 неподвижны
и детали передвигаются по ним в сторону выгрузки Печь отапли
вают газовыми горелками 4.
Печи с шагающим подом выгодно отличаются от печей других
типов отсутствием потерь теплоты на нагрев тары для транспорти-
ровки изделий через печь
2. ПЕЧИ С ПУЛЬСИРУЮЩИМ подом
В этих печах транспортирующим элементом служит
подовая плита, совершающая возвратно-поступательное движение.
Изделия, находящиеся на плите, перемещаются под действием
сил инерции. Подовую плиту выполняют в виде корыта или
муфеля с опорой на роликах или шарнирных подвесках. Рабочую
поверхность подовой плиты, как правило, делают гладкой. Схема
пульсирующего пода печи показана на рис. 41 Пульсирующий
под представляет собой плиту 2, установленную на опорных
роликах 1 или керамических направляющих и совершающую
возвратно-поступательное движение. Движение плиты влево про-
изводится эксцентриковым кулачком 5. вращающимся с постоян-
ной скоростью. Кулачок действует на плиту через ролик 6,
закрепленный на ней. Вправо (в печь) плита с изделиями пере-
мещается с ускорением пружиной 7. При резкой остановке плиты
упором 4 и амортизатором 3, закрепленном на каркасе печи,
изделия, лежащие на ней по инерции, перемещаются по плите
вперед. Такие пульсирующие движения плиты осуществляются
с заданной частотой. Натяжение пружины 7 регулируется гай-
кой 8. Электропечь сопротивления с пульсирующим подом для
нагрева под закалку (рис. 42) предназначена для работы в терми-
ческой линии. Предусмотрен разгрузочный лоток для передачи
обрабатываемых деталей в закалочный бак.
Печь состоит из каркаса 2, футеровки 7, крышки печи 3, меха-
низма пульсации 1, подовой плиты 4, разгрузочного лотка 6
Нагреватели 5 расположены на стенках, своде и поду печи. За-
щитный газ подается по газопроводу 8.
В табл. 17 приведены основные параметры электропечей с пуль-
сирующим подом, выпускаемых отечественной промышленностью
Изделие
Рис. 41. Схема пульсирующего пода
Пульсирующий под, как правило, выполняют из жаростойкой
стали сварным или литым. Для изготовления нагревателей сопро-
тивления используют нихромы или безникелевые сплавы. Мате-
риал футеровки печи зависит от вида термической обработки,
проводимой в ней. При окислительной атмосфере для футеровки
используют шамот, при контролируемой атмосфере применяют
огнеупоры с минимальным содержанием оксидов железа.
Преимущество печей с пульсирующим подом — возможность
встраивания их в агрегаты и автоматические линии для термиче-
ской обработки. В них отсутствуют потери теплоты на нагрев
тары для транспортирования изделий через печь. Недостатком
печей служит различная скорость перемещения деталей, располо-
женных в центре и по краям плиты. Температура применения
печей не выше 900 °C.
Таблица 17. Основные параметры электропечей с пульсирующим подом
Тип электропечи Пропускная способность, кг/ч Габаритные размеры, м
Печи для нагрева под закалку
СИЗ-2.1005/9 20—50 5,0х 1,5X2,0
СИЗ-4.20.1/9 100—180 7,5> 2X2,5
СИЗ-6.40.1/9 200—400 12,5Х2,5Х 2,5
СИЗ-8.40.1/9 350—500 12,5X3,0X2,5
Печи для нормализации и отжига
СИЗ-6 40.1/9 200—500 8,5X2,5X2,6
СИЗ-8.40.1.5/9 350—600 8,5X3,0Х 2,5
СИЗ-6.40.1/7 200—400 8,5Х2,5Х2,6
СИЗ-8 40.1.5/7 350—600 8,5х3.0х2,5
62
3 КАРУСЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Карусельные печи применяют для нагрева под за-
калку и для нормализации шестерен, втулок, колец и т. д. Детали
можно нагревать как в обычной воздушной среде, так и в среде
защитного газа. Карусельные печи имеют вращающийся под,
на который укладывают детали.
Карусельная электропечь сопротивления большого диаметра
с нижним расположением привода типа САЗ-21.11.3/12 (рис. 43)
предназначена для термической обработки деталей в защитной
атмосфере при максимальной температуре 1200 °C. Печь состоит из
кожуха 5, футеровки 1, 9, нагревательных элементов сопротивле-
ния 3, верхней части 4, вращающегося пода 8, электрических
проводов в кожухе, механизмов подъема заслонок загрузки
и выгрузки 2, установленных на своде, подвода контролируемой
атмосферы 6 и привода вращения пода 7. Каркас печи выполнен
герметичным. Герметизацию разъема между вращающимся подом
и неподвижным каркасом обеспечивают два затвора — масляный
и песочный. Футеровка печи состоит из огнеупорной и тепло-
изоляционной кладки. Поверхность вращающегося пода выложена
карборундовыми плитами. Зигзагообразные нагревательные эле-
менты установлены на своде и боковых стенках печи.
Вращающийся под помещают на трех опорных рамках и цен-
трируют осью, расположенной в самоустанавливающемся под-
шипнике. Привод механизма вращения пода состоит из электро-
двигателя и редукторов Его крепят на одной раме с печью За-
щитный газ подводят к печи по специальному газопроводу от
соответствующего генератора. Предусмотрен расходомер за
щитного газа.
Загрузка деталей производится в одно окно, а выгрузка в дру-
гое. Так как печь заполнена защитным газом, то с целью экономии
газа загрузочную и разгрузочную заслонки рекомендуется от-
крывать поочередно. При непрерывной загрузке и выгрузке
заслонки приподнимают на минимальную необходимую высоту.
Для того чтобы предотвратить попадание воздуха в рабочее
пространство печи, загрузочное и разгрузочное окна оборудованы
плоскопламенными газовыми завесами. В зависимости от необ-
ходимости газовые завесы работают постоянно или включаются
в работу на время открытия заслонок. Установленная мощность
печи 160 кВт, наружный диаметр пода 2100 мм, внутренний
диаметр пода 1100 мм, расход защитного газа 30 нм3/ч, масса
электропечи 25,7 т. Основные параметры карусельных электро-
печей, выпускаемых отечественной промышленностью, приведены
в табл. 18. В карусельных печах отсутствуют потери теплоты
на нагрев тары.
Преимуществом карусельных печей является отсутствие меха-
низмов в зоне высоких температур и вследствие этого отсутствие
потерь теплоты на нагрев транспортирующих устройств. Кроме
63
Рис. 43. Карусельная электропечь типа САЗ-21.11.3/12
64
Таблица 18. Основные параметры карусельных электропечей
Тип электропечи Пропускная способность, кг/ч Габаритн ые размеры, м
Печи для иагрева стальных изделий
САЗ.21.11.3/12
САЗ.53.21.7/11
САЗ.21 7.3/11
САЗ.53.21.7/10
САЗ. 11.5.3/10
^250
5^600
^350
sg600
-С 100
5,0X4,5X4,0
9.5Х7.5Х 7,0
5,0X4 0X4,0
9,5Х7,0Хб,5
3,0X3,ОХ 2,5
Печь для иагрева заготовок из цветных металлов
САО-21.11.3/5 250 3,5ХЗ,ОХ4,О
того, в карусельных печах возможна термическая обработка
изделий сложной конфигурации без поддонов, что не всегда
возможно в других печах непрерывного действия.
К недостаткам карусельных печей относят трудность механи-
зации загрузки и выгрузки и неудобство использования их в по-
точных линиях из-за того, что загрузочное и разгрузочное окна
расположены рядом.
4. РОЛИКОВОКОНВЕЙЕРНЫЕ ПЕЧИ
В роликовоконвейерных печах подина печи пред-
ставляет собой роликовый конвейер. Обрабатываемые изделия
перемещают непосредственно по конвейеру или в поддонах. В пе-
чах для термической обработки роликовые конвейеры работают,
как правило, в непрерывном режиме. При этом обычно приме-
няют групповые цепные приводы. В закалочных печах во избе-
жание охлаждения изделий при выгрузке их в закалочный бак
часть роликов со стороны разгрузки подсоединяют к приводу,
сообщающему им повышенную скорость. Наиболее распространен
групповой приводе передачей вращения роликам с помощью втулоч-
но-роликовых цепей. На рис 44 приведены кинематические схемы
группового привода печного роликового конвейера. На рис. 44, а
показана кинематическая схема с одной приводной цепью,
а на рис. 44, б — кинематическая схема с последовательным
соединением роликов цепными передачами Вращение роликам
передается втулочно-роликовой цепью, зацепление которой со
звездочками роликов 5 обеспечивается прижимными планками 6.
Звездочка 1 приводится во вращение механизмом 2. Направление
цепи придает ролик 4. Цепь поддерживается направляющей 7.
На рис. 45 изображена роликовоконвейерная электропечь сопро-
тивления для отжига длинномерных изделий. Печь оборудована
встроенной камерой охлаждения 4 и камерой загрузки 1 Детали
через камеру загрузки попадают в камеру нагрева 3 и затем
3 Долотов Г П 65
5
6
Рис. 44 Кинематические схемы привода печного роликового конвейера
в камеру охлаждения. Детали перемещаются по роликовому кон-
вейеру 2 с приводом 6. Камера загрузки и камера нагрева имеют
футеровку 7. Нагревательные элементы сопротивления 8 рас-
положены на своде и поду печи. Вода в двойные стенки камеры
охлаждения подается трубопроводом 5. Ролики печи имеют водо-
охлаждаемые подшипники. Роликовоконвейерные печи могут ра-
ботать с контролируемой атмосферой. В этом случае места прохода
роликов через печь уплотняются, в местах загрузки и выгрузки
устраивают газовые пламенные завесы Нагрев роликовоконвей-
ерных печей может быть газовым.
В табл 19 приведены основные параметры роликовоконвейер-
ных электропечей, выпускаемых отечественной промышленностью.
В высокотемпературных роликовоконвейерных печах применяют
водяное охлаждение роликов, что приводит к потере теплоты.
Рис. 45. Роликовокоивейерная электропечь сопротивления для отжига длин-
номерных изделий
66
Таблица 19. Основные параметры роликовоконвейерных электропечей •
Тип электропечи Пропускная способность, кг/ч Габаритные размеры, м
СРО-8.100.4/12 ==800 12,0X3,0X3,0
СРЗ 8.100.2/12 ==600 12.0Х4.5Х 2.5
СРЗ 12.240.4/11-Х ==700—1500 45.5x3.5x3.0
СРОЮ 120 4/7 X 2000-2200 41.0Х5Х 3.5
СРЗ-6.70.2/9 120—350 12,5X5,5X3,0
СРЗ-8 56 2/9 300-400 9.5Х4.5Х 3,0
СРЗ-10 70.4/9 300-800 13,5X5,1X3,6
СРО 10 80.4/10 70—1800 22,0X2,5X2,5
СРО-10.80.1/8-X до 1500 29,0X2,5X2,5
СРЗ-14.140 7/9 X ==1200 62,0X5,3X4.0
СРЗ-14.80.6,5/9 X ==600 36,5Х 5,0Х 4,0
СРЗ-14.160.7/9-Х =51000 60,0X5,0X4,0
СРО-12 80.4/3 400 640 9,5X3,5X3,0
СРО-12.160.10/3 ==650 19,5X3,5X3,5
Роликовоконвейерные печи являются наиболее универсалы
ными печами непрерывного действия, так как в них можно
обрабатывать изделия различной длины и конфигурации, причем
увеличение длины печи не влияет отрицательно на ее работо-
способность.
К недостаткам роликовоконвейерных печей относятся слож-
ность конструкции; наличие большого числа неплотностей в местах
прохода роликов в печах с контролируемой атмосферой.
5. БАРАБАННЫЕ ПЕЧИ
В барабанных печах перемещение обрабатываемых
изделий по печи осуществляют во вращающемся барабане-муфеле.
Барабанные печи (табл. 20) целесообразно применять только
в условиях массового или крупносерийного производства для
мелких деталей простой формы. Печи хорошо герметизируются
и поэтому используются для химико-термической обработки.
Нагрев барабанных печей может быть газовым или электри-
ческим. Барабанные печи всех типов имеют общие конструктивные
особенности барабан (муфель) находится в горизонтальном поло-
Таблица 20. Основные параметры барабанных электропечей
Тип электропечи Пропускная способность, кг/ч Габаритные размеры, м
СБЗ-4.40/9 40—120 8,0Х2,5Х 3,5
СБЗ-10.50/9 300-600 11,5X3,5X3,1
СБЗ-10.63/9 80—200 15,5X3,5X3,5
СБЗ-4.40/3 50—100 11,5X2,9X3,0
3*
67
ская печь для химико-термиче-
ской обработки с непосредствен-
ной закалкой
жении, вращается на двух опорах и выполнен с непрерывными
витками. Муфель — литой или сварной. Для выдачи деталей
в закалочный бак в разгрузочном конце барабана по окружности
располагают несколько разгрузочных окон. Изделия в печь
загружают через загрузочный патрубок. В барабанных печах
с контролируемой атмосферой в загрузочном тамбуре устанавли-
вают уплотнительные шторки. Каркас печи, как правило, вы-
полняют со съемной крышкой.
На рис. 46 показана барабанная электропечь для химико-
термической обработки в комплекте с закалочным баком 9. Печь
имеет два муфеля 6, обогревается с помощью нагревателей 3, 12,
расположенных на ее своде и поду. Каркас печи 4 футерован
огнеупорными и теплоизоляционными материалами 7 Детали
равномерно загружают в муфель с помощью механизма 1 и па-
трубка 2. Подвод контролируемой атмосферы производится через
газовый ввод 10, сброс отработанной атмосферы через свечи 11,14.
Печь имеет съемную верхнюю часть 5.
В8
Муфель приводится во вращение с помощью электромехани
ческого привода 8. Детали из печи по желобу 13 попадают в за-
калочный бак 9. Нижний срез желоба расположен ниже уровня
жидкости в закалочном баке для обеспечения герметичности.
К преимуществам барабанных печей относятся высокое каче-
ство термической обработки вследствие непрерывного перемеши-
вания обрабатываемых деталей, хорошая герметизация, отсутствие
потерь теплоты на нагрев вспомогательных транспортных уст-
ройств. Барабанные печи хорошо встраиваются в автоматические
линии, так как не требуют вспомогательных транспортных уст-
ройств. Недостатки печи: большой расход жароупорной стали
в связи с недостаточной стойкостью барабана; ограниченная
длина барабана, лимитируемая его прочностью при высоких
температурах.
6 КОНВЕЙЕРНЫЕ ПЕЧИ
Для термической обработки болтов, шпилек, гаек,
втулок и других деталей в массовом производстве применяют
конвейерные печи, в том числе печи с защитной атмосферой.
Конвейерные печи обладают высокой пропускной способностью,
стабильностью обработки. Одним из основных элементов конвейер-
ной печи является печной ленточный конвейер. Он состоит из
бесконечной ленты, ведущего и ведомого барабанов, опорной части
и натяжного устройства. В зависимости от температуры и на-
грузки применяют различные типы конвейерных лент: сетчатые
(проволочные), панцирные с литыми и штампованными звеньями,
пластинчато-стержневые, цепные и подвесные В основном в печах
для термической обработки применяют сетчатые и панцирные ленты.
Сетчатые (проволочные) ленты из жароупорной проволоки
или нихрома применяют при температуре до 1150 °C (рис. 47).
На рис. 48 показана сетчатая проволочная лента печного
конвейера с бортами. Лента усиленного типа по сравнению с обыч-
ной (см. рис. 47). В местах соединения проволочной сетки 2 про-
пущены усиливающие стержни 1, которые соединены между собой.
По краям ленты закреплены бортовые звенья 3, которые создают
непрерывные гибкие борта. Если рабочая ширина ленты В, то
ширина ленты в сборе составляет В + 35 мм
Панцирные ленты с литыми жароупорными звеньями при-
меняют при температуре до 900—950 °C. Соединения звеньев
друг с другом могут быть выполнены в двух исполнениях. При
исполнении I соединение звеньев и передачу тягового усилия от
звена к звену осуществляют при помощи стержней, проходящих
через поперечные отверстия в звеньях. При исполнении II звенья
соединяют при помощи имеющихся у каждого звена боковых
цапф и отверстий. В этом случае стержни, проходящие через
отверстия в цапфах, не передают тягового усилия, а служат
только для предохранения от взаимного смещения звеньев. Пан-
цирная лента в сборе показана на рис. 49. По краям ленты рас-
69
Рис 47. Сетчатая конвейерная лента
Рис 48 Сетчатая конвейерная лента
усиленного типа
полагают боковое звено 1 малое и боковое звено 2 большое. Основ-
ные звенья 5 соединяются с боковыми звеньями стержнями <3
с шайбами 4.
Панцирные ленты со штампованными звеньями применяют
при температуре до 700 °C.
П ластинчато-стержневые ленты используют для транс-
портирования бухт проволоки и листов при температуре до 700 °C.
Цепные и подвесные ленты применяют для перемещения под-
весок в печах и транспортирования изделия в печах в подвешенном
состоянии.
Детали конвейерных лент, работающих при температуре до
350 °C, изготовляют из хромистых сталей, а при более высокой
5
Рис. 49. Панцирная леита в сборе
температуре из жаростойких хро-
моникелевых сталей. Ведущий
барабан конвейера, как правило,
располагают со стороны выгрузки.
На рис. 50 показана конвейер-
ная закалочная печь, оборудован-
ная загрузочным механизмом 2.
Конвейер печи состоит из беско-
нечной ленты, опоры для ленты,
приводного и натяжного механиз-
мов. Лента конвейера панцирная
собрана из отдельных звеньев.
Собранная лента натягивается
на барабаны, устанавливаемые на
приводном и натяжном валах. Ба-
рабаны отлиты из хромоникелевой
стали и на внешней поверхности
70
А-А
Рис. 50. Конвейерная закалочная печь
имеют зубья, предназначенные для зацепления с конвейерной
лентой. Барабан 4 на приводном валу крепится жестко и при
вращении тянет ленту вместе с лежащими на ней деталями.
Барабан 1 на натяжном валу установлен свободно, может вра-
щаться и иметь небольшое осевое перемещение. Это дает воз-
можность натяжному валу принять наиболее точное положение,
обеспечивающее надежную работу конвейера.
Приводной вал находится в зоне высокой температуры и
испытывает большие механические нагрузки, поэтому его охла-
ждают проточной водой. Натяжной вал расположен в зоне отно-
сительно невысокой температуры и работает без водяного ох-
лаждения. Натяжение осуществляют с помощью груза
для компенсации температурного расширения ленты кон-
вейера. При движении по печи лента скользит по продольным
рельсам, лежащим на поперечных балках, замурованных в кладку
печи. Рельсы, лежащие под верхней ветвью конвейера, крепят
к поперечной балке, установленной около приводного барабана 4.
Движение конвейера в этом случае препятствует растягиванию
рельса. Печь нагревается с помощью петлеобразных радиационных
газовых труб 3 с рекуператорами. Трубы в печи расположены
по высоте в два ряда. Трубы верхнего ряда передают теплоту
непосредственно нагреваемым деталям. Нижний ряд труб обогре-
вают конвейер снизу.
Печь по длине разделена на две температурные зоны, каждая
из которых регулируется самостоятельно. Термопары устанавли-
вают в чехлах, которые опускают в рабочее пространство печи
через отверстия в своде. Защитный газ подается в печь через
отверстия, расположенные в боковых стенах печи около привод-
но. <• барабана 4. Выход защитного газа из печи происходит через
окно загрузки. По выходе из печи горячий защитный газ соеди-
няется с кислородом воздуха и сгорает. Детали загружаются
в печь равномерно по всей ширине ленты конвейера через отвер-
стия около натяжного барабана. Проходя через печь, детали
нагреваются.
71
Таблица 21. Основные параметры конвейерных электропечей [бее камеры
охлаждения)
Тип электропечи Пропускная способность, кг/ч Габаритные размеры, м
СКЗ-4.20.1/9 100—160 6,5x2,5X4,5
С КЗ-4.30.1/9 150—240 7,5x2,5X4,5
CK3-6.30.1/9 225—360 8,0x3,0Х 4,5
СКЗ-8.40.1/9 400-640 9,0X3,0Х 4,5
СКЗ-10.40.1/9 500—800 9,0x3,5X4,5
СКЗ-10.70.1/9 870—1400 12,0X3,5X4,5
СКО-8.35.4/3 100—160 7.5Х2.5Х 3,0
СКО-8 55.4/3 150—240 9,5X2,5X3,0
СКО-12.55.4/3 225—360 9,5X3,0Х 3,0
СКО-12.75 4/3 400 640 11,5X3,0X3,0
СКО-14.75.4/3 500 800 11,5X3,0X3,0
СКО-14.100.4/3 870—1400 14,0X3,0X3,0
Первая зона печи предназначена для нагрева деталей до
необходимой температуры, вторая зона — для выдержки их
в течение достаточного времени при заданной температуре. При
изгибании ленты на приводном барабане детали соскальзывают
с ленты и падают в разгрузочное отверстие. В разгрузочной
части печи установлен хобот 5, опущенный в закалочный бак 6.
Хобот погружен в закалочную жидкость, что герметизирует
разгрузочную часть печи. Закаливаемые детали из хобота по-
падают на конвейер закалочного бака и затем, после охлаждения,
выходят на воздух. Производительность печи 500 кг/ч. Расход
защитного газа около 100 м3/ч Расход природного газа на обогрев
печи 30 м®/ч.
Отечественная промышленность выпускает конвейерные
электропечи для нагрева под закалку, отпуск, нормализацию
и т. д. (табл. 21). Конвейеры печей панцирные и сетчатые в зави-
симости от температуры и механической нагрузки.
На рис. 51 показана конвейерная электропечь типа СКЗ
с рабочей температурой до 900 ‘С. Печь представляет собой гер-
метично сваренный каркас 4 с футеровкой 9. Панцирный кон-
вейер 3 приводится в движение приводом 10, расположенным на
разгрузочной части печи. Детали равномерно загружаются в печь
с помощью загрузочного механизма /. Нагреватели сопротивле-
ния 7 и 8 расположены на боковых стенах и поде печи.
Печь заполнена контролируемой атмосферой, поэтому с целью
возможно более полной герметизации печного пространства раз-
грузочный лоток 5 выведен в закалочный бак (который на ри-
сунке не показан) ниже уровня жидкости, а на загрузочной сто-
роне печи предусмотрена форкамера 2 со шторками из асбестового
полотна. Шторки свободно подвешены и касаются нижними кром-
ками лотка загрузочного приспособления, уплотняя загрузочный
проем Для перемешивания атмосферы и выравнивания темпера-
72
Рис. 51. Конвейерная электропечь типа СКЗ
туры в печи установлены вентиляторы 6, смонтированные на
своде. Детали из загрузочного устройства попадают на ленту
конвейера, проходят печь и по разгрузочному лотку удаляются
из нее. Атмосфера печи удаляется из загрузочного проема в си-
стему вентиляции. Разгрузочный лоток после выхода из печи
имеет водоохлаждаемые рубашки, в которые подводится и из
которых отводится вода.
Электрические низкотемпературные печи работают без защит-
ной атмосферы. Они оборудуются печными вентиляторами для
выравнивания температуры в печи
Конвейерные печи широко применяют в промышленности
Они хорошо встраиваются в автоматические линии для термиче-
ской обработки. К недостаткам конвейерных печей следует отнести
сложность печных конвейеров, ограничение длины конвейеров
из-за больших нагрузок, особенно при повышенных температурах,
значительные потери теплоты на нагрев конвейерных лент.
7. ТОЛКАТЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Толкательные печи применяют для нагрева под раз-
личные виды термической обработки: закалку, отпуск, нормали-
зацию и т. д.
Толкательная закалочная печь (конструкции ЗИЛа) (рис. 52).
Печь применяют для нагрева под закалку различных деталей
машиностроения. Детали загружают на поддоны. Нагрев проис-
ходит в среде защитного газа
73
Печь состоит из герметичного каркаса, футеровки, направля-
ющих для перемещения поддонов, системы обогрева и вентиля-
торов для перемешивания атмосферы печи. Холодные детали
поступают в загрузочное окно 4 печи, а затем нагретые до опре-
деленной температуры — в закалочный бак через разгрузочное
окно 8. На разгрузочной стороне печи имеется ремонтное окно 9,
закрываемое футерованной заслонкой. Для герметизации рабочего
пространства в конструкции печи предусмотрены тамбуры, уста-
навливаемые на загрузочной и разгрузочной частях печи. Вну-
треннее пространство загрузочного тамбура 3 отделяется от
рабочего пространства печи футерованной заслонкой, а от атмо-
сферы цеха — внешней заслонкой, закрывающей загрузочное
окно 2 тамбура Разгрузочный тамбур 7 соединяет каркас печи
с закалочным баком. От печного пространства внутреннее про-
странство тамбура 7 отделено футерованной заслонкой, пере-
крывающей разгрузочное окно 8 печи.
Поддоны с деталями в печи перемещаются по двум направля-
ющим при помощи гидравлического толкателя 1. Пройдя печь,
поддон с нагретыми деталями подается в закалочный бак цепным
выталкивателем, расположенным на боковой стенке печи напротив
разгрузочного окна 8. Печь обогревается тупиковыми радиацион-
ными трубами 6. По длине печь имеет три зоны, температура
в которых регулируется автоматически. В своде печи установлены
перемешивающие вентиляторы 5.
Защитную атмосферу подают в печь через два ввода, располо-
женные на боковой стене печи. Защитная атмосфера удаляется
из печи через две свечи, установленные на загрузочном и раз-
грузочном тамбурах Количество защитного газа, удаляемое через
загрузочный тамбур, составляет 60—70 %, а через разгрузочный
тамбур 30—40 % всего объема. Пропускная способность печи
600 кг/ч. Температура нагрева 860 °C. Загрузка на поддон 100 кг.
Интервал толкания 10 мин. Масса поддона и приспособлений для
укладки деталей 50 кг. Расход защитного газа 45 м8/ч. Темпера-
тура продуктов горения, выходящих из радиационных труб,
600 °C. Расход природного газа на обогрев печи 55 м3/ч. Расход
воды 1,8 м^ч.
74
Толкательная отпускная печь конструкции ЗИЛа. Печь
(рис. 53) предназначена для отпуска небольших деталей. Тем-
пературу в печи регулируют в пределах 250—650 °C. Атмосфера
печи состоит из продуктов полного горения природного газа.
Через печь поддоны с деталями продвигаются по двум на
правляющим 5, уложенным на поперечные опоры 3. Каждая
направляющая по длине собрана из четырех секций, соединенных
между собой болтовыми соединениями. Секции направляющих 5
отлиты из хромоникелевой стали. Направляющие соединены
между собой штангами 4 Нагрузка, создаваемая деталями и
поддонами на направляющие, равномерно распределяется на
кладку и каркас печи через столбики 2, изготовленные из плотного
шамотного огнеупора. Две заслонки 6 перекрывают загрузочное
и разгрузочное окна печи. Заслонки поднимаются и опускаются
гидравлическими цилиндрами 7.
Печь имеет две температурные зоны, отделенные друг от друга
разделительной стенкой /, выполненной из шамотного огнеупора
В первой зоне происходит нагрев деталей до заданной темпера-
туры, а во второй зоне — выдержка деталей в течение необходи-
мого времени. Температура в каждой зоне регулируется автома-
тически. Печь нагревают природным газом, сжигаемым в двух
топках 8, расположенных над печью. На рис. 53 показана одна
топка. Горячие продукты горения из топки подаются в камеру
смешения 10, где они перемешиваются с холодными газами,
поступающими из рабочего пространства печи по каналам 9.
Вентилятор 11 отсасывает из камеры смешения газы и на-
правляет их в распределительный канал 12, расположенный над
Рис. 53. Толкательная отпускная печь
75
+3920
Рис 54 Толкательная электропечь типа СТЗ-5 40 5/10
сводом печи. Через отверстия в своде газы поступают в рабочее
пространство печи. Интенсивная циркуляция газов в рабочем
пространстве печи обеспечивает быстрый и равномерный нагрев
деталей. Топка 8 отделена от рабочего пространства печи, что
исключает перегрев деталей. Каждая зона имеет свою собствен-
ную систему обогрева, включающую топку, камеру смешения
и вентилятор.
Режимы работы отдельных зон различны В первую зону
непрерывно поступают холодные детали, для нагрева которых
требуется большое количество теплоты. Горелки первой зоны
почти всегда работают на полную мощность. Фактическая тем-
пература в первой зоне почти всегда ниже заданной температуры.
Во вторую зону поступают нагретые детали и подводится теплота,
необходимая только для компенсации потерь (через стены, раз-
грузочное окно и т. д.). Фактическая температура во второй зоне
всегда близка к заданной температуре.
Пропускная способность печи 500 кг/ч, расход природного
газа 30 м®/ч, число поддонов в печи 9 шт., интервал толкания
15 мин, время пребывания деталей в печи 135 мин
В табл. 22 приведены основные параметры серийных толка-
тельных электропечей, выпускаемых отечественной промышлен-
ностью.
На рис. 54 показана толкательная электропечь сопротивления
типа СТЗ-5.40.5/10. Печь предназначена для нормализации сталь-
ных деталей. Детали загружают на поддоны.
76
Т а б л и ц а 22. Основные параметры толкательных электропечей
Тип электропечи Пропускная способность^ кг/ч Габаритные размеры, м
СТЗ-5.40.5/10 ^450 13,8Х4,8Х 4,0
СТО-10.60.5/10 SS1000 13,5X5,5X5,2
СТЗ-5.60.5/7 г§450 13,2X4,8X4,0
СТО-5.60.5/3 ^450 11,0X3,0X3,0
Печь состоит из камеры загрузки 5, камеры нагрева 2, камеры
охлаждения 3 и механизмов для перемещения поддонов. Печь
оснащена трансформаторами, щитами и пультами управления
работой механизмов и контроля за технологическим процессом.
Печь работает с защитной атмосферой. Нагрев деталей произ-
водится с помощью радиационных труб со встроенными в них
электрическими нагревателями сопротивления, подключенными
через понижающие трансформаторы от сети переменного тока
напряжением 380 В.
Поддоны с деталями на входе и выходе из камеры нагрева
перемещаются по карборундовым плитам (направляющим),
а в остальной части камеры нагрева по жароупорным металличе-
ским направляющим, уложенным в поду камеры. Все окна для
прохода поддонов перекрыты заслонками. Заслонки камеры за-
грузки и камеры охлаждения закрываются герметично и снаб-
жены пламенными завесами, которые автоматически включаются
при подъеме заслонок.
В камере охлаждения детали охлаждаются в атмосфере защит-
ного газа. Отбор теплоты от деталей с поддонами осуществляется
с помощью водоохлаждаемых рубашек, расположенных на стен-
ках камеры снаружи. Рубашки расположены снаружи камеры,
а не внутри, для того чтобы в случае протечки вода не попала бы
в камеру охлаждения. На своде камеры охлаждения установлен
перемешивающий вентилятор для увеличения скорости и равно-
мерности охлаждения деталей. Для проталкивания поддонов
через камеру нагрева установлен гидравлический толкатель 1.
Загрузку в камеру 5 производят механизмом 6. Детали из камеры
загрузки в камеру нагрева подаются цепным толкателем 4 с ги-
дравлическим приводом. Из камеры нагрева в камеру охлаждения
детали передаются аналогичным цепным толкателем.
Перемещение деталей через камеру охлаждения осуществляют
с помощью гидравлического толкателя, а выгрузку — с помощью
гидравлического вытаскивателя.
Регулирование температуры, а также управление работой
механизмов — автоматическое.
Порядок работы агрегата следующий. Поддон с деталями
перемещают в камеру загрузки и выдерживают в ней некоторое
время для выравнивания состава атмосферы в камере загрузки
77
Рис. 55 Поддон
,• в камере нагрева. После этого под-
нимается заслонка, отделяющая ка-
меру загрузки от камеры нагрёва,
и поддон переходит в камеру нагре-
ва Из камеры нагрева поддон пере-
дается в камеру охлаждения при
поднятой разделительной заслонке
между ними. Выдача поддона из ка-
меры охлаждения происходит при
закрытой заслонке между камерами
охлаждения и нагрева. Таким обра-
зом сохраняется постоянство состава
атмосферы в камере нагрева. Состав
атмосферы в камере охлаждения ме-
няется незначительно.
В торце камеры нагрева, противоположно толкателю, пред-
усмотрен ремонтный люк с герметичной заслонкой.
Установленная мощность печи 250 кВт. Расход защитного
газа 36 нм3/ч, расход воды 2,5 м3/ч. Защитная среда — эндогаз.
Поддоны применяют для загрузки на них деталей в толкательных печах.
Так, в печах для газовой цементации или нитроцементации детали загружают на
поддоны с помощью приспособлений. Эти приспособления бывают в основном
трех типов. Мелкие детали загружают россыпью в корзины, устанавливаемые на
поддоны. Валы располагают в вертикальном положении с помощью двойных реше-
ток с отверстиями. Зубчатые колеса и детали, подобные им, навешивают на гори-
зонтально установленные стержни, опирающиеся на стойки. Стойки устанавли-
вают в гнезда по краям поддона с таким расчетом, чтобы нагрузка от них переда-
валась на те части поддона, которые непосредственно опираются на направляю-
щие печи. Таким образом уменьшают прогиб средней части поддона. Поддоны,
имеющие прогиб более 3—5 мм, переворачивают выпуклостью вверх. Типовой
поддон имеет квадратную форму с закругленными углами (рис. 55).
Для снижения массы поддон выполняют в виде тонкостенной отливки ре-
шетчатого типа с вертикальными проемами. Проемы образованы пересекающимися
ребрами жесткости, причем каждое пересечение имеет Т-образную форму. Т-об-
разная форма пересечения ребер поддона выбрана для улучшения технологии
литья, снижения усадочных явлений в пересечениях, повышения механической
прочности поддона. Большой размер проемов в поддоне способствует свободной
циркуляции печной атмосферы в цементационной и отпускной печах, а также
закалочной среды в закалочном баке
Преимущества толкательных печей — относительная простота
конструкции, отсутствие транспортирующих механизмов в рабо-
чем пространстве печи, что обеспечивает надежность ее работы,
хорошую герметичность рабочего пространства. К недостаткам
печей относят наличие массивных поддонов, требующих значи-
тельных затрат теплоты на их нагрев (20—30 % от общего коли-
чества подводимой теплоты), сравнительно невысокую стойкость
поддонов (особенно при закалке их вместе с деталями), высокую
стоимость поддонов, изготовляемых из жароупорных сталей,
и в связи с этим увеличение себестоимости продукции. Темпера-
тура применения ограничивается 1000 °C в связи с низкой стой-
те
костью поддонов при более высокой температуре. При использо-
вании башмаков вместо поддонов экономичность работы печи
повышается в связи с уменьшением расхода теплоты на нагрев
транспортирующего устройства.
8. ПРОТЯЖНЫЕ И РУЧЬЕВЫЕ ПЕЧИ
Протяжные и ручьевые печи выполняют с электри-
ческим нагревом (табл. 23).
Протяжные электропечи. Для термической обработки проволоки
и тонких труб применяют многоходовые и муфельные печи. В каж-
дом трубчатом муфеле протягивается одна нить проволоки или тон-
кой трубы. Печи с температурой до 1200 °C имеют металлические
муфели, а при более высокой — керамические. В печах с темпе-
ратурой 1300 °C керамический муфель делают алундовым и на его
Таблица 23. Основные параметры протяжных электропечей
Тип электропечи Число ходов Пропуск- ная спо- собность, кг/ч Габаритные размеры, м
Печи для термообработки проволоки из прецизионных сплавов
в атмосфере водорода (температура 1300 °C)
ОКБ-2175 12 27 5,5Х 1,5Х 1.5
ОКБ-2176 12 105 9,5Х 1,5Х 1,5
СПЗА-0,2 4/13 4 0,75X4 5,0Х 1,5X2,0
Печи для термообработки легированной проволоки
в атмосфере водорода (температура 1150 °C)
ОКБ-2213 24 65 10,0X2,5X2,0
ОКБ-2214 24 170 13,5X2,5X2,0
ОКБ-2215 24 1000 21,5X3,0X2,0
Печи для термообработки стальной проволоки
(температура 1000 °C)
ОКБ-690 24 700 19,0X3,0X2,0
ОКБ-2002 24 2100 28,0X3,0X2,0
О КБ-2004 24 400—800 24,5Х 2,5X2,0
Печи для термообработки ленты из легированных сталей
и сплавов в атмосфере водорода (температура 1300 °C)
ОКБ-2184А (вертикальная) | 1 | 350 | 3,5X2,5X9,5
Печь для рекристаллизационного отжига ленты
ГСПЗ-1.6.24/9 (температура 950 °C) 1 24 | 200 | 13,0X2.5X2,0
СПЗ-0,8.6.8/10 Печь для нагрева леиты под (температура 900 °C) 1 8 1 закалку 150 | 8.0Х2.5Х 2,0
79
Рис. 56. Протяжная электропечь типа СПЗ-0,45.24/9
наружную поверхность наматывают молибденовый нагреватель
сопротивления. Для охлаждения проволоки печи оборудуют труб-
чатыми холодильниками или баками для замочки.
Протяжные печи для термической обработки ленты выполняют
одноходовыми, горизонтальными и вертикальными. В горизон-
тальных печах обрабатывают ленту толщиной до 6 мм. Печи для
обработки тонкой ленты выполняют муфельными. Печи снабжают
холодильниками или закалочными ваннами. Для получения
большой пропускной способности от 5 до 60 т/ч применяют вер-
тикальные печи с большим количеством ходов. Эти печи называют
башенными. В этих печах лента движется петлеобразно по вер-
тикальным секциям, огибая вращающиеся верхние и нижние
ролики. Высота петель обычно составляет 10—12 м.
Для термической обработки проволоки и ленты применяют
также электрические ванны с внешним или внутренним обогревом
с применением ТЭНов.
На рис. 56 изображена электропечь протяжная, муфельная
для непрерывного отжига проволоки (d = 0,084-0,45 мм). Тип
печи СПЗ-0,45.24/9. Печь имеет 24 муфеля из жароупорной стали,
благодаря чему одновременно обрабатывается 24 нитки проволоки.
Термическая обработка происходит в контролируемой среде и
обеспечивает получение неокисленной светлой поверхности. Из
камеры нагрева проволока поступает в трубы холодильника 7,
которые омываются водой. Проволока охлаждается до 200 °C.
80
В состав электропечи входят камера нагрева 4, холодильник,
встроенные шкафы управления и направляющее устройство.
Камера нагрева имеет футеровку 3.
Нагревательные элементы 8 изготовлены из проволоки и
установлены горизонтально, под муфелями, перпендикулярно
направлению перемещения изделий. Холодильник представляет
собой ванну, заполненную водой. Через ванну пропущены трубы
(муфели), в которых проходит проволока. Нагрев и охлаждение
проволоки происходит в защитном газе, который подают в муфели
через расходомер и газоподводы 2. Для правильного направления
проволоки в муфели перед печью предусмотрено направляющее
устройство /. Прямолинейность муфелей и нормальное прохожде-
ние через них проволоки обеспечивают натяжные устройства
муфелей. Растягивающее усилие на муфеле передается через
систему блоков от грузов, обеспечивающих необходимое усилие
натяжения. Питание электронагревателей производят через по-
нижающие печные трансформаторы 5, электрооборудование раз-
мещают в шкафах 6. Установленная мощность печи 50 кВт, тем-
пература 900 °C, расход защитного газа 12 нм®/ч, расход воды
250 л/ч, длина камеры нагрева 5 м, длина холодильника 6 м.
Ручьевые печи. В ручьевых печах изделия под воздействием тол-
кателя перекатываются по ручьям в подовой плите вдоль печи.
Печи применяют в массовом производстве изделий с цилиндри-
ческой наружной поверхностью, например, колец подшипников.
Под такой печи выполняют с параллельными продольными жело-
бами (ручьями). До температуры 900 °C применяют металлическую
подовую плиту, а при более высокой температуре — керамиче-
скую подовую плиту. Печи обеспечивают стабильное качество
термической обработки, возможность поштучной выдачи изделий,
хорошо встраиваются в автоматические термолинии и поточные
линии, например, для обработки колец подшипников, не имеют
потерь теплоты на нагрев транспортирующих устройств. Обычно
они предназначены для комплексной работы с закалочными
прессами. Недостатком печей является использование их только
для обработки изделий цилиндрической формы с размерами, точно
соответствующими размерам ручья подовой плиты. К печам не-
прерывного действия предъявляются те же требования по технике
безопасности и противопожарным мероприятиям, что и к печам
периодического действия.
ГЛАВА 5. ВАКУУМНЫЕ ПЕЧИ
1. ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
В ВАКУУМЕ
Вакуум — состояние газа, имеющего давление зна-
чительно ниже атмосферного. Величина вакуума измеряется
давлением разреженного газа в Па. По остаточному давлению
81
вакуумные печи подразделяют на низковакуумные (до 10 Па),
средневакуумные (от 10 до 1 Па), высоковакуумные (от 10-2 до
10"4 Па), сверхвысоковакуумные (10-5 Па и ниже).
Термическая обработка в вакууме имеет ряд преимуществ.
Безокислительный нагрев в вакууме по сравнению с нагревом
в контролируемой атмосфере исключает взаимодействие нагрева-
емого металла с газовой средой. Нагрев в вакууме изделий с оки-
сленной поверхностью позволяет получить чистую поверхность
без оксидной пленки, так как при высокой температуре оксиды
некоторых металлов в вакууме испаряются или диссоциируют.
Вакуумные печи экономически выгоднее, чем печи с контроли-
руемой атмосферой, очищенной от примесей кислорода и водяного
пара. Вакуум в печи, равный 10-2 Па, соответствует контролиру-
емой атмосфере с точкой росы-----90 °C и остаточным содержа-
нием кислорода 0,0008 %.
В вакуумных печах из-за отсутствия атмосферы исключено
окисление и насыщение нагревателей, вследствие чего можно
получить более высокие температуры.
Вакуумные электропечи применяют как для термической обра-
ботки (отжиг, нормализация, закалка, отпуск), так и для пайки де-
талей, спекания изделий из порошков тугоплавких и легкоокис-
ляющихся металлов. В вакуумных печах проводят и химико-тер-
мическую обработку, например цементацию.
По максимальной рабочей температуре вакуумные электри-
ческие печи подразделяют на низкотемпературные (до 1100—
1200 °C) с нагревателями из жаропрочных сплавов типа нихром;
среднетемпературные (1200—1700 °C) с нагревателями из молиб-
дена и высокотемпературные (1700—2500 °C) с нагревателями
из вольфрама, графита, тантала или тугоплавких карбидов.
К вакуумным относят также печи, процесс нагрева в которых
проходит в атмосфере инертных газов при различных давлениях,
подвергающиеся перед заполнением газом вакуумированию.
2. ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ
Для создания вакуума в рабочем пространстве печи
используют вакуумные насосы. В зависимости от величины необ-
ходимого вакуума, количества и характера откачиваемых газов
применяют различные насосы. Основными характеристиками ва-
куумных насосов являются предельное остаточное давление,
рабочее давление, наибольшее выпускное давление, наибольшее
давление запуска, быстрота откачки.
Насосы вакуумные роторные (НВР). Принцип действия их
основан на том, что при вращении ротора происходит непрерыв-
ный забор газа из откачиваемого объема с выбросом газа, сжатого
до давления, превышающего атмосферное, через сбросной клапан.
На рис. 57 показан роторный насос с двумя пластинами 1, каждая
пластина прижата пружиной 3 к рабочей камере 5.. Рабочая
82
Рис. 57. Схема роторного вакуумного на-
соса
камера (статор) помещена в мас-
ляный бак 2 Уровень масла в
баке всегда поддерживается выше
уровня выхлопного клапана 6.
При вращении ротора 9 объем 10,
соединенный с впускным патруб-
ком 8, увеличивается, засасывая
газ из внутреннего пространства
печи. Объем 4 при вращении ро-
тора уменьшается, благодаря чему
газ сжимается и выбрасывается
через выхлопной клапан и выпуск-
ной патрубок 7. Размещение ра-
бочей камеры насоса в масле обес-
печивает необходимое уплотнение
элементов конструкции. Основные технические данные роторных
насосов приведены в табл 21-
Насосы вакуумные золотниковые (НВЗ). В насосах этого типа
(см. табл. 24) перекачивание газа осуществляется в результате
движения в корпусе насоса плунжера. При определенном положе-
нии плунжера открывается отверстие в золотниковом клапане
и во впускном патрубке насоса создается разрежение. После
заполнения внутреннего объема насоса всасываемым газом отвер-
стие в золотниковом клапане перекрывается, а плунжер вытесняет
газ из насоса через сбросной клапан.
На рис. 58 показан золотниковый насос для создания вакуума
в электрических печах. Плунжер 1 разделяет внутреннее про-
странство насоса на две части: правую 11, соединенную с атмосфе-
рой цеха (через клапан 10), и левую 4, соединенную отверстием 5
с верхней камерой 8, к которой присоединен трубопровод 9,
подключенный к печи. При вращении ротора 2, эксцентрично
насаженного на вал 12, плунжер начинает перемещаться в кор-
пусе насоса 3, при этом верхняя часть плунжера, представляющая
собой полый параллелепипед 7, совершает возвратно-поступа-
тельное движение в золотнике 6. При определенном положении
плунжера отверстие 5, соединяющее внутреннее пространство
насоса с верхней камерой насоса, открывается и в насос всасы-
вается газ из печи. При очередном подъеме плунжера отверстие
в параллелепипеде оказывается перекрытым, плунжер отсекает
внутреннее пространство насоса 11 от объема 4 и происходит
выдавливание газа из насоса через клапан 10 в атмосферу цеха.
При непрерывном вращении ротора плунжер совершает свое
движение в корпусе насоса, что обеспечивает периодическое
засасывание газа в насос и выбрасывание сжатого газа из на-
соса.
83
Таблица 24. Основные технические данные вакуумных насосов типов НВР и
Показатели НВР-05Д НВР-ЗД НВР-5Д
Скорость откачки в диапазоне входных давлений 10*—133 Па, л/с Остаточное давление, Па, не бо- лее: 0.5 3 5
с учетом паров рабочей жид- кости (полное) 0,66 0,66 0,66
парциальное (по воздуху) Диаметры патрубков, мм: 0,06 0,06 0,06
впускного 15 25 32
выпускного 10 20 32
Расход охлаждающей воды (при температуре 20 °C), м3/ч — — •—
Мощность электродвигателя, кВт 0,22 0,8 1.1
Габаритные размеры, мм 380Х 278Х 255 545 X 433 X 374 568Х 447Х 433
Масса, кг 26,5 67,5 75
Двухроторные вакуумные насосы (ДВН). В корпусе 2 насоса
(рис. 59) размещены два ротора 1, выполненные в форме восьме-
рок. При вращении роторы забирают и перемещают газ от вход-
ного 3 к выходному 4 патрубку насоса. Особенностью насосов
этого типа является наличие постоянного зазора (~0,2 мм) между
роторами, благодаря чему полностью отсутствует трение ротора
о ротор. Во время работы насоса частота вращения роторов до-
стигает 3000 об/мин, что позволяет
получить большую скорость от- I]
Рис 58. Схема золотникового вакуум-
ного насоса
Рис. 59. Схема двухроторного вакуум-
ного насоса
84
нвз
НВ 3-20 НВЗ-60Д нвз-зоо НВЗ-500
20 50 300 500
0,66 0,06 6,6 6,6
0,06 0,6-10"* 1,33 1,33
50 80 200 250
50 80 100 130
— 0,6 5—5,5 6—6,5
1.9 6,0 40 55
91 4X570X785 1315Х 770Х 1300 2075Х 1510Х 1780 29 ЮХ 1760X 2045
286 617 1480 2945
Двухроторные насосы не могут работать самостоятельно,
выбрасывая откачиваемые газы в атмосферу. Они используются
как дополнительные (бустерные) и работают совместно с фор-
вакуумными насосами, создающими предварительный вакуум.
Такая схема включения насосов позволяет создать в печи более
глубокий вакуум. Основные технические данные двухроторных
насосов приведены в табл. 25.
Турбомолекулярные насосы. В турбомолекулярных насосах
(табл. 26) ротор имеет несколько дисков с косыми прорезями.
Между дисками ротора расположены неподвижные диски корпуса
насоса. При большой частоте вращения ротора (до 20 000 мин"1)
Таблица 25. Основные технические данные отечественных двухроторных
насосов 2ДВН-500 и 2ДВН-1500
Показатели 2ДВН-500 2ДВН-1500
Остаточное давление, Па 0,4 0,6
Перепад давлений в выходном и вход- ном патрубках при длительной ра- боте, Па 1600 1250
Расход охлаждающей воды, л/ч — 360
Диаметр впускного патрубка, мм 175 240
Мощность электродвигателя, кВт 7,5 10
Габаритные размеры, мм 1375X600X845 1835X 580X 890
Рекомендуемый тнп форвакуумного насоса НВЗ-50Д НВЗ-ЮОД
Масса, кг 565 830
85
Таблица 26. Основные технические данные турбомолекулярных насосов
Показатели ТМН-100 ТМН-200 ТМН-6000
Скорость откачки по воздуху в диа- пазоне впускных давлений 0,66 — 6,6' 10~® Па, м3/с 0,13 0,25 0,50
Остаточное дав ление, Па 10—7 10—7 10—7
Частота вращения ротора, мин1 18 000 18 000 6000
Расход охлажда- ющей воды, л/ч Диаметр патруб- ка, мм: 30 30 200
впускного 125 160 500
выпускного 32 50 100
Мощность элек тродвнгателя, кВт 30 30 40
Габаритные раз- меры, мм 390X360X720 860X620X600 1830X 8004 1250
Рекомендуемый тип форвакуум ного насоса НВР-ЗД НВР 5Д ТМН-200
Масса, кг ПО 200 1480
откачка газа происходит за счет преимущественного отражения
молекул газа от середины ротора к краям (рис. 60). Турбомолеку-
лярные насосы работают последовательно с форвакуумными
насосами. Выбор типа насоса, числа насосов и схемы их при-
соединения к печи зависит от величины создаваемого вакуума,
6 7 « 9
Рис. 60. Схема турбомолекул ясного насоса:
1 — фланец для присоединения насоса предварительного разрежения; 2 — маслопровод;
3 — масляный насос; 4 — система водяного охлаждения; 5 — привод; 6 — зубчатая
передача; 7 — ротор с днсками; 8 — фланец для подсоедниення откачиваемого объема;
9 — статор с дисками
86
характера технологического процесса, необходимости насосов-
дублеров и т. д. В наиболее простом случае применяется только
один насос типа НВР. Для получения большего вакуума уста-
навливают два насоса. С помощью первого насоса (форвакуумного)
изменяют давление в печи от атмосферного до давления около
1 Па. Второй насос (бустерный) включают после создания в печи
предварительного вакуума. При использовании в качестве бустер-
ного насоса двухроторного насоса в качестве форвакуумного
рекомендуется применять насос типа НВЗ, а при использовании
в качестве бустерного насоса турбомолекулярного насоса — насос
типа НВР.
3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРЕВАТЕЛИ
И ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ
При выборе материалов для изготовления нагрева-
телей, тепловой изоляции и других элементов конструкции ва-
куумных печей приходится учитывать возможность испарения
материала в вакууме и его адсорбционную способность к газам
и парам.
Испарение материала определяет срок службы элементов
конструкции печи. Скорость испарения зависит от величины
вакуума и температуры, поэтому применение материалов без
учета возможности их испарения — недопустимо.
Испарению подвержено каждое вещество. Процесс испарения
вещества продолжается до тех пор, пока атмосфера не насытится
парами вещества до предельной величины, называемой давлением
насыщенного пара, или упругостью пара. Каждое вещество при
данной температуре имеет вполне определенное давление насы-
.щенного пара. С повышением температуры давление насыщенного
пара растет. Значение давления насыщенного пара характеризует
условия динамического равновесия вещества с окружающей
средой, т. е. равновесия процессов испарения и конденсации.
В вакуумных печах при повышенных температурах давление печ-
ной среды близко к давлению насыщенных паров многих веществ
и поэтому их испарение протекает настолько интенсивно, что
приводит к выходу из строя деталей, изготовленных из этих
материалов.
На рис. 61, а показана зависимость давления насыщенного
пара от температуры для некоторых материалов. Над кривой для
конкретного материала располагается область конденсации, а под
кривой — область испарения.
Никель при температуре 1400 °C и давлении 10 а Па будет
интенсивно испаряться, а молибден при тех же условиях будет
служить достаточно длительный срок.
Скорость испарения некоторых материалов в зависимости от
температуры при давлении в печи, близком к давлению насыщен-
ного пара данного материала, представлен на рис. 61, б.
87
Рис. 61. Зависимость давления насыщенного пара и скорости испарения некото-
рых материалов от температуры:
а — давление пара; б — скорость испарения
Адсорбция газов и паров кожухом, футеровкой и другими
элементами конструкции печи увеличивает время откачки печи,
поэтому материалы должны обладать минимальной адсорбционной
способностью и легко дегазироваться. По этим причинам низко-
углеродистые стали можно применять для изготовления низко-
вакуумных и средневакуумных печей. Для высоковакуумных
печей применяют коррозионно-стойкие стали, так как ржавчина,
образующаяся на поверхности низкоуглеродистой стали, является
хорошим адсорбентом.
Нагреватели печей с рабочей температурой до 1100 °C изго-
товляют из хромоникелевых и железохромоалюминиевых сплавов.
88
Молибден применяют до 1700 °C, тантал до 2300 °C, вольфрам
до 2500 °C, графит до 2200 °C, карбид ниобия до 2500 °C.
Конструкция нагревателей из хромоникелевых и железохром-
алюминиевых сплавов аналогична конструкции нагревателей,
применяемых в печах с контролируемой атмосферой. Нагреватели
из молибдена и тантала изготовляют из тонкого листа. На рис. 62
показан трехфазный нагреватель для шахтной вакуумной печи.
Нагреватель изготовлен из трех молибденовых листов длиной
1300 мм и шириной 600 мм. К верхней части листов 1 приварены
шины 2, к которым подводится необходимое напряжение. В ниж-
ней части все три листа соединены шиной 4 по схеме «звезда».
Для увеличения жесткости листы изогнуты по радиусу и усилены
ребрами 3.
Нагреватели из графита применяют в виде стержней, труб
и ткани. Конструкция нагревателей, имеющих форму стержня
или трубы, подобна конструкции обычных графитовых нагрева-
телей. Конструкция нагревателей из графитовой ткани опре-
деляется формой и размерами рабочего пространства печи. Для
получения необходимого электрического сопротивления нагре-
ватель изготовляют из нескольких слоев ткани.
В качестве тепловой изоляции широко применяют экраны из
листов вольфрама, молибдена или коррозионно-стойкой стали
толщиной 0,1—0,4 мм. Одно из основных преимуществ такой
изоляции — быстрая дегазация печи. На рис. 63 показана камер-
ная вакуумная печь с экранами. Экраны соединяются при помощи
шпилек и крепятся к кожуху печи на штырях.
Обычные огнеупорные и теплоизоляционные материалы при-
меняют только в низковакуумных печах. Для облегчения дегаза-
ции печи между футеровкой и водоохлаждаемым кожухом печи
устанавливают металлические экраны. В этом случае футеровка
камеры
Рис. 62. Тфехфазный нагрева-
тель из тонкого листа
Рис. 63. Камерная вакуумная печь с экран-
ной теплоизоляцией:
/ — загрузочная дверца; 2 — зкраны; 3 — кожух
печи; 4 — нагреватель; б — подставка для садки,
б —охлаждаемый акраи
89
В качестве теплоизоляционного материала в вакуумных печах
применяют графитированный войлок, который легко обрабаты-
вается. Для печи с температурой 1270 °C толщина тепловой изо-
ляции из графитированного войлока равна 35 мм. Семь слоев
войлока, по 5 мм каждый, снижают температуру наружного слоя
до 480 °C. Вследствие высокой излучательной способности графи-
тированного войлока внутренняя поверхность рабочей камеры
печи равномерно прогрета. Разность температур не превышает
±5 °C при 1270 °C.
В электропечах с нагревателями из карбида ниобия футеровку
рабочего пространства выполняют также из карбида ниобия,
а тепловую изоляцию из графита.
4. КОНСТРУКЦИИ ВАКУУМНЫХ ПЕЧЕЙ
Вакуумные печи подразделяют на печи периоди-
ческого действия и печи непрерывного действия. К печам периоди-
ческого действия относят печи камерные, шахтные, элеваторные,
колпаковые и т. д., к печам непрерывного действия — толкатель-
ные, с шагающим подом, рольганговые, протяжные и т. д. Вакуум-
ные печи непрерывного действия оснащены шлюзовыми камерами
на загрузочной и разгрузочной сторонах, в связи с этим загрузка
деталей в печь и выгрузка их из нее происходит без нарушения
вакуума в рабочем пространстве. Шлюзовые камеры соединены
с мощными откачными системами, что позволяет сократить время
откачки.
На рис. 64 показана шахтная муфельная печь с контрва-
куумом. Обрабатываемые детали загружают в муфель 2, в котором
создается необходимый вакуум. Футеровка 3 печи расположена
между муфелем и кожухом 1. Нагреватели 4 размещают по высоте
печи и разделяют на пять секций для более точного регулирования
температуры нагреваемых деталей. Для улучшения условий
работы муфеля в пространстве между ним и кожухом печи также
создается вакуум (контрвакуум). Это уменьшает наружное давле-
ние на муфель и позволяет применять такие печи при температуре
до 1200 °C.
Для улучшения технико-экономических показателей вакуумных
шахтных печей разработаны конструкции со съемными холодиль-
ными камерами, что почти в 2 раза увеличивает производитель-
ность печей. На рис. 65 показана шахтная безмуфельная вакуум-
ная печь со съемной холодильной камерой. Обрабатываемая
деталь 4 после нагрева и необходимой выдержки в печи 6, рабочее
пространство которой обогревается нагревателями 5, при откры-
том затворе 3 переносится механизмом 2 в холодильную камеру 1.
При закрытом затворе 3 холодильная камера может быть снята
с печи и заменена другой, в которую загружается следующая
обрабатываемая деталь. Основные технические данные шахтных
вакуумных безмуфельных электропечей приведены в табл 27
90
Рис. 65. Шахтная безмуфельная ваку-
умная печь со съемной холодильной
камерой
Элеваторные вакуумные печи изготовляют без камеры охла-
ждения и с камерой охлаждения (рис. 66). Основные технические
данные элеваторных печей приведены в табл. 28 и 29.
На рис. 67 показана камерная вакуумная печь с рабочей тем-
пературой до 1300 °C. Конструкция печи позволяет закаливать
детали в масле или в газовой среде. Печь состоит из водоохлажда-
емого кожуха 8 цилиндрической формы, закрываемого загрузоч-
ной 4 и ремонтной 10 дверцами. Камера нагрева 9 имеет тепловую
изоляцию из графитированного войлока, которая снаружи охва-
чена сетчатым металлическим каркасом, прикрепляемым молиб-
деновыми шпильками к кожуху печи. Загрузочное окно камеры
нагрева закрывается дверцей 7. В качестве нагревателей исполь-
зуются три многослойные ленты из графитированной ткани.
Каждая лента с двух концов зажата графитовыми колодками,
к которым подводится электрический ток. Над закалочным ба-
ком 11, прикрепленным к нижней части кожуха печи, размещен
вентилятор 6 для закалки в газовой среде.
Работа на печи производится следующим образом: открывается
загрузочная дверца печи и к печи подкатывают тележку 1 с уста-
новленным на ней поддоном 2. Тележка фиксируется у загрузоч-
91
Рис. 66. Элеваторные вакуумные печи:
— без камеры охлаждения; б — с камерой охлаждения; / — кожух; 2 обрабатывав
мое изделие; 3 — под; 4 — загрузочный поддон
ного окна контрольными штырями, что обеспечивает ее точное
расположение по оси печи. Поддон с садкой вручную передви-
гается с тележки на ролики, находящиеся в печи Стол закалоч-
ного бака в этот момент находится в верхнем положении, так что
ролики образуют в печи сплошную дорожку от загрузочного
Рис. 67. Камерная вакуумная печь для аакалки
92
Т а б л и ц а 27. Основные технические данные шахтных вакуумных
безмуфельных электропечей
Показатели
Установленная
мощность, кВт
Остаточное
давление, Па
Рабочая темпе-
ратура, °C
Размеры рабо-
чего простран-
ства, мм:
длина
высота
10
10“*
1600
58
10"1
1300
154
10”2
900
565 490
10"» 10
900 900
425
10
900
55
10"2
2500
303
10"в
1300
570 2 080
10"в 10"*
2000 2 000
192
10~2
2500
60
200
300 800
300 800
1100 2700 2700
3850 4500 3600
100
250
800 200 200 150
1200 2000 10 000 300
окна печи до конца камеры нагрева. При открытой дверце камеры
нагрева при включении цепного механизма 3 поддон с садкой
передается в камеру нагрева. Затем закрывают дверцу камеры
нагрева, откатывают тележку от загрузочного окна и окно за-
крывают дверцей. Печь включают на заданный режим. Вакуумный
насос начинает откачивать воздух из печи. По достижении в печи
вакуума 10"а Па включаются электрические нагреватели и тем-
пература в камере нагрева начинает увеличиваться. Скорость
изменения температуры регулируется автоматически. После необ-
ходимой выдержки при заданной температуре закрывается клапан
Таблица 28. Основные технические данные элеваторных вакуумных
электропечей без камеры охлаждения
Показатели сэв- 11.8/I3M04 сэв- 5.5/16ЭМ1 сэв- 8.8/16ЭМ1 СЭВ- 11.5,5/16ЭМ2 I СЭВ- 12.12/16 1 СЭВ- 2,5.5/20Э СЭВ- 2.4/20М02 1 СЭВ- 5.1 0/13Э
Установленная мощ- 540 340 510 353 950 200 200 270
ность, кВт Остаточное давление. ю-1 10"в 10"в 10"в 10"в 10"в 10"в 10"*
Па Рабочая температура. 1300 1600 1600 1600 1600 200 200 1300
°C Размеры х рабочего пространства, мм: диаметр 1100 500 800 1100 1200 250 200 500
высота 800 500 800 550 1200 500 400 1000
93
Таблица 29. Основные технические данные элеваторных вакуумных
электропечей с камерой охлаждения
Показатели сэв- 2,2/11.5ФМ1 СЭВ- 3,3/11.5ФМ1 СЭВ- 5.5/11,5ФМ1 СЭВ- 3.3/11.5ФМ1 сэвэ- 1.7/20И1 СЭВ- 1.2/22ЭМ1 1СЭВ- 2.5.5/22Э СЭВ- 3.6/221M3 сэв- 5.5/20М02
Установленная мощность, кВт 15 22 67,5 34 100 75 380 218 335
Остаточное да- вление, Па 10"1 10"1 10"1 10 1 10"4 10"« 10"« 10-1 10"“
Рабочая темпе- ратура, °C Размеры рабо чего простран- ства, мм: 1150 1150 1150 1150 2000 2200 2200 2200 2000
диаметр 200 300 500 300 100 100 250 300 500
высота 200 300 500 300 700 200 500 600 500
глубокого вакуума. Начинается процесс заполнения печи инерт-
ным газом. Когда вакуум достигнет 4000 Па, печь готова к за-
калке. Электрические нагреватели отключаются, дверца камеры
нагрева открывается и поддон с садкой перемещается из камеры
нагрева на стол закалочного бака. Дверца камеры нагрева за-
крывается
При закалке в масле (специальное вакуумное масло) поддон
с деталями цепным механизмом 13 опускается в закалочный бак.
Равномерное охлаждение деталей обеспечивается интенсивным
перемешиванием масла при помощи крыльчатки 12.
При закалке в газовой среде поддон с деталями на выходе
из камеры нагрева остается на столе закалочного бака. Вклю-
чается вентилятор и детали начинают охлаждаться с заданной
скоростью.
Закаленные детали выгружаются из печи после ее охлаждения
до 65 °C и заполнения воздухом до достижения давления в печи,
равного атмосферному. Предохранительный клапан 5 предназна-
чен для снижения избыточного давления, возникающего в печи.
Включение отдельных механизмов печи происходит автомати-
чески по заданной программе термической обработки.
Если печь работает при температуре, не превышающей 1100 °C,
то металлические элементы конструкции печи (поддон, корзины
для укладки деталей и т. д.), нагревающиеся до этой температуры,
могут изготовляться не из молибдена, а из нихрома.
Для нагрева в вакууме и закалки в масле или газе отечествен-
ной промышленностью выпускаются печи нескольких типов.
Электропечь 1СНВ-5.10.5/11.5Ф имеет тепловую изоляцию камеры
нагрева из легковесного шамотного огнеупора и нагреватели из
94
Рис 68. Толкательная вакуумная печь (план)
нихрома. Благодаря этому печь может быть загружена и разгру-
жена при разогретой камере нагрева. Установленная мощность
печи 152 кВт, рабочая температура до 1150 °C, размеры рабочего
пространства, мм: ширина 500, длина 1000, высота 500, остаточное
давление Ю-1 Па. Аналогичны по конструкции печи
1СНВ-5.10.5/13Г и 1СНВ-5.10.5/22Г Они имеют теплоизоляцию
и нагреватели из графита, поэтому их загрузка и разгрузка может
быть произведена только после охлаждения камеры нагрева.
Печь 1 СНВ-5.10.5/13Г мощностью 180 кВт имеет рабочую темпе-
ратуру до 1300 °C; печь 1СНВ-5.10.5/22Г мощностью около 500 кВт
применяется для нагрева до 2200 °C.
На рис. 68 показана схема толкательной вакуумной печи.
Основные части печи: камера нагрева 5, загрузочный шлюз 3,
холодильная камера 6 и разгрузочный шлюз 8. Детали, подвер-
гаемые термической обработке, проходят через печь на поддо-
нах 7, которые передвигаются толкателями 2 и вытаскивателями 4.
Обогрев печи производится электронагревателями. Поддоны со
стола 9 к загрузочному столу 1 могут передвигаться вручную на
тележке или тельфером.
В вакуумных толкательных печах большое значение имеет
правильный выбор материала для поддонов и направляющих,
поскольку в вакууме при высоких температурах может проис-
ходить спекание. Вполне удовлетворительными свойствами обла-
дает пара «графит по графиту».
В вакуумных печах возможно проведение и химико-термиче-
ской обработки стали, например цементации. В этом случае
после нагрева деталей до температуры цементации в печь подается
природный газ. При распаде метана в вакууме выделяющийся
углерод усваивается поверхностью стальных деталей. Вследствие
отсутствия кислорода в газовой фазе при цементации в вакууме
не происходит окислительных процессов по границам зерен стали,
что повышает ударную вязкость и сопротивление усталости таких
деталей, как валы и шестерни.
Примерный технологический режим цементации деталей из
сталей 12ХНЗА и 20ХЗМВФА в вакуумной электрической печи
СНВ-5.7.5.3/13И1: нагрев до температуры 950—1050 °C и дегаза-
ция деталей в условиях вакуума (р = 0,1—1 Па); цементация
деталей при 950—1050 °C в углеводородных газах в вакууме при
давлении, равном 0,1—40 кПа, в течение 1—2 ч; закалка в масле.
95
Б. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВАКУУМНЫХ ПЕЧЕЙ
Для проведения качественной термической обработки
в вакуумных печах необходимо в процессе эксплуатации постоянно
контролировать герметичность печи трубопроводов и насосов, со-
блюдать требования по вакуумной гигиене и технике безопасности.
Герметичность — это свойство вакуумной системы обеспечивать
необходимый вакуум. Проникновение газа в печь через различные
неплотности в кожухе печи и уплотнениях должно быть настолько
мало, что в рабочих условиях им можно пренебречь Поскольку
полной герметичности вакуумной печи достичь нельзя, то в печь
всегда поступает (натекает) через неплотности некоторое коли-
чество воздуха. Считается допустимым следующее количество
проникающего внешнего воздуха на каждый кубический метр
объема печи: до 10”® м®-Па/с для печей с рабочим давлением от 1
до 10"® Па, до 10"4 м®-Па/с для печей с рабочим давлением от 10"®
до 10"4 Па. Для измерения герметичности вакуумную систему
откачивают до рабочего давления, перекрывают вакуумным за-
твором трубопровод и после выдержки в течение 30 мин производят
контрольный замер давления. Фактическая величина натекания Н
для вакуумной системы с объемом V (м®) за время т (с) при изме-
нении давления в печи Др (Па) определяется по формуле Н =
— (V Др)/т. Если величина натекания превышает допустимую,
то необходимо найти место течи и устранить ее. Наиболее рас-
пространенным методом определения места течи является опрес-
совка системы и применение гелиевого течеискателя.
При опрессовке в испытуемом объеме создается избыточное
.давление. На места возможных утечек наносят мыльный раствор
и определяют течь по образующимся пузырькам.
При отыскании течи гелиевым течеискателем все места воз-
можных утечек обдуваются тонкой струей гелия, а течеискатель,
присоединенный к вакуумной системе около насоса, сигнализирует
о наличии гелия в откачиваемой атмосфере.
Нарушение правил вакуумной гигиены является основной
причиной неудовлетворительной работы вакуумных печей. Тре-
бования вакуумной гигиены распространяются на печь, помеще-
ние, где она установлена, детали, загружаемые в печь, и обслужи-
вающий персонал. Низковакуумные и средневакуумные печи
можно устанавливать в обычных цехах машиностроительных заво-
дов, оборудованных приточно-вытяжной вентиляцией. Рядом с ва-
куумной печью не должно быть источников повышенного теплового
излучения, пыле- и газообразования. Условия транспортировки
деталей по цеху, их складирование не должны приводить к за-
грязнению поверхности деталей, загружаемых в вакуумную печь.
Детали, подвергаемые термической обработке в вакуумной
печи, должны иметь чистую поверхность, без следов смазочного
материала и влаги. Поверхность всех элементов печи, находя-
щихся в вакууме, должна быть чистой и не иметь ржавчины.
96
Внутреннюю поверхность кожуха печи очищают металлическими
щетками, а затем пылесосом. Для очистки поверхности исполь-
зуется также бензин, ацетон и спирт. Поверхность очищается
щеткой, кистью или тряпкой, не оставляющих на стенках ворси-
нок, ниток и других загрязнений.
Обслуживающий персонал должен иметь чистую одежду,
работы производить чистым обезжиренным инструментом. Не
допускается попадание в печь пыли, грязи и влаги.
По технике безопасности к вакуумным печам предъявляют еще
дополнительное требование — взрывозащищенность. При нор-
мальной эксплуатации вакуумные печи взрывобезопасны. Однако
при нарушении технического состояния печи, загрузки в печь
случайных материалов и веществ и т. д. может произойти взрыв.
Взрыв в вакуумных печах связан с технологическим процессом
и обрабатываемым материалом. В вакуумных печах с закалкой
в масле допускается применение в качестве закалочной среды
только специальных сортов масел. Попадание в рабочее простран-
ство печи паров обычных масел приводит к взрыву. По этой при-
чине вакуумные насосы отделяются от вакуумной системы печи
устройствами — ловушками. Ловушки устанавливают на трубо-
проводе между насосом и печью. В ловушку помещают различные
сорбенты, поглощающие пары масла, пары воды и углесодержа-
щие соединения.
К взрыву может привести попадание в печь воздуха, если
при нагреве загрузки (садки) образуются возгоны, конденсиру-
ющиеся на внутренней поверхности печи (магний, натрий, литий
и др.) в виде мелкодисперсного порошка, активно взаимодей-
ствующего с воздухом.
Безопасность печи обеспечивается путем создания более на-
дежной конструкции и соблюдения правил ее технической экс-
плуатации. Для уменьшения вредного действия взрыва на кон-
струкцию печи обычно предусматривают взрывные (предохрани-
тельные) клапаны. При повышении давления в печи клапан от-
крывается и избыточное давление сбрасывается в атмосферу.
Если в печь по какой-либо причине попадают масло, вода
или другие вещества, способствующие образованию взрыва, необ-
ходимо открывать печь только после ее полного охлаждения
и с соблюдением необходимой предосторожности.
ГЛАВА 6. ПЕЧИ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ
1. ОСОБЕННОСТИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ
Наиболее характерными видами дефектов при тер-
мической обработке (отжиг, закалка, старение, отпуск) цветных
сплавов являются коробление, неполная закалка и пережог.
4 Долото* Г- П
97
Проведение качественной термической обработки определяется
правильным выбором как конструкции печи, так и технологии
термической обработки. Причинами коробления могут быть не-
правильная укладка деталей в печи, резкое охлаждение при
закалке, быстрый и неравномерный нагрев. Неполная закалка
наблюдается при нарушении технологического процесса и не-
равномерном нагреве рабочего пространства печи. Причиной
пережога является завышенная температура нагрева, которая
может иметь место из-за несовершенства конструкции печи или
ее неудовлетворительного технического состояния.
Механические свойства цветных сплавов значительно ниже
механических свойств сталей и чугунов, поэтому для исключения
провисания и деформирования деталей под тяжестью собственной
массы или массы соседних деталей не допускается произвольная
загрузка деталей в печь.
Детали, склонные к короблению, следует нагревать в печах
на специальных поддонах и приспособлениях. Крупногабаритные
и разностенные детали необходимо нагревать медленно, чтобы
исключить деформации.
Большое значение при термической обработке цветных сплавов
имеет точность регулирования температуры в рабочем простран-
стве печи. Для большинства алюминиевых сплавов допустимый
перепад температуры перед закалкой составляет 10—15 °C. Для
сплава Д1 температурный интервал нагрева составляет 495—
510 °C, Д16 — 495—505 °C, Д21 — 520—530 °C, т. е. температура
нагрева находится очень близко от линии солидуса. Превышение
температуры нагрева на 15—20 °C может вызвать частичное рас-
плавление легкоплавких эвтектических составляющих сплава,
в результате чего получается непоправимый дефект — пережог.
Необходимая температура в рабочем пространстве печи обес-
печивается как конструкцией печи, так и принятой схемой регу-
лирования температуры. Как правило, печи для термической
обработки цветных сплавов имеют экранированное рабочее про-
странство, что позволяет избежать прямой теплопередачи от
нагревателей к деталям. Кроме того, установка одного или не-
скольких вентиляторов обеспечивает такую циркуляцию воздуха
в рабочем пространстве печи, которая исключает возможность
неравномерного нагрева по объему садки.
Двухпозиционное регулирование температуры в печи имеет
большую инерционность, поэтому при термической обработке
цветных сплавов необходимо применять пропорциональное регу-
лирование, позволяющее не отключать полностью электрические
нагреватели и иметь значительно меньшие колебания температуры
в печи.
Для термической обработки цветных сплавов, в основном,
применяют печи с электрическим нагревом. Печи периодического
действия (камерные и шахтные) снабжены вентиляторами для
принудительной циркуляции воздуха в рабочем пространстве.
98
Печи непрерывного действия (толкательные и конвейерные) при-
меняют при больших объемах производства. В печах непрерыв-
ного действия, как правило, создаются более благоприятные
условия для равномерного нагрева деталей в результате более
равномерного распределения их в печи.
Наиболее благоприятные условия для равномерного иагрева
цветных сплавов в печах аэродинамического подогрева (ПАП),
в рабочем пространстве которых отсутствуют источники пере-
грева обрабатываемых деталей
2. ПЕЧИ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ПОДОГРЕВА
Для понимания сущности работы печи аэродинами-
ческого подогрева (ПАП) рассмотрим работу установки с замкну-
той системой трубопроводов (рис. 69). Вентилятор / перемещает
по замкнутой системе трубопроводов 2 один и тот же объем газа
или воздуха, заключенного в трубопроводах и в самом вентиля-
торе. При движении газа в замкнутой системе трубопроводов
имеют место потери энергии газового потока на трение и местные
сопротивления. Эти потери компенсируются энергией враща-
ющегося ротора вентилятора.
В установке после пуска двигателя вентилятора наблюдается
нагрев трубопроводов Воздух внутри замкнутой системы нагре-
вается. Нагрев становится более интенсивным, если систему
теплоизолировать. В этом случае вся механическая энергия,
затрачиваемая на вращение ротора, переходит в теплоту. Потери
энергии газового потока в вентиляторе, а также в трубопроводах
переходят в теплоту В обычных вентиляторных установках КПД
очень низок, а в установках типа ПАП КПД становится весьма
значительным, так как почти вся энергия, затраченная на вра-
щение ротора вентилятора, переходит в теплоту.
Эффект теплообразования зависит в основном от параметров
вентилятора, который имеет специальную конструкцию ротора.
Потери энергии газового потока внутри системы, возникающие
при движении воздуха, также переходят в тепловую энергию
и способствуют повышению КПД установки. Таким образом, если
в закрытом теплоизолированном объеме вращать ротор центробеж-
ного вентилятора определенных параметров и создать замкнутый
цикл потока воздуха или газа, то большая часть электрической
энергии привода преобразуется в теплоту. На этом принципе
создано несколько типов нагревательных установок ПАП для
разных технологических процессов термической обработки,
а также нагрева и сушки материалов.
Установку типа ПАП отличает высокая равномерность темпе-
ратурного поля по объему рабочего пространства. Температура
в установках ПАП регулируется следующими способами: изме-
нением частоты вращения ротора или производительности венти-
лятора путем получения различной площади сечения всасыва-
ющего или нагнетающего отверстия вентилятора
4* 99
Рис. 69 Схема вентиляторной уста
новкн
Рнс. 70. Схема термической печи ПАП
На рис. 70 показана схема термической печи ПАП для отпуска
при 200—500 °C. Печь камерная, периодического действия, имеет
загрузочный проем, герметично закрываемый дверцей. В рабочей
камере 3 печи установлен экран 5, служащий для направления
движения нагретого воздуха. Заслонкой 4 регулируют подачу
воздуха Ротор 6, служащий нагревателем, установлен непосред-
ственно в камере. Электрический привод ротора 7 смонтирован
сбоку камеры. Воздух, пройдя через камеру, в которой на те-
Таблица 30. Основные технические данные печей аэродинамического
подогрева (ПАП)
Показа- тели ПАП-3 ПАП-ЗМ ПАП-4 ПАП 4М ПАП-6 ПАП-7 ПАП-8
Число рабочих 2 1 1 1 1 2 1
Макси- мальная рабочая темпе ратура, °C 550 550 320 320 300 550 550
Габарит 3000X 3000X 1250Х 1250Х 5 000Х 3000Х зооох
ные раз- X 1100Х X 1100Х X 1450Х X 1450Х X 17 500Х Х2000Х Х2000Х
меры рабочего простран ства одной камеры, мм Х1600 х1боо Х2000 Х2000 XI 750 Х2000 Х2000
Мощ- ность, кВт ПО 64,5 28 28 55 75 75
Примечание. Печи ПАП-4, ПАП-4М н ПАП-6 предназначены для
отжига н старения, ПАП-3, ПАП-ЗМ, ПАП-7 н ПАП-8 — для отжига, старе-
ния и закалкн алюминиевых сплавов.
100
лежке находятся детали 2, через отверстие 1 в экране, оборудо
ванном жалюзи, подается к ротору. Таким образом, осущест-
вляется циркуляция воздуха и нагрев деталей. Основные техни-
ческие данные печей ПАП приведены в табл 30.
ГЛАВА 7. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СКОРОСТНОГО
И ПОВЕРХНОСТНОГО НАГРЕВА
1 ПЛАМЕННЫЙ НАГРЕВ
При нагреве металла в термических печах из-за
недостаточной интенсивности подвода теплоты от печного про-
странства к поверхности металла не удается добиться необходи-
мого перегрева поверхностного слоя металла. В результате
сравнительно медленного нагрева металл успевает прогреваться
на большую глубину.
Пламенный поверхностный нагрев возможен только при резкой
интенсификации процесса передачи теплоты от источника нагрева
к металлу. В промышленности применяют следующие способы
пламенного поверхностного нагрева’ сжигание тщательно при-
готовленной газовоздушной смеси в керамических горелках и сжи-
гание газовоздушной смеси, обогащенной кислородом.
При первом способе получение высокой температуры
(до 2000 °C) достигается сжиганием газовоздушной смеси, в кото-
рой количество воздуха точно соответствует его теоретическому
расходу, т. е коэффициент расхода воздуха п = 1 Газовоздуш-
ная смесь приготовляется в специальной газосмесительной ма-
шине, в которой есть автоматическое устройство по поддержанию
постоянного заданного соотношения между газом и воздухом.
Сжигание газовоздушной смеси с п = 1 обеспечивает получение
максимально возможной температуры горения топлива.
В зависимости от конфигурации нагреваемой поверхности
применяют керамические горелки с необходимой формой камеры
сгорания. При нагреве небольших поверхностей используют
горелки, в которых процесс горения топлива полностью заканчи-
вается в камере горения (рис. 71, б), из которой вылетают со
скоростью до 100 м/с раскаленные продукты горения В этом
случае нагрев поверхности металла происходит как в результате
прямого излучения теплоты из камеры горения горелки, так и
вследствие передачи теплоты конвекцией от продуктов горения.
Горелки с чашеобразной формой камеры горения (рис. 71, а)
используют для нагрева достаточно большой поверхности. Основ-
ное количество теплоты от такой горелки передается путем излу-
чения поверхности камеры горения
Применение чистого кислорода для сжигания природного газа
или ацетилена повышает температуру горения топлива (до 3000 °C)
101
Рнс. 71. Горелки скоростного нагрева:
о _ радиационного типа; б — конвекционного типа; 1 — отражатель; 2 — сопло; 3 —
кожух; 4 — камера сжигания; 5 — выходное отверстие
Рнс. 72. Наконечники для пламенной закалки:
а — для плоской поверхности; б — для полутавровой поверхности; в — для закалки
внутренней поверхности; г — для аакалки цилиндрических тел; д — для закалки зубча-
тых колес
и ускоряет нагрев. Газокислородная смесь со скоростью около
100 м/с вытекает из отверстий в наконечнике горелки. Диаметр
отверстий 0,8 мм. Расстояние наконечника горелки от нагреваемой
поверхности составляет 5—20 мм.
В ряде случаев (крупные зубчатые колеса, валы, молотовые
штоки и т. п.), особенно при выполнении ремонтных работ, пла-
менная поверхностная закалка является практически единствен-
ным способом получения высокой поверхностной твердости. На
рис. 72 показаны наконечники газокислородных горелок для
поверхностной пламенной закалки и их расположение относи-
тельно нагреваемой поверхности.
2. НАГРЕВ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ
В электролитных установках (рис. 73) нагреваемая
деталь является катодом. При подаче напряжения на деталь ее
поверхность, соприкасающаяся с электролитом, быстро нагре-
102
Рнс. 73. Схема нагрева в электролите:
/ — электролит; 2 — нагреваемая деталь; 3 — источ-
ник тока; 4 — аиоД; б — ванна, б — водородная обо
л очка
вается. При снятии напряжения горя-
чая поверхность детали охлаждается в
электролите, который имеет темпера-
туру 20—50° С.
В качестве электролита обычно
используют 5—10 %-ные водные рас-
творы кальцинированной соды (Na2CO3).
Нагрев в электролите может быть местный и поверхностный
Примером местного нагрева может служить нагрев под закалку
конца стержня клапана двигателя. Конец стержня погружается
на 10 мм в электролит, после чего на стержень подается напря-
жение 250 В. Нагрев осуществляется за 10 с, затем напряжение
отключается и конец стержня охлаждается в электролите. Ме-
стный нагрев применяют также для различных винтов, пальцев
и т. п.
На рис. 74 показан автомат АЭ-5, предназначенный для на-
грева стержней клапанов двигателей. Загрузка клапанов произ-
водится в бункер, из которого они попадают на загрузочную
площадку и затем по одному захватываются зажимным приспо-
соблением и переносятся в ванну с электролитом В качестве
электролита применяется 15 %-ный водный раствор кальциниро-
ванной соды. После выдержки в электролите в течение 4—5 с
клапан перемещается в закалочный бак с маслом, где и охла-
ждается в течение 7 с. Далее клапан переносится механизмом
в моечный бак с проточной водой. Постоянное напряжение 180 В,
вырабатываемое генератором, подается на шину, с которой кон-
тактирует клапан, и на электролит. Пропускная способность
Рис. 74. Схема автомата АЭ-5:
1 — бункер: 2 — питатель: 3 — приспособление для загрузки в бункер; 4 — генератор:
5 — ванна нагрева; 6 — шина; 7 — устройство Для удаления паров на ванн; 8 — за-
калочная ванна; 9 — мойка
103
автомата до 1200 клапанов в час. Потребляемая мощность до
10 кВт.
Поверхностный нагрев деталей цилиндрической формы произ-
водится путем вращения детали, которая или частично погружена
в электролит, или обливается электролитом. В последнем случае
электролит под напором подается по трубке к поверхности вра-
щаемой детали Расстояние от сопла на конце трубки до нагрева-
емой поверхности 20—30 мм. Электролит непрерывно перекачи-
вается насосом из бака к нагреваемой детали. Трубка с электро-
литом является анодом, а деталь — катодом электрической цепи.
При последовательном нагреве деталь пропускается через
слой электролита. В дно ванны устанавливается втулка из огне-
упорного материала. Внутреннее отверстие во втулке на 1—2 мм
больше, чем наружный диаметр нагреваемой детали. Над втулкой
поддерживается слой электролита, с которым соприкасается
деталь, пропускаемая через втулку. Скорость перемещения детали
0,2 м/мин.
Обслуживание электролитных установок сводится к периоди-
ческому контролю концентрации электролита, проверке состояния
поверхности контактов, зажимающих нагреваемую деталь, под-
держанию в рабочем состоянии механической и электрической
части установки
3. ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ
Индукционный нагрев широко применяют при тер-
мической обработке металлов. Быстрый нагрев металла повышает
производительность труда и обеспечивает получение качественной
продукции
Под индукционным нагревом понимается нагрев при бескон-
тактной передаче энергии в нагреваемое тело с помощью электро-
магнитных волн. Индукционные установки в своей основе имеют
индуктор-проводник специальной формы, питаемый переменным
электрическим током. При протекании по индуктору тока возни-
кает переменное электромагнитное поле. При воздействии пере-
менного поля на металлические тела последние нагреваются.
Скорость нагрева зависит от теплофизических свойств нагрева-
емого металла и параметров магнитного и электрических полей.
Одним из основных параметров магнитного поля является
его напряженность Чем выше напряженность поля, тем интенсив-
нее нагревается металл. В зависимости от профиля нагреваемой
детали применяют индукторы соответствующей формы, обеспечи-
вающие необходимое значение напряженности магнитного поля
на поверхности детали.
Для получения необходимой напряженности магнитного поля
обычно или изменяют силу тока и число витков индуктора, или
применяют магнитопроводы из трансформаторной стали и фер-
ритов.
104
Рнс. 75. Магнитное поле прямоугольного про-
водника с магнитопроводом:
1— проводник с током: 2 — магнитопровод
Изменение напряженности маг-
нитного поля у поверхности провод-
ника достигается применением маг-
нитопроводов, изготовляемых из лис-
тов трансформаторной стали (частота
до 10 000 Гц) или из ферритов (час-
тота свыше 10 000 Гц).
Магнитная проницаемость транс-
форматорной стали и ферритов в 1000
раз превышает магнитную проницае-
мость воздуха. Поэтому магнитный
поток стремится пройти по магнитопроводу, а не по воздуху.
На рис. 75 показано, как изменяется распределение магнитных
силовых линий вокруг прямоугольного проводника при при-
менении магнитопровода. Магнитопровод охватывает проводник с
током с трех сторон и все магнитные силовые линии с этих
сторон проводника проходят только по магнитопроводу. С от-
крытой стороны проводника магнитные силовые линии проходят
на сравнительно узком участке, что приводит к резкому уси-
лению напряженности магнитного поля в этом месте.
На неравномерность распределения тока по сечению провод-
ника влияет близость других проводников с током (эффект бли-
зости и кольцевой эффект).
На рис. 76 показаны магнитные поля двух проводников прямо-
угольного сечения. Если направления токов в проводниках
одинаковые, то наибольшая напряженность поля возникает иа
внешних поверхностях проводников, а если противоположные,
то на внутренних (эффект близости) Придавая индуктору необ-
ходимую форму, можно использовать эффект близости для нагрева
определенных частей поверхности обрабатываемой детали.
Рис. 76. Проявление эффекта близости в плоских проводниках (зачернен токо-
несущий слой):
а — магнитное поле одиночного проводника; б — магнитное поле двух проводников
с противоположным направлением токов; в — магнитное поле двух проводников с одина-
ковым направлением токов
105
Рис. 77 Различное использование кольцевого индуктора:
а — для иагрева внешней поверхности; б — для иагрева внутренней поверхности; / —
индуктор; 2 — деталь; 3 — магиитопровод
Если проводник свернуть в кольцо и по нему пропустить
переменный электрический ток, то наибольшая его плотность
будет на внутренней поверхности (кольцевой эффект). Это по-
вышает эффективность нагрева деталей, охваченных индуктором,
что используется при нагреве цилиндрических поверхностей.
Цилиндрическая деталь 2 (рис. 77, а) находится в индукторе /.
Под воздействием магнитного поля индуктора в поверхностном
слое детали течет электрический ток и деталь нагревается. Зона
с наибольшей плотностью тока в индукторе и детали на рис. 77
зачернена. Ток, индуктированный в детали, сосредоточен в полосе
шириной, равной ширине индуктора, и толщиной (глубиной
нагрева), равной глубине проникновения тока в деталь.
Для нагрева внутренней поверхности, например отверстия
во втулке 2 (рис 77, б), кольцевой индуктор размещают в пазе
магнитопровода 3.
В индукторе, расположенном в пазе магнитопровода, ток
проходит по открытой части индуктора, что обеспечивает нагрев
поверхности отверстия.
Скорость нагрева зависит от удельной мощности, равной при
поверхностном нагреве 0,5—1,5 кВт/см®, при сквозном нагреве
0,05—0,1 кВт/см®.
4. УСТАНОВКИ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
Для непрерывно-последовательной закалки ци-
линдрических деталей применяют индукторы, состоящие из медной
трубки, токоподводящих шин и контактных колодок.
Ко вторичной обмотке трансформатора индуктор присоеди-
няется контактными колодками, прижимаемыми болтами.
Токоподводящие шины соединяют контактные колодки и индук-
торную трубку. Из соображений наименьших потерь энергии
в индукторе контактные колодки и токоподводящие шины вы-
полняются достаточно большого сечения, причем расстояние
между шинами принимается минимальным.
Основными параметрами индукционной установки являются
мощность генератора и частота тока, зная их, можно выбрать
тип установки для данного технологического процесса. Мощность
генератора в зависимости от глубины закалки (мм) и производи-
106
тельности (сма/с) может быть опреде-
лена по рис. 78, а частота тока в за-
висимости от глубины закалки по
рис. 79
Кольцевой индуктор. На рис. 80 по-
казан индуктор для непрерывно-после-
довательной закалки, изготовленный
из прямоугольной медной трубки, ко-
торая приварена к токоподводящим ши-
нам 3 и 7. В свою очередь шины при-
варены к контактным колодкам 5 и 8,
имеющим по три отверстия для присое-
динения ко вторичной обмотке транс-
форматора.
Токоподводящие шины соединены
между собой болтовым соединением 4
с распорной втулкой 9, что обеспечивает
необходимую жесткость конструкции и
минимально допустимый зазор между
шинами.
Рнс. 78. Зависимость мини-
мальной колебательной мощ-
ности генератора при поверх-
ностной закалке от произве-
дения глубины закалкн (мм)
на производительность (см2/с):
/ — одновременная закалка всей
поверхности; 2 — непрерывно-
последовательная закалка
Вода поступает в индуктор через патрубок 6, проходит по
трубе 2 и охлаждает контактную колодку 5 и токоподводящую
шину 3. Попадая затем в кольцевую часть индуктора 1, вода
частично вытекает из трубки через мелкие отверстия, равномерно
расположенные по окружности, а остальная ее часть поступает
в трубку, соединенную с шиной 7 и колодкой 8.
В данном индукторе происходит нагрев и охлаждение закали-
ваемой детали. По мере прохождения детали через индуктор
с определенной скоростью поверхностный слой ее нагревается
до необходимой температуры и сразу же после того, как в нагретом
слое происходят структурные превращения, на горячую поверх-
ность начинает поступать вода.
Оси отверстий для воды в индукторе расположены под углом
30—45° к оси индуктора.
Характерными размерами индуктора являются его ширина
и толщина, а также зазор между индуктором и нагреваемой
поверхностью.
Ширина индуктора при одновременном нагреве на 10—20 %
больше ширины закаленной полосы, а при непрерывно-последо-
вательном нагреве зависит от мощности генератора. Толщина
индуктора, т. е. толщина стен-
ки индуктора, принимается в
1,6 раза большей глубины
проникания тока. Зазор меж-
ду индуктором и нагревае-
Рис 79. Зависимость частоты тока
от глубины закалки
107
2 J
4
Рис 80 Кольцевой индуктор
Рис 81. Петлевой индуктор
мой поверхностью в зависимости от размеров детали составляет
2—5 мм.
Петлевой индуктор. Для нагрева внутренней поверхности от-
верстий диаметром менее 50 мм используются петлевые индук-
торы На рис. 81 показан петлевой индуктор, состоящий из двух
контактных колодок 7, 8 и двух токоподводящих шин 5, 9, к ко-
торым припаяны водоохлаждаемые сегменты 2, 3. Сегменты
соединены друг с другом перемычкой 11. Вода для охлаждения
контактных колодок, токоподводящих шин и сегментов индук-
тора подается по двум трубкам 4, 6. Слив воды из индуктора
происходит через отверстия, равномерно расположенные на части
сегмента индуктора за перемычкой.
Данным индуктором можно производить нагрев и последу-
ющее охлаждение водой внутренних отверстий в различных
деталях типа втулок. При подаче на индуктор напряжения ток
движется от одной контактной колодки к другой по шинам, сег-
ментам и перемычке Таким образом, сегмент по длине имеет две
зоны- одну, где проходит ток для нагрева, и другую за перемыч-
кой, где расположены отверстия для выхода воды из индуктора,
для охлаждения.
Нагреваемая деталь 1 вначале устанавливается на греющую
часть индуктора, а затем после необходимой выдержки сдвигается
по оси индуктора и охлаждается.
Магнитопровод 10, расположенный между сегментами индук-
тора, изготовлен из пластин трансформаторной стали и пред-
назначен для прохождения тока по внешней поверхности индук-
тора. Для равномерной закалки всей внутренней поверхности
деталь во время нагрева и охлаждения необходимо вращать
с частотой до 200 об/мин..
108
Стержневой индуктор. Для нагрева в деталях внутренней по-
верхности небольших отверстий в некоторых случаях используют
стержневые индукторы, один из которых показан на рис. 82
Индуктор разъемный. Стержень 4 может перемещаться в баш-
маках 3, соединенных с токоподводящими шинами 2. После уста-
новки в нагреваемую деталь вводится стержень и на контактные
колодки индуктора подается напряжение.
В процессе нагрева и охлаждения деталь вращается. Вода
для охлаждения детали поступает через отверстия по длине
стержня индуктора.
Из-за близости расположения токоподводящих шин 1 к де-
тали 5 нагревается не только ее внутренняя часть, где находится
стержень, но и наружная.
Детали с тонкими стенками даже при отсутствии наружного
охлаждения получают сквозную закалку. Если сквозная закалка
нежелательна, необходимо охлаждать наружную поверхность
детали во время ее нагрева.
В случае, если требуется сквозная закалка массивных деталей,
то после цикла нагрева охлаждают как внутреннюю, так и на-
ружную поверхность детали. Если сквозная закалка нежела-
тельна, то наружную поверхность охлаждать не нужно.
При нагреве под закалку тел сложной формы, например ше-
стерен, необходимо учитывать неравномерность нагрева поверх-
ности детали. По этой причине шестерни с модулем менее 6 прак-
тически невозможно закаливать в индукторе, так как закали-
ваются или только зубцы, или только впадины. Шестерни, работа-
ющие в относительно легких условиях, подвергают закалке
в индукторе следующим образом: закаливают насквозь зубцы
при мелкой закалке впадин или закаливают впадины и часть
боковых поверхностей зубцов. Для шестерен с большим модулем
применяют индуктор фасонной формы (рис. 83). В этом случае
напряженность магнитного поля и удельная мощность распре-
деляются по нагреваемой поверхности приблизительно одинаково,
Рис. 82. Стержневой индуктор
Рис. 83. Индуктор фасонной
формы для нагрева шестерен:
/ — индуктор; 2 — нагреваемая
шестерня
109
Рис. 84. Четырехвнтковый индуктор для одновременной закалкн элементов рас-
пределительного вала
что обеспечивает более равномерный нагрев как зубцов, так
и впадин.
Для нагрева под закалку таких деталей, как, например,
распределительные валы двигателей внутреннего сгорания, при-
меняют многовитковые индукторы. В этом случае каждый виток
индуктора предназначен для нагрева определенной части детали.
Отдельные витки индуктора соединяют между собой последова-
тельно, что обеспечивает идентичность режима нагрева элементов
детали. При параллельном соединении витков индуктора даже
небольшое смещение нагреваемых мест детали, например из-за
неточности изготовления, приводит к перераспределению тока
в витках индуктора.
На рис. 84 показан многовитковый индуктор для нагрева
кулачков автомобильного распределительного вала. Число кулач-
ков четыре и индуктор, соответственно, имеет четыре витка,
которые соединены между собой медной планкой 1. Токоподводя-
щие шины охлаждаются водой, подаваемой через штуцеры 2.
Для охлаждения закаливаемой поверхности кулачков вода по-
дается через штуцеры 3.
Разъемный индуктор. В ряде случаев, например, при нагреве
под закалку шеек коленчатых валов неразъемные индукторы
не могут быть использованы. В подобных случаях применяют
разъемные индукторы. В автоматических закалочных устройствах
используют разъемные индукторы с пневматическим или гидравли-
ческим приводом.
На рис. 85 изображен разъемный индуктор, нижняя половина
которого соединена с пневматическим цилиндром 7. При подаче
сжатого воздуха в цилиндр по трубе 8 шток цилиндра 6 подни-
мается вверх и нижняя половина индуктора 5 плотно прижимается
к верхней части индуктора.
Вода для закалки в верхнюю часть индуктора подается по
трубам 4 и 11, а в нижнюю часть по трубе 10.
110
Рис. 85 Разъемный индуктор
Ток подводится к контактным колод-
кам 1 и 2. Для обеспечения надежного
контакта в местах разъема индуктора
необходима периодическая зачистка
места контакта.
Разъемный индуктор работает сле-
дующим образом. В пневматический
цилиндр по трубе 9 подается сжатый
воздух и нижняя половина индуктора
перемещается вниз. Верхняя часть ин-
дуктора, прикрепленная к откидной
части станка, отводится в сторону, пос-
ле чего в нижнюю половину индуктора
закладывается шейка коленчатого вала.
Число индукторов на станке соответ-
ствует числу шеек, имеющихся на ко-
ленчатом валу.
После того, как коленчатый вал
установлен на нижние половины ин-
дуктора, откидная часть станка вместе с
верхними частями индукторов возвращается в исходное положе-
ние. Сжатый воздух выпускается из трубы 9 и подается в тру-
бу 8, в результате чего шток цилиндра поднимается вверх и
половинки индуктора соединяются. На контактные колодки
подается напряжение. Ток проходит по индуктору и шейка
коленчатого вала начинает нагреваться. По окончании нагрева
в индуктор по трубам подается вода, которая через мелкие отверс-
тия 3 вытекает на закаливаемую поверхность. В процессе нагрева
и охлаждения коленчатый вал вращается, что обеспечивает рав-
номерный нагрев и охлаждение.
Овальный индуктор. Для нагрева концов заготовок различной
формы, в некоторых случаях, применяют овальные индукторы,
представляющие собой разновидность многовиткового индуктора.
На рис. 86 показан индуктор, предназначенный для одновре-
менного нагрева концов шести цилиндрических заготовок. Ин-
Рис. 86. Овальный индуктор
111
Рис. 87 Приспособление для нагрева
колец
дуктор имеет девять витков.
Для его изготовления исполь-
зована круглая медная трубка,
которая непрерывно охлаждает-
ся водой. Вода в индуктор по-
ступает по шлангу 2 и удаляет-
ся по шлангу 3. Напряжение на
индуктор подается через кон-
тактные колодки 1 и 7, припаянные к концам медной трубки
индуктора.
Индуктор имеет тепловую изоляцию 6, выполненную из жаро-
стойкого бетона, окружающего со всех сторон витки. Огнеупорный
материал выполняет несколько функций Во-первых, уменьшает
потери теплоты в окружающее пространство, во-вторых, раз-
деляет витки индуктора между собой и, в-третьих, защищает
индуктор от окалины, образующейся при нагреве заготовок.
Во внутреннем пространстве индуктора расположены труб-
чатые водоохлаждаемые направляющие 5, предназначенные для
укладки на них нагреваемых заготовок. Направляющие при-
креплены к шиферасбестовым плитам, расположенным по торцам
индуктора. Окно в задней стенке во время работы закрыто съем-
ной крышкой, имеющей тепловую изоляцию. Окно в передней
стенке 4 открыто постоянно.
При нагреве достаточно длинные заготовки укладываются на
столик перед индуктором, а концы заготовок помещаются в ин-
дуктор консольно. В этом случае необходимость в водоохлажда-
емых направляющих отпадает и они могут быть демонтированы
с индуктора.
Приспособления для нагрева колец. Индукционный нагрев
током промышленной частоты применяют для нагрева колец и
других подобных деталей, например втулок, бандажей и шестерен
для горячей посадки.
Схема такого приспособления показана на рис. 87. Приспо-
собление состоит из магнитопровода 4 и первичной катушки 1.
Вторичной обмоткой является сама нагреваемая деталь 3. Маг-
нитопровод изготовлен из трансформаторной стали и имеет съем-
ное ярмо 2, что дает возможность загрузки и выгрузки нагревае-
мой детали.
Приспособление работает следующим образом. После загрузки
детали откидное ярмо прижимается к магнитопроводу и на пер-
вичную катушку подается напряжение. Магнитный поток, воз-
никающий в магнитопроводе, пронизывает контур кольца и
в последнем наводится ЭДС. Величина ЭДС зависит от величи-
ны первичного напряжения и числа витков первичной ка-
тушки
112
Таблица 31- Основные технические данные универсальных закалочных
установок *
Показатели И31-100/2.4 И32-100/8 И31-300/2,4 И32-200/8
Число и тип преоб- разователей ВПЧ-100/2.4 ВПЧ-100/8 2ВПЧ-100/2,4 2ВПЧ-100/8
Мощность по высо- кой частоте, кВт 100 100 200 200
Частота, Гц 2400 8000 2400 8000
Суммарный расход воды на охлаждение, м’/ч 7 7 10 10
Рекомендуемая одно- временно нагревае- мая площадь, см* 1 200 200 400 400
Минимальный дна* метр детали, мм 35 19 35 19
Глубина закаленно- го слоя, мм 2,5—10 1,4—5,6 2,5—10 1,4—5,6
Общая масса уста- новки, кг 4500 4500 7000 7000
* Напряжение питающей сети для всех установок 220/380 В; напряжение
преобразователей 800 В; число конденсаторов 5; мощность трансформатора
800 кВ-А; коэффициент трансформации 3,25—24; давление охлаждающей воды
0,2—0,3 МПа.
Под действием наведенной ЭДС в кольце возникает ток, сила
которого зависит от сопротивления нагреваемой детали. Обычно
нагреваемые детали имеют большое поперечное сечение и обладают
малым сопротивлением. Индуктированный ток достигает больших
значений, что обеспечивает быстрый нагрев детали.
Закалочные установки. Установка типа ИЗ состоит из закалоч-
ной (ЗС) и генераторной (ГС) станций и предназначена для на-
грева небольших деталей
Основные технические данные универсальных закалочных
установок типа ИЗ приведены в табл. 31, а закалочных станков
типа ИЗУВ — в табл 32.
На закалочной установке можно проводить процесс закалки
следующими способами:
1) ручным (используется для проверки установки и при на-
стройке режима);
2) одновременным (при этом способе нагревается и затем ох-
лаждается одновременно вся закаливаемая поверхность);
3) одновременно-последовательным (способ используется
при закалке нескольких участков на одной детали или при после-
довательной закалке партии деталей);
113
Т а б л и ц а 32. Основные технические данные закалочных станков типа
ИЗУВ *
• • •
00 •
о 00 04
04 04
Показатели о о о СО О ю О о>
о о о
СО 04 04 04
0 0 0 0
>> >>
СО со СО со
X S S S
Максимальный диаметр 800 600 1200 2500
детали, мм Максимальная длина 5 000 3000 200 200
детали, мм Мощность, кВт 400 200 200 200
Частота, Гц 2 500 8000 8000 2500
Максимальная масса, кг 10 000 6000 — —
* Для всех станков напряжение генератора 750 В; мощность трансфор-
матора 640 кВ-А, коэффициент трансформации 8—58.
** Станки предназначены для последовательной закалки гладких и шли-
цевых валов, валов-шестереи и шестерен.
*** Станки предназначены для одновременной закалки по впадине или
по зубу шестерен и обойм, в том числе конических, втулок, муфт и т. п.
4) непрерывно-последовательным (при этом способе нагрев
и последующее охлаждение закаливаемой поверхности осущест-
вляются последовательно).
Закалочные установки имеют набор сменных индукторов, с по-
мощью которых можно закаливать как наружные, так и внутрен-
ние поверхности детали.
На рис. 88 показана закалка несколькими способами.
Схема закалки небольшой цилиндрической части детали пока-
зана на рис. 88, а. Деталь закрепляется в приспособлении станка
вертикально и вращается в течение всего времени нагрева и ох-
лаждения. Для закалки используется неразъемный кольцевой
индуктор, имеющий две внутренние полости, в которые подается
вода. Во внешнюю полость непрерывно поступает вода для охла-
ждения самого индуктора. Во внутреннюю полость вода подается
только после нагрева детали до нужной температуры. Через мел-
кие отверстия вода под давлением вытекает из внутренней полости
прямо на закаливаемую поверхность.
На рис. 88, б показана схема закалки длинной цилиндриче-
ской детали. Для нагрева и охлаждения используется неразъем-
ный кольцевой индуктор, в который непрерывно подается вода.
Индуктор нагревает небольшую часть всей детали, поэтому пре-
дусмотрено перемещение индуктора вдоль нее. Равномерность
закалки обеспечивается непрерывным вращением детали вокруг
114
своей оси и подачей воды из индуктора через большое число мел-
ких отверстий. В этом случае способ нагрева всей поверхности,
подвергаемой закалке, — непрерывно-последовательный.
На рис. 88, в приведена схема закалки внутренней поверхно-
сти кольца. Для нагрева используется петлевой индуктор, раз-
мещенный вертикально во внутреннем пространстве кольца.
Рядом с индуктором расположена труба, через которую на нагре-
тую поверхность кольца подается вода для закалки. В процессе
нагрева кольцо вращается, что обеспечивает закалку всей внут-
ренней поверхности кольца.
На рис. 88, г показана схема закалки цилиндрического эле-
мента, являющегося частью массивной детали. Длина цилиндри-
ческого элемента достаточно велика, чтобы применить индуктор,
обеспечивающий одновременный нагрев. В этом случае необ-
ходима комбинация одновременного и непрерывно-последователь-
ного способов нагрева. Процесс нагрева проводится с предва-
рительным подогревом зоны, соприкасающейся с массивной ча-
стью детали. После того, как деталь начинает вращаться вокруг
своей оси, на индуктор подается напряжение. Происходит нагрев
поверхности цилиндрического элемента, соприкасающегося с мас-
сивной частью детали. В этот момент вода подается только во
внешнюю водоохлаждаемую полость индуктора. Через некоторое
время, после того как поверхность детали нагрелась до необ-
ходимой температуры, во внутреннюю водоохлаждаемую полость
индуктора начинает подаваться вода для закалки детали. Одно-
временно включается механизм перемещения индуктора вдоль
детали. В процессе перемещения индуктора осуществляется за-
калка всей цилиндрической части.
На закалочном станке можно производить раздельный наг-
рев и охлаждение поверхностей деталей типа колец, втулок,
бандажей и т. п.
115
закаливаемой детали и без
Рис. 89. Универсальный закалочный станок:
/ — бак; 2 — нижняя головка; 3 — малая карет-
ка; 4 — верхняя головка; 5 — кожух; 6 — тири-
сторный привод; 7 — механизм настройки; 8 —
пульт управления; 9 — рама; 10 — педаль
На рис. 88, д показана схема на-
ружной поверхности цилиндрической
детали. Сначала деталь помещается
внутри индуктора. По окончании пе-
риода нагрева индуктор поднимается,
а на его место становится спрейер-
устройство, обеспечивающее интен-
сивное охлаждение нагретой поверх-
ности.
На АЗЛК разработан универ-
сальный закалочный станок 9698—
3030 (рис. 89). Станок предназначен
для закалки цилиндрических деталей
типа валов, втулок, шестерен, флан-
цев, звездочек и т. п. с вращением
вращения. Закалочный станок обес-
печивает последовательную или одновременную закалку дета-
лей, а также закалку нескольких зон одной детали. Закалоч-
ный станок применяется в комплекте с преобразователем частоты
тока и системой управления процессом нагрева под закалку.
Максимальная длина закаливаемой детали 1000 мм, диаметр
300 мм. Скорость рабочего хода детали 1—20 мм/с. Габаритные
размеры закалочного станка 1500x560x2695 мм.
В комплект закалочных установок входит преобразователь
частоты. В настоящее время наиболее широко применяют тирис-
торные преобразователи частоты ТПЧ, например ТПЧ-3200-0,5,
ТПЧ-2400-1,0 и т. д. Первые цифры в марке обозначают номиналь-
ную выходную мощность (кВт), вторые — номинальную частоту
(кГц).
При выборе индукторов различного типа для нагрева той
или иной детали необходимо учитывать следующие обстоятель-
ства: зазор между нагреваемой поверхностью и индуктором обы-
чно составляет 2—5 мм, если диаметр детали до 50 мм, и 5—10 мм,
если диаметр более 100 мм. При большой величине зазора резко
возрастает реактивная мощность и может быть недостаточна
емкость конденсаторной батареи для повышения значения cos <р.
Толщина токонесущей части стенки индуктора при одновременном
нагреве (без принудительного охлаждения) должна в 2,5—4 раза
превышать глубину закалки. При непрерывно-последовательном
нагреве, а также при одновременном нагреве при наличии при-
нудительного охлаждения индуктора толщина стенки должна
быть примерно в 1,6 раза больше глубины проникновения тока
в медь. Ширина индуктора должна быть на 20 % больше ширины
116
закаливаемого участка поверхности при одновременном нагреве,
а при непрерывно-последовательном нагреве она зависит от ско-
рости движения детали относительно индуктора.
Техника безопасности при работе на высокочастотных уста-
новках. При работе на высокочастотных установках должны
приниматься меры защиты от поражения током, воздейст-
вия высоких температур и действия электромагнитного поля.
Поражение током. Для индукционных установок характерно
наличие токоведущих частей как непосредственно в рабочем
пространстве индуктора, так и в пространстве, окружающем
его. Вследствие неисправности оборудования может возникнуть
электрический контакт между токоведущими частями и другими
металлическими узлами установки, в результате чего каркас
установки, механизм загрузки и выгрузки деталей окажутся под
напряжением.
В индукционных установках вокруг токоведущих частей соз-
дается сильное электромагнитное поле, вызывающее появление
электрического потенциала в металлических деталях и конструк-
циях, расположенных вблизи токопровода.
Для защиты от поражения током применяют следующие сред-
ства: заземление металлических частей установки и инструмента;
изоляционные рукавицы, ручки управления, обувь, коврики и
площадки; блокировки, предотвращающие открывание дверей до
отключения установки, и т. д.
Воду для охлаждения деталей установок, находящихся под
напряжением (индукторы, генераторные лампы и др.), необходимо
подавать через шланги из изоляционного материала. На концах
шлангов для свободного слива воды в воронку должны быть ус-
тановлены заземленные металлические наконечники.
Блоки индукционной установки, имеющие конденсаторы, в
которых при отключении может остаться заряд, должны быть
снабжены разрядным устройством, автоматически действующим
при открывании дверей данного блока.
Как в процессе наладки установки, так и в процессе ее эксп-
луатации необходимо вести систематический контроль за степенью
нагрева узлов установки под действием токов, наводимых от
электромагнитных полей рассеяния.
Присоединение и отсоединение переносных приборов, необ-
ходимых в процессе наладки и находящихся под напряжением
свыше 1000 В, должны осуществляться при снятом напряжении.
Все работы по замене неисправных деталей установки, предо-
хранителей и т. п. должны проводиться со снятием напря-
жения.
Воздействие высоких температур. Работа индукционных уста-
новок связана с нагревом металла до высокой температуры, что
создает опасность теплового поражения персонала. Ожоги могут
быть получены при касании нагретых изделий или узлов уста-
новки.
( 117
Меры предосторожности от тепловых поражений, спецодежда,
строгая дисциплина труда, содержание оборудования в исправном
состоянии, защита глаз очками и щитками.
Действие электромагнитного поля. При эксплуатации высо-
кочастотных установок возникает опасность воздействия на ор-
ганизм электрического и магнитного полей. До частоты 100 кГц
такое влияние практически отсутствует; в диапазоне от 100 кГц
до 30 МГц оно становится заметным и растет с увеличением ча-
стоты. Степень воздействия электромагнитного поля зависит та-
кже от продолжительности воздействия и от расстояния рабочего
места от источника поля.
Меры предотвращения воздействия поля: экранирование вы-
сокочастотных установок, удаление источника поля от рабочего
места.
Линии питания технологических элементов высокочастотной
энергии должны быть выполнены специальными высокочастот-
ными кабелями с экранной оболочкой или быть защищены металли-
ческими заземленными экранами.
Частота генерируемых колебаний должна периодически (после
каждого ремонта, связанного с демонтажом колебательного кон-
тура или замены его деталей) проверяться на соответствие пас-
портным данным.
Все части схемы, несущие токи радиочастоты, должны быть,
как правило, экранированы. При наличии неэкранированных
частей максимальный уровень электромагнитного поля на рабочем
месте не должен превышать величины, опасной для обслуживаю-
щего персонала, согласно действующим санитарным нормам.
5 ЛАЗЕРНЫЕ УСТАНОВКИ
ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО НАГРЕВА
В машиностроении наряду с обычными методами
повышения поверхностной прочности изделий применяют тер-
мическую обработку с использованием оптических квантовых
генераторов-лазеров. Высокая мощность излучения лазеров
(Ю10 Вт/см2) вызывает резкое изменение агрегатного состояния
вещества. В зоне воздействия светового луча вещество разруша-
ется с образованием отдельных частиц и паров. Лазерные установки
находят применение для плавки, резки и сварки различных ме-
таллов. При меньшей мощности излучения (до 10Б Вт/см2) область,
на которую воздействует световой луч, нагревается до темпера-
туры, не превышающей температуры плавления, и при этом воз-
можно выполнение термической обработки изделий, в том числе
и закалки.
Оптимальное значение мощности излучения лазерной уста-
новки для каждого конкретного случая зависит от формы, опти-
ческих свойств и шероховатости нагреваемой поверхности, хими-
ческого состава нагреваемого металла и т. д. Излучение энергии
лазером может быть импульсным и непрерывным Использование
118
импульсного излучения для поверхностной термической обработки
металлов позволяет упрочнять слой на глубину 40 мкм. Микро-
твердость закаленных с помощью лазерного излучения образцов
сталей 8ХФ и Р18 увеличилась в 1,3—1,4 раза. Производствен-
ные испытания фрез, обработанных с помощью лазера при удель-
ной мощности излучения около 1,8-10* Вт/см2, показали, что стой-
кость фрез при этом повышается в среднем в 3 раза. Структура
стали в зоне воздействия лазерного излучения должна представ-
лять собой мартенситно-карбидную смесь, так как только такая
структура обеспечивает высокую износостойкость режущего ин-
струмента.
Импульсная лазерная закалка может быть проведена на раз-
личных установках, например, «КВАНТ-16», «Плутон-1» (ЛН-
1,2НО-И1). Энергия импульса лазерного излучения равна 40 Дж,
диаметр «пятна» закалки 5 мм.
Для непрерывного лазерного излучения необходимо оборудо-
вание, работающее в непрерывном режиме. Газовый (СО2) лазер
ЛНГ-702 имеет мощность непрерывного излучения 550 Вт. Ре-
жим облучения нагрева образцов из магниеволитиевого сплава
МА;21: скорость перемещения поверхности детали под лазерным
лучом 9 мм/с, время воздействия излучения на обрабатываемую
поверхность 0,4 с, плотность мощности излучения 0,022 Вт/см2,
диаметр сфокусированного луча на поверхности детали 2 мм.
Глубина упрочненного слоя составила 1 мм. Поверхностная
микротвердость возросла в 1,5—2 раза.
Лазерная термическая обработка может быть проведена не-
посредственно на токарном станке после изготовления детали.
Лазерная головка устанавливается на кронштейнах, закрепленных
на поперечной каретке токарного станка. После окончания токар-
ных работ луч лазера при помощи системы телескопических
труб и поворотных зеркал направляется на обрабатываемую по-
верхность. Поскольку сталь отражает луч лазера, на поверхность
обрабатываемой детали предварительно наносится покрытие с вы-
соким коэффициентом поглощения (черная краска или пленка
коллоидного графита). Устройство для нанесения покрытия уста-
новлено рядом с лазерной головкой.
Луч от СО2-лазера мощностью 600 Вт фокусируется выше
поверхности заготовки. Расстояние от поверхности до фокуса
луча определяется положением поперечной каретки станка.
Меняя расстояние от фокуса луча до поверхности заготовки, мо-
жно получить различную плотность энергии и обеспечить необ-
ходимый нагрев для поверхностной закалки. Твердость закален-
ного слоя после лазерной закалки на несколько единиц превышает
твердость слоя, полученного индукционной закалкой. Термиче-
ская обработка с помощью лазера дает возможность применить
более дешевые низкоуглеродистые стали, а закалка по спирали
поверхностей типа шейки вала уменьшает трение и улучшает
условия смазки в процессе эксплуатации вала.
119
6. НАГРЕВ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ
Псевдоожиженный или кипящий слой применяют,
в некоторых случаях, в металлургической и машиностроительной
промышленности как для скоростного нагрева и охлаждения, так
и химико-термической обработки. Псевдоожиженный слой возни-
кает при продувке потоком газа слоя, состоящего из твердых ча-
стиц, например корунда, кварцевого песка Схема установки
с кипящим слоем показана на рис. 90. В нижней части корпуса /
расположена газораспределительная решетка 5. Пространство
6 под решеткой служит для равномерного распределения потока
газа по патрубкам 3. Если в корпус установки сверху на газо-
распределительную решетку засыпать мелкозернистый материал
и по трубке 4 подать газ, то при определенном расходе газа в про-
странстве 2 над газораспределительной решеткой создается так
называемый кипящий слой. Твердые частицы приобретают под-
вижность, что резко интенсифицирует теплопередачу в слое.
Интенсивная циркуляция частиц выравнивает температуру по
всему объему слоя. Перепад температуры между отдельными точ-
ками составляет не более 5 °C. Коэффициент теплоотдачи от кипя-
щего слоя к нагреваемой поверхности, помещенной в слой, до-
стигает 1000 Вт/(м2-°С) и более.
Пространство под газораспределительной решеткой может
быть, при необходимости, превращено в топку, в которой можно
сжигать топливо с различным коэффициентом расхода воздуха.
При неполном сжигании топлива в газах, проходящих через ки-
пящий слой, может содержаться необходимое количество водорода
и окиси углерода, обеспечивающее безокислительный нагрев ме-
талла.
Газовая среда для кипящего слоя может иметь состав, пригод-
ный для проведения таких процессов, как цементация или нитро-
цементация.
При подаче холодных газов, например воздуха, кипящий
слой может служить для охлаждения деталей. Изменяя темпера-
туру газа в слое, можно создавать условия охлаждения в среде
с необходимой температурой.
На рис. 91 показана шахтная электропечь для отпуска в кипя-
щем слое. Рабочее пространство 9 печи расположено в муфеле 11,
который снаружи обогревается электрическими элементами со-
противления, уложенными в пазы 10 футеровки печи. Корпус 12
печи изготовлен из стального листа толщиной 5 мм. Для кипя-
щего слоя использованы частицы электрокорунда диаметром
0,12 мм. Высота кипящего слоя электрокорунда над газораспреде-
лительной решеткой (подом) 13 составляет 650 мм. Воздух выходит
через патрубки 2. Кипящий слой возникает при расходе воздуха,
равном 65 м3/ч. Скорость воздуха в муфеле при этом составляет
0,2 м/с. Свободное пространство 3 над кипящим слоем представляет
собой отслойную зону высотой 1,5 м, где воздух очищается от
120
Рис. 90. Схема установки с кипящим
слоем
взвешенных частиц. Печь сверху закрыта крышкой 5, в которой
размещен воздухоподогреватель 4. Воздух подается к печи по
гибкому шлангу и затем по трубе 8 попадает в воздухоподогрева-
тель и из него по трубе 7 поступает в пространство 1 в нижней
части муфеля.
При загрузке деталей (массой до 70 кг) в печь крышку печи
вместе с воздухоподогревателем приподнимают и отводят в сторону
с помощью системы рычагов 6. В результате ускоренного нагрева
деталей в кипящем слое время отпуска сокращается по сравнению
с нагревом в обычной печи примерно в 2 раза.
В опытно-промышленной печи для цементации в кипящем слое
производили цементацию втулок трактора. Размеры рабочего
пространства печи соответствовали размерам реторты шахтной
печи Ц-60. Температура цементации 960 °C, масса садки с корзи-
ной 400 кг. В качестве материала кипящего слоя использовали
электрокорунд с размером частиц 0,12 мм. Высота слоя электро-
корунда 1000 мм, расход воздуха 11 м3/ч, расход природного газа
для получения эндогаза 3,85 м3/ч, а для повышения углеродного
потенциала газовой среды 2,65 м3/ч. После насыщения в течение
14 ч был получен слой толщиной 2,2 мм. При цементации в печах
Ц-60 такой слой получают за 20—25 ч. Результаты сравнительных
исследований микроструктуры, твердости, распределения микро-
твердости и концентрации углерода по толщине диффузионной
зоны слоя, а также результаты испытаний на износ показали, что
качество втулок, цементованных как в печи с кипящим слоем, так
и в печи Ц-60, примерно одинаково.
К недостаткам нагрева в кипящем слое следует отнести нерав-
номерность нагрева деталей с большой плоской поверхностью;
вынос с выходящими газами мельчайших частиц; непостоянство
значения углеродного потенциала в кипящем слое при цементации
и, как результат, неравномерность слоя по толщине.
121
7. УСТАНОВКИ ИОННОГО НАГРЕВА
При ионном нагреве используется эффект тлеющего
разряда постоянного тока между катодом и анодом. В качестве
катода используются обрабатываемые детали (валы, шестерни,
режущий инструмент и т. п.), а в качестве анода — стенки камеры
(печи) При тлеющем разряде обеспечивается одинаковая плотность
тока по всей поверхности катода. При давлениях 102—10s Па,
т. е. давлениях, значительно меньших атмосферного, основное
падение потенциала происходит в прикатодной области разряда
толщиной около 1 мм, что и обеспечивает равномерный нагрев
поверхности катода.
Ионный нагрев применяют для азотирования деталей машин
и инструмента, а также их цементации, нитроцементации и бори-
рования, т. е. для получения износостойких и упрочняющих
диффузионных слоев и покрытий.
Схема установки для ионного азотирования показана на рис. 92.
Установка состоит из двух вакуумных нагревательных камер,
источника электропитания, вакуумной системы и газоприготови-
тельной системы. Вакуумные печи работают поочередно. После
загрузки деталей в печь (на подвеске) включаются вакуумные на-
сосы и в печи создается необходимое давление. При подаче напря-
жения на катод и анод печи силу тока доводят до заданной —
начинается процесс нагрева поверхностного слоя деталей. При
подаче в печь диссоциированного аммиака происходит процесс
насыщения поверхности деталей азотом.
Вытяжная Вентиляция
Рис. 92. Схема установки ионного азотирования ОКБ 1566
l'?, нагРевательные камеры; 3 — подвеска для деталей, 4 — термоэлектонческий
нсто?ннк°пн«ння °вРабать,8аемые Деталн; 6. 7 - разъединитель 8 тиристорный
товытельная Остановка; 7/°1 ~7уР^Н ИРДГХЛ“Р°“““Я Те“Пера1^“- 10 ~ ^зопрнго-
122
Т а б л и ц а 33. Основные технические данные установок ионного азотирования,
разработанных ВНИИЭТО
Показателе НГВ-6.6/-И1 ОКБ-1566 НШБ- 20.24/6-И1 НШБ- 28,7/6-И! 1
Установленная мощ- 67 170 650 650
ность, кВ-А Размеры рабочего про- странства, мм: диаметр 600 900 2000 2800
высота 600 1200 2400 700
Число нагревательных 1 2 1 2
камер, шт. Напряжение питающей 0,38 0,38 6 или 10 6 или 10
сети кВ Масса загрузки, кг 50 500 2500 1000
Параметры процесса определяются заданной структурой азоти-
рованного слоя, его толщиной, маркой стали и т. д Обычно тем-
пература процесса находится в пределах 470—560 °C, давление
10—1000 Па, напряжение тлеющего разряда 400—1100 В, время
выдержки деталей в печи колеблется от нескольких минут до 24 ч.
При ионном азотировании резко снижается коробление дета-
лей, уменьшается хрупкость азотированного слоя, упрощается
защита поверхности детали, не подвергаемая азотированию. Ско-
рость насыщения азотом (при небольших слоях) в этом случае
выше в 5—10 раз, чем при азотировании в обычной печи.
Основные технические данные некоторых установок ионного
азотирования, разработанных ВНИИЭТО и изготовляемых за-
водами Министерства электротехнической промышленности СССР,
приведены в табл. 33.
ГЛАВА 8. ЗАКАЛОЧНЫЕ БАКИ И МАШИНЫ
К оборудованию, предназначенному для охлаждения
при закалке, относят немеханизированные и механизированные
закалочные баки, в которых детали охлаждаются в свободном
состоянии, закалочные прессы, закалочные и гибозакалочнЫе
машины, в которых детали (шестерни, валы, листы, рессоры)
закаливаются в зажатом состоянии.
I. закалочные баки
Различают два вида закалочных баков: немеханизИ-
рованные и механизированные.
Немеханизированный закалочный бак представляет собой ем-
кость цилиндрической или прямоугольной формы. Бак сваривают
123
из листовой низкоуглеродистой стали толщиной 4—6 мм. В тер-
мических цехах применяют небольшие закалочные баки для за-
калки мелких и средних деталей. Размеры баков в плане (в мм):
60x700, 700x1200. Глубина баков около 1000 мм. В немехани-
зированных баках все процессы по передаче деталей в бак, пере-
мещению в баке и выдаче их из бака выполняют вручную. Ориен-
тировочный объем закалочной жидкости в баке составляет 15 л
на 1 кг охлаждаемых деталей Для крупных деталей (штампы,
валы и т. п.) размеры закалочных баков могут достигать несколь-
ких метров. Расчет размеров закалочного бака может быть выпол-
нен, если известны количество теплоты, вносимое горячим ме-
таллом, и допустимый перегрев охлаждающей среды. Металл
(детали, поддоны, приспособления) при закалке отдает закалочной
среде следующее количество теплоты:
Qm = (См^ы — См^м) WIm,
где См и См — средняя теплоемкость металла при /и и
Дж/(кг-К); й и — начальная и конечная температура ме-
талла, °C; тм — масса металла, кг.
Эта теплота поглощается закалочной средой, масса которой
(в кг):
П1з. С = Qm/(Cs С^З С - Сз. с^з. с)»
где Сз. с и Сз с — средняя теплоемкость закалочной среды при
t".c и ts с, Дж/(кг-К); £ с и /з с — начальная и конечная темпе-
ратура закалочной среды, °C, обычно с—с < 20 °C.
Таким образом, если известна масса охлаждаемого металла,
легко определить массу закалочной среды, а зная ее плотность, —
ее объем. При определении объема закалочного бака и его размеров
следует учитывать, что для обеспечения равномерных условий
охлаждения деталей над ними и под ними должен быть слой за-
калочной жидкости толщиной не менее 100 мм. Кроме того, уровень
закалочной жидкости должен быть от края бака на расстоянии не
менее, чем 100—150 мм.
Для закалки деталей, нагретых в камерных толкательных
печах, применяют баки (рис. 93) с механизированным переме-
щением закалочного стола, на который устанавливается поддон
с нагретыми деталями. При помощи пневматического подъемника
стол может опускаться и подниматься в баке.
Механизированный закалочный бак (рис. 94) конструкции
ЗИЛа предназначен для печи с защитной атмосферой. Закалочный
бак имеет механизм для передачи поддонов, поступающих из
печи, систему регулирования температуры закалочной среды
и систему поддержания постоянного уровня закалочной среды.
Закалочный бак устанавливается в приямок, расположенный на
разгрузочной стороне печи. Тамбур закалочного бака соеди-
няется с разгрузочным тамбуром печи.
124
Рис. 93. Закалочный бак с механизированным перемещением стола:
1 — стол; 2 — штанга; 5 — кран; 4 — цилиндр; 5 — направляющая; б — втулка стола;
7 — бак; 8 — трубопровод
Механизмы для передачи поддонов с деталями состоят из
закалочного и разгрузочного столов, переталкивателя поддонов
и сталкивателя поддонов. Закалочный стол 22 соединен штангой 30
с гидроцилиндром 14. На закалочном столе установлены ролики,
вращающиеся при его вертикальном перемещении в баке. Ролики
катятся по направляющим 18, прикрепленным к баку.
При подаче в нижнюю полость гидроцилиндра масла штанга,
являющаяся продолжением штока цилиндра, поднимается вверх
и тянет за собой закалочный стол. В крайнем верхнем положении
верхняя часть закалочного стола находится в тамбуре, т. е. выше
уровня закалочной среды. В крайнем нижнем положении верхняя
часть стола вместе с находящимися за ней поддоном и закаливае-
мыми деталями оказывается погруженной в закалочную среду.
Конструкция разгрузочного стола аналогична конструкции
закалочного стола. В верхней части разгрузочного стола установ-
лены четыре стойки 26, выполняющие роль подъемников крышки 1,
закрывающей разгрузочное окно закалочного бака. При движении
стола вверх стойки упираются в крышку и приподнимают ее над
баком на ^достаточную высоту, обеспечивающую снятие поддона
со стола. При опускании разгрузочного стола крышка остается
на разгрузочном окне, а стол уходит в бак.
Перемещение поддона с закалочного стола на разгрузочный
стол осуществляется переталкивателем 21. Переталкиватель со-
125
A-A
Рис. 94. Механизированный закалочный бак:
а — план; б — поперечный разрез; в — продольный разрез; / — крышка; 2. 7. /5, 14 —
гидроцнлнндр; 3 — фланец; 4 — тамбур; 5 — смотровое окно; 6 — ремонтное окно; 8 —
нагреватель; 9 — теплообменник; 10 — слнвная труба; 11 — напорная труба; 12 — дви-
гатель насоса; 15 — сталкнватель поддонов; 16 — стенка; /7. 18, 19 — направляющая;
20 — короб; 21 — переталкнватель поддонов; 22 — закалочный стол; 23, 30 — штанга;
24 — разгрузочный стол; 25 — упор; 26, 27 — стойка; 28 — циркуляционный короб;
29 — подпиточный бак; 31 — слнвное отверстие; 32 — теплоизоляция
единен специальной цепью, расположенной в направляющей 19,
с гидроцилиндром 7. При включении шток гидроцилиндра 7
проталкивает цепь по направляющей 19 и переталкнватель на-
чинает перемещаться в горизонтальном направлении из крайнего
правого положения, как это показано на рис. 94, в сторону раз-
грузочного стола. Для перемещения переталкивателя преду-
смотрены направляющие, расположенные как на закалочном столе,
так и между двумя столами. Точная установка поддона на раз-
грузочном столе достигается упором 25.
Закаленные детали из закалочного бака в моечную машину
передаются сталкивателем поддонов 15. Сталкнватель соединен
со штоком гидроцилиндра 13 и движется по направляющей 17.
126
В закалочном баке данной конструкции могут одновременно
находиться два поддона. Один на закалочном столе, а второй на
разгрузочном столе. Время нахождения закаливаемых деталей
в баке в этом случае в 2 раза превышает продолжительность тол-
кания поддонов в печи. Это имеет большое значение, если поддоны
выходят из печи через 5—6 мин, т. е. когда мало времени для пол-
ного охлаждения деталей.
Перед началом цикла все механизмы закалочного бака дол-
жны занимать исходное положение, которое показано на рис. 94.
Вначале поднимается разгрузочный стол и после того, как
он достигнет верхнего положения, включается сталкнватель под-
донов. Поддон с разгрузочного стола передвигается сталкивателем
к моечной машине. Сталкнватель поддонов возвращается в исход-
ное положение и пустой разгрузочный стол опускается в бак.
Когда разгрузочный стол окажется в нижнем положении, включа-
ется переталкиватель поддонов. Он перемещает поддон с закалоч-
ного стола на разгрузочный стол и возвращается в исходное поло-
жение. После этого пустой закалочный стол поднимается в край-
нее верхнее положение. Верхняя плоскость стола оказывается на
одном уровне с направляющими печи и поддон с деталями вытал-
кивается из печи на закалочный стол. Когда заслонка закроет
разгрузочное окно печи, закалочный стол опускается в бак и на-
чинается процесс охлаждения деталей.
Равномерное охлаждение деталей достигается интенсивной
циркуляцией закалочной среды. Из распределительного короба
поток закалочной среды направляется на закаливаемые детали.
В распределительном коробе установлены три перегородки, обе-
спечивающие равномерный выход закалочной среды по всему
периметру короба. Распределительный короб соединен с циркуля-
ционным коробом 28, в котором установлен осевой насос, приводи-
мый во вращение двигателем 12.
Закалочная среда подогревается девятью электрическими нагре-
вателями 8, опущенными через отверстия в крышке бака. Электро-
нагреватели включаются только тогда, когда температура закалоч-
ной среды ниже установленной. Когда температура закалочной
среды превышает заданную, включается насос и закалочная среда
пропускается через теплообменник 9, охлаждаемый проточной
водой Постоянный уровень в баке поддерживается подачей зака-
лочной среды из подпиточного бака, отделенного от закалочного
бака разделительной стенкой 16.
В тамбуре имеется смотровое окно 5, через которое можно на-
блюдать перемещение поддона из печи на закалочный стол. Дос-
туп в тамбур после удаления из него защитной атмосферы возмо-
жен через ремонтное окно 6, герметично закрываемое крышкой.
Конвейерные закалочные баки применяют в автоматических
и поточных линиях термической обработки. В конвейерных баках
охлаждаются детали, поступающие из закалочных и отпускных
печей. Конвейерные баки устанавливают относительно печей та-
127
ким образом, чтобы нагретые до нужной температуры детали по-
падали на ленту конвейера, расположенную ниже уровня закалоч-
ной среды.
Конвейерные закалочные баки имеют стальной сварной кор-
пус, в котором размещен пластинчатый конвейер. Ведущий вал
конвейера и механизм, вращающий его, расположены над баком,
а ведомый вал и подшипники, в которых он вращается, находятся
в нижней части бака. Лента конвейера собирается из отдельных
пластин, прикрепленных к двум цепям. На ведущем валу кон-
вейера посажены две звездочки, тянущие цепи и, следовательно,
ленту конвейера. Две звездочки ведомого вала обеспечивают фикси-
рованное расположение ленты конвейера относительно оси бака.
Верхняя ветвь конвейера движется по направляющим, при-
варенным к боковым стенкам бака, а нижняя ветвь, как правило,
висит свободно, что обеспечивает необходимое натяжение ленты
конвейера.
Плоскость конвейера, на которую падают детали из печи, рас-
полагается ниже уровня закалочной среды на 700—1000 мм.
Детали массой до 3 кг падают из печи прямо на ленту конвейера.
Более тяжелые детали, чтобы не разрушить пластины ленты кон-
вейера, при падении из печи вначале попадают на лоток и уже
с него — на ленту конвейера. Лоток устанавливается на 250—
300 мм выше ленты конвейера.
Скорость движения конвейера в баке зависит от времени ох-
лаждения деталей. Скорость конвейера регулируют изменением
передаточного числа приводного механизма. Во избежание на-
громождения деталей и неравномерности их охлаждения скорость
конвейера бака должна быть в 2—3 раза больше, чем скорость
движения деталей в печи. Скорость конвейера зависит и от типа
закалочной среды. При закалке в масле скорость конвейера в 2—
3 раза меньше, чем при закалке в воде.
Охлаждение закалочной среды в баке происходит или непо-
средственно в баке, или в отдельно стоящем теплообменнике.
Для выравнивания температуры закалочной среды в баке
место забора в теплообменник и место слива охлажденной среды
выполняются на противоположных сторонах бака. В конвейерных
закалочных баках для интенсификации процессов охлаждения
закаливаемых деталей в ряде случаев устанавливают лопастные
насосы. Насосы располагают таким образом, чтобы создаваемый
ими поток направлялся в ту часть бака, куда поступают детали из
печи.
На рис. 95 показан закалочный бак с пластинчатым конвейером.
В качестве закалочной среды может быть использована вода или
масло. При закалке в воде температура в баке регулируется не-
прерывной подачей воды по трубе 3. Вода из бака удаляется через
окно 7. Данная система удаления закалочной среды обеспечивает
поддержание постоянного уровня воды в баке. Расход воды регу-
лируется в зависимости от производительности печи. Датчик
128
Рис. 95. Конвейерный закалочный бак:
/ — ведомый вал; 2 — лоток; 3 — труба; 4 — клапан; 5 — направляющая; б — ведущий
вал; 7 — переливное окно; 8 — люк; 9 — сливная труба
температуры, погруженный в закалочную среду, управляет кла-
паном 4, установленным на трубе, подающей холодную воду.
Для предохранения пластин конвейера от ударов деталей,
падающих из печи, в баке установлен лоток 2. После слива закалоч-
ной среды через трубу 9 можно, не разбирая ленты конвейера,
через люк 8 удалить из бака окалину, детали, ссыпавшиеся с кон-
вейера.
2. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДОГРЕВА, ОХЛАЖДЕНИЯ,
ПЕРЕМЕШИВАНИЯ И ОЧИСТКИ ЗАКАЛОЧНЫХ СРЕД
Устройства для подогрева. Для подогрева закалоч-
ных сред используются пар, газообразное топливо и электрическая
энергия.
При подогреве закалочных сред паром в закалочном баке
размещают змеевик из стальных труб. Температура закалочной
среды регулируется автоматически путем изменения расхода пара
через змеевик. Как правило, подогрев закалочной среды необ-
ходим только в начальный период работы печи. В дальнейшем,
когда в закалочный бак начинают поступать горячие детали из
печи, из-за избытка теплоты температура закалочной среды на-
чинает повышаться, система подогрева отключается.
В ряде случаев для подогрева закалочных сред использу-
ется природный газ. Сжигание природного газа осуществляется
в радиационной трубе, погруженной в закалочную среду. В радиа-
ционных трубах устанавливают инжекционные однопроводные
или двухпроводные горелки. Температура закалочной среды регу-
лируется автоматически. При температуре среды ниже заданной
5 Долетев Г. П
129
горелка работает на полную мощность, при температуре среды,
превышающей заданную, горелка отключается.
Наибольшее распространение для подогрева закалочных сред
получили электрические нагреватели, особенно трубчатые элект-
рические нагреватели ((ТЭНы). Электрические нагреватели обы-
чно опускаются в закалочный бак сверху, что позволяет отказа-
ться от дополнительных отверстий в стенах бака, через которые
возможна утечка закалочной среды.
Устройства для подогрева сред целесообразно устанавливать
таким образом, чтобы прогревались нижние слои закалочной среды,
что улучшает перемешивание среды путем ее естественной кон-
векции.
Устройства для охлаждения Для охлаждения масла, исполь-
зуемого в качестве закалочной среды, применяют различные кон-
струкции теплообменных устройств. Горячее масло охлаждается
водой или воздухом. В теплообменном устройстве охлаждаемая
и охлаждающая среды разделены герметичной перегородкой,
через которую и осуществляется передача теплоты.
В зависимости от интенсивности тепловыделения в закалочном
баке используются теплообменники различной мощности. При
охлаждении масла непосредственно в закалочном баке приме-
няют баки с двойными стенками, между которыми пропускает-
ся проточная вода. В ряде случаев в закалочный бак опус-
каются змеевики, сваренные из стальных труб и охлаждаемые
водой.
Большой интенсивности охлаждения масла можно добиться
путем повышения скорости его движения относительно охлажда-
емой поверхности. С этой целью масло из бака отсасывается насо-
сом и под давлением подается в трубчатый теплообменник, охла-
ждаемый водой. Проходя через теплообменник, масло, соприка-
саясь с трубами, охлаждается и направляется в закалочный бак.
Подобные маслоохладительные установки работают в автоматиче-
ском режиме. При температуре масла в закалочном баке, не пре-
вышающей заданную температуру, маслоохладитель не работает.
При нагреве масла выше заданной температуры включается насос
и масло начинает подаваться в маслоохладитель. Одновременно
в маслоохладитель начинает поступать холодная вода. Во время
работы маслоохладителя давление масла в нем поддерживается
всегда большим, чем давление охлаждающей воды.
На рис. 96 показан трубчатый маслоохладитель, охлаждаемый
проточной водой. Маслоохладитель состоит из наружного кор-
пуса 3, трубчатого теплообменника 5, водораспределителя /
и водяного кожуха 2. Наружный корпус крепится к трубчатому
теплообменнику при помощи фланцевого соединения. На боковой
поверхности наружного корпуса имеется два отверстия для по-
дачи горячего масла и слива охлажденного масла
Трубчатый теплообменник представляет собой пучок труб,
один конец которых приварен к фланцу теплообменника, а другой
130
Подача
воды
Рис. 96. Трубчатый маслоохладитель
имеет заваренные донышки. На пучок труб надеты перегородки 4,
расположенные равномерно по длине теплообменника.
Водораспределитель состоит из герметичной коробки, в ко-
торую из сети подается холодная вода, и пучка труб, по которым
вода поступает в трубы теплообменника. В каждой трубе тепло-
обменника находится труба водораспределителя. Маслоохладитель
работает следующим образом. Горячее масло поступает в корпус
и заполняет все пространство между трубами теплообменника.
Перегородки теплообменника заставляют поток масла проходить
по извилистому пути, что обеспечивает лучшие условия тепло-
передачи от масла к трубам теплообменника. По мере движения
масло охлаждается и из корпуса выходит уже охлажденное масло.
Вода, поступающая из сети, направляется по трубам водо-
распределителя к заглушенному концу труб теплообменника.
Холодная вода, соприкасаясь с горячей поверхностью трубы
теплообменника, охлаждает ее. Вода из теплообменника удаля-
ется по кольцевому зазору между трубами водораспределителя и
теплообменника. По выходе из теплообменника вода из труб по-
ступает в водосливный кожух и оттуда направляется в канали-
зацию.
В данном теплообменнике пространство, заполняемое охлаж-
дающей водой, всегда остается открытым и соединяется с атмос-
ферой . Это сделано для того, чтобы давление воды в теплообменнике
ни при каких условиях не могло быть большим, чем давление
масла, и вода не смогла бы попасть в ту часть маслоохладителя,
где находится масло. Конструкция маслоохладителя позволяет
вынимать трубчатый теплообменник из наружного корпуса и
производить чистку и промывку теплопередающей поверхности.
Отечественной промышленностью серийно изготовляются мас-
лоохладители (табл. 34) барабанные (рис. 97) типа МБ (со сталь-
ным сварным корпусом) и типа МБМ (с литым основанием корпуса).
5*
131
А-А
Рис. 97 Маслоохладитель барабанный типа МБ
В индексе маслоохладителей приводятся площадь поверхности
охлаждения (в ма) и расход охлаждаемого масла (в м®/ч). Напри-
мер, маслоохладитель МБ-25-37 имеет площадь поверхности ох-
лаждения 25 мг и может охладить до 37 м3 масла в час.
Маслоохладитель выполнен однокорпусным, прямотрубным,
вертикальным и состоит из следующих основных узлов: трубной
системы (барабана) 3, стального корпуса 4 с патрубками 2 и 5
для входа и выхода масла, верхней водяной камеры 1 и нижней
водяной камеры 6 (основание маслоохладителя) с патрубками 7
и 8 для входа и выхода воды. В маслоохладителе вода проходит
по четырем участкам. Поэтому верхняя водяная камера разделена
перегородкой на два отсека, а нижняя — на три. Нагретое масло,
поступая в маслоохладитель, направляется перегородками (часть
перегородок имеет в центре отверстие для прохода масла) и дви-
жется в продольно-поперечном направлении сверху вниз.
Кроме трубчатых теплообменников широко применяют плас-
тинчатые теплообменники (табл 35). В современных пластинчатых
теплообменниках используются сложные формы теплопередаю-
щих поверхностей, что увеличивает турбулизацию потока и,
соответственно, теплопередачу. Пластинчатые теплообменники
состоят из набора тонких (1—1,2 мм) штампованных теплопереда-
132
Таблица 34. Основные технические данные маслоохладителей типа МБ
и МБМ
Показатели МБ-20-30; МБМ-20-30 МБ-25-37; МБМ-25-37 МБ-40-60; МБМ-40-60 МБ-63-90; МБМ-63-90
Площадь поверхности охлаждения, м’ 21 25 43 66
Расход, м8/ч: масла 30 37 60 90
воды (номинальный) 36 45 72 108
Температура масла, °C: на входе в маслоохладитель 55 55 55 55
на выходе из маслоохладителя 45 45 45 45
Температура воды, °C: на входе в маслоохладитель 33 33 33 33
на выходе из маслоохладителя 37 37 37 37
Рабочее давление, кПа: масла 50 50 50 50
воды 35 35 35 35
Гидравлическое сопротивление, кПа. по маслу 9 9 9 9
по воде 1,6 1,6 1,6 1,6
Размеры (см. рис 97), мм 2230 2480 2200 2950
Я2 1150 1595 1165 1890
Н„ 815 815 1025 1025
Ht 452 452 565 565
Hi 175 175 225 225
на 135 135 180 180
Di 210 210 295 295
D, 530 530 720 720
Ds 210 210 240 240
Таблица 35 Основные технические данные пластинчатых
теплообменников ТПР0.5Е
Показатели ТПР0.5Е-10 ю сч ш ю о СХ С ТПР0.5Е-16 ТПР0.5Е-20 ТПР0.5Е-25
Площадь поверхности теп- 10 12,5 16 20 25
лообменника, м2
Число пластин в теплооб- 20 24 32 40 48
меннике
Размеры (см. рис 98), мм:
730 760 795 835 890
£г 500 500 570 570 570
L3 100 140 170 210 250
Масса, кг 618 645 690 750 816
133
Рис. 98. Пластинчатый тепло-
обменник
ющих пластин с гофри-
рованной поверхностью,
сжатых в пакет между
прочными фланцами при
помощи болтовых сое-
динений По образован-
ным между пластинами
щелевидным каналам
движутся противотоком
из соответствующих
коллекторов жидкости
(охлаждаемая и охлаж-
дающая). Температура
применения пластинча-
тых теплообменников
зависит от материала
пластин и прокладок, уложенных между пластинами. Прокладки
из специальных сортов резины применяют до 200 °C, прокладки из
паронита — до 300 °C.
Пластинчатый разборный теплообменник типа ТПР показан
на рис. 98.
На рис. 99 приведена схема соединения маслоохладителя с за-
калочным баком. Датчик температуры масла 8 в закалочном
баке 7 управляет включением и отключением двигателя 5 масля-
ного насоса 4. Клапан /, установленный на трубопроводе подачи
воды в маслоохладитель 3, регулирует расход воды в зави-
симости от температуры масла. Давление масла и воды в масло-
охладителе контролируется манометрами 2 и 6.
В термических цехах наряду с индивидуальными маслоохла-
дительными установками приме-
няют и центральные маслоох-
ладительные установки или
станции. Охлажденное масло из
центральной маслоохладитель-
ной станции по трубопроводу
поступает в закалочные баки
различных печей. Масло посту-
пает в баки непрерывно и тем
самым обеспечивается постоян
ная температура закалочной
среды. Через переливное отверс-
тие масло сливается из бака
Рис. 99. Схема соединения маслоохла-
дителя с закалочным баком
134
Рис. 100. Схема центральной маслоохладительной установки
в обратную магистраль и насосами прогоняется через фильтры
и маслоохладители.
Схема такой установки показана на рис. 100. Масло из зака-
лочных баков, расположенных в цехе, поступает по трубопроводу 1
в трехсекционный бак 8, затем в фильтры 9 и маслоохладители 4.
Для перекачки масла предназначены насосы 2, один из которых
резервный. Охлажденное масло поступает к закалочным бакам
по трубопроводу 3. Отработанное масло из системы удаляется на-
сосом 5. Свежее масло в систему подается по трубопроводу 6.
Приемная воронка 7 расположена вне помещений цеха.
Центральные маслоохладительные станции, как правило, рас-
полагаются на значительном расстоянии от закалочных баков,
а индивидуальные маслоохладители монтируют в непосредствен-
ной близости от печи.
Устройства для перемешивания. От условий охлаждения дета-
лей в закалочном баке зависит как степень деформации отдельных
деталей, так и разброс значений твердости деталей, находящихся
в различных местах садки. Устройства для перемешивания зака-
лочной среды как раз и предназначены для создания одинаковых
условий охлаждения деталей при закалке. Чем равномернее поле
скоростей движения закалочной среды относительно закаливаемых
деталей по всему сечению садки (поддона), тем стабильнее ре-
зультаты термической обработки.
В промышленности применяют различные конструкторские
решения, обеспечивающие получение достаточно равномерного
охлаждения. В наиболее простом случае в качестве перемеши-
вающего устройства используют крыльчатку вентилятора, вра-
щающуюся в закалочной среде в непосредственной близости
от закаливаемых деталей (рис. 101, а). Эта схема перемеши-
вания закалочной среды вполне приемлема, когда детали на
поддоне расположены редко и между ними имеются боль-
шие зазоры, достаточные для прохождения большего количества
закалочной среды. Однако, когда детали на поддоне расположены
плотно друг к другу, поток закалочной среды, направляемый
крыльчаткой на детали, встречая на своем пути сопротивление
135
a) 6)
Рис. 101. Схемы устройства перемешивания закалочной среды-
а — без подающего короба; б —* с подающим коробом
(детали на поддоне), отклоняется в сторону, а через садку про-
ходит только его незначительная часть. Охлаждение деталей,
находящихся в разных частях садки, различно: детали, на кото-
рые набегает поток, охлаждаются интенсивно и имеют высокую
поверхностную твердость, а детали, находящиеся в глубине
садки, охлаждаются с меньшей скоростью и имеют меньшую твер-
дость.
Более равномерный поток закалочной среды через садку обе-
спечивается при наличии в баке системы принудительно направ-
ленной циркуляции (рис. 101, б). В этом случае весь поток зака-
лочной среды, направляемый крыльчаткой 4 в подающий короб 5,
поступает к поддону 1 и проходит через садку 2. Равномерное
распределение потока по сечению короба обеспечивается установ-
кой распределителей 6 потока. При закалке поддон, опускаясь
в закалочный бак, оказывается в шахте 3, соединенной с подаю-
щим коробом. Расстояние от поддона до стенок шахты небольшое
(20—30 мм), что обеспечивает гарантированное прохождение по-
тока через весь объем садки.
Для уменьшения потери давления при движении закалочной
среды по подающему коробу, в ряде случаев, крыльчатку вентиля-
тора располагают как можно ближе к закаливаемым деталям.
На рис. 102 показана часть закалочного бака 10 с устройством для
перемешивания закалочной среды. Крыльчатка 9 вентилятора
установлена рядом с коробом 11. Равномерное распределение
потока закалочной среды по сечению короба обеспечивается рас-
пределителями 1. Вращение крыльчатки производится электродви-
гателем 4 при помощи вертикального вала 5 и двух конических
шестерен 7 и 8. Вентилятор для перемешивания закалочной среды
устанавливается в верхней части бака, где имеется окно с флан-
цем, к которому крепится фланец 2 вентилятора. Кронштейн 3
вентилятора опускается в закалочную среду на такую глубину,
чтобы ось крыльчатки расположилась точно по оси короба 11.
Жесткость той части вентилятора, где находятся крыльчат-
136
ка и конические шестерни, обеспечивается конструкцией кор-
пуса 6.
Устройства для очистки. В процессе эксплуатации закалоч-
ных баков происходит загрязнение закалочной среды. Основные
виды загрязнений — это окалина, частицы сажи, смолистые сое-
динения и вода. Окалина попадает в закалочный бак с деталями,
нагретыми в окислительной атмосфере. Это имеет место как при
обычном нагреве в атмосфере воздуха или продуктов горения
топлива, так и в печах с контролируемой атмосферой, когда в пе-
риод наладки или ремонта в печь проникает избыточное количе-
ство кислорода. Частицы сажи попадают в закалочную среду та-
кже с деталями. Если детали поступают в печи не очищенными от
масла, то при нагреве это масло частично коксуется на поверхно-
сти детали, а попадая в закалочный бак, загрязняет его. При подаче
в печи для цементации и нитроцементации избыточного количе-
ства метана наблюдается обильное выделение сажи и часть ее
с деталями выносится в закалочный бак.
Смолистые соединения образуются при перегреве масла, явля-
ющегося закалочной средой, при контакте с раскаленными дета-
лями, поступающими из печи.
Вода может попадать в закалочный бак с маслом как
через возможные неплотности в системе охлаждения за-
калочной среды, так и с самой закалочной средой.
Очистка баков от окалины вручную — тяже-
лая и малопроизводительная работа. Для меха-
низации этой операции на некоторых баках уста-
навливают или шнековый транспортер, или скреб-
ковый конвейер, которые работают непрерывно
и выносят из бака окалину по мере ее накоп-
применяют
ления. Для очистки от окалины
устройства, снабженные магнитами.
Наиболее совершенную
очистку закалочной среды
обеспечивают центробеж-
ные маслоочистительные
установки. В этих уста-
новках закалочная среда
непрерывно отбирается из
бака, проходит через очис-
тительную установку и
вновь сливается в него.
При центробежном способе
очистки закалочная среда
очищается полностью от
Рис. 102 Часть закалочного
бака с устройством для переме-
шивания закалочной среды
137
Рис. 103. Маслоочистительная станция ПСМ-3000.
1 — фильтр-пресс: 2 — трубопровод; 5 — шестеренчатый иесос; 4 — центробежный сепа-
ратор; 5 — подогреватель масла; 6 — пульт управления; 7 — вакуум-насос; 8 — тележка
всех взвешенных частиц, что решает одновременно проблему со-
хранения постоянных закалочных свойств среды. Для очистки
от воды применяют подогрев закалочной среды и последующее ее
вакуумирование.
На рис. 103 показана маслоочистительная установка ПСМ-3000,
а на рис. 104 — схема ее работы. Все агрегаты установки: подо-
138
греватель масла, вакуум-насос, центробежный сепаратор, фильтр-
пресс и др. смонтированы на тележке, что позволяет, при необ-
ходимости, перемещать установку к необходимому объекту
очистки. Пропускная способность установки 3000 л/ч при вса-
сывании масла с глубины до 2,5 м.
Установка предназначена для очистки минеральных масел
от механических примесей и воды. Потребляемая мощность сепара-
тора составляет 5,5 кВт, а электроподогревателя — 3,5 кВт.
После двух циклов сепарации масло должно содержать загрязне-
ний не более 0,0005 %, а воды не более 0,08 %. Частота вращения
барабана сепаратора 6600 мин-1, диаметр барабана 370 мм,
высота 200 мм.
Последовательность очистки масла в установке описана ниже.
Грязное масло засасывается шестеренчатым насосом 9 через
фильтр 1 грубой очистки из закалочного бака или маслохрани-
лища и нагнетается в электроподогреватель 4. В результате не-
посредственного контакта с нагревателями 6 масло подогревается
до температуры 55—60 °C. Если температура масла, поступаю
щего из закалочного бака, уже имеет эту или более высокую тем-
пературу, то нагреватель отключают. Из подогревателя масло
поступает в сепаратор 3 (по центру оси барабана). Попадая во
вращающийся барабан, неочищенное масло через отверстия в дис-
кодержателе вытесняется на вращающиеся разделительные та-
релки, где происходит отделение от масла различных загрязне-
ний и воды. Очищенное масло сливается в вакуум-бачок 5 элект
ронагревателя, где под действием разряжения испаряется остав
Рис. 104. Схема работы маслоочистительной станции ПСМ-3000
1 — фильтр грубой очистки; 2 — фильтр-пресс; 3 — сепаратор; 4 — подогреватель; 5 —
вакуум-бачок; 6 — электронагреватель; 7 — вакуум-насос; 8Х 9 — шестеренчатый насос
139
шаяся в масле вода. Водяные пары из вакуум-бачка отсасываются
вакуум-насосом 7, а окончательно обезвоженное масло шестерен-
чатым насосом 8 подается или прямо в закалочный бак или, если
требуется дополнительное осветление его, через фильтр-пресс 2.
3. ЗАКАЛОЧНЫЕ МАШИНЫ И ПРЕССЫ
Закалочные машины и прессы предназначены для
уменьшения коробления и деформации деталей при закалке. Такие
детали, как шестерни заднего моста автомобиля, валики, рессоры
ит. п., при обычной закалке имеют повышенную деформацию
В связи с этим подобные детали в горячем состоянии зажимаются
в специальном приспособлении и затем погружаются в закалочную
среду.
В закалочных прессах и машинах закаливаемая деталь зажи-
мается в штампе. Штамп для закалки шестерен состоит из двух
частей. Нижняя часть устанавливается на стол закалочного
пресса, а верхняя часть
Рис. 105 Пресс для закалки
шестерен
крепится к штоку цилиндра, размещен-
ного над столом пресса. Поверхность
штампа, соприкасающаяся с закаливае-
мой шестерней, точно соответствует ее
профилю. В штампе сделаны отверстия
для равномерной подачи закалочной
среды на шестерню.
На рис. 105 показан пресс для
закалки шестерен заднего моста авто-
мобиля и больших колец диаметром
170—630 мм Нижняя 3 часть штампа,
состоящая из плиты и установленной на
ней втулки, смонтирована на столе 1
пресса. Втулка штампа состоит из от-
дельных сегментов, имеющих возмож-
ность перемещения по плите штампа.
Закалка шестерен производится сле-
дующим образом. Закаливаемая шестер-
ня укладывается на нижнюю часть
штампа, после чего пневматический
цилиндр 5 прижимает верхнюю 4 часть
штампа к шестерне. При опускании
верхней части штампа пуансон, распо-
ложенный на его оси, входит в сег-
ментную втулку и раздвигает сегменты
до упора, прижимая их к шестерне.
При сбрасывании воздуха из цилиндра 2
стол вместе со штампом и зажатой в
нем шестерней опускается вниз и ока-
зывается ниже уровня закалочной сре-
ды Закалочное масло непрерывно по-
140
ступает по трубе 8 в нижнюю часть пресса, заполняет внутрен-
нее пространство стола и (когда стол находится в верхнем по-
ложении) через отверстия в его боковой стенке перетекает в
резервуар 7, заполняет его до сливного уровня и удаляется через
сливное отверстие по трубе 6
При опускании стола с закаливаемой шестерней в масло слив-
ные отверстия в боковой стенке стола оказываются перекрытыми
и масло в. резервуар поступает через щели в сегментной втулке
нижней части штампа. Направленная подача масла на шестерню
обеспечивает необходимую скорость закалки. Производительность
пресса составляет 40—50 шестерен в час
Закалочная машина для осевых деталей, например кулачко-
вых валиков двигателя, имеет две траверсы На нижней траверсе
установлены два вала, вращаемые специальным приводом. На
верхней траверсе установлен прижимной вал, свободно вращаю-
щийся в своих подшипниках. Валы, установленные на траверсах,
имеют профиль, позволяющий зажимать закаливаемую деталь
в необходимых местах.
Горячая деталь укладывается на вращающиеся валы нижней
траверсы, после чего верхняя траверса опускается вниз и зака-
ливаемая деталь зажимается между тремя вращающимися валами.
В таком положении деталь вместе с траверсами опускается в за-
калочную среду. В процессе охлаждения вращение валов продол-
жается. Вращается и закаливаемая деталь.
На рис. 106 показана машина для закалки кулачковых вали-
ков двигателей внутреннего сгорания. Время охлаждения валика
в штампе 1—1,5 мин.
Закалочный шестипозиционный гидравлический пресс модели
ВС-100, разработанный и изготовленный на 15 ГПЗ (рис. 107),
предназначен для малодеформационной термической обработки
под нагрузкой наружных колец конических роликоподшипников
из сталей UIX15 и ШХ15СГ. Пресс встраивают в автоматическую
линию термической обработки колец, где он работает совместно
с ручьевой печью, в которой кольца нагреваются под закалку
в атмосфере защитного газа.
Закалка колец осуществляется в два этапа: сначала охлажде-
ние в масляной ванне до 225—240 °C, затем в штампах под на-
грузкой до 90—ПО °C. При охлаждении под нагрузкой произ-
водится исправление короблений кольца (овал внутреннего диа-
метра, искажения угла корпуса), возникающих в процессе нагрева
и охлаждения. Пресс имеет три самостоятельных двухпозицион-
ных блока, каждый из которых может работать в автономном
технологическом режиме. Наружный диаметр закаливаемых ко-
лец 85—100 мм, продолжительность цикла закалки 35—70 с,
объем бака предварительного охлаждения 1,5 м3. Габаритные
размеры пресса 2750X2000X2900 мм.
Закалочные машины применяют и при закалке рессорных
листов. Нагретые листы укладываются в штампы, имеющие спе-
141
Рис. 106 Машина для закалки кулачковых валиков:
/ — нижняя траверса; 2 — вращаемый вал: 3 — верхняя траверса; 4 — коническая передача; 5 — перелив масла
142
Рис. 107. Закалочный пресс модели ВС-100:
1 — электрошкаф; 2 — двухпозиционный блок; 3 — гидравлическая станция; 4 — насос-
ная станция; 5 — бак предварительного охлаждения; 6 — загрузочное устройство
циальный профиль. При сжатии штампа рессорный лист изгиба-
ется и в таком состоянии вместе со штампом погружается в закалоч-
ную среду. После охлаждения штамп раскрывается и изогнутый по
заданному размеру рессорный лист вынимается.
Гибозакалочную машину (рис. 108) устанавливают между
закалочной 9 и отпускной 1 печами. Передача нагретых листов
рессоры из закалочной печи в гибозакалочную машину произво-
дится манипулятором 8, а передача закаленных листов из гибо-
закалочной машины в отпускную печь — манипулятором 2. Гибо-
закалочная машина состоит из закалочного бака 13, заполненного
закалочным маслом, и рабочего комплекта гибозакалочных штам-
пов 10. Гибозакалочные штампы специальным механизмом могут
перемещаться в направлении, указанном на рисунке стрелками.
При нахождении над закалочным баком штамп перемещается по
горизонтали из позиции XI к позиции / по направляющей 6.
Находясь в закалочном баке, штамп перемещается по горизонтали
от позиции II до позиции X. Нагретый лист рессоры загружается
в штамп, находящийся на позиции I. На позиции II штамп прак-
Рис. 108. Схема гибозакалочной машины для листов рессоры грузового автомо-
биля
143
тически весь погружен в закалочное масло, только его верхняя
часть, которая перемещается по направляющей 7, остается над
уровнем масла. В сжатом состоянии штамп удерживают специаль-
ные защелки, расположенные на его боковых поверхностях. При
подъеме штампа из закалочного бака (перемещение с позиции X
до позиции XI) защелки отпадают и штамп раскрывается. Осо-
бенностью данной гибозакалочной машины является возмож-
ность быстрой смены штампов. Механизм 5 может выкатить штамп,
когда он находится на позиции XII, а на его место поставить
другой штамп. Обычно рядом с гибозакалочной машиной распола-
гается станция с запасным комплектом штампов, что позволяет
заблаговременно готовить штампы для нового профиля листа
рессоры
Для очистки закалочного бака от окалины предусмотрен
цепной механизм 12, который собирает окалину в углубление 11
в дне бака, и элеватор 4, который поднимает окалину из бака и
сбрасывает ее в тару 3.
Гибозакалочные машины применяют при термической обра-
ботке не только рессор, но и различных рычагов. При закалке
балки переднего моста грузового автомобиля, когда штамповка
концов балки производится раздельно, применяют закалочно-
растяжные машины. Поданная из печи балка укладывается в рас-
тяжную машину, зажимается в ней и растягивается на необхо-
димую длину, после чего балка в зажатом состоянии погружается
в закалочную среду.
ГЛАВА 9. УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ХОЛОДОМ
1. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ОБРАБОТКИ
ХОЛОДОМ
Обработку холодом, т. е. охлаждение стали до тем-
пературы ниже О °C, применяют для превращения в мартенсит
остаточного аустенита закаленных высоколегированных инстру-
ментальных и цементуемых сталей с целью изменения их свойств.
Результатом обработки холодом является повышение твердости,
стабилизация геометрических размеров обрабатываемых деталей,
улучшение магнитных характеристик и т. д.
Обработка холодом проводится в камере с низкой температу-
рой. От окружающего пространства внутренняя полость камеры
отделяется стенкой, изготовленной из теплоизоляционного ма-
териала.
Для получения минусовых температур применяют твердую
углекислоту, жидкий азот и ряд других ожиженных газов. Ши-
рокое применение в качестве хладагентов получили фреоны—
галлоидные производные насыщенных углеводородов, в которых
водород полностью или частично заменен хлором и фтором.
144
Таблица 36. Характеристики хладагентов
Хладагент Хими- ческая формула Плот- ность при 0 °C, кг/м* Температура, °C
затвер- девания кипения применения
Аммиак NH3 0,771 —77 —33
Углекислота со2 1,976 —56 —78
Сернистый ангидрид SO2 2,927 —72 -10 До —50
Хлорметил СН3С1 2,308 —97 —23
Фреон-12 СН2С12 5,400 — 155 —29
Фреон-22 CHF2C1 3,850 — 160 —40
Пропан С3Н8 2,020 —187 —42
Этилен С2Н4 1,261 —169 —103
Этан с2н„ 1,357 —183 -88 До —ПО
Фреон-13 CF3C1 4,600 —181 —81
Метай сн4 0,717 —182 —161 До —170
Азот Кислород N2 О2 1,251 1,429 —210 —218 —195 —183 До —200
Твердая углекислота (сухой лед) или закладывается непо-
средственно в камеру, где необходимо получить минусовую тем-
пературу, или засыпается в сосуд, где находится спирт, ацетон
или бензин. Охлаждение этих жидкостей может быть произведено
до температуры — 78 °C.
Жидкий воздух, жидкий кислород и жидкий азот позволяют
получить температуру от —180 °C до —190 °C. Охлаждение дета-
лей производится или непосредственно в жидком газе, или в ка-
мере, охлаждаемой жидким газом, который пропускается через
расположенный в ней змеевик.
Фреоны и ряд других газов используются в установках, в ко-
торых получение холода основано на процессе испарения.
В табл. 36 приведены характеристики наиболее распростра-
ненных хладагентов.
В промышленности широко применяют установки, : которых
получение холода основано на испарении жидкости. Известно,
что на испарение жидкости расходуется большое количество те-
плоты. Для получения низких температур используют специаль-
ные жидкости — хладагенты.
На рис. 109 показана схема установки для обработки холодом,
в которой последовательно осуществляется сжатие паров хлад-
агентов, обращение их в жидкость и последующее испарение
жидкого хладагента.
Герметичная система, включающая конденсатор 5, испари-
тель 2 и соединительные трубопроводы с компрессором 4 и венти-
145
Рис. 109. Схема установки
для обработки холодом
лем 3, заполнена хладагентом. Конденсатор помещен в бак 6,
заполненный проточной водой. Испаритель расположен в камере 1,
во внутреннее пространство которой помещаются обрабатываемые
детали.
При включении компрессор засасывает из испарителя пары
хладагента, сжимает их и нагнетает в конденсатор, где эти пары
превращаются в жидкость. Выделяющаяся при конденсации хлад-
агента теплота отводится через стенки конденсатора к воде, на-
ходящейся в баке. Через небольшое отверстие в вентиле жидкий
хладагент под давлением поступает в испаритель. Давление в ис-
парителе ниже, чем в конденсаторе, и поступающий в испаритель
жидкий хладагент переходит в газообразное состояние. При этом
отнимается теплота от стенок испарителя и соприкасающегося
с ним воздуха, находящегося в рабочем пространстве камеры.
Температура в камере понижается. Пары хладагента из испари-
теля отсасываются компрессором и цикл повторяется. Температура
в камере понижается до тех пор, пока не достигает заданной вели-
чины. Автоматическое регулирование температуры в камере осу-
ществляется периодическим включением компрессора.
В ряде случаев применяют холодильные установки с много-
ступенчатым циклом, при котором две (или более) холодильные
машины работают совместно. Многоступенчатый цикл основан
на последовательном охлаждении и ожижении нескольких газов
с понижающимися температурами кипения. В этом случае кон-
денсация газа с более низкой температурой кипения производится
в результате испарения другого газа с более высокой температу-
Рис. НО. Схема установки с двухступенчатым циклом;
/ — конденсатор аммиака; 2 — компрессор; 3 — камеры; 4 — конденсатор этилена; 5 —
вентиль
146
рой кипения. На рис. ПО показана схема холодильной установки
с двухступенчатым циклом. В первом цикле используется аммиак
с температурой кипения — 33 °C, во втором цикле — этилен с тем-
пературой кипения — 103 °C, конденсирующийся под давлением
в аммиачном испарителе. Этилен, испаряясь при температуре
—103 °C, охлаждает камеру, в которую загружаются обрабаты-
ваемые детали.
2. УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ХОЛОДОМ
Для охлаждения небольшого числа отдельных де-
талей, например, режущего инструмента, калибров и других изде-
лий из высоколегированной стали применяют камеры полезным
объемом 0,1—1,0 м3. Камера шкафная (КТХ) оборудована ком-
прессорной установкой, обеспечивающей охлаждение до —100 °C,
и электронагревателями, позволяющими нагревать камеру до
155 °C. На рис. 111 показан разрез камеры КТХ. Машинное
отделение 1 расположено в нижней части камеры. Электрические
нагреватели 2 расположены под рабочим пространством 4 камеры.
Крыльчатка 8 вентилятора, вращаемая электродвигателем 7,
направляет поток воздуха в воздухоохладитель 6, в котором раз-
Рис. 111. Камера шкафная
147
Рис. 112. Камера сундучкового типа:
1 — машинное отделение; 2 — щит приборов; 3 — ввод вала вентилятора; 4 — ввод
трубопровода с хладагентом; 5 — крыльчатка вентилятора; б — воздухоохладитель; 7 —
крышка камеры; 8 — электронагреватель; 9 — испаритель
мещен змеевик, последовательно соединенный со змеевиком ис-
парителя, припаянным к поверхности внутреннего корпуса ка-
меры. Через окно в двери 3 можно при включенном осветительном
приборе 5 осматривать внутреннее пространство камеры. Камера
сундучкового типа (КсТХ) показана на рис. 112.
Для обработки холодом колец подшипников из стали ШХ15ГС
используют автомат периодического действия ОКБ-1130 (рис. 113).
Автомат барабанного типа имеет два температурных отсека.
В первом отсеке кольца охлаждаются от 20 до —5 °C, во втором
от —5 до —30 °C. Время выдержки в каждом отсеке по 1 ч. Пе-
редача колец из одного отсека в другой механизирована. Автомат
встраивается в автоматическую линию термической обработки
производительностью 500 кг/ч.
Типовая холодильная камера для охлаждения деталей не-
посредственно в жидком азоте показана на рис. 114. Камера имеет
ванну 1 из коррозионно-стойкой стали, тепловую изоляцию 2
и наружный кожух 3. Камера сверху закрыта герметичной крыш-
кой 4. Охлаждаемая деталь 5 погружена в жидкий азот 6. Время
охлаждения деталей в азоте составляет от нескольких минут до
20—30 мин и зависит от размеров деталей и требуемой темпера-
туры. Уровень жидкого азота должен быть на 50—100 мм выше
охлаждаемой детали.
Для снижения термических напряжений, возникающих при
охлаждении в азоте, детали не рекомендуется сразу погружать
в азот. Их надо вначале некоторое время выдерживать в парах
над жидким азотом. Применяют холодильные камеры, в которых
имеется отделение, где детали могут быть предварительно выдер-
жаны в парах азота. Такая холодильная камера (рис. 115) состоит
148
Рис. 113. Автомат для об-
работки холодом колец
подшипников:
1 — верхняя камера; 2 —
нижняя камера; 3 — меха-
низм подъема загрузочной
дверцы; 4 и 5 — компресси-
онно-конденсаторные агре-
гаты; 6 — фреоновый регу-
лирующий щит? 7 — меха-
низм подъема разгрузочных
дверец; 8 — вентиляционно-
охладительный агрегат; 9 —
роторный транспортер
из отделения 1 для предварительного охлаждения в парах азота
и отделения 2 для окончательного охлаждения в жидком азоте.
Детали 3 перед их загрузкой в холодильную камеру укладывают
на приспособление 4, которое сначала помещают в отделение с па-
рами азота, а затем в отделение с жидким азотом. Холодные пары
Рис. 114. Холодильная камера для ох-
лаждения деталей в жидком азоте
Рис. 115. Холодильная камера с предва-
рительным охлаждением деталей в па-
рах жидкого азота
149
Рис. 116. Установка для охлаждения
втулок
азота поступают (стрелки на ри-
сунке) из отделения 2 через отвер-
стие «а» и выходят в атмосферу из
отделения 1 через отверстие б. При
использовании холодных паров
для предварительного охлаждения
расход жидкого азота сокращается
на 30—40 %.
Установка для обработки хо-
лодом втулок клапанов двигате-
лей внутреннего сгорания показа-
на на рис. 116. Втулки клапанов
охлаждаются в парах жидкого азо-
та (предварительное охлаждение)
и путем непосредственного контакта с холодильной трубой, опу-
щенной в жидкий азот. После охлаждения втулки запрессовывают
в блок V-образного двигателя на сборочном конвейере. Холодиль-
ная установка смонтирована на эстакаде 11. Резервуар 3 с жидким
азотом помещен в контейнер 12. Между стенками резервуара
и контейнера находится тепловая изоляция 13. Холодильная тру-
ба 2 проходит через резервуар с жидким азотом. Втулки клапанов
загружаются в верхнюю часть холодильной трубы, а выгружа-
ются через отверстие в нижней ее части и по горизонтальному
лотку 14 толкателем 6 подаются поочередно в распределительные
лотки 5. Оттуда втулки поступают к фиксирующим приспособле-
ниям 9. Толкатель 6 приводится в движение пневматическим ци-
линдром 4.
При подаче конвейером 10 очередного блока двигателя 8
к фиксирующим приспособлениям автоматически срабатывает
цилиндр 4 и толкатель 6 выдает охлажденные втулки по распреде-
лительным лоткам 5 к фиксирующим приспособлениям. Каждая
втулка запрессовывается в блок двигателя штоками 7 пневмати-
ческих цилиндров, расположенных по бокам двигателя.
В данной установке втулки охлаждаются без непосредствен-
ного соприкосновения с жидким азотом. Только в верхней части
охлаждающей трубы втулки соприкасаются с парами азота, ко-
торые отводятся из резервуара в атмосферу через патру-
бок 1.
При эксплуатации холодильных установок необходимо со-
блюдать общие и специфические правила техники безопасности
Холодильные агенты могут вызвать обморожение, ожог, удушье
и отравление. Фреоны в присутствии открытого пламени разла-
гаются с образованием вредных для человека веществ. Жидкий
фреон, попадая на кожу, вызывает обмораживание, а в глаза —
потерю зрения.
150
К обслуживанию холодильных установок допускаются лица,д
имеющие свидетельство квалификационной комиссии, знающие
правила безопасной эксплуатации и умеющие оказывать первую
доврачебную помощь пострадавшим.
Причинами пожара на холодильных установках могут быть
воспламенение аммиака при его утечке из системы, воспламенение
смазочных масел при чрезмерном нагреве трущихся частей или
перегреве сжимаемого холодильного агента. Пожарная профи-
лактика заключается в соблюдении соответствующих правил и
норм, например Правил устройства электроустановок (ПУЭ),
противопожарных норм строительного проектирования промыш-
ленных предприятий и т. п.
РАЗДЕЛ 2
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕРМИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
ГЛАВА 10. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ ДЕТАЛЕЙ
Для очистки деталей после термической обработки
применяют травление, промывку, абразивную, дробеметную и
ультразвуковую обработки.
1. ТРАВИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Процесс травления используют в термических цехах
для очистки изделий от окалины и ржавчины и осуществляют
в травильных ваннах. Различают химическое и электролитиче-
ское травление.
Химическое травление изделий производят в водном растворе
серной кислоты (5—18 %) при 40—90 °C или в растворе соляной
кислоты (7—20 %) при 30—60 °C. Под действием кислоты ока-
лина растворяется и отрывается от поверхности металла. Во из-
бежание перетравливания изделий к раствору добавляют различ-
ные огранические присадки, ингибиторы, которые, не замедляя
процесса растворения окалины, предохраняют металл от воздей-
ствия кислот, образуя на поверхности металла тонкую защитную
пленку. Изображенная на рис. 117 травильная машина с подъемно-
Рис. 117. Травильная машина с краном
152
Рис. 118. Травильная ванна:
а — разрез ванны; б — нижняя часть ванны; в — верхняя часть ванны;
/ — кислотоупорный кирпич; 2 — замазка; 3 — резина; 4 — корпус ваииы; 5 — уголок;
6 — деревянный брус; 7 — замазка
поворотным краном имеет плунжер с поршнем, который движется
в цилиндре с помощью сжатого воздуха. В верхней части нахо-
дятся четыре балки крана, на концах которых висят корзины с де-
талями. При подъеме балки могут быть повернуты на 90°. Внизу
расположены три ванны с раствором кислоты, горячей и холодной
водой. На свободной загрузочно-разгрузочной площадке помеща-
ется тара с деталями для травления.
Корпус ванны для травления черных металлов изготовляют
из листовой стали или из железобетона с последующей футеровкой
его внутри различными кислотостойкими материалами: мягкой
резиной, пентапластом, полиэтиленом, эбонитом, асбовинилом.
Ванна (рис. 118) предназначена для серной кислоты концентрации
до 25 % при температуре до 85 °C. Стальной корпус ванны выкла-
дывают в три слоя резиной или битумно-рубероидной изоляцией
общей толщиной 10 мм, затем шпаклюют силикатной замазкой
слоем толщиной 5 мм и футеруют кислотоупорным кирпичом. В ка-
честве раствора при футеровке используется силикатная замазка.
Корпус ванны снаружи окрашивается этинолевым лаком. Ванна
обогревается паровыми змеевиками, опущенными в нее. В ряде
случаев травильные растворы подогреваются погружными газо-
выми горелками. При этом продукты горения, барботируя через
слой раствора кислоты, почти полностью отдают теплоту сжига-
емого топлива.
На заводе «Серп и молот» канатную проволоку травят в раст-
воре, содержащем 130—170 г/л серной кислоты и 20—30 г/л
поваренной соли при 80—95 °C. При количестве окалины около
3,5 кг/т продолжительность травления 45—50 с. После травления
153
следует промывка проволоки горячей водой и затем холодной
водой. Для ускоренного травления углеродистой стали можно
применять травильный состав с хлористым аммонием (200—
210 г/л серной кислоты, 60—120 г/л хлористого аммония и 3—
5 г/л уротропина). Процесс травления рекомендуется вести при
30—35 °C. Время выдержки в течение 10—20 мин.
Перетравливание изделий при очистке от окалины полностью
исключается, если применять электролитическое травление. Этот
способ травления используется для очистки окончательно гото-
вых изделий, имеющих малый припуск на обработку. Травление
производится в электролитической ванне, питаемой электрическим
током, и подразделяется на катодное и анодное в зависимости от
того, чем является деталь—анодом или катодом.
При катодном электролитическом травлении деталь служит
катодом, а анодом чаще всего является свинцовая пластинка.
При этом способе удаление окалины происходит главным образом
в результате восстановления оксидов железа выделяющимся
водородом и механического удаления окалины водородом. Элект-
ролитического растворения металла при этом не происходит.
Состав и режим работы ванны катодного травления: серная
кислота 50 г/л, соляная кислота 30 г/л, хлористый натрий 22 г/л,
температура ванны 60—70 °C, плотность тока 7—10 А/дм2, про-
должительность процесса 10—15 мин. При катодном травлении
происходит электролитическое покрытие оголяемых в процессе
травления участков металла пленкой свинца. После травления
изделие промывают в теплой и холодной воде и снимают электро-
литическим способом свинцовую пленку.
Анодное травление широко применяют для всех сталей.
Составы электролитов и режимы работы ванны при анодном трав-
лении стали приведены в табл. 37. Электролиты № 1 и 2 используют
при анодном травлении для подготовки поверхности перед раз-
личными видами покрытий, электролит № 3 — для травления
легированных и электролитических сталей, электролит № 4 —
для травления углеродистых сталей и электролит № 5 — для
очистки деталей из сталей 20Х, ШХ15 и из углеродистых сталей
Таблица 37. Состав электролитов и режимы работы ванны при
анодном травлении стали
№ элек- тролита Состав, г/л Рабочая темпера- тура. °C Анодная плот- ность тока, А/дм1 Выдерж- ка, мин
1 200 250 H2SO4, 10—20 Fe2(SO4)3 175—250 H2SO4, 30—35 NaCl 40—50 5—10 10—20
2 15—60 5—10 5—30
3 300 НС, 0,2—0,3 HF 30—40 5—10 1—5
4 35—40 H2SO4, 45-55 H3PO4 30—40 5—6 5—10
5 600—640 H2SO4, 90—100 H3PO4, 5— 10 (CH2—CH2—OH)3N 70—80 10—60 3—10
154
после травления в соляной кислоте Во всех этих электролитах
в качестве катодов используют свинцовые пластины.
При эксплуатации травильных установок необходимо соблю-
дать общие и специфические правила техники безопасности.
Кислоты, их растворы и пары могут поражать кожу, глаза и
другие части тела. К обслуживанию травильных установок до-
пускаются лица, прошедшие обучение и получившие инструктаж
по выполнению работы. Рабочие травильного участка обеспечива-
ются спецодеждой и обувью (фартуки, халаты, сапоги, перчатки)
и защитными очками.
2. МОЕЧНЫЕ МАШИНЫ
Детали, прошедшие термическую обработку, про-
мывают в горячем водном растворе для очистки их от масла, грязи
и солей. Для этого в термических цехах применяют промывочные
баки или моечные машины.
Промывочный бак по конструкции аналогичен закалочному
баку; к нему подводится вода и пар для нагрева моющего раствора.
Пар может пропускаться по змеевикам, расположенным у внут-
ренних стенок бака, или подаваться непосредственно в раствор.
В этом случае расход пара уменьшается, но несколько снижается
концентрация щелочи в моющем растворе. В нижней части про-
мывочного бака устанавливается кран для слива рабочего раст-
вора при чистке бака. Для интенсификации процесса промывки
иногда внутрь бака подают сжатый воздух. Температура раствора
поддерживается в пределах 80—90 °C, содержание каустической
или кальцинированной соды в пределах 3—10 %. Промывка из-
делий производится в специальных корзинах в течение 5—15 мин
с последующей сушкой на воздухе. Состояние моющего раствора
ежедневно контролируется заводской лабораторией с выдачей
необходимых рекомендаций цеху по его корректировке. Обнов-
ление раствора и чистку бака проводят 1—3 раза в месяц в за-
висимости от его загрузки.
В термических цехах применяют конвейерные моечные ма-
шины, машины с роликовым подом, с вращающимся барабаном,
толкательные и т. д.
Условное обозначение (индекс) моечной машины состоит из
трех основных букв и нескольких цифр. Первая буква указывает
назначение (М — машина моечная), вторая буква — конструк-
тивный признак (К — конвейерная, Р — роликовоконвейерная, Т —
толкательная, Б — барабанная, С — с опускающимся столом,
М — другие виды подъемных механизмов), третья буква — харак-
тер среды (П—промывочный содовый раствор, С — соль). По-
сле букв через тире приводят цифры, обозначающие размеры (дм):
ширину и длину. Основные параметры серийных моечных машин
приведены в табл. 38. Основными элементами моечных машин яв-
ляются моечная камера, баки для моющего раствора, насосный
155
Таблица 38. Основные параметры серийных моечных машин
Тип машины Пропускная способность, кг/ч Размеры рабочего пространства, мм Число зон
Ширина Длина Высота
Конвейерные машины
МКП-6.20 360 600 2000 250 2
МКП-10.20 640 1000 2000 250 2
МК-6.12 150—500 600 1200 250 2
МК-Ю.12 250—800 1000 1200 250 2
МК-10.20 800—1400 1000 2000 250 2
МКС-6.16 150—500 600 1600 250 2
МКС-10.16 250—800 1000 1600 250 2
МКС-6 22 150—500 600 2200 250 3
МКС-10.22 250—800 1000 2200 250 3
МКС-10.24 800—1400 1000 2400 250 2
МКС-10.34 800—1400 1000 3400 250 3
Машины с роликовым подом
МРП-10.12 400 1000 1200 250 2
МРС-6.14 120—350 600 1400 250 2
МРС-10 20 300—1000 1000 2000 400 2
Машины с вращающимся барабаном
МБП-2,5.6 40 (250) 600 — 2
МБП-3,5.8 70—150 (350) 800 — 2
МБП-4,7.1 150 (400) 700 — 2
МБП-4.12 150 (400) 1200 — 3
Примечание. В скобках указан диаметр барабана.
агрегат, система гидрантов и транспортирующее устройство.
Моечная камера — это пространство, где размещается система
гидрантов и производится очистка поверхности деталей. Конст-
рукция камеры должна обеспечивать легкий доступ к гидрантам
для их периодической очистки или регулировки. Моечная ка-
мера должна изолировать помещение цеха от воздействия паров
моющего раствора.
Необходимый для очистки изделий моющий раствор помеща-
ется в баке, в котором он нагревается и фильтруется. Кроме того,
в баке предусматривается система очистки раствора от оседающих
или всплывающих компонентов загрязнений.
Конструкция системы нагрева моющего раствора зависит от
вида теплоносителя или топлива. Для нагрева раствора исполь-
зуют горячую воду, пар, газ, жидкое топливо, электричество.
При нагреве паром и горячей водой в качестве теплообменных
устройств используют трубчатые змеевики, а при нагреве газом
или жидким топливом — жаровые трубы Электрический нагрев
осуществляется трубчатыми электрическими нагревателями.
1Б6
Рис. 119. Схема фильтрации моющего раствора:
1 — система гидрантов; 2 — приемная труба насоса; 3 — нагреватели; 4 — флотацион-
ные желоб; 5 — сетчатые фильтры
Система фильтрации рабочего раствора выполняется разли-
чно. Одна из схем фильтрационного устройства дана на рис. 119.
Волокнистые загрязнения и крупные частицы задерживаются
перфорированными металлическими сетками с отверстиями 0,7—
1,5 мм. Наличие флотационного желоба обеспечивает сбор масля-
ных загрязнений и их периодический слив.
В термическом производстве используют моечные машины раз-
личных типов. На рис. 120 показана малогабаритная моечная ма-
А-А
Рис. 120. Схема малогабаритной моечной машины:
1— бак моющего раствора; 2 — насос; 3 — поддон; 4 — трубопровод обдува воздухом;
5 — рольганговый стол каретки; 6 — моечная камера; 7 — резиновая заслонка; 8 — при-
вод заслонки; 9 — редуктор привода каретки; 10 — верхняя гидропанель; // — боковая
гидропанель; 12 — иасадка гидропанелей; 13 — каретка; 14 — нижняя гидропанель;
15 — фильтры; 16 — труба подвчи пара; 17 — электронагреватели
1Б7
шина с роликовым подом конструкции ЗИЛ. На сварной раме
установлена моечная камера, вход в которую закрыт резиновой
заслонкой. Контейнер с уложенными деталями устанавливают на
роликовый под. В процессе промывки контейнер совершает воз-
вратно-поступательные перемещения в моечной камере со скоро-
стью 2,9 м/мин.
Основные технические данные моечной машины:
Пропускная способность, кг/ч........................ 300—600
Вместимость бака, л .................................. 600
Установленная мощность, кВт ............................... 38,3
Габаритные размеры, мм................................. 2550X1250X2050
Масса, кг................................................... 1800
Конвейерные моечные машины могут применяться как отдель-
ное термическое оборудование, а также в агрегатах для термиче-
158
ской обработки. В последнем случае их устанавливают непосред-
ственно за масляным конвейерным закалочным баком таким об-
разом, чтобы изделия с него падали на ленту конвейера моечной
машины. Общий вид и схема моечной машины типа МКП-6.20
приведены на рис. 121. Моечная машина серии МКП имеет водо-
непроницаемый каркас, внутри которого движется конвейер из
штампованных звеньев с отверстиями для стока рабочего раствора.
Сборный бак вместимостью 1,3 м3 помещается в нижней части
машины. Снаружи машины устанавливается бачок с фильтром и
насос с электродвигателем. После промывки раствор фильтру-
ется и подается насосом к системе гидрантов. Подогрев раствора
производится паром; температура раствора 90 °C.
3. АБРАЗИВНЫЕ И ДРУГИЕ УСТАНОВКИ
ДЛЯ ОЧИСТКИ
В процессе термической обработки поверхностный
слой деталей окисляется и обезуглероживается. Окалинообразова-
ние не только ведет к безвозвратным потерям металла (1—3 %),
но и отрицательно сказывается на качестве готовой продукции.
Большинство современных способов термической обработки не
исключают полностью контакта изделий с окислительной средой.
Поэтому несмотря на то, что применение безокислительного на-
грева резко снизило потребность в очистке деталей после термиче-
ской обработки, полностью ликвидировать очистку не удалось,
и она применяется в термических цехах. Изделия очищают от
окалины на виброабразивном, струйно-абразивном и дробеметном
оборудовании.
Виброабразивную обработку применяют для удаления за-
усенцев, окалины, ржавчины с деталей, масса которых не превы-
шает 15 кг. При виброабразивной обработке детали, загружаемые
в специальные вращающиеся барабаны или колокола, подверга-
ются абразивному воздействию наполнителей (песка, стальной
дроби, боя шлифовальных кругов и т. д.). Барабаны изготовляют
цилиндрическими или многогранными. На рис. 122 приведена
схема процесса виброабразивной обработки в шестигранном ба-
рабане.
В пространстве виброабразивного барабана можно выделить
«мертвую зону», где детали почти не перемещаются относительно
абразива, и активную зону, в которой происходит интенсивный
процесс очистки деталей. Увеличение частоты вращения барабана
хотя и приводит к интенсификации процесса очистки, но вместе
с тем значительно ухудшает качество поверхности очищаемых
деталей, так как детали начинают падать с большой высоты.
Различают жидкостно-абразивную и виброабразивную об-
работку. В случае жидкостно-абразивной обработки в барабан
добавляют органические растворители (водные растворы щелочей,
кислот) или погружают барабан целиком в ванну с соответствую-
159
1
z
Рис. 122. Схема процесса вибро-
абразивной обработки деталей
в шестигранном барабане:
1 — активная зона; 2 «мертвая»
вона
Рис. 123. Схема полуавтоматиче-
ской установки для струйно-аб-
разивной обработки деталей:
1 — корпус; 2 — привод; 3 — ковши;
4 — вытяжная вентиляция; 5 — ба-
рабан; 6 — иадсопельиый бункер;
7 — сопла; 8 — бункер, 9 — Элек-
тр ошкаф
щими реагентами. При виброабразивной обработке в барабан
для поглощения масла, пыли и окалины вместе с деталями загру-
жаются древесные опилки, которые заменяются по мере загряз-
нения. Соотношение объемов компонентов находится на уровне;
детали — 80—85 %, опилки — 20—15 %. Частота вращения ба-
рабана 30—50 мин-1, время обработки 30—40 мин.
Струйно-абразивная обработка деталей представляет собой
процессы, при которых рабочий материал (металлический песок,
дробь) вводится в струю газа или жидкости и направляется на
очищаемую поверхность. В этом случае кинетическая энергия,
сообщенная абразиву, расходуется на удаление загрязнений с по-
верхности обрабатываемой детали. Так как струйно-абразивная
обработка основана на чисто механическом действии абразива,
эффективность обработки увеличивается с увеличением твердости
абразива и скорости его перемещения. На рис. 123 приведена
схема полуавтоматической установки для струйно-абразивной
обработки мелких деталей. Установка состоит из корпуса /,
барабана 5, надсопельного бункера 6, основного бункера 8, при-
вода 2, сопел 7 и электрошкафа 9. В корпусе и барабане имеются
двери для загрузки деталей. В верхней части установки помеща-
ется вытяжная вентиляция 4. Внутренняя полость барабана для
160
обработки деталей облицована
резиной. Вращение барабан по-
лучает от электродвигателя че-
рез редуктор и цепную пере-
Рис. 124. Сопла струйно-абразивных
аппаратов
дачу.
Работа установки осуществ-
ляется следующим образом: в
барабан загружаются очищае-
мые детали, в бункер — метал-
лическая дробь. Загрузочные
двери плотно закрываются и
включается привод вращения
барабана. При вращении бара-
бана дробь захватывается ков-
шами 3, прикрепленными к
торцам барабана, и загружается
в надсопельные бункера, откуда
дробь самотеком поступает в сопла. Струя сжатого воздуха с
дробью направлена в бункер на детали.
Крупные металлические частицы через отверстия в барабане
попадают в бункер, а мелкие — отсасываются вытяжной венти-
ляцией. Через 15—20 мин привод автоматически выключается,
барабан останавливается и очищенные детали выгружаются.
В аппаратах для струйно-абразивной обработки наиболее
изнашиваются сопла, из которых с большой скоростью выбрасы-
ваются частицы рабочего материала. Сопла различной формы
приведены на рис. 124. Наиболее распространенные материалы
для сопел — чугун и сталь — обеспечивают низкую стойкость
(2—6 ч). Применение металлокерамических сплавов ВК-2, ВК-6,
В К-8 повышает стойкость сопел до 200—250 ч.
На рис. 125 показана схема аппарата с вращающимся столом
для струйно-абразивной обработки. Частота вращения стола
0,44 мин-1. Загрузка и выгрузка изделий осуществляется из
открытой части стола. Очистка изделий проводится внутри ка-
меры. Три медленно вращающихся сопла обдувают изделия сверху
и с боков. После обдувки песок проходит в нижнюю часть стола
и оттуда ковшовым элеватором поступает вновь в воронку аппа-
рата. Пропускная способность такого аппарата 250—500 кг/ч.
Очистка сухим песком может быть эффективно заменена
мокрой очисткой, позволяющей очищать изделия, изготовленные
с большой точностью, в том числе и резьбовые. Для этого исполь-
зуется как обычное оборудование для струйно-абразивной обра-
ботки с некоторыми дополнительными установками, так и спе-
циальные установки (рис. 126).
Работа установки, основанной на принципе эжектирования
абразивной смеси, происходит следующим образом. В бункер 3
с мешалкой 2 заливают воду и засыпают абразив. При подаче
сжатого воздуха в камере струйного аппарата 6 создается разреже-
6 Долотов F. П.
161
Рис. 125. Аппарат для струйно-абразивной обработки с вращающимся столом:
а — общий вид; б — конструкция
ние, благодаря которому абразивная смесь засасывается из бун-
кера по шлангу 4. В смесительной камере струйного аппарата
абразивная жидкость, смешиваясь со сжатым воздухом, получает
дополнительную кинетическую энергию. Увлекаемая воздухом,
абразивная жидкость вылетает из выходного сопла струйного
аппарата, а отработанная стекает обратно по трубе 1 в бункер
162
и цикл повторяется. Эффективность струйно-абразивной обра-
ботки зависит от выбора абразивного материала. В качестве
абразивного материала применяют речной и горный песок в про-
сеянном и просушенном виде. Для очистки стальных изделий
применяют смесь, состоящую из 30 % воды и 70 % песка, для
очистки чугунных изделий — 60—50 % воды и 40—50 % песка.
Преимущество струйно-абразивной обработки заключается почти
в полном отсутствии пылевыделений. Недостатком ее является
необходимость применения специальных герметизированных аппа-
ратов и дополнительных операций коррозионной защиты изделий.
Наиболее широко распространена в промышленности очистка
деталей в механических д робе метах, в которых рабочим материа-
лом является чугунная или стальная дробь, разбрасываемая
лопатками вращающейся турбины Чугунную дробь обычно при-
меняют литую диаметром 0,5—2,0 мм. Для очистки окалины
с поверхности поковок после отжига и нормализации рекомен-
дуется использовать дробь диаметром 1,0—2,0 мм, для очистки
деталей после закалки и отпуска—диаметром 0,5—1,2 мм.
Необходимо иметь в виду, что с увеличением диаметра дроби
вмятины от ее ударов на поверхности детали будут глубже и
больше, что необходимо учитывать, если детали не подвергаются
последующей механической обработке.
При дробеметной очистке может применяться литая или руб-
леная стальная дробь. Несмотря на высокую стоимость приго-
Рис. 126. Схема установки для струйио-абразнвной обработки, работающей на
принципе эжектироваиия абразивной суспензии:
/ — труба; 2 — мешалка; 3 — бункер; 4 — шланг; б — тележка; б — струйный аппа-
рат; 7 — очищаемая деталь; 8 — вращающийся стол; 9 — привод механизма вращения
стола
6*
163
Рис. 127. Схема дробеметной машиия
с вращающимся столом
товления применение стальной
дроби вполне целесообразно и
экономично, потому что ее рас-
ход во много раз меньше рас-
хода чугунной, а износ лопаток
и сопел дробеметных и дробе-
струйных аппаратов при этом
уменьшается в несколько раз.
На рис. 127 приведена схема
дробеметной машины (диаметр
вращающегося стола 2500 мм,
диаметр турбины 500мм, частота
вращения турбины 2500 мин-1,
мощность электродвигателя тур-
бины 14 кВт, время оборота
стола 225 с). Очищаемые детали
укладываются на рабочий стол
дробемета. Для обеспечения
равномерной очистки после
двух-трех оборотов стола
проводят переворот деталей
и последующую их очист-
ку.
На рис. 128 приведена очистная дробеметная камера
(мод. 42834) завода «Амурлитмаш». Камера обладает большими
технологическими возможностями и высокой производительностью
благодаря применению дробеструйной обработки деталей на под-
весках, на вращающемся столе и в колоколе-барабане. Основные
узлы дробеметной камеры: дробеметные аппараты, рабочая ка-
мера, система дробеобращения, воздушно-механический сепаратор,
бункера, двери с грузонесущими устройствами, устройство сбора
дроби, площадка обслуживания.
Рабочая камера имеет загрузочный проем, к сторонам которого
на шарнирах крепятся двери. Внутренняя часть рабочей камеры
облицована литыми быстросъемными защитными плитами. В ка-
мере предусмотрено три вида грузонесущих устройств: подвеска,
стол и колокол — каждое из них может быть установлено на
любую дверь, так как внутри нее предусмотрена трансмиссионная
передача для вращения грузонесущего устройства. Дробеметные
аппараты обеспечивают интенсивный поток дроби в количестве
до 500 кг/мин; производительность данной модели при очистке на
подвеске до 3 т/ч. Обдувку стальной дробью применяют также для
упрочнения изделий. Эта обработка называется дробеструйным
наклепом. Сущность ее заключается в том, что дробь, вылетая
из сопла дробемета с определенной скоростью и ударяясь о по-
верхность детали, вызывает пластическую деформацию верхнего
слоя. При этом вследствие наклепа на поверхности возрастают
твердость и прочность, одновременно на глубине 0,15—0,3 мм
164
Рис. 128. Схема универсальной дробеметной камеры:
I — элеватор; 2 — подвеска; 3 — дверь; 4 — воэдушво-мехавическаВ сепаратор; 5 —
площадка обслуживания; С — бувкер
в поверхностном слое возникают остаточные напряжения сжатия.
В результате дробеструйного наклепа повышается сопротивление
усталости деталей и удлиняются сроки службы.
Очистку металла в ультразвуковом поле, где действуют упру-
гие механические колебания с частотой свыше 16—20 кГц, на-
чали применять в промышленности сравнительно недавно. Сущ-
ность ультразвуковой абразивной обработки заключается в сле-
дующем. При распространении ультразвуковых колебаний в жид-
кости возникают поочередно сжатия и разрежения. В момент
разрежения происходят местные разрывы жидкостей с образова-
нием пузырьков, которые заполняются парами жидкости и рас-
творенным в ней воздухом. В момент сжатия пузырьки расплю-
165
Таблица 39. Основные технические данные ванн для ультразвуковой
абразивной обработки
Показатели УЗВ-15М УЗВ-16М УЗВ-ПИ УЗВ-18М вн-6
Марка генера- тора УЗГ-2.5М УЗГ-6М УЗГ-10 УЗГ-10-22 УЗМ-1,5
Марка излуча- теля ПМС-6-22 ПМС-6-33 ПМС-6-22 ПМС-6-22 —
Число излуча- телей 1 2 3 4 1
Потребляемая мощность, кВт 2,5 5 7,5 10 1,5
Вместимость ванны, л 35 80 120 150 6
Размеры ваи- 400Х 400Х 700Х 400Х 1100Х450Х 1400Х450Х 200Х
ны, мм Х300 ХЗОО ХЗОО ХЗОО Х200
Показатели ВН-10 ВМ-40 ВМ-10 ВМ-400
Марка генера- тора Марка излуча- теля Число излуча- телей Потребляемая мощность, кВт Вместимость ваниы, л УЗМ-1,5 1 1,5 10 УЗМ-1,5 1 1.5 40 УЗМ-З УЗМ-10 2 6 3,0 10 100 400
Размеры ван- ны, мм 250X 250 350X 430 550X 400X 580 1440X 520X 600
Рис 129. Ваииа для очистки деталей ультразвуком-
1 — ванна; 2 — уплотнительное кольцо; 3 — диафрагма; 4 — сердечник; 5 — акустиче-
ская резина; в — обмотка
166
щиваются, что сопровождается
сильными гидравлическими уда-
рами, которые и обеспечивают эф-
фективную очистку поверхности
изделий от загрязнений и других
дефектов.
Ультразвуковые установки по
способу очистки делят на погруж-
ные и контактные. При погруж-
ной очистке излучатели ультра-
звуковых колебаний и очищаемые
изделия разделены слоем моющей
жидкости. Причем чем меньше рас-
стояние между излучателем и очи-
щаемой поверхностью, тем выше
скорость и качество очистки.
Контактный способ ультразву-
ковой абразивной обработки осно-
ван на непосредственной передаче
колебаний от излучателя к изде-
лию. Широкое применение этого
метода ограничено возможностью
повреждения как поверхности из-
лучателя, так и самого изделия.
Кроме того, метод применим толь-
ко для деталей небольшой массы.
На рис. 129 представлена схе-
Рис. 130. Схема ультразвуковой ус-
тановки Э-7704
ма ультразвукового излучателя,
встроенного в ванну для очистки деталей Сердечник из ферро-
магнитных материалов и сплавов под действием электромагнит-
ного поля тока высокой частоты изменяет синхронно свои
линейные размеры, создавая тем самым через пластину
диафрагмы высокочастотные волны в моющей среде. Выход-
ная мощность генератора должна быть равна сумме мощностей
всех излучателей, установленных на ванне. Основные тех-
нические данные некоторых серийных ванн приведены в
табл 39.
Помимо серийных универсальных ультразвуковых моечных
установок выпускаются и специальные. На рис. 130 приведена
схема установки Э-7704, предназначенной для очистки деталей
от окалины после термической обработки. Эта установка кольце-
вого типа состоит из четырех ванн 3—6, камеры сушки 2 и позиции
загрузки и выгрузки деталей 7.
Очищаемые детали навешиваются на подвеску 1 и автомати-
чески проходят последовательно травление в ванне 6 с соляной
кислотой, ультразвуковую абразивную обработку в ванне 5, про-
мывки в проточной воде в ванне 4 и сушку горячим воздухом
в камере 2. Установка комплектуется генератором УЗГ-10 или
167
УЗК-2-4 и при такте 2—6 мин обеспечивает очистку деталей
до 100 кг/ч. Применение установки позволяет исключить опера-
цию рихтовки после очистки и улучшает условия труда
рабочих.
ГЛАВА п. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРАВКИ ДЕТАЛЕЙ
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРАВКИ
Для партии деталей, прошедших одновременную
термическую обработку, величина коробления и деформации не
будет одинакова из-за различий по геометрии (поле допусков
при механической обработке) и неодинакового расположения
деталей на поддоне и приспособлении (различные условия в их
нагреве и охлаждении).
Коробление осевых деталей из конструкционных сталей боль-
шей частью является исправимым браком. Такие изделия выправ-
ляются на прессах. Для правки применяют ручные, механические
и гидравлические прессы, специальные приспособления.
Практика показывает, что если правка осевых деталей типа
вал не вызывает особых трудностей, то для таких деталей, как
пружины (особенно большого диаметра), сохранение геометриче-
ских размеров после термической обработки связано с большими
трудностями. В связи с этим сам процесс термической обработки
пружин проводят с получением минимальных термических дефор-
маций. Пружины укладываются в приспособление так, чтобы
направление действия массы было перпендикулярно к направле-
нию наибольшей оси, а изгибающие и крутящие моменты от дей-
ствия собственной массы были бы сведены к практически возмож-
ному минимуму. Для этого цилиндрические пружины нагревают
в горизонтальном положении, плоские пружины — в вертикаль-
ном.
Полное отсутствие коробления возможно при нагреве и охлаж-
дении пружины в процессе закалки на специальной цилиндриче-
ской оправке, наружный диаметр которой равен внутреннему диа-
метру пружины. Однако в местах соприкосновения витков пру-
жины с оправкой возможны мягкие пятна, что служит недостатком
этого способа. Более совершенным способом является применение
оправок не при закалке, а при отпуске пружин. В этом случае
пружину закаливают без оправки, что обеспечивает сквозную
прокаливаемость детали; при этом происходит ее обычное короб-
ление. Затем закаленную пружину надевают на специальную
оправку и зажимают клином. В таком заневоленном состоянии
производят отпуск пружины. После такого отпуска коробление,
полученное при закалке, устраняется.
При термической обработке тонких пластинчатых деталей
целесообразно также закаливать их без применения специальных
168
Рис. 131. Схема пневматического
пресса с электроподогревом
пазами. Нагревательные эле-
приспособлений, а для устране-
ния возникающего при закалке
коробления производить одновре-
менно с отпуском и правку
изделия на специальном приспособ-
лении или в прессе с электропо-
догревом. Приспособление пред-
ставляет из себя оправку, на
которую собираются в пакет за-
каленные детали (фрикционные
диски). Специальной гайкой дета-
ли сжимаются до восстановления
прямолинейности и в таком со-
стоянии весь пакет подвергается
отпуску. Пресс (рис. 131) с элек-
троподогревом имеет два штампа—
нижний 1 и верхний 2, внутри ко-
торых имеются стальные диски 4 с
менты размещены в пазах дисков 4. Концы нагревательных эле-
ментов 6 выведены из штампов к щиту управления. Штампы
имеют тепловую изоляцию 5. Нижний штамп 1 неподвижен.
Верхний штамп 2 может перемещаться в осевом направлении
при помощи пневмоцилиндра 8, управляемого краном 7. Контроль
за температурой осуществляется при помощи термопары 3. Диски
с помощью пневматического устройства зажимаются между штам-
пами. Так как штампы нагреты, то диски подвергаются отпуску
и одновременно выправляются. Таким образом, коробление, по-
лученное при закалке, устраняется. Производительность электро-
пресса с двумя парами рабочих штампов составляет до 60 шт.
деталей в час.
Большое распространение в практике получила так называе-
мая правка с перегибом, когда искусственно заложенная перед
закалкой деформация уничтожается деформацией, полученной
деталью в результате термической обработки. В качестве кон-
кретного примера использования этого технологического приема
для борьбы с закалочными деформациями рассмотрим закалку
направляющих токарно-винторезного станка. Направляющие чу-
гунной станины работают на истирание в условиях постоянного
скольжения по ним каретки суппорта. Для увеличения срока
службы станины ее направляющие подвергают закалке ТВЧ
на специальном станке с получением твердости на поверхности
52—56 HRC и глубины закаленного слоя до 2,5 мм. Однако на-
пряжения, возникающие в результате закалки, настолько зна-
чительны, что они деформируют станину и она после закалки
изгибается. Величина прогиба составляет более 1,5 мм, что де-
лает невозможным восстановление прямолинейности станины окон-
чательным шлифованием. Учитывая это, станина перед закалкой
подвергается нагружению в своей центральной части. После
169
снятия нагружения в результате упругой деформации станина
получает искусственную выпуклость, на компенсацию которой
уходят закалочные деформации.
2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРАВКИ
Осевые детали небольших диаметров (5—10 мм)
подвергают правке на ручных прессах. Стальной ползун (или
рейка) пресса перемещается вниз под действием рукоятки. Рабо-
чее усилие ручного реечного пресса 10—50 кН. Конструкция
ручного реечного пресса представлена на рис. 132, а.
Для правки более крупных изделий (диаметром 15—30 мм)
применяют ручные винтовые прессы (рис. 132, б) с рабочим уси-
лием до 250 кН. Ползун в таком прессе приводится в движение
вращением махового колеса. Правка ручным реечным или винто-
вым прессом производится следующим образом: закаленные де-
тали нагревают до температуры, не превышающей температуру
отпуска, и путем постоянного надавливания выправляют их,
после чего детали оставляют под давлением до полного охлажде-
ния.
Более совершенную конструкцию представляют собой меха-
нические и гидравлические правильные прессы. Они получили
особенно широкое распространение в крупносерийном и массовом
производствах. Так, например, для правки осевых деталей не-
большого размера (диаметром до 30 мм) применяют прессы уси-
лием до 80 кН; для деталей диаметром до 50 мм — прессы усилием
до 120 кН; для коленчатых валов и деталей диаметром 50—70 мм—
прессы усилием до 350 кН и выше.
170
Механические прессы характеризуются
наличием в приводе кривошипного меха-
низма, преобразующего вращательное дви-
жение электродвигателя в возвратно-по-
ступательное движение инструмента. Ти-
повая схема механического кривошипного
пресса показана на рис. 133. Пресс при-
водится в действие электродвигателем 7.
Малый шкив 6, расположенный на валу
электродвигателя, передает вращение
маховику 5 через клиноременную пере-
дачу. Маховик закреплен на валу 8 не
жестко, а с помощью фрикционного предо-
хранительного устройства. Если вдруг
крутящий момент превзойдет допустимую
величину, предохранительное устройство
начнет проскальзывать и тем самым защи-
тит вал 8 и все следующие за ним элементы кинематической цепи от
нежелательной перегрузки. Для остановки маховика служит
тормоз 4, который включается автоматически после выключения
электродвигателя. На другой конец вала 8 насажена малая ше-
стерня 9, находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом //,
внутри которого смонтирована муфта включения. Шатун 2 пере-
дает движение коленчатого вала 10 ползуну 1. На противополож-
ном конце коленчатого вала установлен тормоз 3 для быстрой
остановки кривошипно-шатунного механизма пресса после вы-
ключения муфты.
Гидравлический пресс типовой конструкции показан на
рис. 134. Пресс имеет одностоечную рамную станину. На его
столе устанавливаются опоры для укладки деталей и раздвижные
центры для проверки деталей при помощи индикатора на биение.
Привод пресса осуществляется от ротационных плунжерных или
лопастных насосов, помещающихся непосредственно у пресса.
Такие прессы изготовляются с рабочим усилием от 50 кН до
2,5 МН. Основные технические данные ряда отечественных ги-
дравлических прессов, применяемых для правки деталей после
термической обработки, приведены в табл. 40.
Периоды работы гидравлического пресса:
1) холостой ход — поперечина подходит к детали;
2) рабочий ход — поперечина заставляет деформироваться де-
таль;
3) обратный ход — поперечина возвращается в исходное по-
ложение.
Гидравлический пресс позволяет регулировать усилие на
обрабатываемую деталь и ход штока цилиндра, обеспечивая тем
самым более высокое качество правки, чем на механиче-
ском прессе. Рабочий при работе на гидравлическом прессе ис-
пытывает меньшие шумовые и вибрационные нагрузки, все
171
Рис. 134. Гидравлический правильный пресс:
/ — станина; 2 — электродвигатель; 3 — резервуар для масла; 4 — кнопочное управле-
ние; 5 — пусковая панель; 6 — манометр
это обеспечивает широкое применение этих прессов на произ-
водстве.
Плоские изделия, изготовленные из листовой или полосовой
стали, для исправления коробления после закалки и отпуска
Таблица 40. Основные технические данные гидравлических прессов
Показатели П6320 П6322 П6324 П6326
Номинальное усилие, кН Размеры стола, мм Габарит пресса, мм Мощность привода, кВт Масса, кг 100 1250X300 1250Х 1980 3 1208 160 1250X 300 1250Х 1980 3 1208 250 1600X 300 1600X 2235 7,5 1850 400 1600X 360 1600X 2350 17 3190
Показателя П6328 П6330 П6332 П6334
Номинальное усилие, кН Размеры стола, мм Габарит пресса, мм Мощность привода, кВт Масса, кг 630 1600X 360 1600X 2350 22 3525 1000 2000 X 420 2000X 2700 22 6390 1000 2000X 500 2000X3000 44 8270 2 500 2 500X 600 2 500X3 000 44 12 826
172
подвергаются рихтовке с помощью ударов молотка. Для выпол-
нения этой операции применяют обычные слесарные молотки и
правильные плиты. С целью избежания получения забоин и ри-
сок на деталях применяют также специальные медные молотки.
Однако этот способ правки плох тем, что вызывает наклеп на
поверхности детали и напряжения в ней. Правильные плиты
изготовляют из чугунных отливок размерами 700X1200 или
800X1500 мм, толщина плит 80—100 мм.
Инструмент и приспособления, применяемые при ручной
правке, должны содержаться в надлежащем состоянии и исполь-
зоваться только по назначению. Правильные плиты должны быть
без трещин, выбоин и других пороков, молотки — иметь гладкую,
слегка выпуклую рабочую поверхность и надежно насажены
на рукоятку. Правильные прессы оборудуются ограждениями
для защиты работающего персонала от возможных осколков при
разрушении деталей (экраны, сетки, щиты). Все правильные ра-
боты выполняются в защитных очках для предохранения глаз
от поражения отлетающими частицами и подобранной по раз-
меру спецодежде. Применяются также индивидуальные средства
защиты, положенные на рабочем месте по соответствующим нормам.
РАЗДЕЛ 3
ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕРМИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
ГЛАВА 12. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ
КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР
1. КЛАССИФИКАЦИЯ КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР
Контролируемой атмосферой называют газообраз-
ную среду, состоящую из одного или нескольких газов, которая
оказывает направленное контролируемое воздействие на поверх-
ностный слой металлов и сплавов в процессе их термической
обработки.
Контролируемые атмосферы классифицируют по следующим
признакам:
по характеру взаимодействия с обрабатываемыми металлами
и сплавами атмосферы на нейтральные, восстановительные, окис-
лительные, науглероживающие, обезуглероживающие, специаль-
ные (для азотирования, хромирования, борирования и пр.);
по исходному сырью, из которого приготовляют контролируе-
мую атмосферу, на водородные, аммиачные, древесно-угольные,
углеводородные и пр.;
по химическому составу на атмосферы системы: Н2—N2;
Н2—Н2О—N2; Н2—Н2О—СО—N2; Н2—Н2О—СО—СН4—N2; СО—
СО2—N2; СО—СО2—Н2—Н2О—N2; СО—СО2—Н2—Н2О—СН4—N2;
по тепловому эффекту реакций, протекающих при получении
контролируемой атмосферы, на эндотермические и экзотермиче-
ские.
Контролируемые атмосферы, получаемые на отечественных
установках, изготовляемых заводами Министерства электротех-
нической промышленности, подразделяют на следующие типы:
ДА — атмосфера, полученная из аммиака посредством его дис-
социации; ДА-С — атмосфера, полученная из аммиака посредством
его диссоциации, частичного сжигания продуктов диссоциации
и их осушкой, ЭН — атмосфера, полученная путем сжигания
природного (углеводородного) газа при коэффициенте расхода
воздуха, равном 0,25—0,33; ЭК — атмосфера, полученная при
сжигании природного (углеводородного) газа при коэффициенте
расхода воздуха, равном 0,6—0,95; ВО — атмосфера, полученная
из технического водорода; АЗ — атмосфера, полученная из тех-
нического азота.
Условное обозначение газоприготовительной установки со-
стоит из букв и цифр. Первые две буквы обозначают назначение
(получаемую атмосфер у):
174
Таблица 41. Химический состав атмосферы печи для некоторых видов
термической обработки
Термическая обработка Состав атмосферы. % (остальное NB) Точка росы •с
со СО, сн. н, о,
Отжиг иа ковкий чугуи 0,5 0,05 0,05 0,5 Не более —40
Нормализация стали’ 0,2 % С 19,0 0,7 0,2 38,0 0,001 15
0,4% С 19,0 0,3 0,2 38,0 5
Цементация стали 19,0 0,12 1,0 38,0 — —10
Таблица 42. Основные параметры серийных газоприготовительных
установок
Уста- новка Производитель- ность, м*/ч Состав атмосферы, % Точка росы, °C
СО Н, СО, К о о, N, Аг
ЭН-16 16 Для по 18—20 лучения 38—40 эндоте <1 рми ческой ai гмосферы 40—44 От 10
ЭН-16Г ЭН-30 ЭН-60 ЭН-60Г ЭН-125 ЭН-250Г ЭК-8 16 30 60 60 125 250 8 0,7—13 Для полу1 0,7—18 гения 4—13 ЭКЗ( <1 зтермичес — кой атмо 60—85 сфер! до —10 j От 10 до 20
ЭК-60 ЭК-125 ЭК-250 ЭК-600 60 125 60 0,7—15 0,7—20 0,05 1 65—98 До —60
ЭК-1250 ДА-30С 125 30 - Для по 4-20 пучеир я а тмосферы из аммр 80—96 ака До —60
ДА-60С ВО-6 60 6 1 ДЛЯ ОЧИСТК1 >99,9951 — водорода 01 — | =$0,005 кислорода До -60
ВО-20 АЗ-6 20 6 Для очистки азота от =$0,001 КИСЛОРОД! 99,9 До -60
АЗ-125 125 10—14 <с0,005 90—96 До -60
ИО-6 ° - Для очистки sc0,0005| — | — фгоиа от =$0,001 пр имесе - й 99,9 До -65
175
ЭН — эндогаз; ЭК — экзогаз; ДА — диссоциированный аммиак,
ВО — очистка водорода от кислорода, АЗ — очистка азота,
ИО — очистка инертных газов.
После букв через тире даются цифры, показывающие произво-
дительность (м3/ч). Буква после цифр показывает особенности:
Г — газовый обогрев; О — очистка от двуокиси углерода и глу-
бокая степень осушки; С — частичное сжигание и осушка.
В табл. 41 приведены данные по применению различных кон-
тролируемых атмосфер при термической обработке стали и чугуна,
а в табл. 42 — основные параметры серийных газоприготови-
тельных установок.
2. УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР ИЗ АММИАКА
Для получения контролируемой атмосферы типа ДА
системы Н2—N2 проводят расщепление аммиака (NH3) на азот
и водород. Аммиак поступает в баллонах или при больших рас-
ходах контролируемой атмосферы в цистернах.
Процесс получения контролируемой атмосферы типа ДА со-
стоит из нескольких этапов. Вначале жидкий аммиак из баллонов
поступает в испаритель, где газифицируется. При испарении
1 кг жидкого аммиака получается 1,32 м3 газообразного аммиака.
Так как процесс испарения проходит с поглощением теплоты,
требуется непрерывно подводить теплоту в испаритель. При
пуске установки необходимая теплота подводится от электриче-
ских нагревателей, вмонтированных в испаритель, а затем, когда
из диссоциатора начинают выходить горячие продукты диссоциа-
ции аммиака, то используется уже их теплота.
Из испарителя газообразный аммиак поступает в реторту
диссоциатора, где при температуре 700—950 °C протекает реак-
ция 2NH3 = N2 + ЗН2, т. е. из одного объема газообразного
аммиака образуется два объема газа, содержащего 25 % N2 и
75 % Н2. Таким образом, из 1 кг жидкого аммиака образуется
2,64 м3 газообразных продуктов его диссоциации.
Из диссоциатора продукты диссоциации аммиака выходят
с температурой около 900 °C. Их охлаждение происходит в двух
последовательно расположенных по ходу газа теплообменниках.
Первый из этих теплообменников находится в испарителе уста-
новки, что позволяет использовать теплоту горячего газа для
подогрева жидкого аммиака. Второй теплообменник предназначен
для охлаждения газа до температуры 20 °C.
Схема установки для диссоциации аммиака показана на
рис 135. Из баллонов 1 жидкий аммиак через уровнемер 2 по-
ступает в испаритель 3. Предохранительный клапан 4 предохра-
няет испаритель от чрезмерного давления. Необходимую теплоту
для испарения аммиака в испаритель отдает при пуске установки
электрический нагреватель 9 и во время работы установки тепло-
обменник 5.
176
1
2
3
4 5
Рис. 135. Схема установки для получения контролируемой атмосферы из аммиака
Газообразный аммиак из испарителя поступает в диссоциа-
тор 7 с электрическим нагревом. Проходя через реторту 6 диссо-
циатора, аммиак нагревается до температуры, превышающей
600 °C, и распадается на водород и азот. Реторта заполнена ка-
тализатором, ускоряющим протекание реакции диссоциации ам-
миака. Точка росы газа, выходящего из охладителя 8, находится
в интервале температур —40-е- —50 °C.
Контролируемая атмосфера ДА из-за высокого содержания
водорода взрывоопасна.
Для снижения стоимости контролируемой атмосферы и умень-
шения ее взрывоопасности в ряде случаев из аммиака получают
не атмосферу ДА, а атмосферу ДА-С. В этом случае продукты
диссоциации аммиака подвергаются частичному сжиганию с воз-
духом. В зависимости от величины коэффициента расхода воздуха
в получаемой атмосфере содержание водорода изменяется от
4 до 20 %. Такая атмосфера используется при отжиге и нормали-
зации стали с невысоким содержанием углерода, спекании ме-
таллокерамики, пайке медью и ее сплавами.
Процесс получения из аммиака контролируемой атмосферы
с низким содержанием водорода заключается в диссоциации
аммиака, последующего частичного дожигания водорода и очистки
продуктов горения от воды. В зависимости от содержания водорода
в контролируемой атмосфере из 1 кг жидкого аммиака полу-
чается 3,7—4,2 м3 атмосферы типа ДА-С.
3. УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР
ИЗ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ
Углеводородные газы (метан, бутан, пропан и их
смеси) широко применяют в качестве сырья для получения кон-
тролируемых атмосфер.
177
80
^70
60
о- 50
<5 40
АЗО
«а
^20
41 10
0,2 0,4 0,6 0,8 п
Рис. 136. Зависимость состава продуктов неполного го
рения метана от коэффициента расхода воздуха
Наиболее широкое распространение в ма-
шиностроении нашел метод получения за-
щитных атмосфер из природного газа. При-
родный газ состоит в основном из метана.
При горении метана с недостатком воздуха
образуются продукты неполного его горения,
в состав которых входят водород и окись
углерода. Чем больше недостаток воздуха,
т. е. чем меньше коэффициент расхода воздуха, тем больше в про-
дуктах неполного горения метана будет водорода и окиси угле-
рода. Минимальное количество воздуха для неполного горения
метана определяется из реакции
СН4 + */2О2 = СО + 2Н2,
т. е. для горения 1 м3 СН4 подается 0,5 м3 О2 и при этом образуется
1 м3 СО и 2 м3 Н2. Горение метана с еще меньшим количеством
воздуха (п < 0,25) недопустимо из-за появления свободного
углерода в продуктах горения. Углерод, попадая в печь, скапли-
вается в виде сажистых отложений, которые мешают работе меха-
низмов печи и усложняют регулирование процесса нагрева.
Так как для горения метана используется не чистый кислород,
а воздух, состоящий из 21 % О2 и 79 % Na, то при коэффициенте
расхода воздуха п — 0,25 реакция горения метана будет следу-
ющая:
СН4 4- 0,5Оа + 1,88N2 = СО + 2Н2 + 1,88N2.
Эта реакция эндотермическая, может протекать лишь при
подводе в реакционную камеру дополнительной теплоты. Про-
дукты эндотермической реакции называются эндогазом. При п =
= 0,25 состав эндогаза: 20,5 % СО, 41 % Н2, остальное азот.
При увеличении коэффициента расхода воздуха в продуктах
горения концентрация Н2 и СО уменьшается, а концентрация N2
увеличивается. Одновременно в продуктах горения появляются
газы СО2 и Н2О. Чем больше коэффициент расхода воздуха, тем
больше выделяется теплоты. При п — 0,554-0,6 процесс горения
метана возможен без дополнительного подогрева смеси. Реакция
становится экзотермической, а продукт такой реакции называют
.экзогазом.
Состав продуктов неполного горения метана при различных
коэффициентах расхода воздуха показан на рис. 136. Область
экзогаза расположена при п — 0,55ч-1. В экзогазе, полученном
при п = 0,55ч-0,9, содержится еще достаточное количество газов-
восстановителей Н2 и СО, поэтому его называют богатым экзога-
зом в отличие от экзогаза, получаемого при п = 0,9ч-1, который
содержит незначительное количество Н2 и СО и поэтому называется
бедным экзогазом.
178
Рис. 137. Схема эндогазовой установки
Эндогаз и богатый экзогаз являются горючими и взрывоопас-
ными газами. Бедный экзогаз в смеси с воздухом не горит и не
взрывоопасен. Эндогаз обычно прямо подают в печь. Экзогаз,
как правило, вначале очищают от СО2 и Н2О и только после этого
подают в печь. Для получения эндогаза используют эндогазовые
установки, а экзогаза — экзогазовые.
Эндогазовые установки (рис. 137). Принцип их работы заклю-
чается в приготовлении смеси природного газа и воздуха с п =
= 0,25, нагреве этой смеси до температуры 1050 °C и охлаждении
образовавшихся продуктов неполного горения до 20—30 °C.
Природный газ поступает из цехового газопровода через рас-
ходомер 1 и регулятор нулевого давления 2 в смеситель 3. Воздух,
необходимый для получения эндогаза, засасывается компрессо-
ром 11 из цеха через расходомер 4 и фильтр 5. В смесителе при-
родный газ и воздух смешиваются в заданной пропорции. Кон-
струкция смесителя обеспечивает автоматическое сохранение за-
данной пропорции газ—воздух при различных режимах работы
установки. Из компрессора газовоздушная смесь под давлением
20 кПа подается в реторту 8 генератора 6. Генератор может иметь
электрический или газовый нагрев. Температура в нем поддержи-
вается 1050 °C. Реторта изготовлена из хромоникелевой стали и
заполнена катализатором 9.
Газовоздушная смесь, поступая в реторту, соприкасается с ка-
тализатором и нагревается до необходимой температуры. Проис-
ходит взаимодействие метана с кислородом воздуха. Горячий
эндогаз по выходе из реторты охлаждают до температуры 20—30 °C
в холодильнике 7, в который непрерывно поступает холодная
вода. Эндогаз охлаждают, чтобы предупредить протекание реак-
ции 2СО = СО2 4- С. Эта реакция протекает при 650 °C, в резуль-
тате чего ухудшается состав эндогаза и в трубопроводах выпадает
сажа.
179
Рис. 138. Схема экзогазовой установки для получения богатого экзогаза
В качестве катализатора используют кусочки высокоглино-
зема А12О3, пропитанные солями никеля. Металлический никель
оказывает каталитическое воздействие на реакции образования
СО и Н2. В эндогазовых установках применяют катализатор
ГИАП-8.
Для предупреждения попадания пламени в компрессор при
воспламенении газовоздушной смеси на участке от компрессора
до реторты установлен пламегасительный клапан 10. В пламе-
гасительном клапане имеются обойма из гофрированной медной
полосы, препятствующая распространению пламени, и биметал-
лические пластинки. При разогреве биметаллических пластинок
до температуры 90 °C срабатывает клапан, перекрывающий трубо-
провод и останавливающий компрессор.
Если в природном газе содержатся сернистые соединения,
то перед подачей природного газа в эндогазовую установку его
необходимо очистить от серы. В противном случае сернистые со-
единения выводят из строя катализатор, реакция в реторте про-
текает не полностью и в выходящем из реторты газе будут со-
держаться СН4, СОа, НаО и Оа. Для очистки от серы природный
газ нагревают до температуры 350 °C в присутствии катализатора
ГИАП-10.
Экзогазовые установки. В зависимости от необходимого состава
защитного газа в промышленности применяют два типа экзога-
зовых установок — для получения богатого и бедного экзогаза.
Установки для получения богатого экзогаза (рис. 138) состоят
из системы подготовки газовоздушной смеси, камеры сгорания
и системы дл-я очистки продуктов горения от водяных паров.
Система подготовки газовоздушной смеси аналогична системе
эндогазовой установки. Камера сгорания выполнена в виде
обычной топки для сжигания газообразного топлива. Система
очистки от НаО состоит из охладителя для предварительного
охлаждения, размещенного рядом с камерой сгорания, и допол-
нительной холодильной установки.
180
Последовательность получения богатого экзогаза следующая.
Компрессор 10 через пламе аситель 9 подает в горелку 4 газо-
воздушную смесь с п = 0,55. Поступая в камеру сгорания 5,
смесь воспламеняется. При выходе из камеры сгорания продукты
неполного горения содержат 4 % СОа, 13 % НаО, 12 % СО,
16 % На, остальное Na. Данный состав из-за высокого содержа-
ния НаО (~ 130 г/м3) практически не пригоден для термической
обработки.
В охладителе 6 газ охлаждается до 20—30 °C. Сконденсировав-
шаяся влага удаляется через конденсатоотводчикй. После охлади-
теля 6 в экзогазе содержится 30 г/м3 влаги. Для более полной
осушки экзогаза его пропускают через установку 7, в которой
используют фреон. Дополнительное охлаждение экзогаза до
3—5 °C снижает содержание влаги в экзогазе до 5—6 г/м3. Окон-
чательный состав экзогаза направляемого в печь, следующий:
5 % СОа, 1 % НаО, 14 % СО, 18 % На, остальное Na.
Исходный природный газ подается через расходомер 1 и регу
лятор давления 2, а воздух, засасываемый из атмосферы, прохо-
дит через фильтр 11 и расходомер 3
Установки для получения бедного экзогаза (рис. 139), кроме
системы подготовки газовоздушной смеси, камеры сгорания, во-
дяного и фреонового охладителя, имеют блок тонкой очистки от
СОа и НаО. Блок содержит емкости, заполненные керамическими
поглотителями (цеолитами), адсорбирующими газы СОа и НаО.
При сжигании природного газа с п = 0,9 выделяется много
теплоты, поэтому камера сгорания 6 имеет наружное водяное охлаж-
дение. Продукты неполного сгорания по выходе из камеры сгора-
Рис. 139. Схема экзогазовой установки для получения бедного экэогаза:
1 — расходомер воздуха; 2 — расходомер газа 3 — регулятор давления; 4 — смеситель;
5 — горелка; 6 — камера сгорания, 7 - блок тонкой очистки; 8 — кондеисатоотводчик;
9 — колодильиик; 10 — газодувка; 11 — фильтр
181
ния содержат (в %) приблизительно 3 СО, 3 На, 10 СОа, 17 НаО
и остальное азот. Содержание влаги в продуктах горения состав-
ляет около 140 г/м3. После предварительного охлаждения ча-
стично осушенный экзогаз поступает в емкость с цеолитами, где
трехатомные газы СОа и НаО отделяются от экзогаза и осаждаются
на поверхности цеолитов. В очищенном экзогазе содержится
3—4 % СО, 3—4 % Н2, менее 0,1 % НаО и остальное азот. Точка
росы экзогаза —30 °C.
Блок очистки 7 состоит из трех емкостей с цеолитами. Одна
емкость работает в режиме очистки экзогаза от СОа и НаО, вто-
рая — регенерируется, т. е. цеолиты продуваются горячим воз-
духом, который освобождает насытившиеся цеолиты от СОа и
НаО, и третья емкость охлаждается после регенерации. После того
как цеолиты в первой емкости насыщаются СО2 и Н2О до предель-
ной величины, экзогаз из предварительного охладителя направ-
ляется в третью емкость, первая емкость начинает регенериро-
ваться, а вторая охлаждается и готовится к режиму очистки.
Переключение емкостей с цеолитами на различные режимы работы
происходит автоматически по заранее заданной программе.
4 УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АТМОСФЕР
ДЛЯ ЦЕМЕНТАЦИИ И НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ
Атмосферы для цементации. При цементации ис-
пользуют атмосферы, приготовленные смешением газа-носителя
с углеводородным газом. В качестве газа-носителя преимуще-
ственно используется эндогаз, а в качестве добавок к нему —
природный газ, пропан или бутан.
Газ-носитель разбавляет углеводороды, уменьшая скорость
их термической диссоциации в печи. Чем выше содержание в газе-
носителе водорода, тем меньше степень диссоциации метана, тем
меньше выделяется сажи в печи и тем стабильнее идет процесс
цементации.
Эндотермическая атмосфера характеризуется высоким содер-
жанием водорода и способна стабилизировать метан в печной
атмосфере при незначительном выделении сажи.
Для получения стабильных результатов цементации состав
печной атмосферы должен быть постоянным. Контроль и регули-
рование состава атмосферы печи выполняются специальной уста-
новкой, включающей прибор для измерения точки росы атмосферы
или прибор для измерения содержания в атмосфере углекислого
газа.
На рис. 140 показана схема автоматического регулирования
углеродного потенциала атмосферы в камерной печи. По трубе 4
в рабочее пространство печи 5 подается смесь эндогаза и природ-
ного газа. Расход эндогаза контролируется по расходомеру 7,
а природного газа — по расходомеру 8. Расход эндогаза уста-
навливают вручную краном 6 в соответствии с характеристикой
182
Рис. 140. Схема автоматического
регулирования углеродного по-
тенциала в печи
печи. Расход природного
газа регулируется автома-
тически клапаном 9, по-
лучающим команду от га-
зоанализатора /, который
определяет содержание
СОа или точку росы в ат-
мосфере печи. Отбор атмос-
феры из печи на анализ
осуществляется по трубо-
проводу 3 Из газоанали-
затора атмосфера выходит
через свечу 2, воспламеняется и сгорает. В пульте управления
10 кроме газоанализатора обычно размещают и приборы для
регулирования температуры в печи.
При необходимости углеродный потенциал атмосферы в печи
может регулироваться по заданной программе. Например, при
пуске печи, т. е. когда состав атмосферы в печи нарушен откры-
тием заслонок, в печь подается только один эндогаз. Регулировать
углеродный потенциал в печи добавкой природного газа в этот
момент бесполезно. Добавка метана приведет лишь к обильному
выпадению сажи в рабочем пространстве печи.
После восстановления атмосферы начинается регулирование
ее углеродного потенциала Газоанализатор, исследовав пробу
атмосферы печи, дает команду на клапан, который приоткры-
вается, и в печь через расходомер 8 начинает поступать природный
газ. Появление в печи метана приводит к уменьшению концен-
трации СОа и НаО. Если концентрация СОа и Н2О достигла за-
данной величины, то газоанализатор прикроет клапан, а следо-
вательно, и уменьшит расход природного газа. Если же концен-
трация СОа и НаО еще высока, то газоанализатор дает команду
клапану на дополнительное открытие.
Система регулирования позволяет вести процесс цементации
по ускоренному режиму. Вначале в печи создается атмосфера
с углеродным потенциалом, равным 1,3 % С, обеспечивающая
быстрое насыщение поверхности углеродом. Затем величину угле-
родного потенциала атмосферы устанавливают равной заданной,
например 0,9 % С. Углерод с поверхности передается диффузией
к сердцевине детали, причем концентрация углерода на поверх-
ности постоянно уменьшается, пока не достигнет заданной ве-
личины.
В цементационных проходных печах атмосферу приготовляют
и регулируют в каждой зоне. В зоне, где происходит нагрев дета-
лей до температуры цементации, желательно иметь атмосферу
183
эндогаза. В цементационной зоне все детали прогреты до 930 °C.
В эту зону наряду с эндогазом подается максимально допустимое
количество метана. Газ-карбюризатор в зависимости от конструк-
ции печи может подаваться через несколько вводов, расположен-
ных на стенах и своде печи. В цементационной зоне содержатся
минимальное количество СОа и Н2О по сравнению с другими зо-
нами печи.
За цементационной зоной может находиться диффузионная
зона. В нее подается эндогаз и природный газ в количестве,
достаточном для получения необходимого углеродного потенциала
печной атмосферы. В диффузионную зону подается всегда меньшее
количество природного газа, чем в цементационную зону.
Общий расход атмосферы при цементации зависит от кон-
струкции печи, объема внутреннего пространства, производитель-
ности и поверхности деталей.
Атмосферы для нитроцементации. Эти атмосферы приготов-
ляют, как правило, смешением эндогаза, природного газа и ам-
миака. Эндогаз выполняет роль газа-носителя. Природный газ
необходим как источник углерода, а аммиак как источник
азота.
Общий расход нитроцементационной атмосферы и количество
в ней природного газа и аммиака зависят от типа печи, интенсив-
ности циркуляции атмосферы в пе-
чи, суммарной поверхности деталей
и т. д.
Контроль состава атмосферы в
печи при нитроцементации прово-
дится аналогично регулированию
атмосферы в цементационной печи.
Необходимо лишь учитывать, что ам-
миак, присутствующий в нитроцемен-
тирующей атмосфере, разрушающе
Рис. 141. Кислородный зонд
Рис. 142. Схема установки регулирования
атмосферы печи
184
действует на литиевый датчик в приборах для измерения точки
росы атмосферы, поэтому углеродный потенциал атмосферы в
нитроцементационных печах автоматически регулируется преи-
мущественно по содержанию в печи СОа.
В последние годы для регулирования углеродного потенциала
атмосферы находит применение система измерения парциального
давления кислорода в печной атмосфере при помощи кислород-
ного зонда из двуокиси циркония. Преимуществом этой системы
является очень короткое время срабатывания (несколько секунд)
и, следовательно, более быстрое и точное регулирование угле-
родного потенциала.
Кислородный зонд (рис. 141) состоит из трубы из двуокиси
циркония 6, защищаемой керамическим чехлом 9. Через отвер-
стия 8 в чехле печная атмосфера может вступать в контакт с дву-
окисью циркония. Во внутреннее пространство трубы 6 прину-
дительно подается чистый воздух по трубке 3. При температурах
свыше 700 °C при различных концентрациях кислорода на про-
тивоположных сторонах стенки из двуокиси циркония возникает
электродвижущая сила. Это напряжение снимается с помощью
платиновых электродов 5 и 7 и подается на измерительный и регу-
лирующий прибор по проводам 2. Температура внутри зонда
замеряется термопарой 4. В рабочее пространство печи кислород-
ный зонд помещают через отверстие в стенке 1.
На рис. 142 показана схема установки регулирования угле-
родного потенциала атмосферы печи с помощью кислородного
зонда. Кислородный зонд 1 соединен с регулирующим прибором 4
проводами 2, 3, по которым передается величина парциального
давления кислорода в атмосфере печи и фактическая температура
в печи. Воздух из цеха во внутреннее пространство кислородного
зонда подается через фильтр 5 насосом 7. Расход воздуха регули-
руется краном 8 и контролируется по расходомеру 6.
При температуре 930 °C значение углеродного потенциала
0,7 % С соответствует значению электродвижущей силы на элек-
тродах кислородного зонда около 1,13 В, а 1,3 % С — около
1,155 В.
Если значение углеродного потенциала атмосферы печи ста-
новится меньше заданного, то регулирующий прибор 4 дает ко-
манду на исполнительный механизм клапана 9 и он начинает
открываться, что приводит к увеличению подачи метана в печь.
Расход метана контролируется по расходомеру 10.
Б. АЗОТНЫЕ, АРГОНОВЫЕ И ГЕЛИЕВЫЕ
АТМОСФЕРЫ
Контролируемые атмосферы из азота и инертных га-
зов (аргона и гелия) не взрывоопасны. Это служит одной из при-
чин применения их при термической обработке металлов. Кроме
того, атмосферы из азота и инертных газов совершенно не содержат
185
водорода и окиси углерода, что имеет важное значение при об-
работке некоторых металлов. При термической обработке высоко-
углеродистых сталей водород легко поглощается поверхностным
слоем стали, что вызывает при повышенных температурах хруп-
кость При термической обработке хромистых сталей окись угле-
рода является недопустимой составляющей атмосферы печи, так
как образующийся из окиси углерода углекислый газ (по реакции
2СО = СО2 4- С) при взаимодействии с хромом окисляет его
(по реакции 2Cr + ЗСО2 = Cr2O3 + ЗСО). Получение контроли-
руемых атмосфер из азота и инертных газов, в основном, основано
на процессе сжатия, охлаждения, сжижения и ректификации
воздуха
Азотные атмосферы. Азот, получаемый на кислородной стан-
ции, содержит 99,9 % N2 и 0,1 % О2 при влажности, соответству-
ющей точке росы —40 °C. Наиболее широко распространенный
способ очистки технического азота от кислорода заключается
в пропускании азота через нагретую медную или никелевую
стружку при температуре 650—1000 °C. Этим способом кислород
может быть удален (до содержания в виде следов). Медная или
никелевая стружка помещается в реторту или трубу, обычно рас-
полагаемую в рабочем пространстве печи Для более полного про-
текания процесса очистки азота от кислорода к техническому
азоту добавляют небольшое количество природного газа: на одну
часть кислорода в азоте добавляют две части природного газа.
Азотную атмосферу, очищенную от кислорода, применяют для
отжига, нормализации, светлой пайки латунью и медью, нагрева
под закалку низкоуглеродистых сталей. При добавке в печь ме-
тана (0,5—1,0 %) атмосфера становится пригодной для термиче-
ской обработки сталей с более высоким содержанием углерода.
Азотиая атмосфера может служить основой и для приготов-
ления атмосферы для азотирования.
Для насыщения стали азотом применяют атмосферы чистого
аммиака, из смеси аммиака и азота, из смеси аммиака и эндогаза.
Для получения атмосферы из чистого аммиака используется
жидкий аммиак, доставляемый в баллонах или цистерне. При
небольшом потреблении аммиак испаряется в баллоне, который
может иметь наружный подогрев. При больших расходах аммиак
газифицируют в специальном испарителе. В печь подается аммиак
в газообразном состоянии с избыточным давлением 0,4—1,2 кПа.
Аммиак, применяемый в печах для азотирования, должен быть
обезвоженным и очищенным от механических примесей и масла
Степень диссоциации аммиака в рабочем пространстве печи
регулируется его расходом. Увеличение расхода аммиака в печи
уменьшает степень его диссоциации, так как сокращается время
пребывания аммиака в печи. Уменьшение расхода аммиака уве-
личивает время пребывания его в печи и приводит к увеличению
степени диссоциации. Степень диссоциации аммиака определяется
в зависимости от заданной глубины слоя и времени насыщения.
186
Содержание газообразного аммиака в атмосфере печи колеблется
от 25 до 70 %. Остальные составляющие атмосферы — это про-
дукты диссоциации аммиака — Н2 и N2.
Для получения атмосферы, состоящей из смеси аммиака и
азота, используют газифицированный аммиак и газообразный
азот, получаемый или из баллонов или от специальной установки.
Применяют атмосферы, содержащие 20—25 % NHS и 75—80 % N2.
Разбавление аммиака азотом улучшает качество азотирования
из-за уменьшения содержания водорода в печи, удешевляет про-
цесс и уменьшает взрывоопасность атмосферы печи.
Для получения атмосферы из аммиака и эндогаза, используе-
мой для азотирования при 570 °C, применяют газифицированный
аммиак и эндогаз, вырабатываемый из природного газа, бутана
или пропана.
Аргоновые атмосферы. В отличие от азота аргон полностью
нейтрален и не образует с металлами химических соединений.
Аргон применяют в порошковой металлургии, при получении
полупроводниковых материалов (германия, кремния), термиче-
ской обработке специальных сортов коррозионно-стойкой и ин-
струментальных сталей, когда другие атмосферы, содержащие Н2
СО или N2, непригодны.
Применение аргона обязательно при отжиге и других видах
термической обработки титана, тантала, циркония и их сплавов.
Аргон — одноатомный газ, бесцветен и не имеет никакого
запаха, несколько тяжелее воздуха, плотность при нормальных
условиях 1,784 кг/м3.
Аргон получают путем сжатия, сжижения и разделения воз-
духа, в котором содержание аргона достигает 0,933 %. Получе-
ние чистого аргона при разделении воздуха методами глубокого
охлаждения включает три стадии: 1) отбор аргонной фракции
из воздухоразделительного аппарата и получение сырого аргона;
2) очистку сырого аргона от кислорода; 3) очистку аргона от
азота. Чистый аргон поставляется в стальных баллонах емкостью
40—55 л. Давление газа в баллоне около 15МПа (150 ат). Чистый
аргон содержит аргона не менее 99,99 %, не более 0,003 % кисло-
рода, не более 0,01 % азота. Производится аргон и особой чистоты,
в котором содержится не более 0,005 % азота и не более 0,001 %
кислорода.
Особое внимание при применении аргона в качестве защитной
атмосферы следует обращать на герметизацию печного простран
ства. Попадание в печь через неплотности даже небольшого
количества кислорода резко снижает качество термической об-
работки.
Гелиевые атмосферы. Гелий является химически инертным
газом и не вступает во взаимодействие ни с какими другими эле-
ментами. Гелий, как и аргон, применяется в металлургии и маши-
ностроении при производстве специальных сплавов и материалов
в качестве защитной атмосферы
187
Гелий — одноатомный газ, бесцветен и не имеет никакого
запаха, значительно легче воздуха, плотность при нормальных
условиях 0,17 кг/м3, теплопроводность его в 6,2 раза больше
теплопроводности воздуха
Для промышленных нужд гелий получают из природных газов.
В природном газе ряда месторождений содержится от 0,1 до
0,25 % гелия (известно месторождение, где содержание гелия
составляет 7—8 %). Из природного газа гелий извлекается мето-
дами глубокого охлаждения. Вначале выделяется так называемый
сырой гелий (концентрат, содержащий до 90 % Не), который
затем подвергают очистке с получением технически чистого ге-
лия и гелия высокой чистоты. Состав технического гелия: не ме-
нее 99,80 % Не и не более 0,06 % Н2; 0,12 % Na; 0,005 % О2.
Содержание влаги должно соответствовать температуре точки
росы не выше —50 °C. Гелий высокой чистоты содержит не менее
99,98 % Не.
6. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТАНОВОК ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР
При эксплуатации установок для получения кон-
тролируемых атмосфер следует учитывать возможность образова-
ния взрывоопасной газовоздушной смеси, ядовитых и горючих
газов. Мероприятия, обеспечивающие безопасную эксплуатацию
установок, предусматривают исключение вредного воздействия
указанных выше факторов иа здоровье обслуживающего персо-
нала и техническое состояние оборудования.
Предотвращение опасности взрыва. Взрывоопасной является
газовоздушная смесь, предназначенная, например, для получе-
ния экзогаза. Участок трубопровода от газосмесительной машины
до камеры сгорания заполнен хорошо перемешанной газовоздуш-
ной смесью. При нормальной производительности установки
скорость движения газовоздушной смеси значительно превышает
скорость распространения пламени, поэтому смесь сгорает в топке
и пламя в трубопровод не проникает. При уменьшении произво-
дительности или при остановке газосмесительной машины ско-
рость движения смеси становится ниже допустимой и возможен
проскок пламени в трубопровод с образованием взрыва. Для
исключения проскока пламени в трубопровод с газовоздушной
смесью на трубопроводе, в непосредственной близости от источ-
ника пламени, устанавливают пламегаситель. В пламегасителе
имеется обойма из медной гофрированной полосы и запорного
клапана, удерживаемого биметаллическими пластинами. При
проникновении пламени из топки или реторты в пламегаситель
биметаллические пластинки раздвигаются и освобождают клапан,
который перекрывает трубопровод.
Предотвращение возможности отравления и пожарной опас-
ности. Отравляющими газами являются окись углерода, аммиак,
188
сернистый газ и сероводород. Наиболее опасны атмосферы, со-
держащие окись углерода — газ без запаха и сильно отравля-
ющий. Выпуск атмосфер, содержащих окись углерода, непосред-
ственно в цех недопустим. Атмосферы, если они являются го-
рючими, должны сжигаться по выходе из сбросных свечей или
удаляться принудительным путем за пределы цеха.
Аммиак, сернистый газ и сероводород обладают резким запа-
хом, что является некоторой гарантией предупреждения о име-
ющихся утечках. Удаление этих газов из рабочей зоны должно
проводиться принудительным путем посредством вентиляторов.
Первые признаки отравления окисью углерода: головная
боль, затуманенное сознание и физическая слабость. Обслужи-
вающий персонал должен знать, что такие симптомы, как сон-
ливость, головная боль, тошнота, могут являться признаками
отравления, поэтому необходимо срочно выйти из опасной зоны.
Горючие контролируемые атмосферы, как и любое газооб-
разное топливо, требуют соблюдения соответствующих правил
пожарной безопасности.
ГЛ АВ А 13. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДАЧИ ВОЗДУХА
И ГАЗА
1. ВЕНТИЛЯТОРЫ
В термических цехах для снабжения оборудования
воздухом применяют различные воздуходувные машины: венти-
ляторы, воздуходувки и компрессоры. Вентиляторы применяют
как для обеспечения воздухом отдельных крупных печных агре-
гатов или групп мелкого печного оборудования, так и для пере-
мешивания атмосферы в печи. Воздуходувки используют в каче-
стве общецеховых источников воздуха. Компрессоры применяют
с целью получения воздуха высокого давления для приведения
в действие различных механизмов. Наибольший интерес пред-
ставляют собой вентиляторы, которые развивают полное давле-
ние, не превышающее, как правило, 10 кПа. Существует два
конструктивно различных типа вентиляторов: центробежные,
в которых воздух входит в осевом направлении, а выходит в ра-
диальном, и осевые с движением воздуха вдоль оси вращения.
Центробежные (радиальные) вентиляторы. Центробежный вен-
тилятор (рис. 143) представляет собой рабочее колесо 1 турбин-
ного типа, расположенное в спиральном корпусе 2. При вращении
колеса воздух поступает в корпус через входное отверстие 4,
попадает в пространство между лопатками колеса и под действием
возникающей центробежной силы сжимается и выбрасывается
через выходное отверстие 3. Спиральные корпуса сваривают пре-
имущественно из листовой стали и крепят к станинам, на которых
189
Рис. 143. Схема центробежного
вентилятора
устанавливают и двигатели. Способы
соединения центробежных вентиля-
торов с двигателями показаны на
рис. 144. Для вентиляторов малых
размеров целесообразна насадка ко-
лес непосредственно на валы двига-
телей (рис. 144, а), что обеспечивает
компактность, экономичность и бес-
шумность. В больших вентиляторах
колеса с валами двигателей можно
соединять при помощи промежуточ-
ных муфт и установкой дополнительных опорных подшипников
(рис. 144, б—ж).
Если, при наблюдении со стороны всасывания, разворот спи-
рали корпуса выполнен по часовой стрелке, то вентиляторы на-
зывают правыми, а против часовой стрелки — левыми. Положе-
ние корпуса вентилятора обозначают направлением вращения
(Пр или Л) и углом поворота в градусах (рис. 145) На корпус,
например, с расположением выходного отверстия вверх делают
надпись Пр 0° или Л 0°.
По создаваемому полному давлению различают центробежные
вентиляторы низкого давления (до 1000 Па), среднего давления
(до 3000 Па) и высокого давления (до 10 000 Па). Вентиляторы,
предназначенные для перемещения дымовых газов, называют ды-
мососами, а воздуха, засоренного механическими примесями, —
пылевыми вентиляторами.
Центробежные вентиляторы, выпускаемые отечественной про-
мышленностью, характеризуются номером. Номер определяется
наружным диаметром колеса, измеренным в дециметрах.
ГОСТ 10616—73 (СТ СЭВ 4483—84) рекомендует следующие но-
мера вентиляторов- 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4, 5; 6,3; 8; 10;
Рис. 144. Способы соединения центробежных вентиляторов с двигателями
190
Рис. 145. Расположение спиральных корпусов
12,5; 16; 20, 25; 31,5; 40; 50. Указанным ГОСТом регламенти-
рованы не только размеры колес, но и размеры корпуса, входного
и выходного отверстий и т. д. В обозначении вентилятора указы-
вается его тип, пятикратная величина коэффициента полного дав-
ления и критерий быстроходности. Например, центробежный
вентилятор с коэффициентом полного давления 0,86 и быстроход-
ностью 70 обозначается Ц4-70. Для осевых вентиляторов приме-
няют такую же систему, но без буквы. На рис. 146 показаны
различные положения вентиляторов Ц4-70 правого вращения
(при левом вращении — зеркальное отражение), а в табл. 43 —
основные размеры этих вентиляторов при различных по-
Таблица 43 Размеры, мм, центробежных вентиляторов Ц4-70
(см. рис. 146)
№ вен- тилятора Л £ В В, вЛ Размер Г при угле поворота, градусы
0 45 90 135 1В0 270 315
2,5 163 460 289 200 480 590 705 665 628 625 593 577
3,15 208 609 346 256 602 696 846 808 758 752 712 688
4 260 672 427 335 742 856 1041 988 936 921 871 844
5 326 787 527 392 918 1028 1260 1201 1138 1119 1068 1025
6,3 410 948 657 489 1146 1290 1608 1522 1455 1427 1349 1306
Размер Е
при угле
№ вен- тилятора Д поворота, градусы Ж 3 и Н Н, Н, Н, 1 ь
45 315
2,5 215 460 247 537 184 431 325 232 187 402 155 68
3,15 272 609 312 666 282 532 390 296 240 585 179 66
4 338 672 388 825 288 676 480 365 300 627 207 76
5 419 787 481 1016 357 838 570 451 360 771 242 98
6,3 525 948 604 1283 446 1050 750 567 430 972 288 110
191
ж)
Рис, 146. Расположение центробеж-
ных вентиляторов Ц4-70 правого
вращения:
а — Пр 0°; б — Пр 45’; в — Пр 90°; г —
Пр 135"; д — Пр 160’; е — Пр 270’; ж —
315’
ложениях спирального корпуса. Центробежные вентиляторы
широко применяют для подачи дутьевого воздуха к горелкам
печей, создания воздушных завес, отсоса дымовых газов и т. п.
Исходными данными для выбора вентилятора являются его
производительность и создаваемое давление. Для вентилятора
определенных геометрических размеров при перемещении, напри-
мер, воздуха неизменной плотности и неизменном числе оборотов
колеса создаваемое давление и КПД зависят от производитель-
ности. На рис. 147 показана аэродинамическая характеристика
вентилятора Ц14-46 № 5 при четырех значениях частоты враще-
ния колеса: 1450, 1200, 960 и 720 мин-1.
Наибольший КПД при 1450 мин-1 имеет место при подаче
вентилятором около 14 000 м3/ч. Давление, создаваемое вентиля-
тором при этом, составляет около 2400 Па. При меньшей частоте
вращения (1200, 960 и 720 мин-1) максимальный КПД имеет
место при 12 000, 9000, 7000 м3/ч соответственно.
192
Рис. 147. Аэродинамическая характеристика вен р,па
тилятора Ц14-46 № 5
2500
Для конкретных исходных данных,
по имеющимся характеристикам различ- 2000
ных вентиляторов, выбирается венти-
лятор с более высоким КПД, работаю- 1500
щий наиболее экономично.
Осевые вентиляторы. Осевой вен-
тилятор представляет собой рабочее т
колесо пропеллерного типа, располо-
женное в цилиндрическом корпусе. Ра- 5D0
бочее колесо может находиться на валу
двигателя (рис 148, а, б), на одной оси
(рис. 148, в—д) или соединяться через 0
редуктор (рис 148, ё). Поступающий в
вентилятор воздух, под воздействием лопаток колеса, перемещается
между ними в осевом направлении, причем давление воздуха уве-
личивается. Эффективность работы осевого вентилятора зависит
от величины зазора между концами лопаток колеса и внутренней
поверхностью корпуса. Зазор не должен превышать 1,5 % длины
лопатки. Осевые вентиляторы используют при давлениях 30—
300 Па. Их подача может достигать нескольких миллионов куби-
ческих метров в час. Размеры осевых вентиляторов регламентирова-
ны ГОСТ 11442—74. Основные размеры осевых вентиляторов 06-300
(рис. 149) приведены в табл. 44 Аэродинамическая характери-
стика вентилятора 06-300 № 5 показана на рис. 150. Осевые вен-
тиляторы используют для циркуляционных термических печей
Рис. 148. Соединение осевых вентиляторов с двигателями
7 Долото» Г. П.
193
Таблица 44. Размеры, мм, осевых вентиляторов 06-300 (см. рис. 150)
№ ееитн лятора D D, D, » С с, А d п Мас са, кг
4 400 403 430 460 200 - - . 8 10
5 500 503 530 560 250 — — — 7 16 17
6,3 630 633 660 690 315 — .— — 7 16 32
8 800 805 830 860 320 750 250 550 10 16 57
10 1000 1006 1035 1060 400 900 330 670 12 16 102
12,5 1250 1258 1285 1320 500 1100 400 850 12 24 157
и приточно-вытяжной вентиляции Мощность электродвигателя
вентилятора зависит от его подачи, суммарной потери давления
в сети, коэффициента запаса и КПД вентилятора и определяется
по формуле
N = Lpfc/(3,6r)T)nt]p),
где N — мощность, кВт; L — производительность, м3/ч; р —
давление, Па; k — коэффициент запаса мощности (для центро-
бежных вентиляторов с лопатками, загнутыми вперед, k = 1,14-
4-1,15, с лопатками, загнутыми назад, и для осевых вентилято-
ров k = 1,054-1,1); т] — КПД вентилятора, определяемый по
его характеристике (номограмме); т]п — коэффициент, учитываю-
щий потери на трение в подшипниках (t]n = 0,964-0,97); т]р —
коэффициент, учитывающий потери в редукторе (ri_ = 0,94-
4-0,95).
Печные вентиляторы (центробежные и осевые) предназначены
для создания принудительной циркуляции газов в рабочем про-
странстве печей при температурах 200—1000 °C. Вентиляторы
Рис. 149 Осевые вентиляторы 06-300: Рис. 150. Характеристика вентилятора
а — вентиляторы № 4; S; 6,3; б — вентиля- 06-300 Ks 5
торы № 8; 10; 12,5
194
Рис. 151. Печные центробежные вентиляторы конструкции ВНИИЭТО:
а — ЦН-3.0—76; б — ЦР-4,3—65; в — ЦР-4,2—5,4; г — ЦР-4,2—69; д — ЦР-5,2—64;
1 — привод вентилятора; 2 — рабочее колесо
обоих типов можно применять для перемешивания атмосферы
печи, если использовать их без выходного спрямляющего аппарата.
Вентиляторы-мешалки получили распространение в печах хи-
мико-термической обработки, в которых необходимо обеспечить
равномерность состава и температуры контролируемой атмосферы
по объему рабочего пространства. На рис. 151 показаны печные
центробежные вентиляторы ВНИИЭТО с рабочими колесами
разных типов без выходного спрямляющего аппарата (с лопат-
ками, загнутыми назад, — тип ЦН и радиальными — тип ЦР).
Вентилятор для перемешивания печной атмосферы устанавли-
вают на своде печи. Жаропрочная крыльчатка находится в зоне
печи, а привод вентилятора расположен вне печного пространства.
Электродвигатель и подшипники закреплены на металлокон-
струкции, опирающейся на крышку песочного затвора. Песочный
затвор служит уплотняющим устройством и предотвращает вы-
бивание печных газов. Вращение от электродвигателя к валу иногда
передается с помощью клиноременной передачи. В полость вала
для его охлаждения подают через трубу сжатый воздух, который
выходит через межтрубное пространство. Место прохода вала
через свод герметизировано сальниковым уплотнением.
19s
7*
н
Рис. 152. Суммарная аэродинамическая ха-
рактеристика при параллельном и последова-
тельном включении вентиляторов.
I — один вентилятор; 2 - два вентилятора по-
следовательно 3 — два вентилятора параллельно
Огнеупорная керамика, находя-
щаяся в своде, поддерживается жа-
роупорным листом и жароупорными
болтами с уплотнительными колпа-
ками, обеспечивающими герметич-
ность места прохода болта через
свод.
Вентиляторы-мешалки
для химико-термической обработки. Их применяют в схемах цир-
получили распространение в печах
куляции газов в печи, когда садка имеет незначительное аэроди-
намическое сопротивление (до 100 Па) или когда нет требований по
обеспечению замкнутой циркуляции газа через садку. При вы-
носном центробежном вентиляторе спрямляющий аппарат уста-
навливают за рабочим колесом вентилятора. Спрямляющий аппарат
повышает статическое давление вентилятора и формирует поток
в нужном направлении. Вентиляторы, работающие при темпера-
туре до 350 °C, изготовляют из углеродистых сталей, при
более высокой температуре — из жаропрочных сталей. Рабо-
чие колеса вентиляторов при температуре до 750 °C выпол-
няют сварными, а при температуре до 1000° — сварными и ли-
тыми
В том случае, когда вентилятор не обеспечивает требуемой
производительности или давления, устанавливают несколько вен-
тиляторов. Определение суммарной подачи и давления двух или
более вентиляторов, работающих параллельно или последова-
тельно, требует построения суммарной аэродинамической харак-
теристики вентиляторов.
На рис. 152 показано определение суммарной подачи и давле-
ния двух одинаковых вентиляторов с одинаковой частотой вра-
щения при параллельной и последовательной их установке.
Суммарная аэродинамическая характеристика для параллельно
работающих вентиляторов строится суммированием абсцисс на
равных ординатах, а для работающих последовательно — сум-
мированием ординат на равных абсциссах. Точка пересечения
суммарной характеристики вентиляторов с характеристикой сети
определяет суммарные подачу и давление. Точка А отвечает
подаче и давлению одного вентилятора, точка В — двух вентиля-
торов, работающих параллельно, и точка С — двух работающих
последовательно. Результат работы вентиляторов, установлен-
ных параллельно или последовательно, зависит от особенностей
характеристики вентиляторов и сети.
196
2. КОМПРЕССОРЫ. НАСОСЫ, ГАЗОДУВКИ
Компрессоры — машины, сжимающие газ до избы-
точного давления, не менее 200 кПа. Различают компрессоры
низкого (р = 200-^-1000 кПа), среднего (1000—10 000 кПа) и
высокого (более 10 000 кПа) давления По подаче компрессоры
подразделяют на малые (до 0,015 м3/с), средние (от 0,015 до 1,50 м3/с)
и крупные (1,5 м3/с и более).
По конструктивному признаку различают компрессоры порш-
невые, роторные, центробежные и осевые.
В поршневых компрессорах газ сжимается в замкнутом про-
странстве (цилиндре) при возвратно-поступательном движении
поршня. Отдельные цилиндры в машине, как правило, распола-
гаются не в одной плоскости, а под углом, например 90°, что
уравновешивает машину. Характеристики некоторых поршневых
компрессоров приведены в табл. 45.
Роторные компрессоры имеют вращающуюся часть — ротор.
Роторные пластинчатые компрессоры могут развивать давление
нагнетания до 0,4—0,5 МПа при одной ступени сжатия и до
0,7 МПа при двух ступенях сжатия.
Роторные винтовые компрессоры имеют в литом корпусе два
винта. При вращении винтов происходит сжатие газа Отечествен-
ной промышленностью изготовляется десять базовых машин
марки ВК с подачей 1—400 м3/мин и максимальной степенью
сжатия до 400 кПа.
Центробежные компрессоры (турбокомпрессоры) имеют ряд
преимуществ: сжимаемый газ не загрязняется маслом, плавный
ход и отсутствие вибраций, большая подача.
Вал центробежного компрессора соединяется с валом привод-
ного двигателя (электродвигатель или паровая турбина) непосред-
ственно или для увеличения числа оборотов вала компрессора
Таблица 45. Характеристики поршневых компрессоров
Компрессор Сжимаемая среда Подача, м”/мин Давле- ние на гнетаиня. МПа Чистота враще- ния вала, С”-1 Потреб ляемая МОЩНОСТЬ, кВт
202ВП-Ю/8 Воздух 10 0,8 12,2 60
402ВП-4/220 » 4 22 12,2 70
302ГП 6/18 Водород 6 1.8 12,2 50
402ГП-4/400 » 4 40 12,2 70
13ГП-3/2-49 Смесь газов (азот, хлор- метил, метан, метилеи хлорид) 3 4,9 8,33 70
13ГП 20/9 Сухой этилен и другие неагрессивные газы 20 0,9 8,33 120
305Г11-30/8 Водород 30 0,8 8,33 150
7ГП 11/3 50 Водород с примесью углеводородных газов 11 5,0 6,25 280
197
Рис 153 Схема двухступенчатого центро-
бежного компрессора
через механическую переда-
чу. На рис. 153 показана схе-
ма двухступенчатого центро-
бежного компрессора. При
вращении вала / компрессора
воздух засасывается в пер-
вую ступень сжатия и затем
во вторую ступень сжатия. Из
компрессора сжатый воздух
удаляется через патрубок 2.
Центробежные компрессо-
ры имеют подачу 100—
4000 м3/мин, давление нагне-
тания 0,5—30 МПа и по-
требляют мощность 500—
7000 кВт.
Компрессоры применяют
для обеспечения сжатым га
зом одновременно несколь-
ких цехов. Как правило, компрессоры устанавливают в отдель-
ном изолированном помещении. Эксплуатация и обслуживание
компрессорных станций проводится лицами, прошедшими спе-
циальное обучение.
Насосы предназначены для перекачивания различных жидко-
стей Работа насоса характеризуется основными техническими
данными, подачей, напором, допустимой вакуумметрической вы-
сотой всасывания, числом оборотов ротора, мощностью привода
и КПД насоса. Характеристика насоса обычно дается в виде
графика зависимости давления, мощности и КПД от подачи при
данной частоте вращения ротора На рис. 154 показан центро-
бежный насос консольного типа. Рабочее колесо закреплено на
Рис 154 Насос консольного типа:
1 — полумуфта; 2 — ротор; 3 — подшипник; 4 — всасывающий патрубок; б — рабочее
колесо; 6 — уплотнение
198
консольном конце ротора гайкой. Насосы этого типа рассчитаны
на подачу 10—360 м8/ч. Кроме центробежных насосов применяют
также вихревые, поршневые, роторные насосы. В ряде случаев,
например в моечных машинах, закалочных баках и баках гидрав-
лических систем печей, используются погружные насосы, что
позволяет свести к минимуму загрязнение оборудования вслед-
ствие утечек жидкости через неплотности.
Газодувки предназначены для подачи воздуха, газа и газовоз-
душной смеси. Газодувки широко применяют в установках для
получения защитного газа. Для воздуха и газов, не агрессивных
к маслу, предназначены газодувки типа 1А. Для подачи газов,
агрессивных к маслу, рекомендуются газодувки типа 1Г, обору-
дованные дополнительной системой герметизации проточной части
рабочей камеры
В индексации газодувки указывается ее исполнение, условный
размер, максимальный перепад давления и тип электродвига-
теля. Например, обозначение 1А 24-30-4А расшифровывается
Таблица 46 Основные параметры и размеры газодувок типа 1А
Газо- дувка По- дача, ма/мии Размеры, мм Зазоры, мм
А Б В Г Ду Е Ж Е+Ж И
1А21 1.7 100 60 440 170 65 0,05 0,11 0,22 0,08
1А22 2.5 150 110 490 170 100 0,05 0,14 0,25 0,08
1А24 4,5 250 210 590 200 100 0,05 0,2 0,35 0,08
Примечание Частота вращения 1450 об/мин, перепад давления
до 30 кПа.
199
так: 1А — исполнение; 24 — условный размер; 30 — максималь-
ный перепад давления, кПа; 4А — четырех полюсный закрытый
обдуваемый электродвигатель. Основные размеры и параметры
газодувок типа 1А (рис. 155) приведены в табл. 46.
3. ТРУБОПРОВОДЫ ДЛЯ ПОДАЧИ ВОЗДУХА, ГАЗА
И ЖИДКОСТЕЙ
Для подачи воздуха, различных газов и жидкостей
применяют трубопроводы, которые имеют соединения, запорную
и регулирующую аппаратуру. Воздухопроводы низкого давления
изготовляют, как правило, сварными из тонколистовой стали.
Газопроводы выполняют из стальных сварных (с продольным пря-
мым или спиральным швом) или бесшовных труб. Газопроводы
среднего и высокого давления изготовляют из спокойной стали.
Для изготовления газопроводов низкого давления применяют
полуспокойную и кипящую стали. Соединение стальных труб,
как правило, производят сваркой. Соединительные части, детали
газопроводов и газового оборудования выполняют из ковкого
чугуна или из спокойной стали. Резьбовые соединения исполь-
зуют в местах установки кранов, муфт и т. д. На газопроводах
фланцевые и резьбовые соединения применяют только для при-
соединения запорной аппаратуры, КИП и оборудования. Разъем-
ные соединения должны быть доступны для осмотра и ремонта.
Для уплотнения фланцевых соединений применяют паронит,
маслобензостойкую резину, алюминий, медь. Для резьбовых
соединений чаще всего используют цилиндрическую резьбу.
Для подачи масла к гидравлическим приводам применяют
бесшовные стальные трубы с предварительной очисткой их вну-
тренней полости от окалины. Диаметры трубопроводов опреде-
ляются в зависимости от количества протекающего газа или жид-
кости и допустимых потерь давления.
Прокладка трубопроводов и размещение на них соединений
и оборудования регламентируются соответствующими правилами.
На рис. 156 показана часть трубопроводов печи, предназначен-
ных для подачи природного газа и воздуха к двум горелкам.
Трубопроводы крепятся при помощи хомутов к кронштейнам,
приваренным к каркасу печи. Пропускная способность горелок
регулируется воздушным клапаном в зависимости от темпера-
туры в печи. Постоянство соотношения между газом и воздухом
автоматически обеспечивается клапаном-пропорционизатором,
установленным на газопроводе и соединенным импульсными труб-
ками с газо- и воздухопроводами Все трубопроводы перед вво-
дом их в эксплуатацию подвергают испытаниям на прочность и
плотность Особенно это относится к газопроводам природного
и других газов. Газопроводы низкого давления испытывают на
прочность под давлением воздуха 0,1 МПа, а среднего давления —
0,2 МПа. Газопроводы, подвергают опрессовке давлением
200
Рис. 156. Трубопроводы печи:
1 — кронштейн для газопровода; 2, 10. 12 — кран; 3 — газопровод; 4 — клапан-пропор-
ционизатср; 5, 6 — импульсная трубка; 7 — воздухопровод; 8 — воздушный клапан; 9,
13 — кронштейн Для воздухопровода; И — горелка
(0,01 МПа): падение давления в газопроводе не должно превы-
шать 600 Па за 1 ч.
Все промышленные трубопроводы окрашивают в установлен-
ные цвета. Водопровод окрашивают в зеленый цвет, паропровод —
в красный, воздухопровод — в синий, газопровод (горючие и
негорючие газы) — в желтый, трубопроводы горючих и негорю-
чих жидкостей — в коричневый.
На трубопроводы с огнеопасными и взрывоопасными транс-
портируемыми веществами наносят дополнительно краской крас-
ные кольца.
ГЛАВА 14.УСТРОЙСТВА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ
ДЕТАЛЕЙ И ГРУЗОВ
1. ТАЛИ И КРАНЫ
Тали. Для подъема различных грузов применяют
ручные и электрические тали. Ручная таль (рис. 157) имеет чер-
вячную передачу, грузовую 2 и тяговую 9 цепи. Подъем грузов
осуществляется усилием рабочего, перемещающего тяговую цепь.
Ручная таль крюком 6 подвешивается к конструкции (балка,
тренога и т. д.), расположенной над грузом, а сам груз крепится
к грузовому крюку 1. При перемещении тяговой цепи вращается
колесо 7 и червяк 8. Звездочка 4 расположена на одном валу
с червячным колесом 5, поэтому при вращении червячного колеса
201
звездочка перемещает грузовую цепь, поднимая или опуская
грузовой крюк. Для удержания груза в поднятом положении
и безопасности его спуска служит грузоупорный тормоз 3.
Ручные шестеренчатые тали изготовляют грузоподъемностью
0,25; 1; 2; 3,2; 5 и 8 т. Высота подъема груза до 3 м, скорость
подъема груза 0,6 м/мин, тяговое усилие 195—480 Н.
Ручная таль может быть подвешена к тележке, двигающейся
по монорельсу, что позволяет перемещать груз по цеху.
Электрические тали в качестве привода имеют электродвига-
тель. Включение электрической тали проводится при помощи
кнопочного устройства, подвешиваемого на гибком кабеле. Для
автоматического выключения электродвигателя при подходе крюка
тали к крайнему верхнему положению устанавливается конеч-
ный выключатель. Подъем груза осуществляется при помощи
стального каната, навиваемого на барабан.
Широко применяют электрические тали, подвешиваемые на
монорельсовые тележки, перемещаемые вручную или электродви-
гателем (рис. 158). Скорость подъема груза 8 м/мин, скорость
перемещения при наличии электропривода 20 м/мин. Основные
технические данные электрических талей приведены в табл. 47.
Мостовые краны. Кран состоит
из двух основных частей: моста
и тележки. Мост представляет со-
бой цельносварную конструкцию,
опирающуюся на ходовые колеса.
Мост передвигается по рельсам,
4
3
Рис. 158. Электрическая таль:
1 — пульт управления; 2 — крюковая обой-
ма; 3 — электроталь; 4 — подвесной путь;
Б — тележка
202
Таблица 47. Основные технические данные электрических талей
Показатели ТЭ-0,5 ТЭ-1 ТЭ-112 ТЭ-2 ТЭ-212 ТЭ-301 ТЭ-307 ТЭ-501 ТЭ-506
Грузоподъем- ность, т 0,5 1 1 2 2 3 3 5 5
Высота подъе- ма, м Мощность электродвига- теля, кВт: 6 6 12 6 12 6 10 6 10
подъема передвиже- ния 0,85 2,1 2,1 3 3 4,2 4,2 7 7
Масса, кг — 0,65 0,65 0,65 0,65 0,8 0,8 1,2 1.2
уложенным на подкрановых балках. Рельсы проложены вдоль
пролета цеха. Тележка крана может передвигаться вдоль моста
крана, т. е. поперек пролета цеха. Колеса тележки катятся по
рельсам, закрепленным вдоль моста. Мостовой кран имеет три
механизма с электрическим приводом: для перемещения крана
вдоль цеха, перемещения тележки поперек цеха и подъема и
опускания груза.
Питание электроэнергией крана проводится через скользящие
контакты от троллейных шин, проложенных вдоль одного из
подкрановых путей. Мостовым краном управляет крановщик,
находящийся в кабине, закрепленной на тележке крана. Управ-
ление краном может осуществляться и с помощью подвесного
кнопочного механизма или по радио.
На рис. 159 показан двухбалочный мостовой кран, опира-
ющийся мостом 1 на поперечные концевые балки 7, в которых
закреплены ходовые колеса 6. Колеса приводятся во вращение
механизмом 3 передвижения крана Вдоль цеха мост перемещается
по подкрановым путям 5, уложенным на подкрановые балки, опи-
рающиеся на колонны здания Тележка 11 передвигается вдоль
крана, т. е. поперек цеха при помощи механизма 2. Электриче-
ский ток подается к тележке по кабелю 8, прикрепленному к коль-
цам, скользящим по проволоке. На тележке крана установлены
два механизма подъема груза: главный 10 и вспомогательный 9.
Питание крана электроэнергией происходит через главные трол-
леи 12, расположенные вдоль подкрановой балки. Обслуживание
главной троллеи осуществляется с площадки 13 крана. Аппара-
туру управления краном размещают в кабине 4, где находится
и крановщик.
Мостовые краны выпускают грузоподъемностью 3—200 т
с пролетом 12—36 м. Скорость подъема и передвижения груза
203
Таблица 48. Основные технические данные мостовых двухбалочных кранов
Грузоподъ емкость. т Высота подъема груза, м Скорость передвижения, м/мии Длина колеи крана, м
крюка тележки крана
5 16 10,0 40,0 80,0 11,0—32,0
10 16 8,0 40,0 80,0 11,0—34,5
10 32 20,2 37,0 118,0 8,1—32,0
15 16 8,0 40,0 80,0 11,0—32,0
15 34 8,0 40,0 80,0 11,0—32,0
20 и 5 До 14 8,0 40,0 80,0 10,5—25,5
Грузоподъ База Масса Габаритные размеры^ м
емкость, т крана, м крана, т Длина Высота Ширина
5 4,0—5,0 13,6—33,3 11,3—33,3 4,14 5,0—6,5
10 4,4—4,5 17,0—54,5 11,3—34,8 3,15 6,3—6,6
10 4,4—5,0 12,0—30,7 8,4—32,3 3,96 5,2—5,8
15 4,4 17,0—40,5 11,3—32,3 4,31 5,6
15 4.4 17,6—40,5 11,3—32,3 4,31 5,6
20 и 5 4,4 19,1—51,0 11,2—26,2 4,41 6,3
204
зависят от грузоподъемности крана и изменяются в пределах
2—8 м'мин при подъеме груза, 20—40 м мин при движении те-
лежки, 60—120 м мии при движении моста. Чем больше грузо-
подъемность крана, тем меньше скорости.
Мостовые краны часто используют для выполнения техноло-
гических операций, например при загрузке тяжелых деталей
(до 150 т) на под отжигательных печей, при закалке в баках тяже-
лых валов, штампов и т. п. Основные технические данные мосто-
вых двухбалочных кранов приведены в табл. 48. Обслуживание,
ремонт и испытания мостовых кранов проводят в соответствии
с правилами, утвержденными Гостехнадзором.
При размещении мостовых кранов в здании необходимо обеспе-
чить соответствующие расстояния между краном и элементами
здания (рис. 160). Расстояние от верхней точки крана (тележки)
до потолка здания или нижнего пояса стропильных ферм должно
быть не менее 100 мм, расстояние от настила площадок крана до
нижнего пояса стропильных ферм — не менее 1800 мм, расстоя-
ние от торца крана до колонн и стен здания — не менее 60 мм,
расстояние от нижних частей крана (не считая грузозахватного
органа) до расположенного в зоне его действия оборудования —
не менее 400 мм. Расстояние от нижней точки крана (не считая
грузозахватного органа) до пола цеха или площадок, на которых
во время работы крана могут находиться люди, должно быть
Рис. 160. Размещение мостового крана в здании (цехе)
205
не менее 2 м. Эти расстояния обеспечивают возможность безопас-
ного обслуживания крана как в процессе его эксплуатации, так
и ремонта.
2. КОНВЕЙЕРЫ ‘
Наибольшая степень механизации достигается при
применении для транспортирования деталей в термический цех кон-
вейеров. Цепной конвейер соединяет механический, термический
и сборочный цех в одну транспортную систему. Все детали, под-
вергающиеся термической обработке, загружают в механическом
цехе на конвейер и без дополнительной перегрузки они поступают
к термическим печам. Обработанные детали вновь загружаются на
конвейер и направляются в сборочный цех. Цепные конвейеры
используют для передачи деталей в термическом цехе с одного
участка цеха в другой, например от закалочных баков к печам
отпуска, очистным установкам и затем на контроль Движение
конвейера происходит по замкнутой трассе.
Тяговым элементом конвейера является цепь, огибающая
ведущую и направляющие звездочки. Цепь снабжена ходовыми
роликами, которые катятся по нижней полке двутавровой балки.
К осям роликов присоединены подвески, на которые вешаются
обрабатываемые детали или корзины для деталей. Приводная
станция конвейера включает площадку, редуктор, вариатор и
электродвигатель. Скорость движения конвейера изменяют при
помощи вариатора. Необходимый натяг цепи по трассе обеспечи-
вают натяжные устройства с винтовым механизмом или грузом.
Цепной конвейер располагается в цехе на высоте до 5 м, а в ме-
стах загрузки и разгрузки деталей высота конвейера снижается
до 1,5—2 м. Загрузка и разгрузка деталей проводится или вруч-
ную или с применением специальных механизмов и роботов.
На рис. 161 показан подвесной цепной конвейер, предназна-
ченный для передачи деталей из термического цеха в сборочный.
Термический цех расположен на первом этаже здания, сборочный
цех — на третьем этаже. В термическом цехе детали, поступа-
ющие из проходных печей 1, загружаются в корзины 8, подвешен-
ные к рабочим 4 кареткам замкнутой цепи 7. Каретки цепи дви-
жутся по замкнутому подвесному пути (рельсу) 3, который под-
вешен к элементам здания и отдельным опорным и несущим
конструкциям. Движение цепи конвейера обеспечивается приво
дом 6. Повороты цепи в горизонтальной плоскости осуществляются
с помощью звездочек 5, а в вертикальной — перегибов направ-
ляющего рельса. Натяг цепи создается устройством 2.
На рис. 162 показан более подробно участок конвейера на
перегибе в вертикальной плоскости. Основные параметры грузо-
несущих цепных подвесных конвейеров (ЦПК) с роликами за-
висят от типа конвейера. Конвейер ЦПК-80 имеет шаг звена
цепи 80 мм, допускает предельную нагрузку на каретку 2,5 кН.
206
Рис. 161. Подвесной цепной конвейер
Разрушающая нагрузка цепи равна 106 кН Конвейер движется
по колее, изготовленной из двутавровой балки № 10 Максималь-
ный угол подъема (спуска) не должен превышать 60°. Конвейер
ЦПК-160Р имеет шаг звена цепи 160 мм, разрушающую нагрузку
на цепь 400 кН, предельную нагрузку на каретку 8,0 кН, балку
№ 16, максимальный угол подъема (спуска) 45°. Грузоподъем-
ность кареток составляет 250, 500 и 800 кг. Скорость движения
конвейера, в зависимости от требуемой производительности, вы-
бирают из ряда (м/мин) 0,3; 0,375; 0,475; 0,6; 0,75; 0,95; 1,18;
1,5; 1,9; 2,36; 3,0, 3,75; 4,75; 6,0; 7,5; 9,5; 11,8, 15,0; 19,0; 23,6
Рис. 162. Участок подвесного конвейера*
1 — подвесной рельс; 2 — тяговая цепь; 3 — рабочая каретка; 4 — холостая каретка;
S — корзина для деталей; 6 — сетчатое ограждение; 7 — несущая конструкция
207
Шаг 80-100-160
Рнс 163. Схема ходовой части подвесного толкающего конвейера
При необходимости адресования грузов по различным направ-
лениям и использования отдельных участков конвейера в каче-
стве накопителей грузов (подвесных складов), а также передачи
тележек конвейера с одной высоты на другую с помощью опуск-
ных и подъемных секций используют подвесные толкающие кон-
вейеры (ПТК). ПТК (табл. 49 , 50) отличаются от грузонесущих
конвейеров тем, что грузовая тележка 8 (рис. 163) жестко соеди-
нена с тяговой цепью 4, а перемещается своими опорными роли-
ками 9 по нижнему ходовому пути 1. Грузовые тележки приво-
дятся в движение толкателями 3, закрепленными на тяговой цепи.
Опорные ролики 5 тяговой цепи и толкателей перемещаются по
верхнему пути 6, и если кулачки 2 грузовой тележки повернуты
Таблица 49. Основные технические данные подвесных толкательных
конвейеров
Показатели ТП-80 ТП-100 ТП-160
Шаг цепи, мм 80 100 160
Тип грузовых тележек Одиночные Сцепы двух- и
Шаг тележек, мм тележки и двухтеле- жечные сцепы многоте; тежечные
одиночных 290 — —
при сцепе 520 1675 1855
Предельная нагрузка *, кН -/- 5/8 12,5/20
Максимальный угол подъема (спу- ска), градусы 45 30 30
* Числитель — при скорости цепи
знаменатель — при скорости цепи 10
18 м/мин и угле подъема трассы
м/мин и горизонтальной трассе
30°,
208
Таблица 50. Максимально допустимые грузоподъемности тележек,' кг,
в зависимости от их скорости движения и угла наклона трассы
Угол наклона трассы, градусы Скорость движения, м/мин
8 12 16 22
0 250/350 200/350 150/300 125/250
10 200/350 150/300 125/250 100/200
20 150/300 125/250 100/200 80/150
30 125/250 100/200 80/150 80/125
45 100/200 80/125 60/100 60/100
Примечание. В числителе — грузоподъемность одиночкой тележки,
в знаменателе — грузоподъемность двухтележечного сцепа.
в верхнее положение, то толкатель тяговой цепи упрется в ку-
лачок и начнет передвигать грузовую тележку Располагая по
трассе конвейера устройства для перемещения упоров 7 грузовой
тележки, можно поворачивать кулачки грузовой тележки, т. е.
соединять и разъединять грузовую тележку с тяговой цепью.
В термических цехах для перемещения поддонов от разгрузоч-
ной части печи к загрузочной части находят применение ролико-
вые конвейеры (рольганги). Роликовые конвейеры могут быть
неприводные и приводные. В зависимости от выбранной трассы
рольганга и необходимости укладки деталей на транспортные
приспособления могут быть предусмотрены различные секции
конвейера: прямые, поворотные, откидные, стрелки и т. д.
(рис. 164).
Для облегчения ручного перемещения поддонов по рольгангу
трасса конвейера имеет уклон 3° в направлении транспортирова-
ния. Диаметры роликов (dp) по ГОСТ 8324—82 предусмотрены
в интервале 40—155 мм при ширине конвейера В = 160—1200 мм.
Для транспортирования деталей в печи или агрегате для
термической обработки используется целый комплекс механизмов
толкатели, вытаскиватели, перекладчики, подъемники и т. д.
В качестве примера рассмотрим, как происходит движение под-
донов с деталями в двухэтажном агрегате. Схема движения под-
донов по агрегату показана на рис. 165. Все участки трассы дви-
жения поддонов по первому этажу агрегата показаны сплош-
ными линиями, а по второму этажу — штриховой линией. Уча-
стки трассы, находящиеся в среде защитного газа, показаны
волнистой линией. Направление движения поддонов на каждом
209
Рис. 164- Роликовый кон-
вейер:
1 — прямая секция; 2 — по-
воротная секция; 3 — от-
кидная секция- 4 — пово-
ротный стол; Б — стрелка
участке трассы обозначено стрелкой, а начало и конец участка —
цифрой.
Начальным является участок 1—2, соединяющий позицию
загрузки поддона «сырыми» деталями с загрузочным тамбуром
печи предварительного нагрева. При движении по участку /—2
поддон проходит через габаритную рамку, представляющую же-
сткую конструкцию, сваренную из швеллеров. Габаритная рамка
расположена в непосредственной близости от загрузочного окна
тамбура, поэтому исключена возможность загрузки в печь под-
дона без контроля его основных размеров: ширины и высоты.
Контроль предусматривает свободное прохождение поддона с сад-
кой (приспособлениями и деталями) по всему агрегату с гаран-
тированными зазорами.
Участок 2—3 трассы, проходящей по печи, предназначен для
предварительного нагрева, а участки 4—7 и 5—6 служат для
химико-термической обработки. Поддон из печи предваритель-
ного нагрева поступает на участок 4—7 через участок 3—4, а на
210
участок 5—6 через более длинный участок 3—5. Длина хода под-
дона на участке 3—4—5 регулируется установкой конечных
выключателей и зависит от того, на какой из двух путей печи
должен быть подан поддон.
При закалке поддон вначале перемещается по участку 8—9,
затем при передаче с закалочного стола на стол подъемника
поддонов по участку 9—10 и, наконец, по участку 10—11, когда
поддон выходит из закалочного бака. На участке 11—12 поддон
проходит путь от закалочного бака до моечной машины, через
моечную машину и участок трассы, соединяющий моечную ма-
шину с платформой подъемника поддонов. Подъем поддонов на
второй этаж агрегата осуществляется на участке 12—13. Затем
поддон перемещается к загрузочному окну отпускной печи (уча-
сток 13—14). На участке 14—15 поддон проходит отпускную печь
и зону естественного охлаждения. Возвращение поддона на пер-
вый этаж происходит на участке 15—16, а участок 16—1 пред-
назначен для разгрузки деталей с поддона.
3. РОБОТЫ И МАНИПУЛЯТОРЫ
ПРОМЫШЛЕННОГО ТИПА
Промышленные роботы (автоматические манипуля-
торы) находят все более широкое применение в машиностроении.
Различают программируемые, адаптивные и интеллектуальные
промышленные роботы. Программируемые роботы управляются
по жесткой программе, которая заранее вводится в память управ-
ляющего устройства робота человеком. Программируемые ро-
боты (роботы первого поколения) работают со строго ориенти-
рованными заготовками определенных размеров, деталями, инстру-
ментом. Этот вид роботов является наиболее дешевым и распро-
страненным. Адаптивные роботы (роботы второго поколения)
имеют дополнительную систему управления, которая может при-
спосабливаться к окружающей обстановке. Специальные датчики
(телевизионные, локационные) передают информацию вычисли-
тельной машине и на базе этой информации и заложенного в па-
мять задания автоматически формируются сигналы управления
роботом с учетом окружающей обстановки. Они могут работать
с неориентированными предметами и изменяющейся во времени
обстановке.
Интеллектуальные роботы (третьего поколения) имеют си-
стему управления с элементами искусственного интеллекта. Они
обладают способностью самообучения, самодиагностики и само-
восстановления. Это наиболее дорогой вид роботов и несмотря
на его многофункциональные возможности применяется ограни-
ченно.
Наибольшее распространение промышленные роботы получили
в автомобильной промышленности при сварке рам и кузовов авто-
мобилей, а также при обслуживании кузнечно-прессового и ли-
ги
тейного оборудования (установка заготовки в штамп, выгрузка
деталей из машин литья под давлением и т. д.) Промышленные
роботы используют для погрузочно-разгрузочных работ, транс-
портирования между конвейерами, сборки.
Перспективными направлениями применения промышленных
роботов в термических цехах являются погрузочно-разгрузочные
работы на печном оборудовании. Сравнительно ограниченная но-
менклатура деталей, подвергаемых термической обработке на
отдельных печах, упрощает решение этой важной задачи — исклю-
чения круглосуточного ручного труда и создания цеха-автомата.
На рис. 166 показан программируемый автоматический мани-
пулятор РКТБ-1, используемый для автоматизации подачи раз-
личных заготовок. Манипулятор имеет пневматический привод
и управляется электронным блоком или командоаппаратом
Манипулятор РКТБ-1 состоит из основания 1, поворотно-
подъемной колонны 2, руки 3 со схватом 4 и системы управле-
ния 5. В основании размещены механизм подъема и поворота
колонны, распределительная пневмопанель и элементы пневмо-
схемы: ресивер, фильтр, регулятор давления и т. д. Рука состоит
из цилиндра со штоком и поршнем, механизма вращения и схвата.
Схват клещевого типа с приводом от встроенного пневмоцилиндра
одностороннего действия предназначен для зажима деталей ци-
линдрической формы типа валиков, втулок, фланцев. Все движе-
212
1
Рис. 167. Применение манипулятора ШБМ.
/ — стеллаж; 2 — манипулятор; 3 — приспособление с деталями; 4 — захват манипуля-
тора; 5 — поддон; 6 — линия загрузки печи
ния манипулятора осуществляются до жестких регулируемых
упоров. Грузоподъемность руки до 1 кг, число степеней подвиж-
ности 4, точность позиционирования ±0,6 мм, время цикла 12 с.
Кроме автоматических манипуляторов применяют манипуля-
торы и с ручным управлением. Преимуществами манипуляторов
с ручным управлением по сравнению с такими грузоподъемными
механизмами, как электротали, кран-балки и т. д., являются же-
сткое крепление груза, высокая точность установки груза, широ-
кий диапазон регулирования скорости подъема и опускания
груза.
Манипуляторы, как правило, оснащены сменными грузо-
захватными приспособлениями различных конструктивных ис-
полнений — механическими, гидравлическими, электромагнит-
ными и т. д.
Для загрузки и разгрузки печей различных типов применяют
шарнирно балансирные манипуляторы (ШБМ). Рычажная система
манипулятора отбалансирована так, что перемещение груза в го-
ризонтальной плоскости осуществляется с минимальными уси-
лиями. Масса груза не ощущается, необходимо только преодо-
леть инерцию груза.
Манипулятор типа ШБМ используется для загрузки и раз-
грузки приспособлений с деталями на поддон печи непрерывного
действия (рис. 167). Манипулятор имеет грузоподъемность до
150 кг. Диаметр зоны обслуживания около 6 м, высота 1750 мм.
При эксплуатации автоматических манипуляторов и манипуля-
торов с ручным управлением требуется соблюдать указания по
мерам безопасности.
РАЗДЕЛ 4
АГРЕГАТЫ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ
ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ
ГЛАВА 15.АГРЕГАТЫ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ
И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
1. АГРЕГАТЫ С ПЕЧАМИ
ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
Агрегаты с печами периодического действия пред-
назначены для термической и химико-термической обработки
небольших партий деталей. В состав агрегата, как правило, вхо-
дят высокотемпературная печь, печь для отпуска, моечная ма-
шина, установка для приготовления защитного газа и транспорт-
ное устройство, с помощью которого детали переносятся из од-
ной части агрегата в другую.
В рабочем пространстве печей, входящих в состав агрегата,
находится по одному поддону с деталями, что дает возможность
быстро переходить с одного вида термической обработки на
другой.
На рис. 168 показана схема агрегата, состоящего из высоко-
температурной печи 5 с закалочным баком 9, двух отпускных
печей 2, моечной машины /, щита управления 7 и установки 6
для приготовления защитного газа. Все части агрегата соеди-
нены между собой двумя транспортными линиями, состоящими
из рельсового пути 10 и тележек. Тележки перемещают по рель-
совому пути вручную. Для загрузки поддона с деталями в высоко-
Рис. 168 Схема агрегата с одной высокотемпературной печью
214
Рис. 169. Камерная универсальная проходная печь:
1 — загрузочная тележка; 2 — загрузочная заслонка; 3 — свеча; 4 — вентилятор; Б —
внутренняя заслонка; б — цилиндр стола; 7 — взрывной клапан; 8 — разгрузочный
стол; 9 — закалочный стол; 10 — закалочный бак; 11 — поддон; 12 — механизм передачи
поддона; 13 — радиационная труба; 14 — керамический экран
температурную печь 5 используют загрузочную тележку 4, а на
разгрузочную тележку 8 устанавливают поддон, прошедший че-
рез высокотемпературную печь и закалочный бак 9.
Отпускные печн 2 камерного типа обслуживаются соответст-
вующей загрузочно-разгрузочной тележкой. Моечную машину 1
используют при закалке деталей в масле. Для загрузки поддона
с деталями в моечную машину используют тележку 8. Из моеч-
ной машины поддон с деталями по роликовому конвейеру 3 можно
перемещать на тележку 4. Таким образом, перемещение поддо-
нов в агрегате происходит с тележки 4 через высокотемператур-
ную печь 5 на тележку 8 и далее в любую из отпускных печей 2.
Передача поддонов с рельсового пути, обслуживаемого тележкой 8,
на рельсовый путь, обслуживаемый тележкой 4, осуществляется
через моечную машину 1, используемую в этом случае как транс-
портный участок.
Установка 6 для приготовления защитного газа предназначена
для получения эндотермической атмосферы, подаваемой по трубо-
проводу в высокотемпературную печь. Производительность уста-
новки 15 м8/ч.
Высокотемпературная печь (рис. 169) с закалочным баком
представляет собой камерную универсальную проходную печь.
На загрузочной тележке поддон с деталями поступает к камере
нагрева печи. После установки тележки перед фронтом печи под-
нимается загрузочная заслонка, и поддон, сдвигаясь с тележки
цепным кулачковым механизмом, проходит в загрузочное окно
печи, где пламенная завеса полностью перекрывает проем окна
и препятствует проникновению воздуха в рабочее пространство
печи, заполненное защитной атмосферой. Пламенную завесу
образует специальная горелка, расположенная в нижней части
окна по всей его длине. В момент открывания загрузочной за-
215
слонки в горелку подается газовоздушная смесь, которая воспла-
меняется от постоянно действующего запальника. Горелка со-
здает плоский факел по всему проему загрузочного окна.
После того как поддон с деталями окажется в камере нагрева
печи, заслонку опускают, пламенная завеса отключается, а за-
пальник пламенной завесы продолжает гореть.
Поддон с деталями нагревают керамическими радиационными
трубами. В печи расположено восемь труб — по четыре трубы
с каждой стороны.
Температуру печи регулируют автоматически: при достиже-
нии заданной температуры отключаются четыре горелки (по две
средних с каждой стороны), при снижении температуры отклю-
ченные горелки вновь включаются. Горелки смонтированы под
печью, продукты горения природного газа выбрасываются вверх
и отсасываются вытяжной вентиляцией
Аппаратура для приготовления газовоздушной смеси, пода-
ваемой в горелки, а также воздуходувка расположены рядом
с печью. Особенностью конструкции данной печи является нали-
чие в камере нагрева керамического экрана, отделяющего нагре-
ваемые детали от прямого излучения радиационных труб. Кера-
мический экран состоит из боковых стенок, свода с отверстием
для циркуляции газов и решетчатого пода. Теплота к деталям
передается излучением от стенок экрана и конвекцией от газов,
циркулирующих в камере нагрева. Поток газов, направляемых
вентилятором, движется по стенам печи сверху вниз Затем на-
гретые газы попадают в низ поддона и, проходя снизу вверх,
нагревают детали. Наличие керамического экрана и принудитель-
ная циркуляция газов способствуют более равномерному нагреву
деталей.
После нагрева и выдержки поддон с деталями передается меха-
низмом из камеры нагрева на стол закалочного бака при подня-
той внутренней заслонке. Охлаждение деталей может происходить
в закалочном баке или в тамбуре. Скорость охлаждения в там-
буре регулируется включением вентилятора, установленного в там-
буре. Стол поднимают и опускают пневматическим цилиндром.
Объем масла в закалочном баке составляет 2,6 м8. Циркуляцию
масла в закалочном баке осуществляют двумя вентиляторами.
Температуру регулируют автоматически: при понижении тем-
пературы включают электрические нагреватели, встроенные в бак,
при превышении заданной температуры нагреватели отключают
и включают выносной маслоохладитель.
Детали из печи на разгрузочный стол выгружают вручную при
поднятой разгрузочной заслонке. В момент открывания разгру-
зочной заслонки образуется газовая завеса, которая перекры-
вает проем окна и препятствует проникновению воздуха в рабо-
чее пространство закалочного бака.
Для сжигания газа в радиационных трубах используют двух-
проводные горелки. В горелку подается только часть воздуха.
216
необходимого для сжигания топлива. Вторичный воздух подса-
сывается из цеха вследствие разряжения, создаваемого в радиа-
ционной трубе. Общий коэффициент расхода воздуха 1—1,3. Для
того чтобы закончить горение газа в радиационной трубе, в верх-
ней части каждой трубы помещают керамический рассекатель.
Герметичность между трубой и сводом печи осуществляют
металлическим сильфоном, который крепят к каркасу печи.
Сильфон, натягиваясь, прижимается кромкой к торцу трубы
с асбестовой прокладкой. Стойкость трубы из высокоглинозе-
мистого огнеупора при температуре в печи 1060—1080 °C состав-
ляет четыре месяца.
Основные технические данные агрегата
Температура, °C:
в закалочной печи.............................................До 950
в отпускной печи..............................................До 650
Расход природного газа на обогрев закалочной печи, м8/ч......... 18
Мощность отпускной печи, кВт ................................... 48
Максимальная масса деталей на поддоне, кг....................... 300
Пропускная способность, кг/ч:
при цементации на глубину 1,4—1,6 мм........................ 50
при закалке................................................. 100
Температура масла в закалочном баке, °C ..................... . До 180
Агрегаты в своем составе могут иметь не одну, а несколько
высокотемпературных печей, что дает возможность одновременно
проводить различные виды химико-термической обработки.
На рис. 170 показана схема агрегата, в состав которого входят
три высокотемпературные печи 7, отпускная печь 2, моечные
машины 4 и щит управления 1 отпускной печи. Одна моечная
машина используется для предварительной мойки, другая —
для окончательной. Каждая высокотемпературная печь имеет
щит управления 5 и оборудована индивидуальными установ-
ками 3 для приготовления защитного газа, установкой 6 регули-
Рис. 170 Схема универсального агрегата с тремя высокотемпературными печами
217
Рис. 171. Электроагрегат универсальный СНЦА-5.10.5/3,5
рования углеродного потенциала, что дает возможность в каждой
печи иметь необходимую атмосферу.
Транспортная линия агрегата состоит из рельсового пути 8
и загрузочно-разгрузочной тележки 9. Тележка имеет механизм
для загрузки поддона с деталями в любую из печей агрегата.
Этот же механизм используется и для разгрузки печей агрегата.
Тележка имеет электрический привод и перемещается по рельсо-
вому пути.
Пульт управления загрузочной заслонкой каждой печи распо-
ложен вблизи от рельсового пути, поэтому термист, находясь
на тележке, может открывать заслонку обслуживаемой печи и
загружать в нее поддон с деталями.
Агрегат камерный цементационный СНЦА-5.10.5/3,5 с электрообогревом
предназначен для термической и химико-термической обработки в контролируе-
мых атмосферах. Его применяют для светлой закалкн с последующими опера-
циями промывки, сушки и низкотемпературного отпуска (350 °C); цементации и
нитроцементации с последующими операциями закалки, промывки, сушкн, низко-
температурного отпуска (до 350 °C), а также для нормализации и светлого от-
жига (табл. 51).
Агрегат (рнс. 171) состоит из закалочных электропечей 3, электропечи низ-
кого отпуска 5, моечно-сушильной машины 4, стола загрузки и выгрузки 2 и ме-
218
Таблица 51. Основные параметры камерных агрегатов для цементации
и светлой закалки
Тип агрегата Пропускная способность, кг/ч Габаритные размеры, мм
СНЦА-3,5 3/3-С1 <40 12 200X 5 800 X 2 400
СНЦА-5.10.5/3-С1 <400 14 100X6 700X3 600
СНЦА-5 10.5/7 С1 <200 14 400X 6 700X 3 600
СНЦА-8.12,5,6/3,5И1 <750 17 050X7 500X4 200
СНЦА-8.12,5,6/7,5И1 <750 17 050X7 500X4 200
Примечание. В состав агрегатов входят камерные электропечи и
моечная машина Например, в агрегат СНЦА-5 10 5/3 входят электропечи
СНЦ-5.10.5/10 (2 шт.) и СНО-5.10.5/3 (1 шт.), а также моечная машина (1 шт.).
ханизма загрузки и выгрузки 1. Электропечь низкого отпуска имеет стальной
сварной каркас, футерованный минеральной ватой, сверху в печи установлен вен
тилятор, обеспечивающий циркуляцию воздуха через электрические калориферы,
и поддон с изделиями. Нагревательные элементы в калориферах изготовлены
в виде спиралей. Моечно-сушильная машина предназначена для мойки, душиро-
вання и сушки изделий. В корпусе машины размещены два бака — для моющего
и душирующего растворов. Мойку ведут погружением изделия в раствор при тем-
пературе 80—90 °C, а промывку душированием горячим раствором или чистой
водой. Растворы подогревают трубчатыми электронагревателями Температуру
растворов поддерживают автоматически. После промывки изделия сушат нагре-
тым воздухом, воздух нагнетают вентилятором через электрокалориферы в рабо-
чее пространство моечной машины. Установленная мощность агрегата 458 кВт,
масса садки 400 кг, масса агрегата 47,6 т.
2. АГРЕГАТЫ С ПЕЧАМИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Конвейерный закалочно-отпускной агрегат с газо-
вым обогревом (рис. 172) работает непрерывно. Все операции
по передаче деталей в агрегате механизированы. Термист перио-
дически наполняет загрузочный бункер 1 и заменяет тару для
готовой продукции на разгрузочном конце агрегата В состав
агрегата входит закалочная печь 2. закалочный бак 3, моечная
машина 4, отпускная печь 5, охладительный бак 6 и сушильная
камера 7.
Детали в агрегате перемещаются по конвейерным лентам
Конвейерные ленты в закалочной и отпускной печах выполнены
Рис. 172. Конвейерный закалочно-отпускной агрегат с газовым обогревом
219
из хромоникелевой стали, а в
остальных частях агрегата — из
углеродистой стали.
Закалочная печь агрегата по-
казана на рис. 52. Отпускная печь
агрегата выполнена аналогично
закалочной печи, но имеет боль-
шую длину.
Конвейерные закалочно-от-
пускные агрегаты изготовляют и
с электрическим нагревом.
Закалочно-отпускные кон-
вейерные электропечные агрега-
ты типа СКЗА предназначены для
закалки и отпуска мелких сталь-
ных деталей массой до 3 кг (бол-
тов, гаек, колец, роликов подшип-
ников качения и т. д.).
В комплект агрегата в зависи-
мости от технологического про-
цесса входит следующее оборудо-
вание' закалочная электропечь и
масляный бак, моечная машина,
отпускная электропечь и бак для
замочки (для агрегатов с высоким
отпуском)
Все закалочные и высокотем-
пературные отпускные печи при-
способлены для работы с защит-
ной атмосферой. Агрегаты снаб-
жены механизмами загрузки.
На рис. 173 изображен агре-
гат типа СКЗА-6.30.1/3. Он со-
стоит из закалочной печи 1 типа
СКЗ 6.30 1/9 с механизмом загруз-
ки, конвейерного закалочного ба-
ка 2 типа Б КМ-6.25, моечной кон-
вейерной машины 3 типа МКП-
06.20, конвейерной печи низкого
отпуска 4 типа СКО-8.55.4/3.
В разгрузочном лотке зака-
лочной печи предусмотрен отвод
паров масла во избежание попа-
дания их в печное пространство.
Подвод защитного газа в закалоч-
ную печь осуществляют по трубо-
проводу 13. В коробах 7 на карка-
се закалочной и отпускной печи
220
Рис. 174 Толкательный закалочно-отпускной агрегат с газовым обогревом
уложены провода управления, которые подключаются к щитам
управления. Загрузка деталей проводится механизмом 14.
Подвод масла 12 в закалочный бак организован сверху, а
аварийный слив И снизу. В моечную машину пар подводят и от-
водят по трубопроводам 10. Вода и раствор из моечной машины
сливаются по трубопроводам 8 и 9.
Выходящие из отпускной печи детали охлаждаются воздухом
с помощью вентилятора 5. Из отпускной печи детали выдаются
по наклонному коробу 6.
Пары масла от разгрузочной и загрузочной части закалочной
печи отсасываются из точек А путем естественной вентиляции.
Принудительная вентиляция в данном случае недопустима во
избежание создания разрежения в печи.
Пары масла от закалочного бака удаляются от зонта Б.
Подвод воды Г осуществлен к моечной машине и к разгрузоч-
ной части отпускной печи. Отвод воды проводится в сток В
В табл. 52 приведены основные параметры конвейерных элек-
трических агрегатов.
Толкательный закалочно-отпускной агрегат с газовым обо-
гревом (рис. 174) состоит из закалочной печи 2, закалочного бака 3,
Таблица 52. Основные параметры серийных конвейерных
закалочно-отпускных агрегатов
Тип агрегата Назначение Пропускная способность, кг/ч Габаритные размеры, м
СКЗА-4.20.1/7 CK3A-4.30.1/7 СКЗА-6.30.1/7 СКЗА-8.40.1/7 СКЗА-10.40.1/7 СКЗА-10 70.1/7 Закалка с последующим высокотемпературным отпуском 100—160 150—240 225—360 400—640 500—800 870- 1400 27,0X2,5X4,5 29,0X2,5X4,5 29,6X3,0X4,5 31.7X3,0X4,5 32,3X3,5X4,5 35,5X3,5X4,5
СКЗА-4 30 1/3 СКЗА С 30 1/3 СКЗА-8 40 1/3 СКЗА-10.40.1/3 СКЗА-10.70.1/3 Закалка с последующим н из котемпер атур ным отпуском 150—240 225—360 400—640 500—800 870—1400 24,9X2,5X4,5 26,9X3,0X4,5 29,9X3,0X4,5 30,5X3,5X4,5 34,0X3,5X4,5
221
Таблица 53. Основные параметры серийных толкательных агрегатов
Тип агрегата Пропускная способность, кг/ч Исполнение Габаритные размеры, м
Агрегаты для хнмнко-термической обработки
с непосредственной закалкой н низким отпуском
СТЦА-5.60.5/ЗСХ1 <400 П-образное 15,5X7,5X4
СТЦА-10.60.5/ЗСХ1 <600 > 15,5X8X4
СТЦА-5.80 5/ЗП2Л <200 » 18,0X9,5X4
То же, с непосредственной закалкой и высоким отпуском
СТЦА-5.100.5/7 СХ13 | 200-350 | Ш-образное | 22,5Х 15,5X4
Агрегаты для химнко-термнческой обработки с охлаждением
СТЦА-5.60 5/1 OCX 11 СТЦА-10.100.5/10П11Л 1 <400 1 <400 П-образное | 18,0X6,5X4 22,5X7X4
То же, С охлаждевием н высоким отпуском
СТЦА-10.60.5/729Л СТЦА-10.100.5/7Ш29 I <400 I <600 I Линейное 1 | Ш-образное [ 31,5X6,5X4 23,0X17,5X4
Агрегаты для химико-термнческой обработки с охлаждением
н последующим нагревом под заквлку с низким отпуском
СТЦА-5.100.5/ЗПЗЛ I До 200 I П-образное I 20,5X9X4
СТЦА-10.100.5/ЗСХЗ | <400 | > | 30X7,3X4
Агрегат для химико-термической обработки с охлаждением
и высоким отпуском и последующей закалкой с низким отпуском
СТЦА-5 10.100 5/36Л I <300 I Линейное I 58,5X5,5X4
моечной машины 4, печи высокого отпуска 5, бака замочки 7
и системы транспорта поддонов. На загрузочной стороне закалоч-
ной печи расположен накопитель 1 поддонов. Вместимость нако-
пителя — шесть поддонов. На накопитель 1 поддоны поступают
с транспортной линии, обслуживающей несколько агрегатов.
Закалочная и отпускная печи обогреваются тупиковыми ра-
диационными трубами. На своде печи установлены три вентиля-
тора. В закалочную и отпускную печи подается защитная атмо-
сфера.
На разгрузочном конце агрегата расположен накопитель 6
поддонов. Пройдя агрегат, поддоны поступают на транспортную
линию возврата поддонов.
Пропускная способность агрегата 600 кг/ч. Температура в за-
калочной печи 860 °C, в отпускной до 700 °C. Расход топлива
(природный газ) 135 м3/ч.
Различные по назначению толкательные агрегаты изготовляют
и с электрическим обогревом (табл. 53).
Агрегат СТЦА-10.222.5/3 толкательный (рис. 175) предназна-
чен для цементации бурового инструмента, а также для цемен-
222
тации деталей общего машиностроения. В агрегате осуществ-
ляется следующий технологический цикл: газовая цементация
при температуре до 950 °C; подстуживание до 860 °C; закалка
в холодном (40 °C) или горячем (160—180 °C) масле; промывка
и сушка; низкотемпературный отпуск при 300 °C. Кроме того,
в агрегате можно проводить закалку с помощью прессов.
Агрегат состоит из электропечи цементации 3; двух закалоч-
ных баков 4, 17; двух моечно-сушильных машин 19, 20; электро-
печи высокого отпуска 9; камеры охлаждения 11; закалочной
электропечи 16; электропечи низкого отпуска 22 и транспорт-
ных механизмов (толкателей 1, 6, 7, 10, 12, 14, 21, 24, 25; меха-
низмов перемещения 5, 13, 18; механизмов возврата поддонов 23,
26). В состав цементационной, высокого отпуска и закалочной
печей входят тамбуры загрузки 2, 8, 15- Агрегат включает также
понижающие трансформаторы, щиты и пульты управления ра-
ботой механизмов и контроля и регулирования технологического
процесса.
Цементационная печь, в которую подается эндогаз с добавкой
метана, имеет три технологические зоны: нагрева, насыщения и
диффузии. Эти зоны отличаются составом печной атмосферы и
отделены друг от друга шлюзами, снабженными заслонками,
препятствующими перемешиванию составов атмосфер
Поддоны перемещаются в печах по карборундовым направ-
ляющим с помощью толкателей.
Для улучшения циркуляции атмосферы в зонах насыщения
и диффузии цементационной печи установлены вентиляторы.
Контролируемая атмосфера подается в печь через газовые вводы.
Закалочный бак по конструкции принципиально не отличается
от закалочного бака в агрегатах с газовым обогревом.
Промывку деталей окунанием и душированием проводят
в трехпозиционной моечно-сушильной машине растворами раз-
ной концентрации.
Печь высокого отпуска состоит из герметичного корпуса,
футеровки, механизмов подъема заслонок и цепного толкателя
223
для выгрузки поддонов из печи. Нагрев осуществляют откры-
тыми нагревателями сопротивления. Печь имеет четыре темпера-
турные зоны. На своде печи установлены вентиляторы для пере-
мешивания печной атмосферы с целью выравнивания температуры
в печи.
В камере охлаждения происходит охлаждение деталей в экзо-
газе. В своде камеры установлен перемешивающий вентилятор
для ускорения процесса охлаждения.
Закалочная печь обогревается радиационными трубами со
вставленными в них нагревательными элементами сопротивле-
ния.
Печь низкого отпуска имеет четыре температурные зоны. На-
грев деталей происходит в результате принудительной конвек-
ции с помощью нагревателей сопротивления и вентиляторов,
установленных на своде печи.
Регулирование температурного и технологического режимов
и управление работой механизмов осуществляются автоматически.
Приводы всех толкателей — гидравлические.
Агрегат работает в следующей последовательности. Поддон
с деталями с помощью механизма 26 загружается в тамбур за-
грузки 2, при этом загрузочная заслонка тамбура поднимается
и опускается. Атмосфера в полости тамбура загрузки выравни-
вается по составу с атмосферой первой зоны цементационной
печи 3. Затем загрузочная заслонка первой зоны поднимается, и
толкатель 1 проталкивает поддон в печь. В первой зоне печи под-
доны двигаются в один ряд. Во второй зоне печи поддоны протал-
киваются в два ряда. Перемещаются они во вторую зону из пер-
вой по одному боковым цепным толкателем. Передвижение под-
донов во второй зоне осуществляется толкателями 24 и 25, пооче-
редно. В третью зону поддоны переталкивают по одному боковым
цепным толкателем, аналогичным первому. Третья зона печи
однорядная. Из третьей зоны поддон передается боковым толка-
телем в разгрузочный тамбур и в закалочный бак. Из бака под-
дон передается механизмом перемещения 5 в моечно-сушильную
машину 20, из которой механизм перемещения передает его в за-
грузочный тамбур 8 двухрядной печи высокого отпуска 9. Под-
доны в печь высокого отпуска подаются по одному. Перемещение
поддонов через загрузочный тамбур препятствует попаданию
воздуха в полость печи. Печь высокого отпуска заполнена экзо-
газом. Передачу поддона из печи высокого отпуска в камеру ох-
лаждения 11 осуществляет боковой цепной толкатель на разгру-
зочной стороне печи. Из камеры охлаждения поддон при поднятой
разгрузочной заслонке толкателем 12 переталкивается на меха-
низм перемещения 13, который подает его к загрузочному там-
буру 15 закалочной печи 16.
Конструкция загрузочного тамбура и порядок передачи под-
дона в закалочную печь аналогичны конструкции и порядку за-
грузки поддона в цементационную печь. Закалочная печь одно-
224
Таблица 54. Основные параметры серийных барабанных
электропечных агрегатов
Тип агрегата Про- пускная способ- ность, кг/ч Габаритные размеры, м
Закалка с низким отпуском
СБЗА- 2,5.12/3 20—40 15,0X2,5X3,3
СБЦА-4.24/3 60—160 18,2X3X4,1
Цементация (нитроцементация) с непосредственной
закалкой и низким отпуском
СБЦА-6.24/3-2 50—150 24,0X3,5X4,1
СБЦА-6.24/7-2 50—150 24,6X3,5X4,1
СБЦА-6.35/7-2 70—260 25,8X3,5X4,1
рядная, она заполнена экзогазом Пройдя закалочную печь,
поддон боковым цепным толкателем передается в разгрузочный
тамбур печи и в закалочный бак 17. Из закалочного бака механизм
перемещения 18 передает поддон в моечно-сушильную машину,
откуда он следующим механизмом перемещения 21 подается в печь
низкого отпуска 22. Далее поддон поступает на механизмы воз-
врата 23 и 26, где проводится разгрузка обработанных деталей
и загрузка новых.
Установленная мощность агрегата 1700 кВт, расход эндогаза
176 нм3/ч, экзогаза 34 нм3/ч, метана 6,5 нм3/ч, воды 30 м3/ч.
Агрегаты электропечные барабанные типа СБЗА, СБЦА при-
меняют для проведения законченного цикла термической обра-
Таблица 55. Основные параметры роликовоконвейерных электропечных
агрегатов
Тип агрегата Назначение Пропускная способность, кг/ч Габаритные размеры, м
СРЗ-8.100.2/12 Закалка длинномерных изделий нз коррозион- но-стойких и жаропроч- ных сталей <600 28,5X4,1X2,4
СРЗА 8 56.2/2 Закалка и низкий от- пуск колец железнодо- рожных подшипников <400 32,5X6,0X3,6
СРЗА-6.70.2/2 Закалка н низкий от- пуск колец диаметром 80—250 мм 120—350 38,2X5,2X5,5
СРЗА-8.56 2/2 То же, диаметром 150— 300 мм 200—400 31,5X6,0X3,6
СРЗА-10.70.4/2 То же, диаметром 350— 850 мм 300—1000 45,8X5,1X3,5
8
Долотец Г П.
225
Рис. 176, Барабанный электроагрегат типа СБЗА, СБЦА
226
ботки деталей: закалки, промыв-
ки, отпуска, охлаждения, а также
цементации и нитроцементации.
В агрегат входят закалочная
печь с закалочным баком, моечная
машина барабанного типа, отпуск-
ная печь барабанная или кон-
вейерная, охладитель или кон-
вейер.
На рис. 176 изображен агрегат типа
СБЗА с низкотемпературным отпуском.
В него входит механизм загрузки /, за-
калочная барабанная печь 2 типа СБЗ
с закалочным баком 3 типа МБ, моечная
машина 4 типа ХБ, отпускная барабан-
ная печь 5 типа СБО для низкотемпера-
турного отпуска и транспортер 6.
Агрегаты типа СБЦА применяют для
цементации илн нитроцементации.
В табл. 54 приведены основ-
ные параметры барабанных элек-
тропечных агрегатов.
Агрегаты электропечные роль-
ганговые типа СРЗА применяют
для закалки с промывкой и по-
следующим высоко- или низкотем-
пературным отпуском и охлаж-
дением.
В агрегат входят закалочная
рольганговая печь, закалочный
механизированный бак, моечная
машина, отпускная электропечь
роликовоконвейерная или кон-
вейерная, камера охлаждения.
Закалочная печь работает с
защитной атмосферой и передача
изделий из печи в закалочный бак
происходит без доступа воздуха.
На рис. 177 изображен агрегат
типа СРЗА для закалки с низко-
температурным отпуском. Агрегат
состоит из закалочной печи 1 типа
СРЗ, закалочного бака 2 кон-
вейерного типа, моечной маши-
ны 3 типа МРП и отпускной печи 4
типа СРО.
В табл. 55 приведены основ-
ные параметры роликовоконвейер-
ных электропечных агрегатов.
Рис. 177. Ролнковоконвейерный электроагрегат типа СРЗА
8*
227
ГЛАВА 16. КОМПЛЕКСНЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ
ЛИНИИ И УЧАСТКИ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ
Двухэтажная автоматическая линия для химико-
термической обработки. Линия предназначена для цементации и
нитроцементации деталей в контролируемой атмосфере с после-
дующей закалкой и низким отпуском. Обрабатываемые детали
(зубчатые колеса, валы, пальцы и т. д.) укладывают в приспособ-
ления, устанавливаемые на поддоны, размером 560 x 560 мм.
Загружают «сырые» детали на поддон и разгружают обработанные
детали вручную, все остальные операции по передаче поддона
с деталями через агрегат механизированы и автоматизированы.
Очередность выполнения отдельных операций по ходу движения
поддона через агрегат происходит автоматически по заданной
программе.
Процесс химико-термической обработки осуществляется по
следующему режиму: нагрев в среде защитного газа до 930 °C
(при цементации) или 850 °C (при нитроцементации), цементация
или нитроцементация при температуре соответственно 930 или
850 °C, охлаждение в среде защитного газа до температуры за-
калки 820—840 °C, закалка в масле с температурой 80—180 °C,
отпуск при 180 °C и охлаждение на воздухе до 50 °C.
Линия (рис. 178) состоит из печи предварительного нагрева 19,
печи химико-термической обработки 42, закалочного бака 29,
моечной машины 13, отпускной печи 9, механизма для передачи
поддонов из моечной машины в отпускную печь и механизма пере-
дачи 35 из отпускной печи в печь предварительного нагрева,
системы гидропривода и электрооборудования.
Основные технические данные линии
Пропускная способность, кг/ч:
при цементации......................................... 420
при нитроцементации................................... 700
Число поддонов в печи, шт.-
предварительного нагрева ................................ 7
химико-термической обработки 31
отпускной............................................ 18
Расход на нагрев, нм8/ч:
природного газа ..... ......... . . 150
эндогаза 80
аммиака ....................... ........ 1
природного газа (при цементации)........................ 3
Габаритные размеры агрегата, м . . . ................. 20X8,25X5,5
Печь предварительного нагрева. Печь предназначена для на-
грева деталей в среде эндогаза до температуры химико-термиче-
ской обработки. Печь толкательная, проходного типа. Поддоны
движутся через печь в один ряд по керамическим направляющим
при помощи толкателя 1. Загрузочная сторона печи отделена от
228
Рис 178. Двухэтажная автоматическая линия для химико-термической обработки
229
атмосферы цеха тамбуром 17, оборудованным взрывным клапа-
ном 3 и заслонками 2, 18. Загрузка поддона в тамбур осуществ-
ляется толкателем 36 через габаритную рамку 37. Разгрузочная
часть печи примыкает вплотную к печи химико-термической обра-
ботки. В месте соединения этих печей расположено передаточное
окно 5, через которое проходят поддоны. В торцовой стенке на
разгрузочной стороне печи предварительного нагрева располо-
жено ремонтное окно, закрываемое заслонкой 21. Передача под-
донов из печи предварительного нагрева в печь химике-термиче-
ской обработки осуществляется цепным толкателем 20 с гидро-
приводом. Фиксация поддона в нужном положении перед переда-
чей его в печь химико-термической обработки проводится меха-
низмом с гидравлическим приводом.
Печь обогревается тупиковыми радиационными трубами 4,
расположенными вертикально в два ряда вдоль боковых стен
печи. Для обеспечения более равномерного прогрева деталей
в своде печи установлен вентилятор.
Во время работы в печи поддерживается избыточное давление
около 0,15 кПа. Это давление достаточно для обеспечения стабиль-
ного состава атмосферы в рабочем пространстве печи в течение
всего периода ее работы.
Печь химика-термической обработки. Печь толкательная,
двухрядная. Из печи предварительного нагрева поддоны по-
ступают поочередно на два ряда печи химико-термической обра-
ботки. Печь обогревается петлеобразными рекуперативными тру-
бами 15, расположенными в два ряда в горизонтальной плоскости,
нижний ряд труб расположен под направляющими 16, по которым
перемещаются поддоны, верхний — над поддонами. Двусторон-
ний обогрев деталей и вентиляторы 32 способствуют более равно-
мерному нагреву деталей и, следовательно, получению более рав-
номерного насыщенного слоя деталей. Продукты горения от радиа-
ционных труб удаляются по патрубкам 14 и 22 с помощью дымо-
соса 24, установленного на площадке 23. На разгрузочной стороне
печи расположено окно 10 для передачи поддонов с деталями на
стол закалочного бака. Окно закрывается футерованной заслон-
кой 38. Разгрузочное окно соединено с закалочным баком герме-
тичным тамбуром 27. Таким образом исключается контакт раз-
гружаемых из печи деталей с окружающим воздухом.
Внутреннее пространство тамбура заполнено атмосферой, по-
ступающей из печи химико-термической обработки Разгрузочное
окно 10 находится в боковой стене печи. Поддоны из печи в там-
бур передаются с помощью цепного механизма 41, который рас-
положен на противоположной боковой стене печи. На той же стене
имеется смотровое окно 40, через которое можно контролировать
процесс перемещения поддона из печи в разгрузочный тамбур.
На торцовой стороне разгрузочной части печи расположены два
ограничителя хода главных толкателей печи. Каждый ограничи-
тель хода имеет штангу, в которую упирается поддон, подлежа-
230
щий разгрузке из печи На торцовой стене также предусмотрено
ремонтное окно, перекрываемое герметичной футерованной за-
слонкой. Ремонтное окно используют при наладке печи,
когда устанавливают величину хода каждого главного тол-
кателя 34, и при извлечении поддона с деталями в случае ава-
рии.
Закалочный бак. При работе линии в режиме нитроцементации
цикл толкания поддонов может не превышать 5 мин. В закалоч-
ном баке с целью более полного охлаждения помещают одновре-
менно два поддона. Для поддонов в баке имеются два стола, пере-
мещающихся по вертикали. В нижнем положении оба стола
располагают ниже уровня закалочной среды. В верхнем положе-
нии стол 44 входит во внутреннее пространство разгрузочного
тамбура печи, где на него загружают поддон с деталями, а стол 45
выходит из закалочного бака через окно 28 и оказывается перед
загрузочным окном моечной машины, куда поддон и перегру-
жается толкателем 26. Стол 45 поднимается цилиндром 39. Пере-
дача деталей с одного стола на другой происходит, когда оба
стола находятся в нижнем положении. В качестве передающего
механизма 43 используют цепной толкатель с гидравлическим
приводом, расположенным выше уровня закалочной среды.
Когда поддон с деталями опускается в закалочный бак, вклю-
чается система циркуляции закалочной среды. Лопастной насос
нагнетает закалочную среду в патрубок, из которого она направ-
ляется на закаливаемые детали.
Опускание закалочного стола в бак происходит со скоростью
150 мм/с. Время погружения всей садки высотой 600 мм состав-
ляет 4 с
Величина коробления закаленных деталей зависит от темпера-
туры закалочной среды и интенсивности циркуляции закалочной
среды в баке. При закалке в масле, подогретом до температуры
180 °C, получают минимальное коробление. С понижением тем-
пературы закалочной среды коробление деталей увеличивается.
Регулируя производительность лопастного насоса, можно изме-
нять скорость закалки деталей и тем самым величину коробле-
ния. В некоторых случаях циркуляционная система закалочного
бака может быть отключена и детали закаливаются в закалочной
среде, перемещающейся относительно закаливаемых деталей
только в результате естественной конвекции.
Температура закалочной среды в баке поддерживается автома-
тически в заданном интервале. Для предварительного разогрева
закалочной среды в баке расположены трубчатые электрические
нагреватели. Общая мощность нагревателей 94,5 кВт. В про-
цессе работы, когда в закалочный бак из печи непрерывно по-
ступают поддоны с деталями, в бак вносится много теплоты и
температура закалочной среды начинает повышаться. В этот
период нагреватели закалочного бака отключаются, включается
система охлаждения бака. Закалочная среда из бака подается
231
в трубчатый маслоохладитель 25, расположенный рядом с закалоч-
ным баком.
Моечная машина. Конструктивно выполнена в виде камеры
с двумя отсеками. В первом отсеке происходит основное удале-
ние масла, выносимое поддоном и деталями из закалочного бака,
во втором — окончательная промывка деталей. В моечной ма-
шине одновременно находятся два поддона, каждый из которых
в процессе промывки закрыт герметичным колпаком.
Поддоны через моечную машину передвигаются механизмом
с электрическим приводом. В качестве моечной среды исполь-
зуют содовый раствор.
Печь для отпуска. Для экономии производственной площади
и улучшения обслуживания печь для отпуска располагают над
печью химико-термической обработки. Подъемник 30 и конвейер 31
служат для передачи поддонов от моечной машины к отпускной
печи. Для упрощения обслуживания печь имеет электрические
нагреватели, которые закреплены на съемных панелях 7, что
упрощает их замену.
Печь имеет две температурные зоны. Общая мощность печи
250 кВт.
Для равномерного прогрева деталей рабочее пространство
печи отделено от нагревателей экраном 8, исключающим прямое
излучение нагревателей на детали. Кроме того, на своде печи
установлены три вентилятора 11, которые создают в рабочем
пространстве печи циркулирующие потоки воздуха.
В печи находятся одновременно 18 поддонов. Загрузочное
и разгрузочное отверстия печи закрывают плотными заслонками 12.
Температура в печи (180—200 °C) регулируется автоматически.
Передвижение поддонов через печь осуществляется механизмом 6
На первый этаж поддоны возвращаются механизмом возврата 33.
Четырехрядная автоматическая линия. Линия предназначена
для химико-термической обработки деталей, механизирована и
автоматизирована, отличается повышенной производительностью
и занимает сравнительно мало места. Производительность че-
тырехрядной автоматической линии в 2 раза выше производи-
тельности обычных двухрядных безмуфельных агрегатов.
Четырехрядная автоматическая линия (рис. 179) состоит из
следующих основных частей: тамбура загрузки 1, цементацион-
ной печи 3, тамбура разгрузки с закалочным баком 4, моечной
машины 5, отпускной печи 6, механизма передвижения поддонов
по линии 7, трубопроводов природного газа, воздуха, технологи-
ческих газов, воды и пара с аппаратурой, системы отбора дымо-
вых газов 2, гидропривода с трубопроводами, электрооборудова-
ния и автоматики с разводкой проводов и шкафами управления.
После выхода из отпускной печи поддоны разгружают и за-
гружают новыми деталями. Затем, пройдя через загрузочный
тамбур, поддоны направляются (на рис. 180 показано стрелками)
в цементационную печь через тамбур разгрузки и после моечной
232
Рис. 179. Схема четырехрядной автоматической лнннн
машины проталкиваются через отпускную печь к месту раз-
грузки и загрузки.
Тамбур 1 загрузки (рис. 180) примыкает непосредственно
к цементационной печи 11 и отделен от нее заслонкой 10 с приво-
дом 9. Подача поддона в тамбур осуществляется гидравлическим
толкающим механизмом 12 при поднятой заслонке тамбура 13,
имеющей также гидравлический привод 7. Поддон в поперечном
направлении перемещается толкающим механизмом 3 с электро-
механическим приводом 2.
Рабочим элементом механизма 3 является воздухоохлаждае-
мая балка 4 с толкающей траверсой 5.
Поддон из тамбура устанавливается перед одним из четырех
толкателей цементационной печи. Величина хода поперечного
толкающего механизма ограничивается конечными путевыми вы-
ключателями.
В стене тамбура предусмотрено смотровое окно 6, при помощи
которого можно контролировать перемещение поддона.
Место прохода балки через стену тамбура уплотняется газо-
вой завесой. В качестве газа используют азот.
На случай резкого повышения давления в полости тамбура,
в его верхней части, установлен пружинный клапан сброса дав-
ления 8
Четырехрядная цементационная печь. Каркас печи гермети-
чен. Поддоны по одному загружаются в печь (указано стрелкой
на рис. 181) и устанавливаются на одной из четырех линий печи.
Поддоны через печь проталкиваются гидравлическим тол-
кателем 6 по керамическим направляющим 5. Печь обогревается
52 радиационными трубами 3, расположенными сверху и снизу
поддонов
Радиационные трубы вставлены с двух сторон печи. Верхние
трубы закреплены жароупорными подвесками 4, проходящими
233
8
Рис. 180. Загрузочный тамбур
через свод печи. Концы нижних труб опираются на подставки
из кирпича. Печная атмосфера перемешивается вентиляторами 2,
установленными на своде печи. В разгрузочном торце печи уста-
новлены ремонтные заслонки 1. Последний поддон в каждой из
четырех линий останавливается на позиции разгрузки ограничи-
телями хода поддонов и выталкивается (показано стрелкой)
поперечным толкателем в тамбур разгрузки. Проемы, по которым
двигаются поперечные толкатели на загрузке и выгрузке, и по-
перечные направляющие для движения поддонов выполнены из
керамики. В качестве керамики применяют карбид кремния на
нитридной связке.
234
Рнс. 181. Четырехрядная цементационная печь
235
Двухсекционная моечная машина колпакового типа (рис. 182).
Каждая секция состоит из бака 2 с соответствующим моющим
раствором, колпака 5, моечной системы и грязесборников 11.
В моечную систему входят коллекторы с соплами 4, из которых
поступает моющий раствор, насос 9, трубопроводы моющего рас-
твора и паровой нагреватель 10. Коллекторы с соплами располо-
жены и снизу поддонов. Колпак поднимается и опускается ги-
дравлическим цилиндром 7 по направляющим 6. После того как
поддоны с деталями займут свои места, колпак опускается, вклю-
чается насос и моющий раствор по гибкому шлангу 8 подается
через сопла к деталям. Затем раствор стекает вниз и, переливаясь
через перегородки, опять подается насосом к соплам. Верхний
грязный слой, содержащий масло, через грязесборники сли-
вается из бака. На баке установлены направляющие 3, по которым
передвигаются поддоны. Чистят бак через люк 1.
Отпускная Г-образная печь. Печь (рис. 183) обогревается
электрическими нагревателями сопротивления 4, смонтированными
в съемных панелях 3. Панели встроены в стены печи. Между нагре-
вателями и поддонами с деталями установлен экран 2, одновре-
236
менно служащий для направления потока воздуха в печном про-
странстве.
Теплота от нагревателей к деталям в основном передается
воздухом, циркулирующим в печном пространстве (на рис. 183
показано стрелками). Воздух при движении нагревается от нагре-
вательных элементов и затем отдает теплоту деталям. Местный
перегрев деталей исключен благодаря наличию экрана и цирку-
ляции воздуха. Поддоны двигаются в печи по направляющим 1.
Для изменения направления движения поддонов предусмотрена
плита 9. Механизмы перемещения поддонов вынесены за пределы
печи. Со стороны загрузки предусмотрена заслонка 8 с механизмом
подъема. Циркуляционный вентилятор 7 с крыльчаткой 5 установ-
лен на своде печи с помощью уплотнительного фланцевого соеди-
нения 6. Цилиндр гидравлического толкателя печи смонтирован
на раме. Шток цилиндра соединен с подвижной кареткой. Под-
доны перемещаются по направляющим Каретка имеет катки и
Рис. 183 Отпускная Г-образная печь
237
Рис. 184. Схема комплексного автоматизированного участка для химнко-термиче-
ской обработки
кулачки для перемещения поддонов. При движении каретки впе-
ред кулачки захватывают и передвигают поддон вперед. При дви-
жении каретки назад кулачки утапливаются, и каретка возвра-
щается под поддоном в исходное положение.
Комплексные автоматизированные участки для химико-терми-
ческой обработки. Такие участки применяют при массовом произ-
водстве. Комплексный автоматизированный участок (рис. 184)
включает четыре автоматические линии, имеющие общую транс-
портную систему. Загрузка и выгрузка деталей проводится на
одном месте — площадке //. Это значительно сокращает число
рабочих. В состав участка кроме четырех автоматических ли-
ний 10 для цементации или нитроцементации входят общая моеч-
ная машина 9, общая сушильная камера 8, транспортные ли-
нии 6 и 12, эндогазовые установки 5 в комплекте с установками
для сероочистки, щиты управления и пирометрии, прессы для
закалки 3 крупных зубчатых колес, накопители поддонов 7 и 13
как на стороне загрузки линии, так и на стороне разгрузки.
Каждая автоматическая линия состоит из печи цементации
или нитроцементации, закалочного бака, моечной машины, печи
низкого отпуска и щита управления 2.
Основные технические данные автоматической линии приве-
дены ниже.
238
Пропускная способность при цементации, кг/ч . 500
Расход природного газа на отопление, нма/ч .170
Расход эндогаза, нм3/ч .... 100
Масса деталей на поддоне, кг ... ...................................... 100
Температура в печи отпуска, °C......................................... 180
Сушильная камера 8 имеет газовый обогрев. Ее конструкция
аналогична конструкции отпускной печи агрегата Щиты управ-
ления и пирометрии автоматических линий расположены на пло-
щадке 1 над отпускными печами.
Порядок работы комплексного автоматизированного участка
Поддоны, загруженные необработанными деталями, проходят
через моечную машину 9 и сушильную камеру 8 и затем загрузоч-
ным транспортером 6 направляются к одной из автоматических
линий. Распределяет поддоны по автоматическим линиям опера-
тор с помощью системы адресования. Поддон по команде оператора
останавливается у заданной автоматической линии и толкателем 4
передается на накопитель автоматической линии.
В случае кратковременного перерыва в работе загрузочной
транспортной линии поддоны бесперебойно поступают в автомати-
ческую линию из накопителя, на котором могут размещаться до
шести поддонов. Ближайший к автоматической линии поддон
поступает в тамбур загрузки печи, а из печи передается в закалоч-
ный бак. Затем поддоны проходят моечную машину, отпускную
печь и поступают на накопитель разгрузки, на котором может на-
ходиться до шести поддонов. При кратковременном перерыве
в работе разгрузочной транспортной линии поддоны из автомати-
ческой линии принимаются этим накопителем без остановки авто-
матической линии. Из накопителя разгрузки поддон подается
на разгрузочную транспортную линию и транспортируется к месту
разгрузки обработанных и загрузки необработанных деталей.
Цементационная печь. Печь (рис 185) имеет три камеры:
предварительного подогрева 1, цементации 6 и выдержки перед
закалкой 11. Поддон поступает в камеру предварительного на-
грева из тамбура загрузки при поднятой заслонке 3. Тамбур за-
грузки принципиально не отличается от тамбуров, описанных
ранее.
Поддон из камеры 1 в камеру 6 передается поперечным цеп-
ным толкателем 20 Камера предварительного подогрева — одно-
рядная. В ней размещается шесть поддонов Цементационная
печь —двухрядная. Передаваемый в нее поддон устанавливается
перед одним из толкателей 4 и проталкивается в сторону выгрузки.
В однорядную камеру 11 поддоны по одному передаются по-
перечным цепным толкателем 9.
В двухрядной камере цементации размещается 34 поддона.
В камере 11 находится 11 поддонов, которые проталкиваются тол-
кателем 18.
Поддоны в тамбур разгрузки и закалочный бак передаются
поперечным цепным толкателем 16 при поднятой заслонке 14.
239
Рис. 185. Цементационная печь
240
Тамбур разгрузки и закалочный бак принципиально не отличаются
от описанных выше.
В торце камеры имеется специальная заслонка 15, оборудован-
ная газопламенной завесой. Через эту заслонку крупногабарит-
ные зубчатые колеса подаются на закалку в прессы, так как при
закалке в свободном состоянии в закалочном баке происходит
их коробление. Поддоны через печь проталкиваются по литым
жароупорным направляющим 7.
Камеры 1 и 11 печи обогреваются тупиковыми радиационными
трубами 2, 13, камера 6 — петлеобразными трубами 8.
Предусмотрены ремонтные заслонки 5, 10, 17, 19, позволяющие
исправлять неисправности на линиях перемещения поддонов,
не останавливая работы печи.
Во время работы в печном пространстве поддерживается не-
большое положительное давление. Состав атмосферы печи постоя-
Рис. 186. Механизм выгрузки
241
Рис. 187. Отпускная печь
нен. В печи можно осуществлять как процесс цементации, так и
процесс нитроцементации.
При проведении процесса цементации выдержка деталей под
закалку производится в конце камеры 11 печи, отделенной пере-
городкой 12. При нитроцементации всю камеру 11 печи исполь-
зуют для выдержки перед закалкой.
Механизм выгрузки крупных зубчатых колес из цементацион-
ной печи показан на рис. 186. Механизм представляет собой за-
хват 2 со смешанным электрическим и ручным приводом. Захват
перемещается вверх и вниз электромеханическим приводом 4,
а в печь и из нее — вручную рычагом 5. Рычаг через подвеску 3
соединен с кареткой 1, перекатывающейся по балкам, которые
поддерживаются колонной 6.
Подвеска шарнирно скреплена с приводом и рычаг с захватом
может разворачиваться в горизонтальной плоскости вокруг оси
242
закрепления подвески. Торцовая заслонка имеет окно, через ко-
торое зубчатое колесо передается в закалочный пресс.
Отпускная газовая печь изображена на рис. 187. Поддоны
через печь проталкивают по направляющим 7. На загрузке и
выгрузке установлены заслонки 1 и 10 с приводом 5. Печь имеет
две тепловые зоны. Первая по ходу зона имеет большую тепловую
нагрузку, так как в нее поступают холодные стали на поддонах.
Газ сжигают в выносных топках 2 и 12 с помощью инжекцион-
ных горелок 3. Продукты сгорания газа из топки поступают в ре-
циркуляционный вентилятор 11, который нагнетает их в нагнета-
тельный короб 8 печи. Затем они проходят через поддон с дета-
лями, отдавая свою теплоту, и отсасываются через короб 6 опять
в топку.
Газы в топку двигаются в результате разрежения, которое соз-
дается в топочном пространстве вентилятором. К продуктам сго-
рания, прошедшим через печь, добавляют высоконагретые про-
дукты сгорания газа и поднимают их температуру до требуе-
мой.
Таким образом осуществляется рециркуляция продуктов сго-
рания газа, обеспечивающая равномерный нагрев деталей в печи
и экономичное использование природного газа. Излишние цир-
кулирующие продукты сгорания сбрасывают через трубопровод 9
с установленным на нем шибером 4, регулирующим сброс.
РАЗДЕЛ 5
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КОНТРОЛЯ,
ИССЛЕДОВАНИЙ И ИСПЫТАНИЙ МЕТАЛЛОВ
И ИЗДЕЛИЙ
ГЛАВА 17. ОБОРУДОВАНИЕ МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЙ
ЛАБОРАТОРИИ
1. ПРИБОРЫ ДЛЯ МАКРОСКОПИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Макроскопический анализ заключается в определе-
нии строения металла невооруженным глазом или через лупу при
небольших увеличениях (до 30 раз). В этом случае одновременно
наблюдается большая поверхность детали, что позволяет судить
о качестве металла, а также характере обработки, применяв-
шейся для придания детали окончательной формы и свойств (об-
работка давлением, сварка, резание).
Макроанализ в отличие от микроскопического анализа не
определяет всех особенностей строения металла. Поэтому макро-
анализ является не окончательным, а предварительным видом
исследования. Макроанализ дает возможность выбрать именно
те участки изучаемой детали, которые необходимо подвергнуть
более подробному микроскопическому исследованию. Результаты
макроскопического анализа в необходимых случаях фиксируются
фотографическим снимком макроструктуры исследуемого места
детали или заготовки.
Макростроение можно изучать не только на поверхности ме-
талла, но и в его изломе, а также после предварительной под-
готовки исследуемой поверхности, заключающейся в ее шлифо-
вании и травлении специальными реактивами. Шлифованный и
протравленный образец называется макрошлифом; если макро-
шлиф изготовлен в поперечном сечении металла, то его иногда
называют темплетом. На шлифованной поверхности не должно
быть загрязнений, следов масла и т. п. С помощью макроанализа
можно определить:
нарушение сплошности металла — пористость, подкорковые пу-
зыри, межкристаллические трещины, возникающие при обработке
давлением и термической обработке, флокены, дефекты сварки;
химическую неоднородность литого металла (ликвацию и
присутствие в нем грубых инородных включений);
дёндритное строение, размеры и ориентацию зерен в литом
металле;
волокнистую структуру деформированного металла;
структурную или химическую неоднородность металла, соз-
данную термической, термомеханической или химико-термиче-
ской обработкой;
244
Рис. 188. Схема надреза образца;
а — надрез по периметру; б — двусторонней
надрез, в — односторонний надрез
вид излома;
прокаливаемость.
Методы макротравления подраз-
деляют на три основные группы
глубокого травления, поверхностно-
го травления и отпечатков. Струк-
тура, выявляемая глубоким травле-
нием, сравнительно слабо зависит от подготовки поверхности об-
разца, поверхностное травление и метод отпечатков требуют бо-
лее тщательной подготовки поверхности.
Большое значение для результатов исследования имеет вы-
бор места, из которого надо вырезать образец, или участка по-
верхности, по которому проводят исследование.
Структуру литых металлов и сплавов проверяют в различных
сечениях отливки — от самых больших до самых малых, так как
такие участки обычно охлаждаются с различной скоростью, а
структура многих литейных сплавов зависит от скорости охлаж-
дения. Обычно плоскость, по которой проводят изучение, выби-
рают перпендикулярно поверхности отвода теплоты, с тем чтобы
можно было определить структуру в периферийных н срединных
слоях металла.
Если изделие подвергалось ковке или штамповке, важно
изучать участки, где, например, имела место наиболее сложная
гибка или большая вытяжка. Из крупных деталей целесообразно
вырезать несколько образцов в разных участках, что позволит
характеризовать однородность строения металла.
Для исследования причин разрушения различных деталей
в процессе эксплуатации вырезают образцы как вблизи места
разрушения, так и в отдалении от него, чтобы можно было оп-
ределить наличие макродефектов в строении металла.
Для изучения изломов образцы вырезаются в продольном
или поперечном направлении (по отношению течения металла при
его формообразовании), надрезаются по одной из схем, приведен-
ных на рис. 188, а затем разрушаются по месту надреза на прессе
или копре. Разрушение образца производится с максимальной ско-
ростью и большой сосредоточенной нагрузкой, т. е. в условиях,
исключающих смятие поверхности излома и образования ложных
трещин. Площадь излома должна соответствовать не менее
% площади сечення заготовки.
В зависимости от поставленной задачи поверхность, подле-
жащую макроанализу, осматривают в нетравленом виде или
шлифуют и подвергают травлению специально подготовленными
реактивами.
Макрошлифы приготавливают следующим образом. Вырезан-
ный из изделия образец грубо обрабатывают на строгальном
24В
станке, слесарным напильником или на наждачном точиле, а
затем шлифуют поперек рисок при помощи шлифовальной шкурки.
От более грубой шлифовальной шкурки по мере исчезновения ри-
сок от предшествующих операций переходят к более мелкой.
Иногда тонкое шлифование проводят пастами ГОИ или металли-
ческими пропарафиненными кругами с канавками, заливаемыми
суспензией, состоящей из абразивов соответствующей зернистости.
Для некоторых видов макроскопических исследований (глубокое
травление, проба на серу) обработку поверхности шлифа закан-
чивают шлифованием грубой шкуркой. Выявление макрострук-
туры травлением растворами Гейна и другими растворами слабых
солей и кислот требует тонкого шлифования.
В зависимости от материала и решаемых задач применяют
различные способы макроанализа.
Выявление дефектов, нарушающих сплошность литой и де-
формированной стали. Для этой цели макрошлифы подвергают
глубокому и реже — поверхностному травлению. Операцию вы-
полняют в вытяжном шкафу в ванне из материала, не вступающего
в реакцию с применяемыми травящими растворами. Возможно
также травление протиркой тампоном, смоченным в реак-
тиве.
Ниже приведены наиболее часто применяемые реактивы и
режимы глубокого травления для различных сталей. Травление
коррозионно-стойких, жаропрочных и других сталей аустенит-
ного класса проводят в следующих реактивах:
1) 100 мл НС1, 10 мл HNO3, 100 мл Н2О (t = 60-4-70 °C, т =
= 54-10 мин);
2) 100 мл НС1, 100 мл HNO3, 100 мл Н2О (t = 604-70 °C, т =
= 5ч-10 мин);
3) 100 мл НС1, 100 мл HNO3, 100 мл Н2О, 11,0—11,5 г двух-
ромокислого калия (t = 20 °C, т = 54-10 мин).
Травление коррозионно-стойких, жаропрочных и других ста-
лей ферритного или аустенитного класса рекомендуется прово-
дить протиркой тампоном, смоченным в следующем реактиве:
100 мл НС1, 7 мл H2SO4, 20 г CuSO4 — безводной (/= 20 °C,
т = 154-25 мин); шлиф после травления необходимо промыть во-
дой и 5—10 %-ным раствором хромпика.
Для травления всех остальных сталей используют 50 %-ный
водный раствор НС1 (t = 604-80 °C, т = 54-4,5 мин). Образцы
перед травлением рекомендуется подогреть до температуры рас-
твора. Время травления наиболее продолжительное для легиро-
ванных и коррозионно-стойких сталей, для металла с повышен-
ной твердостью при выполнении операции без подогрева. После
травления образцы промывают в проточной воде и просушивают.
Образцы, предназначенные для хранения, дополнительно обра-
батывают 10 %-ным спиртовым раствором аммиака и покрывают
бесцветным лаком. После травления макрошлиф приобретает
рельефную поверхность с отчетливо видимыми осями дендритов,
246
ликвационной неоднородностью, пористостью, трещинами и про-
чими дефектами
Для поверхностного травления используется реактив Гейна,
1000 мл Н2О, 53 г хлористого аммония (NH4C1), 85 г хлористой
меди (СиС12). При погружении макрошлифа в реактив (t = 30-=-
4-60 °C) происходит обменная реакция: железо вытесняет медь
из водного раствора, оседая на поверхности шлифа, причем на
участках, недостаточно защищенных медью (неметаллические
включения, поры, трещины), происходит травление.
Слой осевшей меди снимают затем тампоном под струей воды
и досуха протирают макрошлиф, чтобы предохранить его от бы-
строго окисления на воздухе. Этот реактив хорошо выявляет
характер ликваций фосфора и углерода, волокнистую структуру
деформированной низко- и среднеуглеродистой стали и крупную
пористость сварных соединений Однако реактивы поверхностного
травления не могут заменить реактива глубокого травления при
выявлении флокенов, трещин, пор, не выходящих непосредственно
на поверхность металла.
Определение химической неоднородности стали. Для этой цели
пользуются методами поверхностного травления и отпечатков.
Для выявления ликвации фосфора наряду с реактивом Гейна
(участки обогащения фосфором и углеродом окрашиваются в бо-
лее темный цвет) часто применяют реактивы Обергоффера и Стеда.
Реактив Обергоффера: Змл НС1; 0,2 г СиС12-2НгО, Зг FeCl3,
0,1 г SnCl2, 10 мл спирта, 100 мл Н2О. Темплет подвергают
травлению после тщательного шлифования, полирования и суш-
ки. Обогащенные фосфором места остаются гладкими, в то время
как обедненные им становятся шероховатыми из-за образования
на них тонкой медной пленки.
При травлении реактивом Стеда (5 мл НС1, 25 г СиС12-2Н2О,
20 г MgCl2, 500 мл спирта, 100 мл Н2О) несколько капель реактива
наносят на поверхность шлифа и удаляют их через минуту. При
необходимости этот процесс повторяется. В результате многократ-
ного травления только участки с высоким содержанием фосфора
остаются без медного покрытия.
Распределение серы определяют методом серного отпечатка
(метод Баумана). Отпечатки снимают на бромсеребряную бумагу,
соответствующую размерам темплета. Листы фотобумаги выдер-
живают 5—8 мин на свету в 2—5 %-ном водном растворе серной
кислоты, слегка высушивают между листами фильтровальной
бумаги и накладывают эмульсионной стороной на поверхность шли-
фа Сернистые включения, имеющиеся в поверхностных участках
металла, реагируют с серной кислотой, оставшейся на фотобумаге:
FeS 4- H2SO4 -> H2S + FeSO4.
Образующийся сероводород непосредственно против очагов вы-
деления воздействует на кристаллы бромистого серебра:
H2S + 2AgBr -> AgsS + 2HBr.
247
Темные участки сернистого серебра, образующиеся на фотобу-
маге, показывают форму и характер распределения сульфидов.
Присутствие свинца в стали определяют методом Врэгга.
Подготовленный микрошлиф обрабатывают 10 %-ным раствором
надсернокислого аммония до получения яркой окраски, промы-
вают в проточной воде до удаления серого налета и высушивают.
Бромсеребряную фотобумагу обрабатывают фиксажем 7—10 мин,
промывают и высушивают. Затем фотобумагу замачивают в те-
чение 5—7 мин в 5 %-ном растворе едкого натра, слегка высуши-
вают и накладывают эмульсионной стороной на образец. Гото-
вый отпечаток обрабатывают в течение 10—15 с 5 %-ным раство-
ром сульфида натрия, промывают и высушивают. При наличии
в стали свинца отпечаток приобретает светло-коричневый цвет
с темными пятнами в местах ликвации. При отсутствии свинца
цвет бумаги не меняется.
Определение неоднородности структуры, обусловленной тер-
мической и химико-термической обработкой. Толщину закаленного
слоя устанавливают по виду излома (более мелкозернистый).
Для более точного определения толщины закаленного слоя обра-
зец шлифуют по излому перпендикулярно оси и травят в 50 %-
ном растворе НС1 (t = 80 °C, т = 3 мин). Закаленный слой в ре-
зультате травления приобретает более темную окраску.
Цементованный и закаленный слой имеет матовый фарфоро-
видный излом с мелким зерном. По толщине этого слоя судят
о глубине цементации. Для более точного определения цементо-
ванного слоя место излома шлифуют и травят в реактиве состава:
2 г CuC12.2H2O, 1 мл НС1 на 100 мл спирта, т = 14-2 мин. Неце-
ментованная сердцевина покрывается красноватым налетом меди,
а цементованный слой остается нетронутым.
При проведении полного макроскопического анализа работы
выполняются в следующей последовательности: сначала образец
травится реактивом поверхностного травления, затем шлифуется
и определяется распределение серы по отпечатку на фотобумаге,
после чего проводится глубокое травление для определения на-
рушений сплошности.
2. ПРИБОРЫ ДЛЯ МИКРОСКОПИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Микроскопический анализ заключается в исследова-
нии структуры материалов при больших увеличениях с помощью
микроскопов. Наблюдаемая при этом структура называется микро-
структурой. В зависимости от требуемого увеличения для четкого
наблюдения всех присутствующих фаз, их качества, формы и
распределения в микроскопах используют:
белый свет и обычные оптические системы, являющиеся ком-
бинацией стеклянных линз и призм (оптическая микроско-
пия);
248
поток электронов для создания оптимальных систем с электро-
магнитными и электростатическими линзами (электронная микро-
скопия).
Изучение в микроскопе структуры металлов, а также непро-
зрачных неметаллических материалов возможно лишь при доста-
точно интенсивном отражении световых лучей от исследуемой
поверхности. В связи с этим поверхность образца должна быть
специально подготовлена. Образец, поверхность которого подго-
товлена для проведения микроанализа, называется микрошлифом.
Процесс изготовления металлографических шлифов обычно
включает следующие основные операции: 1) вырезку образца
и подготовку поверхности; 2) шлифование; 3) полирование;
4) травление. Вырезка, шлифование и полирование образца
должны осуществляться таким образом, чтобы на его поверхности
оставался минимальный слой деформированного металла. На
поверхности шлифа не должно быть царапин, рисок, ямок и за-
грязнений. Кроме того, поверхность шлифа должна быть доста-
точно плоской. Последнее особенно важно для изучения микро-
шлифов на автоматических количественных микроскопах.
Выбор числа образцов, места их вырезки и сечения материала,
по которому проходит плоскость микрошлифа, определяется
целью металлографического исследования, размерами, формой
и особенностями структуры изучаемого объекта. Площадь поверх-
ности образцов для приготовления микрошлифов обычно состав-
ляет 1—4 сма. Высота образца определяется удобством проведе-
ния операций шлифования и полирования и обычно составляет
10—15 мм. Вырезку образцов следует производить, соблюдая
определенные меры предосторожности, чтобы не вызвать изме-
нения структуры из-за наклепа или нагрева. Наиболее часто для
вырезки образцов в металлографических лабораториях исполь-
зуют отрезные станки с абразивными кругами. Для резки сталей
предпочтительнее использовать круги с абразивными частицами
из А12О3, а для резки цветных металлов — круги с частицами SiC.
Грубозернистые круги обычно более быстро и с меньшим нагре-
вом режут крупные сечения, а мелкозернистые позволяют полу-
чить лучшую чистоту поверхности и исключить пережог при
резке деталей. Во всех случаях резку абразивными кругами сле-
дует проводить с использованием охлаждающей жидкости.
Если вырезанные пробы имеют сложную конфигурацию или
малые размеры, неудобные для дальнейшего изготовления шлифа,
проводят закрепление образцов в специальных держателях, струб-
цинах (рис. 189). Удобно запрессовывать образцы, используя
термопластичные материалы или полиэфирные смолы, в которых
происходят процессы полимеризации, приводящие к отверде-
ванию смолы при нормальной температуре и удержанию образца.
Образцы можно закреплять с помощью заливки сплавами с низ-
кой температурой кристаллизации (сплав Вуда, олово). Материал
для закрепления образцов должен быть нейтрален к действию
249
Рнс. 189. Металлографические образцы нормальных размеров (а, б) н приспособ-
ления для их крепления (в, г)
химических реактивов и не загрязнять поверхности шлифа при
дальнейшем его изготовлении.
Шлифование образцов необходимо для удаления слоя металла,
деформированного предыдущей обработкой. Шлифование осуществ-
ляют в несколько последовательных стадий, на которых исполь-
зуют абразивные материалы с уменьшающимися размерами ча-
стиц Выбор зернистости начальных абразивных материалов не-
обходимо согласовывать с условиями резки образца. Для образ-
цов, вырезанных шлифовальным кругом на специальных отрез-
ных станках (табл. 56), необходимо начинать шлифование абра-
зивным материалом с размером зерен 50 мкм и использовать три-
четыре прохода, а при резке на токарных станках или ленточных
пилах начинать обработку абразивным материалом с размером
зерен 160—50 мкм и осуществлять операцию в пять-шесть про-
ходов.
Таблица 56. Основные параметры станков, применяемых для изготовления
микрошлифов
Наименование или марка станка (страна) Габаритные размеры, мм Масса. кг Макси- мальный диаметр проб, мм
Абразивные отрезные станки
Метасекар (ГДР) 1000Х600Х 1300 434 60
68-А (ПНР) 660Х300Х 1100 180 180
Дискотон (Дания) 550Х 380 X 620 100 60
Шлифовальные станки
Нерис ЗЕ881 (СССР) 1060X 580X 900 320 120
Метасииекс (ГДР) 620Х330Х 180 24 50
Дископлан (Дания) 700X 410X 325 75 15—60
Полировальные станки
Метанолам (ГДР) 450Х 350Х 200 30 20
Стелапол (Дания) 450Х 450Х 350 28 40
Плаиопол (Дания) 450Х 690Х 335 43 100
250
Шлифование осуществляют как всухую, так и с использова-
нием смачивающей жидкости. В последнем случае уменьшается
загрязнение воздуха в лаборатории от абразивной и металличе-
ской пыли. В процессе шлифования обычно используют четыре —
шесть проходов и начинают с наиболее крупнозернистого абра-
зивного материала. При переходе на другой, более тонкозернистый
материал образец поворачивают на 90° и шлифуют до тех пор,
пока не будут удалены все риски и царапины, полученные от пре-
дыдущего шлифования. После каждой ступени шлифования по-
верхность образца очищается, чтобы исключить попадание круп-
ных частиц абразива на более тонкий абразивный материал. После
окончательного шлифования поверхность образца подвергают
тщательной промывке.
Для некоторых материалов процесс шлифования заканчи-
вается полированием абразивными пастами. Это процесс химико-
механический. В состав паст входят кислоты, которые оказы-
вают химическое воздействие на поверхность шлифа, вызывая
интенсивное шлифование. Составы наиболее распространенных
в промышленности шлифовальных паст приведены в табл. 57.
Полирование служит для удаления мелких рисок, оставшихся
после шлифования, и получения гладкой зеркальной поверх-
ности шлифа. Применяют механический, электрохимический и
химико-механический методы полирования.
Механическое полирование производят на вращающемся круге
с натянутым полировальным материалом, на который наносится
очень тонкий абразив в виде суспензии в воде. В качестве абра-
зивов применяют оксид хрома, оксид алюминия, оксид железа и
полировальные алмазные пасты. При ручном полировании обра-
зец непрерывно перемещают от центра полировального круга
к его периферии. Кроме того, чтобы исключить образование
«хвостов» около неметаллических включений, сам образец перио-
дически вращают. Давление на образец незначительное и умень-
шается по мере перехода от грубого полирования к более тонкому.
При автоматическом полировании образцы устанавливают
в специальное приспособление станка, которое обеспечивает
Таблица 57. Состав шлифовальных паст, %
Компоненты Паста ГОИ Паста хромо- алюмннневая
тон- кая сред- няя гру- бая тон- кая сред- няя гру- бая
Оксид хрома 72 76 86 32 35 37
Оксид алюминия — — — 32 35 37
Стеарин, парафин 24 20 12 30 24 20
Олеиновая кислота 1,8 1,8 — 3 3 3
Керосин 2 2 2 2 2 2
Сода 0,2 0,2 — 1 1 1
251
приложение необходимого давления к образцам и их вращение
в направлении, обратном вращению круга.
Полирование считается законченным, когда на поверхности
шлифа под микроскопом не наблюдаются риски или царапины.
Для приготовления шлифов используют шлифовально-полиро-
вальные станки «Нерио типа ЗЕ881 (СССР) (рис. 190). Широко
применяют в металлографических лабораториях оборудование
фирмы «Ратенау» (ГДР): шлифовально-разрезные станки «Мета-
секар», станки для мокрого шлифования «Метасинекс» и полиро-
вальные станки «Монтазупал 201» (см. табл. 56). Электролити-
ческое полирование основано на использовании процесса анодного
растворения металла, который при определенных условиях про-
текает с образованием гладкой, блестящей полированной поверх-
ности. Образец после механического шлифования погружают
в качестве анода в электролитную ванну и выдерживают при за-
данном режиме (напряжение, плотность тока, температура элек-
тролита) определенное время. Катодом обычно служит пластина
из коррозионно-стойкой стали.
Наряду с разнообразными лабораторными установками про-
стой конструкции для электролитического полирования исполь-
зуют специальные серийно выпускаемые приборы, например при-
бор «Элиповист» фирмы «Карл Цейс, Иена» (ГДР), который поз-
воляет осуществлять процесс при плавном регулировании напря-
жения и скорости циркуляции электролита, при этом одновре-
менно можно наблюдать поверхность образца под микроскопом.
Для сплавов с фазами, плохо растворяющимися при электро-
литическом полировании, применяют комбинированный метод
электролитическо-механического полирования. В этом случае
полирование производят на вращающемся диске из коррозионно-
стойкой стали, обтянутом полиро-
вочным сукном в среде электро-
лита с добавлением абразива
(рис. 191). При этом диск является
катодом, а образец — анодом.
Электрохимическое полирова-
ние более совершенно, чем дру-
гие способы полирования, и позво-
ляет избежать изменений в струк-
туре поверхностного слоя в связи
Рис. 190. Шлифовально-полироваль-
ный станок «Нерио типа ЗЕ881
Рис. 191. Схема электролитическо-ме-
ханического полирования:
1 — полировальный круг (катод); 2 — влек-
тролит; 3 — образец (анод)
2Б2
Таблица 58. Состав электролита и режимы электролитического
полирования некоторых металлов и сплавов
Материал Состав электролвта. % Плотность тока, А/сма Темпе- ратур.,
Углеродистая сталь Азотная кислота (плотность 1,48 г/см8) 8—10 30
Ортофосфорная кислота — 48, сер- ная кислота — 40, вода — 12 0,1—0,6 35—50
Легированная сталь Азотиая кислота (плотность 1,48 г/см8) 8—10 30
Соляная кислота — 6, спирт — 80, вода — 14 2—4 70
Серная кислота — 20, ортофосфор- ная кислота — 60, вода — 20 7—10 50—70
Аустенитная коррозионно- Ортофосфорная кислота — 38, гли- церин — 53, вода — 9 0,2—2 20—115
стойкая сталь Серная кислота — 60, вода — 10, ортофосфорная кислота — 30 20—30 20—25
Медь Хромовый ангидрид — 7,2, двухро- мовокислый натрий — 21,7, уксус- ная кислота — 7, вода — 58,3, сер- ная кислота — 5,8 2—4 60—75
Ортофосфорная кислота 0,65—0,75 20—25
Латунь и бронза Пирофосфорная кислота — 7,2, хро- мовый ангидрид — 21,7, двухромо- вокислый натрий — 7, уксусная ки- слота — 5,8, серная кислота — 8, вода — 58,3 2—4 60—75
Алюминиевые сплавы Серная кислота — 38, ортофосфор- ная кислота — 48, вода — 14 6—8 70—90
Никелевые сплавы Сериая кислота — 60, вода — 40 0,2—0,4 25—40
с возможной деформацией (наклепом). Состав электролита, а так-
же плотность тока на аноде выбирают в зависимости от мате-
риала шлифа (табл. 58).
После полирования, независимо от способа его выполнения,
микрошлиф промывают водой, затем, если сплавы окисляются,
спиртом и просушивают фильтровальной бумагой. Изучение ми-
кроструктуры начинают с рассмотрения шлифа в нетравленом
виде, т. е. непосредственно после его полирования, промывки
и высушивания. В этом случае можно выявить мелкие поры или
неметаллические включения, наблюдаемые в поле зрения микро-
скопа как небольшие темные участки на светлом фоне.
253
Таблица 59. Реактивы для травления чугунных и стальных микрошлифов
Реактив Состав реактнаа Примечание
Спиртовой раствор азотной кислоты Азотная кислота — 1—5 мл (плотность 1,4 г/см8), этиловый спирт — 100 мл Для выявления струк- туры углеродистой ста- ли, чугуна, а также азо- тированной и цементо- ванной сталей
Спиртовой раствор пикриновой кислоты Пнкрииовая кислота (кристаллическая) — 4 г, этиловый спирт — 100 мл То же
Раствор азотной и со- ляной кислот в глице- рине Азотная кислота — 10 мл (плотность 1,4 г/см8), соляная ки- слота — 20—30 мл (плотность 1,19 г/см8), глицерин — 30 мл Для выявления струк- туры высокохромистой, быстрорежущей стали в закаленном состоянии
Царская водка Азотная кислота — 1 часть (плотность 1,4 г/см8), соляная ки- слота — 3 части (плот- ность 1,19 г/см8) Для выявления струк- туры коррозионно-стой- ких сталей
После просмотра нетравленого шлифа, для более полного
изучения структуры, шлиф травят Существует несколько мето
дов травления, различающихся по воздействию на поверхность
металла.
Наиболее распространено травление методом избирательного
растворения фаз В результате различной интенсивности раство
рения создается рельеф поверхности шлифа. Если освещать шлиф
падающим светом, то из-за отсутствия косых лучей образуются
теневые картины, по которым можно судить о структуре шлифа.
Для травления микрошлифов применяют различные реактивы,
состав наиболее часто используемых реактивов представлен
в табл. 59.
Микрошлиф погружают полированной поверхностью в реактив
выбранного состава и через некоторое время извлекают Про-
должительность травления зависит от состава изучаемого сплава
и состава раствора и легко устанавливается экспериментально
Если после выдержки в растворе реактива полированная поверх-
ность микрошлифа окажется слегка матовой, травление счи-
тается законченным и шлиф сразу же промывают водой, затем
спиртом и высушивают фильтровальной бумагой. Если же после
выдержки в реактиве поверхность шлифа сохраняет блестящий
вид или структура сплава не выявляется отчетливо, микро-
254
шлиф вновь погружают в
реактив и дополнительно вы-
держивают.
Шлифы можно травить и
электролитическим методом.
В этом случае анодом яв-
ляется микрошлиф, а като-
дом — пластинка из корро-
зионно-стойкой стали или
свинца. Реже применяют
травление микрошлифов ме-
тодом окисления.
Для изучения микро-
структуры металлов исполь- Рис. 192. Принципиальная схема металло-
зуют металлографические графического микроскопа
микроскопы (рис. 192). Ме-
таллографический микроскоп позволяет рассматривать при уве-
личении непрозрачные тела в отраженном свете. В этом состоит
главное отличие металлографического микроскопа от биологиче-
ского, в котором рассматривают прозрачные тела в проходящем
свете. Металлографический микроскоп состоит из оптической си-
стемы, осветительной системы с фотографической аппаратурой и
механической системы. Приготовленный шлиф 1 помещают пер-
пендикулярно оптической оси микроскопа в плоскости, совпа-
дающей с передней главной фокальной плоскостью объектива 2.
Шлиф освещается проходящим через объектив пучком света, ко-
торый формируется посредством осветительной системы, состоя-
щей из источника света 3, коллекторной линзы 4, апертурной 5
и полевой 7 диафрагм, вспомогательных линз 6, 8 и полупро-
зрачной пластинки 9.
Объектив создает обратное действительное увеличенное изо-
бражение образца в передней фокальной плоскости окуляра Sj.
Окуляр 10 дополнительно увеличивает это изображение и дает
окончательное мнимое увеличенное изображение образца S2 на
расстоянии ~250 мм от глаз наблюдателя И.
При фотографировании изображения вместо «глазных» оку-
ляров используют специальные фотоокуляры, которые принимают
световые лучи, идущие непосредственно от объектива, и создают
действительное первичное изображение на фотопластинке.
Увеличение микроскопа равно произведению соответствую-
щих увеличений объектива и окуляра. Основное увеличение оку-
ляра обычно не превышает 20 Если необходимо точно определить
увеличение проецируемого изображения, то в качестве объекта
следует использовать пластинку с микрометрической шкалой.
Разрешающая способность микроскопа характеризуется мини-
мальным расстоянием между двумя соседними деталями струк-
туры объекта, которые еще могут быть раздельно разли-
чимы.
255
Плоскость предмета-
Рис. 193. Оптическая схема микроскопа ММР-4:
1, 2, 11. 14, 23, 25, 27, 31. 32 — линза; 3 — фотопленка; 4 — фотопластинка; 5
лампа; б — коллектор; 7, 33, 34 — призма; б — светофильтр; 9, 10, 13, 15 — диафрагма.
12, 17, 22, 24, 26, 28, 29 — зеркало; 16 — полупрозрачная пластинка; 18 — полярн
затор; 19 — анализатор; 20 — телеобъектив; 21 — панкратическнй окуляр; 30 — фазо-
вая пластинка; 35 — экран
В зависимости от назначения металлографические микроскопы
имеют различные пределы увеличения и позволяют использовать
те или иные виды освещения, а также некоторые специальные ме-
тоды металлографического исследования. С помощью микроско-
пов, предназначенных для контроля металлопродукции в завод-
ских условиях, оценки качества приготовления микрошлифов и
других рядовых работ обычно можно наблюдать и фотографиро-
вать структуры в темном и светлом поле и поляризованном свете
при увеличении до 1000—1500. Представителем этого типа микро-
скопов является микроскоп ММР-4 (рис. 193), предназначенный
для наблюдения и фотографирования микроструктуры металлов
в светлом поле, при прямом и косом освещении, темном поле,
поляризованном свете и методом фазового контраста.
В комплекте оптики микроскопа ММР-4 объективы смонтиро-
ваны на револьверной головке, обеспечивающей их быструю за-
мену. Наряду с компенсационными окулярами, установленными
в бинокулярной насадке, микроскоп снабжен панкратической
256
Рис. 194. Блок-схема прибора «Кван
тимет»:
! — образец; 2 — микроскоп; 3 — эпидиа-
скоп 4 — телевизионная камера. Б — кон-
трольный телевизор; 6 — детектор; 7 —
ЭВМ; 8 — показывающий прибор; 9 — пе-
чатающее устройство
системой лииз, изменяющих увеличение микроскопа в 2-—3 раза
без дополнительной фокусировки. Общее увеличение микроскопа
50—1500.
Современные исследовательские микроскопы рассчитаны на
предельное (достигаемое в видимом свете) увеличение. Они, как
правило, предусматривают возможность использования тех же
методов исследования, что и рабочие микроскопы. Кроме того,
микроскопы могут быть снабжены приспособлениями для измере-
ния микротвердости, приставками для нагрева образца в вакууме
и счетными устройствами для исследования методов количествен-
ной металлографии. Наряду с отечественными микроскопами
в исследовательских и заводских лабораториях широко приме-
няют микроскопы фирмы «Карл Цейс, Иена» (ГДР), особенно го-
ризонтальный исследовательский микроскоп «Неофот-21». Этот
микроскоп снабжен высококачественными объективами, обеспе-
чивающими увеличение от 10 до 2000; предусматривает различ-
ные виды освещения, а также имеет приспособление для замера
микротвердости. Микроскоп снабжен встроенным устройством
автоматического экспонирования для крупноформатной камеры,
кроме того, возможна съемка на малоформатную камеру (пленка
24x36). Для облегчения металлографического контроля можно
использовать дополнительное устройство, позволяющее одновре-
менно наблюдать исследуемый шлиф и эталонные снимки при оди-
наковом увеличении и формате изображения.
В последние годы большое внимание при исследовании ста-
лей и сплавов уделяется установлению связи между их свойст-
вами и количественными характеристиками микроструктуры,
разрабатываются специальные автоматические приборы для ко-
личественного анализа изображения.
Одними из первых и наиболее известными из таких анализа-
торов являются приборы типа «Квантимет» фирмы «Кембридж
инструменте» (Англия). Принципиальная схема анализатора
«Квантимет» приведена на рис. 194. Получаемое в обычном верти-
кальном микроскопе с автоматическим перемещением предмет-
ного столика изображение структуры с фокальной плоскости
окуляра вводится в телевизионную камеру, сигналы с которой
подаются одновременно на детектор и на экран контрольного
телевизора. Детектор выделяет и оценивает импульсы, соответ-
ствующие оптической отражательной способности исследуемых
9 Долстов Г П 257
структурных составляющих, и с помощью ЭВМ преобразует эти
импульсы в параметры микроструктуры, которые регистрируются
показывающим прибором и печатающим устройством. Вместо
шлифов можно также анализировать фотографии. Модель анали-
затора «Квантимент 360», предназначенного для контроля каче-
ства металлопродукции в производственных условиях, позволяет
с высокой точностью распознавать оксидные и сульфидные вклю-
чения в сталях, определять количество включений и их объемную
долю, средний размер и распределение по размерам зерен светлой
фазы (феррита, аустенита и т. д.).
Многие металлографические лаборатории оснащены структур-
ными анализаторами «Эликвант» фирмы «Карл Цейс, Иена» (ГДР).
Прибор «Эликвант» дает возможность определить содер-
жание различных фаз, неметаллических включений, пор
и т. д.
При использовании автоматических количественных анали-
заторов структуры необходимо иметь в виду, что они могут учи-
тывать нежелательные детали изображения. В связи с этим к ана-
лизируемым шлифам предъявляют высокие требования в отно-
шении чистоты поверхности, отсутствия дефектов изготовления,
четкости выявления структурных составляющих наряду со спе-
цифическим требованием плоскопараллельности, обеспечиваю-
щей постоянство фокусировки микроскопа.
Для непосредственного изучения структурных изменений при
нагреве и охлаждении применяют высокотемпературные микро-
скопы, с помощью которых можно осуществлять прямое наблю-
дение процессов фазовых превращений, рекристаллизации, роста
зерна. Высокотемпературные микроскопы часто используют сов-
местно с устройствами, позволяющими одновременно подвергать
образцы различным видам нагружений, измерять микротвер-
дость, изменять в широких пределах скорости нагрева и охлаж-
дения. На высокотемпературном микроскопе исследуют образцы
с тщательно отполированной поверхностью. Образцы нагревают
в вакуумной камере при остаточном давлении 1,3—1,3-10-2 Па
или в среде разреженного инертного газа. Выявление структуры
при таком способе исследования основано на эффекте «вакуумного
травления», обусловленного избирательным испарением фаз
в вакууме. В результате вакуумного травления на полированной
поверхности образца появляется характерный микрорельеф, ото-
бражающий структуру материала при высокой температуре и ее
изменении в процессе нагрева.
Нагрев в вакууме позволяет исключить образование на по-
верхности образца оксидной пленки, препятствующей наблюде-
нию структуры.
Степень вакуума, требуемая для полного предотвращения
окисления, различна для каждого материала. Например, при оста-
точном давлении 1,3 Па не наблюдается окисления поверхности
углеродистых сталей, нагретых до 800 °C, хотя при тех же усло-
258
виях на поверхности хромосодержащих сталей происходит обра-
зование тонкого оксидного слоя.
Для получения заданной температуры образца используют
различные способы нагрева: радиационный нагрев от внешнего
источника, контактный электронагрев, индукционный, электронно-
лучевой нагрев Выбор метода нагрева определяется требуемыми
максимальными температурами и скоростями нагрева образцов
Для увеличения скорости охлаждения образца используют ох-
лаждающие устройства, осуществляющие обдув образца инерт-
ным газом.
Наблюдение за образцами проводится через смотровое стекло
вакуумной камеры. Для этого в высокотемпературных микроско-
пах используют длиннофокусные зеркально-линзовые объективы.
Максимальное увеличение таких объективов не превышает 500,
что ограничивает возможности оптических высокотемпературных
микроскопов.
Для защиты смотрового стекла от осаждения конденсата ве-
ществ, испаряющихся с поверхности образца, обычно исполь-
зуют набор тонких кварцевых стекол, которые специальным при-
способлением перемещаются внутри вакуумной камеры против
смотрового окна.
Установка для высокотемпературной микроскопии
ИМАШ-20-75 предназначена для прямого наблюдения, фото-
и киносъемки микроструктуры различных материалов при на-
греве, охлаждении и деформации растяжением в вакууме. В уста-
новке предусмотрены две системы нагрева образца: нагрев про-
пусканием тока (до 1500 °C) и радиационный нагрев (до 1200 °C).
Микроструктуру образца исследуют с помощью высокотемпера-
турного микроскопа МВТ-71 с максимальным увеличением 410.
Образец можно исследовать при воздействии на него постоянной
нагрузки или при растяжении с постоянной скоростью переме-
щения активного захвата.
Применение электронных лучей с малой длиной волны поз-
воляет существенно увеличить разрешающую способность микро-
скопов при использовании специальной электронной оптики.
Именно на основе электронной оптики создан ряд конструкций
электронных микроскопов.
1. Просвечивающие микроскопы, в которых поток электро-
нов проходит через объект. Полученное изображение является
результатом различного рассеивания электронов на объекте.
2. Отражательные микроскопы, в которых изображение соз-
дается электронами, отраженными от поверхности объекта. Эти
микроскопы имеют принципиальную схему оптической системы,
близкую к металломикроскопу.
3. Эмиссионные микроскопы, в которых изображение соз-
дается от поверхности, светящейся под давлением электронов.
4. Растровые микроскопы, где изображение получается в ре-
зультате вторичной эмиссии электронов, излучаемых поверх-
9*
259
ностью, на которую падает непрерывно перемещающийся по этой
поверхности поток первичных электронов
В последнее время широко применяют просвечивающие
растровые микроскопы. Принципиальная схема электронного
микроскопа изображена на рис. 195. Осветительная система про-
свечивающего электронного микроскопа расположена в колонне,
в которой поддерживается вакуум 10”*—10-3 Па. Осветительная
система включает электронную пушку, в которую входят катод
в виде нагретой вольфрамовой спирали, эмитирующей электроны,
фокусирующий электрод с еще более отрицательным потенциа-
лом и аиод в виде пластинки с отверстием. Между катодом и ано-
дом создается мощное электрическое поле, увеличивающее ско-
рость электронов. Величина ускоряющего напряжения чаще всего
находится в пределах 100—200 кВ, но есть микроскопы с напря-
жением до 3500 кВ. С ростом ускоряющего напряжения возра-
стает проникающая способность электронов и поэтому возможно
увеличение толщины излучаемых объектов. Электроны проходят
через отверстие анода и конденсатор. Конденсатор состоит из
двух электромагнитных линз, которые представляют собой ка-
тушки с большим числом витков проводника, заключенные в же-
лезный корпус. Внутри катушек установлены полюсные наконеч-
ники специальной формы, в зазоре
между которыми создается магнит-
ное поле высокой напряженности.
Фокусирующее действие электромаг-
нитных линз основано на взаимо-
действии электронов с магнитным
полем. Первая линза конденсатора
создает уменьшенное изображение
Рис. 196. Образование контраста изо-
бражения в электронном микроскопе:
I — Диафрагма; 2 — флуоресцирующий эк-
ран; А, В, С .и Aj. Blt Ct — участки
объекта с различной плотностью и их
изображение на экране
Рис 195. Принципиальная схема элек-
тронного микроскопа:
/. 7, 8. /6. 17 — Диафрагма; 2, 3, 6 — стиг-
матор; 4, 18, 19 — линза: 5 — объект; 9 —
фокусирующий электрод: 10 — катод; 11 —
анод: 12, 13 — конденсатор; 14 — коррек-
тор юстировки^ 10 — столику 20 — экран
260
источника электронов, а вторая перебрасывает это изображение в
плоскость объекта. Малый апертурный угол падающего электрон-
ного луча создается конденсаторными диафрагмами.
Проходя через объект, электроны рассеиваются и далее фоку-
сируются объективной линзой также электромагнитного типа,
формирующей первичное изображение. Фокусировка изображе-
ния определяется изменением фокусного расстояния объектив-
ной линзы. Следующая за объективной, так называемая проме-
жуточная линза, перебрасывает первичное изображение в пред-
метную плоскость проекционной линзы, формирующей оконча-
тельное изображение на флуоресцирующем экране. Для созда-
ния контрастности изображения в объективной линзе имеется
апертурная диафрагма (рис. 196) в виде маленькой металлической
пластинки с малым отверстием в центре (диаметр 0,03 мм). Диа-
фрагма отделяет электроны, претерпевшие наибольшее рассея-
ние, т. е. прошедшие через наиболее утолщенные или плотные
участки объекта. Через объективную линзу от разных участков
изучаемого предмета будет проходить разное число электронов
соответственно эффекту рассеяния (т. е. меньшее число от более
плотных участков и большее от тонких и менее плотных). Поэтому
появится контрастность изображения, и создаваемое объективной
линзой промежуточное изображение будет отображать строение
предмета. Для наблюдения промежуточного изображения имеется
специальный флуоресцирующий экран. Изображение на экране
рассматривается через специальные окна, расположенные в кор-
пусе микроскопа
В центре экрана расположено отверстие, через которое часть
электронных лучей попадает в проекционную линзу, линза соз-
дает второе увеличенное окончательное изображение, получаю-
щееся также на флуоресцирующем экране. Увеличение, созда-
ваемое проекционной линзой, можно изменять от 20 до 200
раз.
Увеличение объективной линзы составляет около 130 раз,
поэтому общее увеличение, равное произведению увеличений
объективной и проекционной линз, может изменяться от 2600
до 26 000 раз. Изображение может быть рассмотрено с помощью
оптического микроскопа, установленного против экрана Если
изображение необходимо зафиксировать, его фотографируют,
отводя экран в сторону и направляя поток электронов на фото-
пластинку.
Разрешающая способность электронного микроскопа дости-
гает (20—30)-10-8 см. Для того чтобы детали структуры можно
было различить глазом, их необходимо увеличить до 0,3 мм. Если
принять увеличение электронного микроскопа равным 26 000,
то частицы размером 30-10”8 будут увеличены до 7,8-10"а, т. е.
до 0,08 мм. Увеличение их размера до 0,3 мм достигается с по-
мощью оптического микроскопа. Таким образом общее увеличе-
ние электронного микроскопа достигает 100 000 раз.
261
Рис. 197. Электронно-оптическая схема рас-
трового электронного микроскопа:
1 — блок высокого напряжения; 2 — электронная
пушка; 3 — конденсаторные линзы; 4 — блок пи-
тания лниз; 5 — генератор сканирования; 6 — эк-
раны наблюдения; 7 — блок регулирования уве-
личения; 8 — усилитель видеосигналов; 9 — ва-
куумная система; 10 — объект исследования; 1! —
коллекторная система; 12 — стнгматор; 13 — ска
пирующие катушки
Использование просвечивающего
микроскопа требует приготовления
специальных объектов исследования
прозрачных или полупрозрачных для
электронов. Такими объектами яв-
ляются реплики (слепки) изучаемых
образцов или металлические фольги,
получаемые в результате утонения
исследуемых образцов. С помощью
электронной просвечивающей микро-
скопии можно получить информацию
о структуре сплавов, которую из-за
малой разрешающей способности оптическая микроскопия выявить
не может.
Растровая электронная микроскопия представляет собой ми-
крозондовый метод исследования поверхности твердых тел. Основ-
ное преимущество этого метода состоит в том, что он позволяет
наблюдать топографию поверхности образца с высоким разре-
шением и глубиной резкости, значительно превосходящими со-
ответствующие показатели оптических микроскопов. В растро-
вом электронном микроскопе (рис. 197) поверхность образца
облучается пучком электронов, ускоренных напряжением 30—
50 кВ. Специальный генератор осуществляет сканирование луча
по определенному участку объекта. Увеличение микроскопа оп-
ределяется площадью растра на участке. Изображения на скано-
грамме определяются характером взаимодействия падающего
пучка электронов с поверхностью образца. В растровом
электронном микроскопе используют различные типы кон-
траста.
1. Контраст, обусловленный разными атомными номерами
элементов фаз. Изображение на сканограмме появляется вслед-
ствие разницы коэффициентов отражения электронов у фаз с раз-
личными средними атомными номерами элементов.
2. Топографический контраст, обусловленный изменением
коэффициента отражения электронов при изменении угла наклона
поверхности относительно падающего луча электронов. Растро-
вые электронные микроскопы применяют при исследовании по-
верхностей излома для определения механизма разрушения, а
также при исследовании явлений на поверхности металлов, ха-
рактера распределения фаз в сплавах по форме и размерам.
262
ГЛАВА 18. ОБОРУДОВАНИЕ ЛАБОРАТОРИЙ
МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ МЕТАЛЛОВ
1. МАШИНЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА РАСТЯЖЕНИЕ,
ВЫНОСЛИВОСТЬ, ПОЛЗУЧЕСТЬ
И УДАРНУЮ вязкость
Основное требование к прочности металлов состоит
в обеспечении длительной безаварийной работы конструкций и
механизмов, при этом все детали, работающие при статических
нагрузках, не должны заметно пластически деформироваться.
Способность к пластической деформации, пластичность ха-
рактеризуются остаточным изменением размеров детали после
удаления деформирующих сил. Для того чтобы предотвратить
возникновение пластической деформации, необходимо знать ве-
личины тех деформаций, которые допустимы для данной детали.
С этой целью определяют пределы пропорциональности, упру-
гости, текучести и другие механические свойства, которые уста-
навливаются экспериментальным путем.
Во многих случаях наблюдается, что детали машин разру-
шаются под влиянием усталости металлов, обусловленной обра-
зованием характерной трещины после многократно приложенных
повторных нагрузок. В связи с этим чрезвычайно важно знать
предел выносливости материала, из которого изготовлены детали,
испытывающие при работе десятки и сотни миллионов нагружений.
Преждевременное разрушение возможно также и у деталей,
подвергаемых значительным нагрузкам при температуре, при-
ближающейся к температуре рекристаллизации материала. Сле-
довательно, необходимо знать максимальное напряжение, при
котором материал в условиях длительной нагрузки и повышенных
температур пластически деформируется на определенную величину
(предел текучести).
Условия создания напряженного состояния материала во время
испытания детали должны по возможности соответствовать тем
условиям, в которых находится деталь при эксплуатации. В соот-
ветствии с этим испытания материалов подразделяют в зависи-
мости от вида нагружения, которому подвергаются образцы или
детали в процессе исследования, на статические, динамические,
циклические, длительные (испытания на ползучесть) и др.
Статические испытания проводят при плавном и постепенно
возрастающем нагружении образца вплоть до его разрушения.
При этом в любой момент можно с достаточной точностью, при
помощи силоизмерительного устройства испытательной машины,
определить усилие, приложенное к образцу, и измерить его де-
формацию.
При динамических испытаниях к образцу прилагают ударные
нагрузки. В результате испытания определяют только общую
работу по деформации образца.
263
Рис, 198. Образцы для испытания на
растяжение:
I — головки, 2 — рабочая часть
Рис. 199. Диаграмма растяжения:
а — без площадки текучести; б — с площад-
кой текучести
В современном производстве при изготовлении ответственных
деталей предусматриваются механические испытания с целью
контроля качества металла после термической обработки. Для
этого из партии деталей, подвергавшихся термической обработке
по одному режиму в одной и той же печи, выбирается определен-
ное число деталей, из которых изготовляют стандартные образцы
для исследования их в заводской лаборатории.
Испытания на растяжение. Наибольшую информацию о меха-
нических свойствах металлов дает испытание на растяжение, про-
водимое в соответствии с ГОСТ 1497—84 на разрывных машинах.
На рис. 198 показаны применяемые для этих испытаний образцы
с круглым или прямоугольным поперечным сечением. В процессе
непрерывного нагружения образец сначала растягивается, а за-
тем разрушается. Зависимость между нагрузкой и удлинением
образца очень удобно представлять графически в виде диаграмм
растяжения (рис. 199). По оси абсцисс обычно откладывают
абсолютное удлинение образца Д/, а по оси ординат — соответ-
ствующую ему осевую растягивающую нагрузку Р, абсолютное
удлинение образца Д/ измеряют в миллиметрах, а растягивающую
нагрузку Р — в ньютонах. Форма диаграммы зависит от свойств
испытуемого металла.
Большинство металлов и сплавов на первой стадии деформи-
рования обнаруживают прямо пропорциональную зависимость
между нагрузкой и удлинением образца:
Р = КМ.
где К — коэффициент пропорциональности
264
Коэффициент К зависит от длины, площади поперечного се
чения и свойств металла. Обозначим / — длину образца постоян-
ного сечения; F — площадь поперечного сечения образца; Е —
модуль упругости металла Приведенную ранее зависимость, из-
вестную под названием закона Гука, можно представить следую-
щим образом:
Р = EFM[l.
Чаще закон Гука представляют в виде
Д/ = PI/EF.
Как видно из диаграммы растяжения, пропорциональность
между Р и Д/ сохраняется лишь до определенной нагрузки.
Нагрузку, отвечающую прямой пропорциональности между Р и
Д/, называют нагрузкой, соответствующей пределу пропорцио-
нальности. После этого зависимость между Р и Д/ не поддается
описанию единым математическим уравнением.
Часто зависимость между Р и Д/ представляют в виде диа-
граммы, изображенной на рис. 199, б. Горизонтальный участок
на диаграмме — отклонение от закона Гука. Это объясняется тем,
что у металла перестает увеличиваться сопротивление деформа-
ции, несмотря на нарастание удлинения Сила Рт, при кото-
рой происходит течение металла, отвечает пределу текучести
при растяжении.
Другая характерная точка на диаграмме определяется нагруз-
кой Ру, отвечающей пределу упругости. Практически для метал-
лов значения Рпц и Р0>06 с учетом допуска при их определении
очень близки между собой. Диаграммы, построенные в коорди-
натах Р — Ы, называют исходными диаграммами растяжения.
Их называют машинными диаграммами растяжения, когда они
записываются самопишущим прибором испытательной ма-
шины.
Испытания на растяжение проводят иа разрывных испыта-
тельных машинах, состоящих из следующих основных частей:
механизма для нагружения образца, механизма для передачи
растягивающей силы, механизма для измерения растягивающей
силы. Обычно применяют машины с разрывным усилием 20, 40,
50, 300 и 500 кН. На рис. 200 показана схема универсальной раз-
рывной машины с усилием 50 кН Нагружение в этой машине
производится или вручную вращением рукоятки или от электро-
мотора.
Вращение гайки 1 создает поступательное движение ходового
винта 2 с захватом 3. Движение захвата вниз приводит к растя-
жению образца 4. Измерение растягивающего усилия осущест-
вляется через захват 5, тягу 6, систему рычагов и маятник 7.
Угловое перемещение маятника с помощью зубчатой рейки 8 и
шестеренки приводит к отклонению стрелки на шкале 9. Деления
шкалы соответствуют различным нагрузкам. Машина снабжена
265
диаграммным прибором 10 для автоматической записи кривой
нагружения.
В зависимости от устройства, нагружающего образец, раз-
личают два типа машин: машины с механическим приводом и ма-
шины с гидравлическим приводом. Рассмотренная испытательная
машина относится к типу машин с механическим приводом. Меха-
нический привод устанавливается обычно только у машин, рас-
считанных на приложение небольших предельных нагрузок, при-
мерно до 100 кН.
Схема машины с гидравлическим приводом приведена на
рис. 201. Масло, подаваемое насосом в рабочий цилиндр, застав-
ляет перемещаться поршень и зажимную головку. Вторая зажим-
ная головка связана с силоизмерительным устройством так же,
как и в машине с механическим приводом. Гидравлический привод
устанавливается у машин, рассчитанных на предельную нагрузку
от 100 до 1000 кН. Машины с гидравлическим приводом просты
в обслуживании и не дают сотрясений при работе. Основные пара-
метры применяемых разрывных машин приведены в табл. 60.
Испытания на выносливость. Многочисленные случаи разру-
шения отдельных деталей при многократных, особенно знакопе-
ременных напряжениях, еще до наступления предела упругости
побудили проводить испытания образцов на установках, воспро-
изводящих те напряжения, которые испытывает изделие в экс-
плуатационных условиях.
Явление усталости наблюдается в результате многократных
повторных нагружений металла. Оно начинается с возникновением
на поверхности многочисленных характерных микротрещин. При
продолжающихся повторно-переменных нагружениях число тре-
щин постепенно увеличивается и, наконец, деталь разрушается,
преимущественно в том сечении,
которое служит местом концентра-
ции напряжений.
Машины для испытания на вы-
носливость должны иметь меха-
Рис. 200. Схема испытательной машины
Рис. 201. Схема машины с гидравли-
ческим приводом
266
Таблица 60. Основные параметры испытательных машин
для определения механических свойств металлов и сплавов
Тип Наименование Габаритные размеры, мм Масса, кг
км-зо Копер маятниковый для испытания на ударную вяз- кость с запасом энергии 300 Дж 2100X910X2115 770
УМЭ-ЮТМ Машина испытательная с усилием 100 кН (10 тс) для статических и цикли- ческих испытаний растя- жением-сжатнем или изги- бом при одновременной ре- гистрации диаграммы де- формации 1165X2880X2265 2550
Р-10 Машина разрывная для статических испытаний с усилием 10 кН (I тс) 1416X940X2486 1260
Р-100 То же, с усилием 1000 кН (100 тс) 2975Х 1930X 4232 7185
КМ-50-1 Машина для испытания образцов на кручение с крутящим моментом до 500 Н-м 1167Х695Х 1870 645
низм для приложения переменных нагрузок; механизм для измере-
ния переменных нагрузок; устройства, регистрирующие точное
поддержание заданных нагрузок и деформаций; приспособления
для автоматической остановки машины в случае разрушения об-
разца; приборы для подсчета циклов нагружения.
Машины для испытания на выносливость подразделяют по
характеру сил и моментов, создаваемых для нагружения образца,
на следующие группы:
для испытания вращающегося образца постоянным момен-
том;
для испытания образца переменными осевыми нагрузками;
для испытания плоского образца переменным изгибающим
усилием;
для испытания образца в условиях сложного напряженного
состояния;
для испытания образца циклическими ударными нагрузками.
Основные методы испытаний на выносливость и типы машин
для этих испытаний рассмотрены ниже.
Испытания чистым изгибом при вращении образца. Испытания
на выносливость чистым изгибом вращающегося образца наиболее
распространены в лабораторной практике. Они могут проводиться
при нормальной и повышенной температурах и в агрессивных сре-
дах. Большое преимущество этих испытаний заключается в том,
что имеется возможность исследовать явление усталости по всей
267
Рис. 202. Стандартный образец для
испытания чистым изгибом при вращении
длине рабочей части образца, а не в одном только опасном се-
чении.
Форма и размеры образца для этого испытания показаны на
рис. 202. Отклонение от заданного диаметра рабочей части об-
разца не должно превышать 0,01 мм.
Наибольшее напряжение от изгиба в образце определяют по
формуле
^гпах — Plo/W,
где Р — нагрузка на каждую из опор; /0 — расстояние между
точкой приложения нагрузки и опорой; W — момент сопротивле-
ния изгибу сечения образца.
На рис. 203 дана кинематическая схема машины МВП-10 000.
Машина имеет устройство, позволяющее изменять нагрузку в про-
цессе ее работы по заранее заданной программе.
Испытания могут проводиться как при нормальной, так и
при повышенных температурах. В последнем случае образец за-
ключается в разъемную трубчатую электропечь.
26Я
Рис. 204. Схема нагруже-
ния на изгиб консольно
вращающегося образца
Образец 8 приводится во вращение электродвигателем 1 через
двухступенчатый шкив 2 и шкив 3 программного устройства.
Биение образца определяется по индикатору 9. Число циклов ре-
гистрируется счетчиком 4, который через редуктор 5 соединен
гибким валиком 6 со шпинделем 7.
Нагрузка к образцу прилагается рычагом 11 с передвижным
грузом 10 и съемными грузами 14. Эта рычажная система под-
вешена к образцу на тягах 12. В горизонтальное положение гру-
зовой рычаг устанавливается маховичком /5.
Надо отметить, что наряду с преимуществами машины для
испытания на выносливость при чистом изгибе имеют недостатки.
Они не приспособлены для проведения испытаний с асимметрич-
ным циклом нагружения, что затрудняет всестороннее изучение
предела выносливости.
Испытания круговым изгибом консольно закрепленного образца.
Получение в консольно закрепленном образце переменных напря-
жений от постоянного усилия при симметричном круговом движе-
нии просто осуществимо при испытании образцов в лабораторных
условиях.
На рис. 204 приведена схема такого испытания. В патрон /
вставлен и закреплен образец 2 На противоположном свободном
конце образец несет шариковый подвес с грузами, действующими
как вертикальная нагрузка Р. Во всех поперечных сечениях
от точки подвеса т до точки К величина изгибающих моментов
будет изменяться по закону треугольника. Треугольник knm
представляет эпюру моментов для изгиба, при котором сечение па
является наиболее нагруженным. Для этого наиболее нагружен-
ного сечения образца повторно-переменное напряжение
Отах = M./W — 32Р1О/(П(Р),
где М — изгибающий момент в опасном сечении образца, Н-м
(кгс-мм); W — момент сопротивления изгибу сечения образца, мм3;
Р — нагрузка, приложенная к образцу, Н (кгс); /0 — расстояние
от точки приложения до опасного сечения образца, мм; d —
диаметр образца, мм.
Консольный образец стандартной формы для испытаний на
знакопеременный изгиб показан на рис. 205. Кроме указанных
образцов, возможно применение образцов, пропорциональных
с диаметром d 5 мм
269
Рис. 205. Стандартный консольный образец
Особенно тщательно в образце должен быть сделан переход
от утолщенной головки к цилиндрической части, так как наиболь-
шее напряжение возникает именно в этом сечении. Незначитель-
ное отступление от размеров, небольшие неровности или прижоги
при шлифовании на этом участке могут вызвать большие отклоне-
ния в окончательных результатах, даже при испытании образцов,
изготовленных из одной партии материала.
Для испытания повторно-переменным изгибом образцов, за-
крепленных одним концом, существует большое число конструк-
ций машин, которые в основном подразделяют на машины с вра-
щающимся образцом (нагружение происходит изгибающим момен-
том одного направления) и на машины с неподвижным образцом
(нагружение производится вращающимся изгибающим моментом).
Машины с вращающимся образцом изготовляют для испытаний
одновременно двух образцов. На рис. 206 показана серийная ис-
пытательная машина УКИ-10М. На чугунной пустотелой станине 1
установлены две, независимые одна от другой, шпиндельные
головки 4. Каждая из них приводится во вращение самостоятельно
от двух скоростных электродвигателей 9 через клиноременную
передачу 3.
Такая конструкция обеспечивает возможность замены разру-
шившегося образца без прекращения цикла испытания другого
образца.
На свободный конец образца 5 подвешена тяга 6 для съемных
грузов 8. С правой стороны машины размещен механизм нагру-
жения 7. На пульте управления 2 расположены кнопочные пере-
ключатели скоростей и счетчики.
Характеристика испытательной машины УКИ-10М: наиболь-
ший изгибающий момент 98 Нм; минимальная нагрузка на обра-
зец 59 Н; максимальная нагрузка на образец 981 Н; частота вра-
щения образцов 3000 или 6000 мин-1; общая мощность электро-
двигателей 1,2 кВт; масса 490 кг.
Машины с неподвижным образцом удобны для изучения уста-
лости при различных температурах и агрессивных средах. На
270
Рис. 206. Машина УКИ-10М
рис. 207 показана установка И. В. Кудрявцева. Неподвижный
образец 5 находится в коррозионной или охлаждающей среде в со-
суде 6. Переменная изгибающая нагрузка на образец, неподвижно
закрепленный с одного конца, передается насаженной на его дру-
гой конец вращающейся поперечиной 7, имеющей неравномерную
массу 4 в виде съемных грузов. Вращение поперечины 7 осущест-
вляется вилкой 3 от мотора 1 через гибкий вал 2.
Испытания осевыми нагрузками. Для испытания образцов или
изделий циклическими осевыми нагрузками применяют в основном
гидроимпульсные и резонансные машины. Гидроимпульсные ма-
шины универсальны, имеют гидравлический
привод и позволяют подвергать образцы
значительным деформациям при статических
и циклических нагрузках, достигающих не-
сколько десятков тонн. Эти машины часто
применяют для натурных испытаний готовых
деталей или изделий. Гидроимпульсные ма-
шины бывают одностороннего и двусторонне-
го действия.
На рис. 208 приведена схема гидроим-
пульсной машины одностороннего действия.
Рис. 207. Машина Кудрявцева для испытаний на знако-
переменный изгиб при низких температурах или при
коррозии
271
Рнс. 208. Схема гидропульсационной машины одностороннего действия
Верхний захват расположен на подвижной поперечине 7, а
нижний — на основании машины 10. Масло нагнетается насосом 9
в рабочий цилиндр 6 машины и одновременно подводится к
цилиндру 3 пульсатора и манометрам 1 и 2. При увеличе-
нии давления масла в цилиндре 6 его поршень поднимается и
перемещает поперечину 7 вверх, растягивая образец. Переменная
нагрузка осуществляется пульсатором 5, который является одно-
цилиндровым насосом. У нижнего конца поршня 4 пульсатора
имеется ролик 11, установленный в направляющих рычага 13,
вращающегося на оси 12. Левый конец рычага 13 расположен на
кулачке 14. Регулируя перемещение пульсатора, можно устанав-
ливать желаемую нагрузку на образец. Для измерения статиче-
ских нагрузок служит маятниковое силоизмерительное устрой-
ство 8. Наименьшая переменная нагрузка измеряется манометром
1, а наибольшая — манометром 2. Постоянство показаний мано-
метров обеспечивается золотником 15. Отечественными заводами
выпускаются несколько типов гидравлических универсальных
испытательных машин (табл. 61).
Более высокопроизводительными при аналогичных испыта-
ниях на выносливость являются резонансные машины, осущест-
вляющие повторно-переменное сжатие путем косвенного сило-
возбуждения вибрирующей системы, состоящей из плоской или
цилиндрической рессоры и массы силовозбуждения.
Схема действия резонансной машины с плоской рессорой
приведена на рис. 209. Эксцентрик 5, вращающийся от электро-
двигателя, вызывает упругие колебания стальной рессоры 7,
на концах которой расположены одинаковые грузы 4. В средней
части рессоры 7 имеется захват, в который закрепляется один
конец образца 6. Другим концом образец 6 входит в захват, свя-
занный с динамометром 8. Винтовое устройство 9 служит для уста-
новки образцов в машину. Шпиндель 1 позволяет создавать допол-
нительную постоянную нагрузку на образец при помощи пружины
2. Контактный регулятор 3 работает от биения рессоры 7 и слу-
жит для точного регулирования числа оборотов электродвигателя,
вращающего эксцентрик 5.
272
Машины с цилиндрической рессорой рассчитаны на приложе-
ние к образцу осевых усилий в пределах 30—100 кН с амплитудой
колебания резонирующей системы до нескольких десятков милли-
метров, а машины с плоской рессорой дают возможность прилагать
усилия до 600 кН с амплитудой до 10 мм На машинах обоих ти-
пов можно проводить испытания с высокой частотой нагружения
(до 30 000 Гц).
Испытания на ползучесть. При длительном нагружении и воз-
действии высоких температур металлы и сплавы, начиная с опре-
деленной температуры, имеют остаточные деформации при напря-
жениях, значительно меньших пределов текучести или упругости,
определяемых при обычных методах испытания на растяжение.
Это свойство металлов и сплавов получило название пол-
зучести. Количественной его характеристикой является предел
ползучести; наибольшее напряжение, при котором скорость пол-
зучести за определенный промежуток времени не превышает
заданной величины.
Цель испытания на ползучесть заключается в установлении
величины напряжений, вызывающих практически допустимую по
величине остаточную деформацию металла за установленный срок
непрерывного испытания образца или службы данной детали.
Установки для испытания на ползучесть состоят из машины, ра-
ботающей на растяжение, электрической печи, автоматической
системы, обеспечивающей поддержание температуры в процессе
испытания на заданном уровне, и приборов для измерения дефор-
мации образца.
Машины для испытания на ползучесть должны обеспечивать
как поддержание постоянной нагрузки в течение всего испытания
(не вызывая эксцентриситета), так и плавность нагружения и
разгружения образца. Нагревательное устройство должно равно-
мерно нагревать образец до заданной температуры и поддерживать
Таблица 61. Основные технические
данные гидроимпульсных машин
одностороннего действия
Показатели МУП-50 МУП 100
Предельная стати- ческая нагрузка, кН: кратковремен- ная длительная Частота цикличе- ской нагрузки, цикл/мин Мощность электро- двигателей, кВт Масса, т 490 245 200, 300, 400, 600 9,8 5,8 981 490 220, 235, 435, 670 14,0 10,3
Ю Долото» Г П
Рнс. 209. Схема резонансной маши-
ны
273
Рис. 210. Схема машины МП-1200М
для испытания на ползучесть
ее на заданном уровне на протяже-
нии всего процесса испытания.
Температура в любой точке образ-
ца и в любой момент испытания
должна находиться в следующих
пределах: при нагреве образца до
600 °C— ±3 °C; до 900 °C —
±4 °C; до 1200 °C — ±6 °C.
Испытания на ползучесть отли-
чаются большой продолжительно-
стью и могут достигать несколь-
ких тысяч часов.
Захваты разрывной машины
изготовляют из жаропрочной ста-
ли. Во избежание пластической
деформации поперечное сечение
захватов должно быть больше по-
перечного сечения образца в 5—6
раз. У машин, рассчитанных на
проведение испытания при темпера-
турах, превышающих 1000 °C, за-
хваты иногда делаются полыми для
прохождения охлаждающей воды.
На рис. 210 приведена схема
установки МП-1200М, предназна-
ченной для испытаний образцов металла на ползучесть. Уста-
новка состоит из разрывной машины с нагревательной электро-
печью, рассчитанной на температуру до 1200 °C, щита управле-
ния и пульта для измерения температуры. В чугунном основании
машины размещены рычажная система нагружения 1 со сменными
грузами 17 и арретирующим механизмом 16. Тяга 5, передающая
нагрузку образцу 12, проходит к нижнему захвату 14 внутри
полого ходового винта 15. На торце этого винта закреплена
электропечь 13. Для самоцентрирования испытуемого образца
верхний захват 11 подвешен на призматической опоре 10.
При установке образца и приложении к нему нагрузки поль-
зуются ручным приводом 3 или механическим от электродвига-
теля 2 через редуктор 4. Удлинение образца измеряется посред-
ством индикаторного тензометра 8, прикрепленного к стойке 9,
который показывает среднее значение деформации, получаемое
из перемещений трех кварцевых стержней. Для монтирования об-
разца в захват вне нагревательной печи используется механизм 7,
состоящий из винта 6, связанного с опорой 10 верхнего захвата.
Установка МП-1200М имеет минимальную нагрузку 0,2 кН;
максимальную нагрузку 49 кН; диапазон рабочих температур
274
600—1200 °C; наибольшее удлинение образца 50 мм; мощность
электропечи 3,5 кВт.
До начала испытаний на ползучесть необходимо проверить
правильность установки образца в захватах машины, обращая
внимание на отсутствие эксцентриситета.
Установленный в захватах и помещенный в печь образец нагре-
вают до заданной температуры в течение не более 8 ч и выдержи-
вают при этой температуре не менее 1 ч. После выдержки к об-
разцу прилагают предварительную нагрузку, равную 10 % от за-
данной общей нагрузки, и записывают показания прибора для
измерения деформации. Если в течение 5 мин изменений показаний
этого прибора и температуры образца не наблюдается, начинается
плавное увеличение прилагаемой нагрузки. Перерывы при испы-
таниях нежелательны.
Испытания на ударную вязкость. При эксплуатации детали
машины и механизмы подвергаются воздействию частых ударов.
В связи с этим механические испытания, проводимые под дейст-
вием медленно и постепенно возрастающих нагрузок, не дают воз-
можности судить о надежности отдельных деталей и всей конст-
рукции в целом. В особенности это относится к деталям и узлам,
эксплуатируемым при пониженных температурах. Поэтому во
многих технических условиях на изготовление изделий имеются
указания на необходимость испытания материала на сопротивле-
ние удару — ударную вязкость. Ударной вязкостью КС (кДж/м2)
называется работа удара К. (Дж), отнесенная к начальной площади
So (м2) поперечного сечения образца в месте концентратора.
Испытания образцов металлов и отдельных деталей на сопро-
тивление удару проводят на машинах, называемых копрами, ко-
торые по принципу действия разделяют на вертикальные, маятни-
ковые и ротационные. Наиболее широкое применение нашли маят-
никовые копры, в которых ударяющей по образцу массой является
свободно подвешенный на оси тяжелый маятник.
Методы определения ударной вязкости регламентированы
ГОСТ 9454—78. В соответствии с этим стандартом образец квад-
ратного или прямоугольного сечения с концентраторами вида U,
V и Т (рис. 211) устанавливают на две опоры маятникового копра
с максимальной энергией удара 5; 10; 50; 100; 150; 300 Дж. Удар
наносят посередине образца со стороны, противоположной над-
резу. За окончательный результат испытания принимают работу
удара или ударную вязкость для образцов с концентраторами
видов U и V и ударную вязкость для образцов с концентратором
вида Т (усталостная трещина, получаемая в вершине начального
надреза при циклическом изгибе образца в одной плоскости).
Работу удара определяют обычно по специальной шкале маятни-
кового копра.
Работу удара обозначают двумя буквами (KU, KV или КТ)
и цифрами. Первая буква К — символ работы удара, вторая буква
([/, V или Т) — вид концентратора. Последующие цифры обо-
10* 275
Рис. 211. Образцы для испытания на ударную вязкость:
а—а — с концентраторами вида U, V н Т соответственно
значают максимальную энергию удара маятника, глубину кон-
центратора и ширину образца. Цифры не указывают при опреде-
лении работы удара на копре с максимальной энергией удара
маятника 300 Дж, при глубине концентратора 2 мм для концентра-
торов вида U и V и 3 мм для концентратора типа Т и ширине
образца 10 мм.
На рис. 212 приведены схемы маятникового копра и установки
образца при испытании на ударную вязкость.
Вначале маятник поднимают в верхнее положение. В этом по-
ложении маятник обладает потенциальной энергией mhY, где
пг — масса маятника и h± — высота его подъема. При падении
маятник разрушает образец и поднимается на некоторую высоту
Лг- Разность между mh1 и mh2 определяет работу удара.
Стрелка 4, установленная на станине копра, захватывается
маятником и указывает на шкале 3 угол подъема маятника
Рис. 212. Схема маятникового копра:
° ~ схеме копра; б — установка образца на копре; 1 — образец; 2 — маятник; 3 — шка-
ла; 4 — стрелка; 5 — тормоз
276
после разрушения образца. Работу удара определяют по фор-
муле
К = ml (cos 0 — cos а),
где I — длина маятника (т. е. расстояние от его оси до центра
тяжести); 0 — угол подъема маятника после разрушения образца;
а—угол первоначального подъема маятника.
Для удобства работы в паспорте копра имеется таблица,
в которой против каждой величины угла 0 указаны соответствую-
щие значения К- Зная работу удара К (в Дж), можно определить
ударную вязкость (в кДж/м’)
КС = K/So,
где So — начальная площадь поперечного сечения образца, ма.
2. ПРИБОРЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТВЕРДОСТИ
МЕТАЛЛОВ
Под твердостью понимают сопротивление испытуе-
мого металла вдавливанию в негр твердого металлического или ал-
мазного наконечника. На этом основан принцип действия боль-
шинства приборов для измерения твердости. Испытание на твер-
дость является самым распространенным способом определения
механических свойств материала и широко распространено в прак-
тике, так как требует минимальных затрат по времени и не ведет
к разрушению испытуемого изделия.
В лабораторных и заводских условиях применяют различные
способы определения твердости металлов для характеристики их
механических свойств. Существует несколько способов измерения
твердости. Твердость можно измерять вдавливанием наконечника,
царапаньем поверхности, ударом или же по отскоку наконечника-
шарика. Твердость, определенная царапаньем, характеризует
сопротивление разрушению; твердость, определенная по отскоку,
характеризует упругие свойства; твердость, определенная вдав-
ливанием, характеризует сопротивление пластической деформации.
Наибольшее применение получило измерение твердости ме-
тодом вдавливания. В результате вдавливания с достаточно боль-
шой нагрузкой поверхностные слои металла, находящиеся под
наконечником и вблизи него, пластически деформируются. После
снятия нагрузки остается отпечаток, который позволяет судить
о твердости проверяемой детали.
Большое влияние на результаты измерений твердости оказы-
вает состояние поверхности детали или образца. Измеряемая
поверхность должна представлять шлифованную горизонтальную
площадку (для измерения микротвердости — полированную), уста-
новленную перпендикулярно действию вдавливаемого тела. Про-
тивоположная сторона детали или образца также должна быть
зачищена и не иметь окалины, которая при нагружении детали
(образца) сминается, искажая результаты измерения.
277
Измерение твердости методом вдавливания стального шарика
(твердость по Бринеллю). По этому способу в проверяемый ме-
талл вдавливается стальной шарик. В результате вдавливания
шарика в образце остается отпечаток (рис. 213), имеющий вид
сферической поверхности. Число твердости по Бринеллю НВ рас-
считывается как среднее напряжение на единицу площади поверх-
ности шарового отпечатка диаметром d и глубиной I, получаемого
вдавливанием шарика диаметром D при нагрузке Р.
НВ определяется по формуле: НВ = 0,102 P/F, где Р —
нагрузка на шарик, Н; F — площадь поверхности отпечатка, мма.
Диаметр отпечатка измеряют специальной лупой, на окуляре
которой нанесена шкала с делениями, соответствующими десятым
долям миллиметра. Измерения следует проводить с точностью до
0,05 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях. За
число твердости принимают среднюю величину от проведенных
замеров. Для облегчения подсчета заранее составляют таблицы
зависимости числа твердости от диаметра отпечатка d при опре-
деленной нагрузке и диаметре шарика.
На приборах Бринелля применяют сменные шарики из зака-
ленной стали диаметром 10; 5; 2,5 мм. При стандартном испыта-
нии изделий применяют шарик диаметром 10 мм и нагрузку
29,4 кН. Для испытаний на твердость изделий небольших разме-
ров применяют шарики меньшего диаметра, снижая нагрузку
таким образом, чтобы сохранить соотношение Р = 30D2. На при-
боре Бринелля не рекомендуется испытывать металлы с твердостью
выше 450 НВ во избежание погрешности из-за деформации самого
шарика.
Твердость по Бринеллю измеряют приборами различных
конструкций, отличающихся в основном способом приложения
нагрузки — механическим (вручную или от электромотора) или
гидравлическим. Порядок измерения твердости методом Бри-
нелля рассмотрим на наиболее распространенном приборе типа
ТШ (рис. 214).
Испытуемое изделие укладывают на опорный стол 3, затем
при помощи маховика 2 и подъемного винта 1 поднимают до сопри-
косновения с шариком 4, установленным в шпиндель 5, и поджи-
мают до упора. Шпиндель опирается на пружину 6, создающую
предварительное усилие 1000 Н, что предотвращает смещение
образца во время испытания. Полная нагрузка обеспечивается ры-
чажной системой с грузами 8—10. Нагружение производится от
электромотора 11, установленного на станине 7, через червячную
передачу 13 и шатун 12.
Для получения правильного отпечатка необходимо, чтобы
толщина образцов была не менее десятикратной глубины отпечатка.
Кроме того, центр отпечатка должен быть удален от края образца
не менее чем на расстояние, равное диаметру отпечатка, а от
центра соседнего отпечатка — на расстояние, равное двум диа-
метрам шарика
278
Измерение твердости вдавливанием алмазного конуса (твер-
дость по Роквеллу). Принципиальное отличие измерения твердости
по способу Роквелла от измерения по способу Бринелля состоит
в том, что твердость определяют по глубине отпечатка, а не по
площади отпечатка.
На рис. 215 показан прибор типа ТК (твердомер с алмазным
конусом). Маховик 11 служит для подъема столика 10 с испытуе-
мым изделием до соприкосновения его с алмазным конусом 9.
При подъеме столика пружина шпинделя 8 поджимается до полу-
чения предварительной нагрузки 100 Н, что фиксируется малой
стрелкой индикатора 6. После приложения предварительной на-
грузки циферблат индикатора поворачивают так, чтобы большая
стрелка устанавливалась на нуль шкалы. Окончательное нагруже-
ние производится поворотом рукоятки 7, освобождающей рычаг 5,
что позволяет грузам 1—3 опуститься вниз и создать на шпинделе
8 необходимое усилие. Амортизатор 4 обеспечивает плавное нагру-
жение шпинделя. После опускания рычага с грузами в нижнее
положение рукояткой 7 поднимают груз. Со шпинделя снимается
нагрузка и алмазный наконечник вследствие упругости испытуе-
мого материала немного поднимается вверх. В результате, при
погружении наконечника в изделие фиксируется глубина остаточ-
ной деформации. Эта глу-
бина отмечается на круго-
вой шкале индикатора при-
бора в условных едини-
цах, называемых числом
твердости по Роквеллу.
На рис. 216 показаны
четыре стадии (/—IV)
внедрения алмазного ко-
нуса в материал.
Твердость на приборе
Роквелла можно измерять
алмазным конусом
(с об-
Рис. 213. Схема измерения твер-
дости прн вдавливании стально-
го шарика
Рис. 214. Схема прибора ТШ
279
Рис. 215. Схема прибора ТК
щей нагрузкой 600 и 1500 Н) и
стальным шариком (с общей на-
грузкой 1000 Н). При испытании
алмазным конусом с общей на-
грузкой 1500 Н твердость харак-
теризуется цифрой, указываемой
стрелкой на шкале С циферблата,
и обозначается HRC. Например,
65 HRC означает, что твердость
материала составляет 65 единиц
по Роквеллу по шкале С при об-
щей нагрузке 1500 Н. При испы-
тании алмазным конусом с общей
нагрузкой 600 Н значение твердос-
ти также характеризуется цифрой,
но на шкале А циферблата и обо-
значается HRA. При испытании
стальным шариком диаметром
1,6 мм с общей нагрузкой 1000 Н
значение твердости характеризуется цифрой, указываемой стрел-
кой по шкале В циферблата и обозначается HRB.
Более часто твердость измеряют вдавливанием алмазного
конуса в испытуемый образец под действием нагрузки 1500 Н.
Эти измерения проводят для закаленной или низкоотпущенной
стали с твердостью более 450 НВ (когда вдавливание стального
шарика может вызвать деформацию самого шарика и искажение
результатов); для материалов средней твердости (как более
быстрое испытание, при котором на поверхности остается мень-
ший след, чем при испытании по Бринеллю); для определения
твердости тонких поверхностных слоев, но толщиной более 0,5 мм
(цементованные).
Алмазный конус с нагрузкой 600 Н используют при опреде-
лении твердости очень твердых материалов (более 70 HRC),
когда вдавливание конуса с большой нагрузкой может вызвать
выкрашивание алмаза, и тонких поверхностных слоев (0,3—
0,5 мм).
Рис. 216. Стадии внедрения алмазного конуса в металл
280
Рис. 217. Универсальные опорные столики для испытания изделий:
а — плоских; б — мелких и тонких; виг — цилиндрических
Стальным шариком с нагрузкой 1000 И определяют твердость
мягкой (отожженной) стали или отожженных цветных сплавов.
Расстояние от центра отпечатка до краев образца или же
от центра другого отпечатка должно быть не менее 1,5 мм для
алмазного конуса и не менее 10-кратной глубины отпечатка.
Твердость следует измерять не менее чем в трех точках. Для рас-
чета лучше принимать среднее значение между вторым и третьим
измерением, не учитывая значение первого измерения. При изме-
рении твердости по Роквеллу требуется меньше времени, чем при
измерении твердости по Бринеллю, причем результат измерения
виден по шкале и отпечаток на поверхности детали получается
меньше.
В зависимости от формы и размеров испытуемых изделий при-
меняют опорные столики различных типов. На рис. 217 показана
конструкция универсальных, на рис. 218 — специальных опорных
столиков.
Измерение твердости вдавливанием алмазной пирамиды (твер-
дость по Виккерсу). Определение твердости по Виккерсу произ-
водится вдавливанием в испытуемый материал четырехгранной
алмазной пирамиды с углом между противоположными гранями
Рис. 218. Специальные опорные столики
281
136 °. Испытания проводят на приборе (рис. 219), имеющем непо-
движную станину, в нижней части которой установлен столик 2,
перемещающийся по вертикали вращением маховика 5. Образец
устанавливают на столике испытуемой поверхностью (перпендику-
лярно действующей силе) кверху и затем поднимают столик почти
до соприкосновения образца с алмазной пирамидой 3, закрепленной
в штоке. Нажатием педали 1 приводят в действие нагружающий
механизм, который передает давление грузов 6 на алмазную пи-
рамиду. После этого опускают столик прибора и подводят микро-
скоп 4, установленный на штанге, прикрепленной к станине. С по-
мощью микроскопа определяют длину диагоналей полученного
отпечатка. На окуляре микроскопа имеются две шторки: подвиж-
ная и неподвижная. Микрометрический винт соединен с вращаю-
щимся указателем с цифрами. Передвижение подвижной шторки
вызывает вращение цифровой ленты указателя. Цифры, которые
соответствуют положению подвижной шторки, когда она сопри-
касается с изображением отпечатка (рис. 220), переводят по таб-
лице на числа твердости по Виккерсу. Необходимо измерять две
диагонали и принимать величину среднюю от двух измерений. При
определении твердости применяют нагрузку от 9,8 до 980 Н.
Твердость по Виккерсу HV, так же как и твердость по Бринеллю
НВ, определяется как усилие, приходящееся на единицу поверх-
Рис. 219. Схема прибора для измере-
ния твердости вдавливанием алмазной
пирамиды (испытания по Виккерсу)
ности отпечатка. Числа твер-
дости по Виккерсу и по Бри-
неллю имеют одинаковую раз-
мерность и для материалов с
твердостью до 450 НВ практи-
чески совпадают. Однако изме-
рения пирамидой дают более
точное значение для материалов
с высокой твердостью, чем из-
мерение конусом или шариком.
Алмазная пирамида имеет боль-
шой угол при вершине (136°) и
диагональ ее отпечатка пример-
Рис. 220. Схема измерения отпечатка,
полученного вдавливанием алмазной
пирамиды
282
но в 7 раз больше глубины отпечатка, что повышает точность
измерения и делает этот способ особенно пригодным для опре-
деления твердости тонких и твердых тел.
Измерение микротвердости. Для оценки свойств небольших
объектов или даже отдельных зерен металла применяют метод
определения микротвердости вдавливанием алмазной пирамиды
при различных нагрузках. Метод дает возможность оценить твер-
дость отдельных структурных составляющих, а также более тон-
ких поверхностных слоев, чем это достижимо с помощью метода
Виккерса.
Для измерения микротвердости применяют приборы типа
ПМТ-3. Прибор имеет штатив вертикального микроскопа с тубу-
сом, перемещающимся вертикально с помощью макрометрического
винта и микрометрического винта. На верхний конец тубуса
насажен окулярный микрометр, а в нижнем конце закреплен
шток с алмазной пирамидой, иллюминатор и объективы.
В иллюминаторе имеется лампочка напряжением 6 В, пи-
таемая от электросети через трансформатор. Прибор снабжен двумя
объективами для просмотра микрошлифа при увеличении в 478 и
135 раз. Окулярный микрометр имеет неподвижную сетку, отсчет-
ный микрометрический барабанчик и каретку с подвижной сеткой.
Для определения микротвердости применяют алмазную пирамиду
с углом между гранями при вершине 136°. Нагрузка на вдавлива-
ние пирамиды создается грузами, установленными на шток, и
составляет от 0,049 до 4,905 Н в зависимости от особенностей изу-
чаемой структуры.
Установленный на столе микрошлиф просматривается через
окуляры. С помощью двух винтов столик перемещается в двух
перпендикулярных направлениях, что позволяет выбрать на мик-
рошлифе участок, в котором необходимо измерить твердость. Этот
участок следует разметить в середине поля зрения микроскопа —
точно в вершине угла неподвижной сетки. Затем устанавливают
грузы, поворачивают столик на 180° для подведения выбранного
участка под алмазную пирамиду. После этого медленным поворо-
том ручки опускают шток с алмазной пирамидой так, чтобы алмаз
коснулся образца, выдерживают образец под нагрузкой 5—10 с,
после чего, поворачивая ручку в исходное положение, поднимают
шток с алмазом. Поворачивая столик на 180°, возвращают образец
под объектив микроскопа для измерения глубины отпечатка.
Для получения более точного результата следует измерить
твердость изучаемого участка микрошлифа 2—3 раза. Для этого
необходимо, чтобы на площади одного и того же зерна разместилось
по крайней мере два отпечатка. Исходя из этого условия, экспе-
риментально подбирают величину нагрузки для исследования.
Прибор позволяет также фотографировать микроструктуру
с полученными отпечатками.
До сих пор были рассмотрены стационарные способы и приборы
измерения твердости изделий. Однако в практике термической об-
283
290
Рис. 221. Схема переносного прибора ТШП-4
работки крупногабаритных изделий часто возникает необходимость
в измерении твердости непосредственно на месте. Для проведе-
ния таких оперативных замеров твердости существуют перенос-
ные приборы.
Прибор переносной типа ТШП-4 (рис. 221) предназначен для
измерения твердости металлов по методу Бринелля непосред-
ственно на рабочем месте или в складских помещениях, приме-
няется для измерения твердости железнодорожных рельсов, круп-
ных поковок, отливок и т. д. Прибор обеспечивает измерение
твердости на поверхностях, повернутых относительно горизон-
тальной плоскости на угол не более 90°. Прибор состоит из испы-
тательной головки, струбцины с держателем, цепного и рельсового
захватов, конуса Морзе № 5 с упором. Масса прибора 10 кг.
Прибор типа ТШП-4 состоит из соединенных между собой кор-
пусов 2 и 4, между которыми расположена пластина 3, восприни-
мающая на себя испытательную нагрузку, червячного колеса 8,
втулки 9, нагружающего винта 7, втулки 6, упорных подшипников
5 и рукоятки 10, закрепленной на червяке. Нагружающий винт
соединен с упругой скобой 1, в нижней части которой установлен
испытательный наконечник 14. Внутри скобы смонтирована
стойка 15, рычаг 13 и индикатор 12. В верхний корпус 4 ввернута
крышка 11 с ручкой.
Измерение твердости производится испытательной головкой,
которую крепят к струбцине, цепному или рельсовому захвату,
установленному на изделии. Приложение нагрузки осуществляется
вращением рукоятки 10 через червячную 8 и винтовые передачи
и далее через упругую скобу 1 на испытательный наконечник 14.
Под действием приложенной силы скоба 1 деформируется и через
284
Рис. 222. Схема измерения твердости прибо
ром ТКП-1
передаточный механизм перемещение
передается индикатору 12.
Прибор переносной ТКП-1 (рис. 222)
предназначен для измерения твердости
различных деталей по методу вдавли-
вания алмазного конуса или стального
закаленного шарика.
В комплект прибора входят следую-
щие узлы.
испытательная головка со сменными
нагрузочными стаканами для приложе-
ния и снятия предварительной и общей
нагрузки и замера твердости по шкале
индикатора;
струбцина с подъемным винтом и
сменными столами, с ее помощью под-
жимают испытуемое изделие;
кронштейн для закрепления струб-
цины с испытательной головкой на
столе или верстаке.
При начале работы вращением ба-
рашка 1 испытуемое изделие крепят между столом 2 и испыта-
тельной головкой 5; поворотом рукоятки на 90° прикладывают
предварительную нагрузку, большую стрелку индикатора уста-
навливают на нуль, а малую на вертикальную риску. Поворачивая
рукоятку в ту же сторону на 90° до упора, плавно приклады-
вают общую нагрузку, делают выдержку 3—4 с; поворотом ру-
коятки на 90° в обратную сторону снимают основную нагрузку
и считывают с индикатора значение твердости; поворачивая ру-
коятку на 90 ° до исходного состояния, снимают предваритель-
ную нагрузку и поворотом барашка 1 освобождают испытуемый
образец. Испытание проводится 4—5 раз. За значение твердости
берут среднее значение последних замеров, так как во время пер-
вых замеров испытательная головка и струбцина обжимаются и
поэтому показания первых замеров считаются недействительными.
Масса прибора 7,1 кг.
Определение твердости методом упругой отдачи (по Шору).
При определении твердости методом упругой отдачи измеряется
высота отскакивания от испытуемого металла стандартного бойка,
свободно падающего с постоянной высоты. Боек изготовляется
из закаленной стали или стали с алмазом на конце. Высота от-
скакивания автоматически отмечается стрелкой по круговой
шкале, показывающей значения твердости. Если измеряемый ме-
талл имеет большую твердость, а следовательно, и упругость, то
большая часть силы удара передается бойку и подбрасывает его
285
вверх. Таким образом, показателем твердости, которая фикси-
руется по шкале, будет высота подъема бойка после удара об
испытуемый металл.
Определение твердости тарированными напильниками. Для
приближенного определения твердости используются тарирован-
ные напильники. Для этой цели выбирают обычные личные на-
пильники и подвергают их термической обработке на различную
твердость с интервалом 3—5 ед. по Роквеллу. При контроле твер-
дости подбирают такую пару напильников с минимальным интер-
валом по твердости, чтобы напильник с меньшей твердостью сколь-
зил по поверхности, а напильник с большей твердостью слегка
царапал изделие. Например, тарированный напильник с твердо-
стью 52 HRC скользит по изделию, а тарированный напильник
с твердостью 55 HRC слегка царапает изделие, следовательно,
твердость исследуемого изделия находится в пределах 52—55 HRC.
Тарированные напильники могут быть изготовлены в цехе путем
отпуска стандартных напильников в масляной и селитровых
ваннах.
3. МАШИНЫ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
МЕТАЛЛОВ
Технологические испытания служат для выявления
способности металла выдерживать определенные деформации,
подобные тем, которые он может испытать в условиях дальнейшей
службы. В результате технологических испытаний получают дан-
ные, позволяющие судить о пригодности металла для использо-
вания его в условиях, совпадающих с условиями испытания.
Испытание на загиб трубы проводят по ГОСТ 3728—78 и при-
меняют для определения способности металла трубы подвергаться
загибу по заданным размерам и форме. Для труб с наружным диа-
метром D до 60 мм включительно отбирают образцы в виде отрезка
трубы полного сечения, для труб с наружным диаметром свыше
60 мм — образцы в виде поперечных и продольных полос. Эти
полосы в сварных трубах вырезают за пределами зоны термичес-
кого влияния сварного шва. Длина образца должна быть доста-
точной для его загиба на заданный угол и радиус R. Угол загиба
принимают равным 90°, если в технических условиях не указан
другой угол. Испытание осуществляется путем плавного и непре-
рывного загиба образца вокруг желобчатого ролика или оправки
заданного радиуса г до определенного угла (рис. 223). Профиль
желобка или оправки должен соответствовать наружному диа-
метру образца. При наличии в технической документации на трубы
требований на ограничения величины овализации в процессе
испытания допускается проводить их с применением внутренней
оправки или наполнителей.
Положение сварного шва при проведении испытания сварных
труб должно быть указано в технической документации на изде-
286
Рис. 223. Схема испытания трубы на
загиб (7? — радиус загиба трубы на
средней линии);
1 — образец; 2 — оправка
Рис. 224. Схема загиба поперечного об-
разца трубы:
1 — оправка; 2 — образец; 3 — опора; I —
расстояние между опорами
лие. При отсутствии таких указаний сварной шов должен нахо-
диться в зоне сжатия и располагаться под углом 45 ° к плоскости
изгиба.
Испытание на загиб поперечных образцов проводят в соот-
ветствии с ГОСТ 14019—80. Схема испытания приведена на
рис. 224. Данные по выбору радиуса оправки для загиба попереч-
ных образцов в зависимости от толщины стенки трубы а приведены
в табл. 62. Загиб поперечных образцов производится таким обра-
зом, чтобы увеличилась его начальная кривизна. Если после
испытания на загиб на образце не будет визуально обнаружено
нарушения целостности металла, то считается, что он выдержал
испытание.
Испытание на бортование труб (ГОСТ 8693—80) служит для
определения способности металла подвергаться деформации, со-
стоящей в отгибании стенок конца трубы на 90° до образования
фланца заданного диаметра D или получения величины отбортовки
X в процентах от внутреннего диаметра.
Длина образца, отрезаемого для испытания, должна состав-
лять не менее 0,5d. Плоскость реза должна быть перпендикулярна
к продольной оси трубы. Торцы реза необходимо механически
обработать, заусенцы удалить. Кромки образца могут быть за-
круглены.
На рис. 225, а приведена схема испытания на бортование трубы
посредством оправки до получения заданного диаметра D.
Рабочая поверхность оправки должна быть закалена
(^=50 HRC), шлифована и при испытании покрыта консистентным
смазочным материалом. Если радиус г не указан в технической
документации на продукцию, то его величина берется равной двух-
кратной толщине стенки трубы.
Перед отбортовкой образец может подвергаться раздаче ко-
нусной оправкой до образования наружного диаметра (рис. 225, б).
287
Испытание проводят при температуре образца, равной тем-
пературе окружающей среды, но не ниже — 10 °C. Вращатель-
ное движение оправки или образца при проведении испытания не
допускается. Скорость внедрения оправки в трубу не более
50 мм/мин.
Образец считается выдержавшим испытания, если после от-
бортовки в нем отсутствуют трещины или надрывы с металлическим
блеском, видимые без применения увеличительных приборов.
Испытания проволоки на перегиб проводят с целью установле-
ния способности материала выдерживать многократные деформа-
ции. Методы проведения их регламентированы ГОСТ 1579—80.
Испытание на перегиб заключается в том, что зажатый в тис-
ках образец проволоки загибают первоначально вправо или влево
на 90°, затем на 180° в противоположную сторону и т. д. (рис. 226)
до разрушения или заданного числа перегибов, установленного
техническими условиями. Последний перегиб, при котором про-
изошло разрушение образца, в расчет не принимается.
Перед испытаниями образец выправляют на деревянной под-
кладке легкими ударами молотка из мягкого металла или плавным
приложением давления в холодном состоянии.
При проведении испытаний тонкой проволоки (диаметром ме-
нее 0,8 мм) дается предварительное натяжение силой от 20 до
60 Н. Основные технические данные приборов для проведения
испытаний на перегиб приведены в табл. 63. На рис. 227 приведена
кинематическая схема машины МГ-3. От асинхронного электро-
двигателя 8 через упругую муфту 7 и червячную передачу 6 дви-
жение передается на кривошипный механизм 9 и далее, через зуб-
чатый сектор 12, на рычаг 5, который совершает качательное дви-
жение на 90° вправо и влево от вертикали. Угол качания регули-
руется путем изменения длины коромысла 11 в результате пере-
мещения ползуна 10.
После разрушения образца ры-
чаг 5 может встать под любым
углом, тогда как перед началом
испытания он должен находиться в
вертикальном положении. Поэтому
Рис. 225. Схема испытания труб на борто-
вание
Таблица 62. Зависимость
радиуса оправки г от толщины
стенки трубы а
Толщина стеикн трубы, мы Радиус оп- равки, мы Толщина стенки трубы, мм Радиус оп- равки, мм
1,0—1,2 2,5 3,5 7,0
1,4—1,5 3,0 4,0 7,5
1 6 3,5 4,5 8,5
1,8—2,0 4,0 5,0 9,0
2,2 4,5 5,5 9,5
2,5 5,0 6,0 10,5
2,8 5,5 6,5 11,0
3,0 6,0 7,0—7,5 12,0
3,2 6,5 Св. 7,5 2а
288
Таблица 63. Основные технические данные приборов для испытания'
проволоки на перегиб
Показатели НГ-2 мг-з
Число образцов 1 1
Размеры образцов, мм: из круглой проволоки 0,5—5 0,5—5
из полосового материала 0,5—3 0,5—4
Длина образца, мм 100—150 100—150
Плечо перегиба, мм 15—35 15—35
Сила предварительного натяжения образ- 10—60 —
ца, Н Габаритные размеры, мм 335Х 205Х 480 790X 570X 380
Масса, кг 17,5 125
поворотом рукоятки 14 расцепляют муфту 13. При этом под дейст-
вием пружинного уравновешивающего механизма 15 рычаг 5 воз-
вратится в исходное положение. Сцепление муфты 13 произойдет
автоматически при запуске двигателя. Один конец испытуемого
образца 2 закрепляют в губках с валиками 1, установленных в
самоцентрирующихся тисках, а другой пропускают через сменную
втулку 4 поводка 3.
Схема управления электроприводом машины предусматривает
два режима работы: испытание до разрушения образца и испыта-
ние до заданного числа перегибов.
Число перегибов образца регист-
рируется с помощью бесконтакт-
ных датчиков, импульсы с кото-
рых поступают на счетчик или
реле в зависимости от режима
работы. Режим работы устанавли-
вается переключателем
на пульте
Рис. 226. Схема испытания проволоки
иа перегиб
Рис 227. Кинематическая схема маши-
ны МГ-3 для испытании проволоки иа
перегиб
289
Рис, 228. Схема испытания проволоки
управления. Длину образцов
для испытания берут от 100
до 150 мм.
Испытание проволоки на на-
вивание проводится в соот-
ветствии с ГОСТ 10447—80
(СТ СЭВ 4078—83) и служит
для определения способности
на навивание проволоки принимать заданное
навивание. Схема проведения
испытания показана на рис. 228. Для проведения испытания
на навивание берется образец достаточной длины диаметром
d < 10 мм и навивается плотно прилегающими витками по вин-
товой линии на цилиндрическую оправку диаметра D.
Если в нормативно-технической документации на проволоку
диаметр оправки не оговаривается, то навивание должно прово-
диться :
для проволоки d < 4 мм на оправку диаметром, равным диа-
метру испытуемого образца; допускается в качестве оправки ис-
пользовать отрезок испытуемой проволоки;
для проволоки 4 с d < 6 мм на оправку диаметром, равным
двойному диаметру испытуемого материала;
для проволоки d > 6 мм на оправку диаметром, равным трой-
ному диаметру испытуемого образца.
Число витков должно быть 5—10. Навивание проводится
только в холодном состоянии. Температура проведения испытания
не ниже —10 °C.
Признаком того, что образец выдержал испытания, служит
отсутствие на нем расслоений, трещин, надрывов, излома, види-
мых невооруженным глазом или с помощью оптических приборов
Испытание на скручивание для холоднокатаной и горячека-
таной проволоки регламентировано ГОСТ 1545—80 и проводится
для оценки способности проволоки к пластической деформации
при постоянном или переменном направлении кручения. Характе-
ристикой пластичности является число скручивания образца до
его разрушения.
Кроме того, при этом испытании выявляется неоднородность
металла и наличие поверхностных и частично внутренних дефек-
тов, о которых судят по виду поверхности и излому скрученного
образца.
Для проведения испытания берут образец проволоки, расчет-
ная длина которого устанавливается равной 100d (d — диаметр
проволоки), но не менее 50 и не более 500 мм. Полная длина об-
разца должна равняться его расчетной длине с припуском на за-
жим в губках испытательной машины. Машины для испытания про-
волоки на скручивание бывают горизонтального и вертикального
исполнения. Основные технические данные отечественных испы-
тательных машин приведены в табл. 64.
290
Таблица 64. Основные технические данные машин для испытания
проволоки на скручивание
Показатели К-1 К-2 К-3
Диаметры испытуемых образцов, мм Частота вращения за- хвата, мин-1 Усилие натяжения образца, Н Потребляемая мощ- ность, кВт Габаритные размеры, мм Масса, кг 0,24—1,5 90 2—60 0,25 850X 410X 375 44 1—3,0 60 10—350 0,35 1100X410X430 82 3,0—6,0 30 50—900 0,6 1700X 500X 650 248
Показатели К-Б 2048 МТС 2089 МТС
Диаметры испытуемых образцов, мм Частота вращения за- хвата, мин”1 Усилие натяжении образца, Н Потребляемая мощ- ность, кВт Габаритные размеры, мм Масса, кг 1,0—5,0 30, 60 18—1000 0,5 480Х 600Х 1340 130 1,0—7,0 15, 30, 60 10—800 1,2 1660X 450X 860 220 0,2—1,5 90, 180 1—50 0,7 910X 470X 500 90
На рис. 229 показана вертикальная испытательная машина
К-5. От двухскоростного электродвигателя 1 через червячный ре-
дуктор 12 приводится во вращение нижний захват 2. На корпусе
машины установлена стойка <?, по которой может перемещаться
(в соответствии с длиной образца) верхняя бабка 6 с механизмом
нагружения 5, представляющим собой рычаг, один конец которого
через подвеску связан со шпинделем верхней бабки, а другой —
с грузовой подвеской 10. На шпинделе верхней бабки закреплен
неподвижный захват 4, который может перемещаться только
в осевом направлении.
Перемещение бабки 6 осуществляют вращением маховика 9,
а фиксацию ее в заданном положении — поворотом рукоятки 8.
Для предварительного нагружения образца на подвеску 10 кладут
грузы 11, масса которых не должна превышать 2 % от разрывного
усилия проволоки. Перед тем как зажать образец в верхнем за-
хвате, рукояткой 7 опускают верхний шпиндель, а после зажима
образца рукоятку возвращают в исходное положение. При раз-
291
рыве образца шпиндель под давлением осевой нагрузки подни-
мается вверх, в результате чего отключается счетчик оборотов 13
и двигатель привода. В машине имеются самоцентрирующиеся
захваты и комплект сменных губок для испытания проволоки
разных диаметров.
Испытательная машина К-5 обеспечивает проведение испыта-
ния с постоянной частотой вращения, с реверсированием или до
заданного числа скручиваний. Последние два режима испытания
проволоки проводятся оператором вручную.
Машины для испытания проволоки на скручивание горизон-
тального исполнения мод. 2048 МТС и 2089 МТС кроме обычных
испытаний позволяют проводить также знакопеременное скручи-
вание по заданной программе. Установка захватов в исходное
положение на этих машинах осуществляется автоматически. Число
скручиваний может задаваться от 3 до 75.
Частота вращения захвата при проведении испытания зависит
от диаметра образца.
Образцы диаметром менее 1 мм скручиваются до разрушения
с равномерной частотой вращения не более 90 мин-1; диаметром
от 1 до 3,59 мм — с частотой вращения не более 60 мин-1; диамет-
ром свыше 3,59 мм — с частотой вращения не более 30 мин-1.
Скручивание может проводиться:
с постоянным направлением скручивания; за одно скручи-
вание принимается один полный оборот (на 360°) вращающегося
конца проволоки;
292
Рис. 230. Схема испытания листового металла на выдавливание
а—г — инструмент Ke I—4 соответственно; / — матрица; 2 — пуансон; 3 — прижимное
кольцо
с переменным направлением скручивания; за одно скручи-
вание принимается один полный оборот (на 360°) вращающегося
конца образца независимо от направления скручивания; число
скручиваний в каждом направлении считается раздельно.
Испытания листового металла на выдавливание регламенти-
рованы ГОСТ 10510—80 (СТ СЭВ 478—77). Выявление способно-
сти листового металла к холодной штамповке осуществляется ме-
тодом выдавливания сферической лунки на образце при помощи
наконечников (пуансонов) с полушаровой поверхностью опреде-
ленного радиуса.
Метод испытания заключается в следующем: образец толщи-
ной 0,1—2 мм зажимают по контуру между прижимным кольцом и
матрицей с постоянным усилием 10 кН. Вытяжку осуществляют
сферическим пуансоном со скоростью 5—25 мм/мин. Испытания
проводят до появления на лунке трещины или до момента умень-
шения усилия вытяжки. Достигнутая к этому моменту глубина
лунки, измеренная с погрешностью не более 0,1 мм, служит мерой
способности металла к штамповке и обозначается 1Е.
Размеры, допускаемые отклонения по размерам и установоч-
ная шероховатость поверхности матриц, прижимных колец и пуан-
сонов указаны на рис. 230.
Твердость рабочих поверхностей матриц, прижимных колец
и пуансонов должна быть не менее HV 750. На их рабочих поверх-
ностях не должно быть рисок, вмятин и других каких-либо по-
верхностных дефектов.
293
Таблица 65. Зависимость размеров испытательного инструмента от
размеров образца
№ инстру- мента Размеры инструмента, мм Размеры образца, мм
Диаметр пуансона Внутренний диаметр матрицы Внутренний диаметр прижимного кольца Ширина (сторона квадрата или диа- метр “ круга) Толщина
1 20 27 33 90 0,2—2,0
2 15 21 18 Менее 90 до 55 0,2—20
3 8 11 10 Менее 55 до 30 0,2—1,0
4 3 3 3,5 Менее 30 до 15 0,1—0,75
Данные по выбору испытательного инструмента приведены
в табл. 65. Образцы могут иметь форму прямоугольной полосы,
квадрата и круга. Способ отбора образцов должен исключать воз-
можность влияния нагрева или наклепа. Необходимо следить за
тем, чтобы на поверхности образца не было окалины, грязи и т. д.
Правка образцов в холодном и горячем состояниях, а также до-
полнительная обработка поверхности образцов не допускаются.
Перед испытанием обе стороны образца смазываются тонким слоем
графита.
На рис. 231 показаны внешний вид и устройство прибора
ПТЛ для проведения испытаний на выдавливание. Прибор состоит
из станины с маховичком 1, установленным на зажимном винте 5,
который может вращаться на резьбе, имеющейся внутри зажимного
винта. Защелка 3 служит для скрепления винтов 4 и 5, с тем чтобы
их можно было вращать совместно после зажима образца. На конце
винта 4 укреплен сменный наконечник 6, матрица 7 также яв-
ляется сменной. Для измерения глубины вытяжки служит кольце-
। вая шкала 2, одно деление которой соответствует перемещению
винта на 0,01 мм. За образованием трещины в испытуемом образце
ведут наблюдения в зеркале 9. Поверхность образца освещается
лампочкой 8.
Прибором ПТЛ можно измерять и толщину материала. В этом
случае зажимной винт доводят до соприкосновения с матрицей и
затем снимают показания по кольцевой шкале. После этого винт
отводят, в прибор, закладывают замеряемый материал, зажимной
винт доводят до соприкосновения с ним и считывают показания
по кольцевой шкале. Разность между вторым и первым показа-
ниями и дает толщину материала.
Более совершенным прибором для проведения испытаний лис-
тового металла на выдавливание является прибор МТЛ-10Г-1,
устройство которого приведено на рис: 232.
294
Прибор представляет собой гидравлический пресс двойного
действия с автоматизированным циклом работы. Образец 9 зажи-
мается с определенным, постоянным усилием между матрицей 8
и прижимным кольцом 7. Выдавливание лунки на образце осуще-
ствляется пуансоном 10, закрепленным в штоке поршня вытяжки 2.
Усилие вытяжки контролируется при помощи трех электрокон-
тактных манометров, каждый из которых включается краном
в зависимости от предполагаемого усилия вытяжки (от 3 до
100 кН).
Глубину вдавливания пуансона измеряют по индикатору 6.
Контроль усилия прижима проводят по манометру 5. Прибор со-
держит два гидроцилиндра в одном блоке: гидроцилиндр прижима
4 и гидроцилиндр вытяжки 1.
Рабочий цикл испытаний на приборе полностью автоматизи-
рован. Насосом масло подается в нижние полости гидроцилинд-
ров 4 и 1. Вследствие разницы площадей гидроцилиндров скорость
хода поршня прижима 3 выше скорости хода поршня вытяжки 2.
Поэтому для сокращения времени холостого хода пуансона 10
через обратный клапан осуществляют подсос жидкости в рабо-
чую полость цилиндра 1.
Й Таким образом процесс выдавливания начинается
сразу после зажима образца. Скорость выдавлива-
ния, регулируемая дросселями, устанавливается
20 мм/мин.
Рис. 231. Прибор ПТЛ для испытания листового металла на выдавливание
295
Рабочая стрелка 11 включенного манометра начинает движе-
ние и, подойдя к установленной на определенное давление кон-
тактной стрелке 12 сигнального устройства, размыкает его. При
этом через схему управления подается сигнал на электромагнит-
ный золотник, который прерывает поток жидкости через дроссель
14. Скорость пуансона 10 при этом уменьшается до 5 мм/мин.
При обратном движении стрелки 11 контакт 13 доходит до
упора и размыкается, при этом подается сигнал на фиксацию ножки
индикатора 6, т. е. происходит измерение лунки на образце.
ГЛАВА 19. ОБОРУДОВАНИЕ ЛАБОРАТОРИЙ
ФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
ИСПЫТАНИЙ МЕТАЛЛОВ
1 КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ
КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ БЕЗ ИХ РАЗРУШЕНИЯ
За последние годы методы неразрушающего контроля
нашли широкое применение в производстве. Контроль деталей,
прошедших термическую обработку с помощью физических мето-
296
дов, имеет то основное преимущество перед другими методами
контроля, что исключает необходимость разрушения детали или
образца. Методы неразрушающего контроля во всем своем много-
образии используют для определения отклонений в структуре,
незначительных изменений качества обработанной поверхности,
наличия трещин или других физических дефектов.
Дефектом называют каждое отдельное несоответствие продук-
ции требованиям, установленным технической документацией. Де-
фекты подразделяют на явные и скрытые. Явные поверхностные
дефекты определяются визуально, а скрытые (внутренние и по-
верхностные, неразличимые глазом) — специальными средствами.
В дефектоскопии для контроля металлов и изделий чаще
всего применяют визуально-оптические, капиллярные, магнитные,
токовихревые, ультразвуковые и радиационные методы, с помощью
которых можно осуществлять сплошной контроль. Перечисленные
методы дают возможность автоматизировать процесс контроля,
благодаря чему достигается его высокая производительность.
В движущихся изделиях или изделиях, нагретых до высоких тем-
ператур, дефекты обнаруживаются путем бесконтактного контроля.
Важнейшими характеристиками методов неразрушающего конт-
роля являются чувствительность и разрешающая способность,
достоверность результатов контроля, надежность аппаратуры и
простота технологического процесса контроля, требования по
технике безопасности и квалификации специалистов по проведе-
нию контроля.
Чувствительность метода определяется наименьшими разме-
рами выявляемых дефектов: для поверхностных — шириной рас-
крытия трещины у выхода на поверхность, протяженностью ее
в глубь металла и по поверхности; для глубинных — размерами
дефекта с указанием глубины залегания.
Чувствительность зависит в основном от особенностей метода
неразрушающего контроля, технических данных аппаратуры и
свойств дефектоскопических материалов, шероховатости контро-
лируемой поверхности, материала контролируемой детали, усло-
вий контроля и прочих факторов. Сравнительные данные по чув-
ствительности методов неразрушающего контроля приведены
в табл. 66.
Требования по технике безопасности при использовании раз-
личных методов неразрушающего контроля существенно разли-
чаются. Если магнитный, ультразвуковой и токовихревой конт-
роль не требуют применения специальных мер защиты, то при
капиллярном методе необходима защита от жидкостей, паров и
органических растворителей, а также от ультрафиолетового излу-
чения, а при радиационном — от воздействия ионизирующих
излучений.
Выбор метода неразрушающего контроля конкретных деталей
основывается не только на его технических возможностях, учи-
тываются также следующие основные факторы: характер дефекта
297
Таблица 66. Чувствительность методов неразрушающего контроля
Метод иернарушающего контроля Минимальные размеры обнаруживаемых трещин, мм
Ширина раскрытия Глубина Протяжен- ность
Визуально-оптический 0,005—0,01 0,1
Люминесцентно-красочный 0,001—0,002 0,01—0,03 0,1—0,3
Люминесцентно-порошковый 0,01—0,03 0,1—0,3 2—3
Магнитопорошковый 0,001 0,01—0,05 03
Токовихревой 0,0005—0,001 0,15—0,2 0,6—2
Ультразвуковой импульсный эхо- метод 0,001—0,03 0,1—0,2 —
Рентгенографический — 1,5—3 % от толщины —
и его расположение, качество поверхности контролируемой де-
тали, форма и размер как самой детали, так и зоны контроля,
доступность зоны контроля и условия его проведения.
При равной чувствительности различных методов неразру-
шающего контроля предпочтение отдается тому методу, который
проще и доступнее для данного конкретного случая, имеющему
более высокую производительность и достоверность результатов
контроля.
2. ПРИБОРЫ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ
И ВНУТРЕННИХ ДЕФЕКТОВ В ИЗДЕЛИЯХ
В настоящее время визуальная проверка остается
по-прежнему первой среди неразрушающих испытаний на обна-
ружение и оценку дефектов (крупные трещины, механические и
коррозионные повреждения поверхности). Основными преимуще-
ствами визуально-оптического метода контроля являются простота
его проведения, возможность осмотра больших поверхностей де-
талей из различных материалов и проведения эффективного конт-
роля в труднодоступных для других методов частях детали.
При визуально-оптическом методе контроля деталей в основ-
ном применяют обзорные лупы для общего осмотра поверхностей
детали, а складные карманные для осмотра малых зон деталей и
анализа характера обнаруженных дефектов (табл. 67).
Недостатками визуально-оптического метода контроля яв-
ляются малая вероятность обнаружения мелких поверхностных
дефектов; зависимость качества контроля от большого числа
субъективных факторов (остроты зрения, опыта работы и физи-
ческого состояния контролера).
Капиллярные методы неразрушающего контроля предназна-
чены для обнаружения поверхностных дефектов типа несплошности
материала, не видимых невооруженным глазом Они основаны на
298
использовании капиллярных свойств жидкости. Этими методами
выявляют дефекты путем образования индикаторных рисунков
с высоким оптическим контрастом и с шириной линии, превышаю-
щей ширину выявленных дефектов.
При контроле на деталь наносят специальную смачивающую
жидкость, которая под действием капиллярных сил заполняет
полости поверхностных дефектов (рис. 233). В качестве флуорес-
цирующей жидкости часто используют смесь, состоящую из 85 %
керосина и 15 % трансформаторного масла с добавкой 0,025 % зе-
лено-золотистого дефектоля. Эта смесь из-за малой вязкости и
хорошего смачивания легко заполняет поверхностные дефекты,
в ультрафиолетовом облучении смесь светится желто-зеленым
светом.
После смачивания деталь промывают в струе воды и проти-
рают древесными опилками для удаления избытка жидкости
с поверхности детали
Дефекты выявляют, обнаруживая либо жидкость, оставшуюся
в их полости после удаления ее с поверхности проверяемой де-
тали, либо скопления частиц порошка, взвешенного в жидкости
и отфильтровавшегося на поверхности детали при заполнении
дефектных полостей. В первом случае оставшуюся в полостях
жидкость обнаруживают нанесением специальных проявителей,
которые поглощают жидкость, образуя индикаторный рисунок,
а также создают фон, улучшающий видимость рисунка. Во втором
случае скопления порошка обнаруживают без применения прояв-
ляющего вещества.
Индикаторные рисунки, образующиеся при контроле, либо
обладают способностью люминесцировать в ультрафиолетовых
лучах (рис. 234), либо имеют окраску, вызываемую избирательным
поглощением части падающих на них световых лучей. Поэтому
получаемый рисунок обнаруживается значительно легче, чем сам
дефект. Наличие рисунка свидетельствует не только о наличии
Таблица 67. Основные технические данные обзорных и карманных луп,
применяемых для контроля
Показатели Обзорные лупы Складные карманные лупы
Л ПК-470 ЛПК-471 ЛП-1 ЛА-З ЛАН4
Увеличение 2 2 7 10 16
Фокусное расстоя- ние, мм 199,4 199,4 32,7 26 15,6
Световой диаметр (размер окна), мм (50X95) 78 20 13 5
Расстояние от пред- мета до поверхности линзы, мм 140—150 140—150 33 21 7
299
Рис. 233. Просачивание проникающей
жидкости в трещину
Рис. 234. Свечение флуоресцирующей
жидкости под действием ультрафиоле-
тового излучения
дефекта, но также указывает его место расположения, форму
или протяженность на поверхности детали. Характеристика ин-
дикаторного рисунка дефектов, выявляемых основными методами
капиллярной дефектоскопии, представлена в табл. 68. Характери-
стика аппаратуры для капиллярного контроля приведена в табл. 69
Капиллярный люминесцентно-красочный метод обладает высо-
кой чувствительностью, простой методикой и наглядностью ре-
зультатов контроля
Недостатками данного метода контроля являются необходи-
мость удаления с поверхности окалины, масел, защитных покры-
тий и длительность самого процесса контроля.
Магнитопорошковый метод контроля применяют для обнару-
жения мест нарушения сплошности в ферромагнитных материалах.
Он включает три основные операции: помещение детали, подвер-
Таблица 68. Характеристика индикаторного рисунка
дефектов, выявляемых основными методами капиллярной
дефектоскопии
Метод капиллярной дефектоскопии Характеристика рисунка дефекта
Яркостный Черный или серый, имеет только яркостный контраст с фоном и виден при дневном свете
Цветной Имеет цветовой и яркостный кон- траст с фоном и виден при дневном свете
Люминесцентный Имеет цветовой и яркостный кон-
Люминесцентно-цвет- ной траст в ультрафиолетовых лучах Имеет цветовой и яркостный кон- траст при дневном свете и в ультра-
Фильтрующих частиц фиолетовых лучах То же В месте дефекта накапливаются от- ложения окрашенных или люминес- цирующих частиц
300
Таблица 69. Характеристика аппаратуры для капиллярного контроля
Аппаратура Характеристика Объект контроля
Люминесцент- Содержит стационарный и пере- Мелкие и круп-
ный дефектоскоп ноской источники ультрафиолетово- ные детали, а так-
ЛД-4 го излучения, малогабаритные ван- ны для пропитки, обмывки, прояв- ления, сушки деталей, а также на- сос и вентилятор для обработки крупных деталей же отдельные крупные детали, размещенные вблизи дефекто- скопа
Стационарный дефектолюмоскоп СЛДУ-М Имеет стационарный источник уль- трафиолетового излучения. Потоком излучения управляет подвижное пло- сковыгнутое двустороннее зеркало То же
Облучатель уль- Включает семь люминесцентных Крупные объе-
трафиолетовый пе- реносной КД-32Л источников ультрафиолетового излу- чения. Питание от сети переменного тока напряжением 36 В. Масса до 5 кг кты
Зарядный стенд Имеет три набора разборных бал- Детали машин в
КД-40ЛЦ с ком- лонов трех типоразмеров и упако- условиях эксплуа-
плектом аэрозо- лей многократ- ного использова- ния вочный контейнер. Температурный диапазон —40-:-40 °C тации
гаемой контролю, в соответствующее магнитное поле; нанесение
магнитных частиц на поверхность контролируемой детали; иссле-
дование поверхности детали, на которой образуются скопления
частиц магнитного порошка, и оценка годности контролируемой
детали.
Данным методом неразрушающего контроля можно обнаружить
не только поверхностные, но и подповерхностные дефекты. Под-
поверхностные дефекты на глубине до 100 мкм могут быть обнару-
жены при такой же чувствительности, что и поверхностные. При
большем расстоянии от поверхности до дефекта (2—3 мм) могут
быть обнаружены более грубые дефекты, чем при выявлении по-
верхностных нарушений сплошности. Применение метода зависит
от магнитных свойств испытуемой детали, и поэтому он применим
только к металлическим материалам, которые могут быть намаг-
ничены до высоких значений индукции. Неферромагнитные мате-
риалы (алюминий, медь, бронза, титан, аустенитные коррозионно-
стойкие стали и т. д.) не могут быть исследованы данным методом.
Магнитопорошковый метод основан на обнаружении магнитных
полей рассеяния над дефектами с помощью ферромагнитных частиц,
нанесенных на контролируемый участок. Магнитный поток в без-
дефектной части детали не меняет своего направления. Если же
на пути магнитного потока встречаются участки с пониженной
магнитной проницаемостью (трещины, раковины), то происходит
искривление магнитных линий с образованием магнитных полюсов
на каждой стороне трещины. Эти полюса будут притягивать маг-
301
1
2
i Hiii
Рис. 236. Циркулярное намагничива-
ние цилиндрической детали с примене-
нием центрального токонесущего про-
водника:
/ — бабка; 2 — проводник; 3 — магнитное
поле; 4 — трещина; 5 — намагничивающий
ток
Рис. 235. Намагничивание детали с де-
фектом:
1 — магнитные частицы; 2 — трещины
нитные частицы и нарушения
сплошности станут видимыми
(рис. 235).
Для того чтобы по краям дефекта возникли полюса, направ-
ление намагничивания не должно быть параллельно направлению,
в котором расположен дефект, а должно составлять с ним угол,
близкий к 90 °. Учитывая, что в проверяемой детали расположение
дефектов может быть различно, намагничивание ее проводят
несколько раз, изменяя направление внешнего магнитного поля.
На практике многократное изменение направления намагничи-
вания неудобно, особенно в условиях массового контроля, по-
этому используют циркулярные и комбинированно-циркулярные
методы намагничивания. В этом случае через изделие, зажатое
между специальными контактами, пропускают электрический ток,
величина которого для крупных деталей достигает тысяч ампер.
При прохождении тока вокруг детали создается циркулярное или
круговое поле, что позволяет обнаружить продольные трещины.
Если деталь, через которую пропускают ток, поместить одновре-
менно и в продольное постоянное магнитное поле, создаваемое
электромагнитом, то магнитное поле детали будет направлено по
винтовой линии — это и есть комбинированный циркулярный
метод, который позволяет обнаружить как продольные, так и
поперечные дефекты сплошности детали. Схема простого продоль-
ного намагничивания для определения поперечных дефектов
сплошности приведена на рис. 236.
При магнитопорошковом контроле крупных деталей намагни-
чивание проводят не всей детали сразу, а частично, присоединяя
к ее различным местам специальные контакты, к которым подво-
дят ток большой силы, проходящий через часть изделия на участке
от одного контакта к другому (рис. 237).
Наиболее удобны для контроля порошки из магнезита (Fe^C^)
или из ферромагнитной окиси железа (у—Fe^g). Эти порошки
наносят на намагничиваемую деталь как в сухом виде, так и в виде
суспензий на основе масла или смеси масла с керосином.
Для магнитопорошкового контроля деталей применяют три
вида дефектоскопов: стационарные универсальные; передвижные
302
Таблица 70 Основные технические данные универсальных
магнитопорошковых дефектоскопов
Тип дефек- тоскопа Род тока Макси- мальная сила тока. А Габаритные размеры, мм Примечание
УМДЭ-10000 Переменный однополупе- риодный, выпрямленный 12 000 2500Х 800Х 800 Стационарный
МД-50П Импульсный переменный 5 000 1000X 780X 620 Передвижной
ПМД-70 То же 1 200 620X 500X 260 Переносной
или переносные, специализированные. Основными узлами дефекто-
скопов являются источники тока, устройства для подвода тока
к детали, устройства для полюсного намагничивания, устройства
для нанесения суспензии на контролируемую деталь. Основные
технические данные некоторых отечественных магнитопорошковых
дефектоскопов приведены в табл 70.
На рис. 238 показана специальная установка для проверки
поршневых пальцев. Поршневые пальцы надевают на шипы, при-
крепленные к вращающемуся диску. Через определенные проме-
жутки времени мотор поворачивает его на 60 °. Когда поршневой
палец окажется под прижимным
устройством, оно опускается до со-
прикосновения с шипом. В цепи
получается мощный импульс тока.
После этого прижимное устройст-
во поднимается и установочный
стол поворачивается на указанный
угол. Рабочий непрерывно уста-
навливает новые детали на шипы
и одновременно снимает уже на-
магниченные, которые сразу опус-
кает в емкость, наполненную
магнитной суспензией. Такая
Рис. 237. Устройство для намагничи-
вания крупных деталей
Рис. 238. Установка для контроля пор-
шневых пальцев
303
Рис. 239. Принципиальная схема магнитного дефектоскопа ЦНВ-3:
/ — силовой понижающий трансформатор; 2 — регулятор напряжения; 3 — размагни-
чивающий соленоид; 4 — лампа; 5 — электронасос; 6 — магнитный пускатель; 7 — вы-
ключатель; 8 — эажимиые стойки; 9 — зажимные бабки
установка позволяет проверить до 1500 поршневых пальцев в
час.
Метод магнитной дефектоскопии широко применяют для конт-
роля ферромагнитных материалов в состоянии поставки. На
рис. 239 приведена принципиальная электрическая схема дефекто-
скопа ЦНВ-3 Прибор целесообразно устанавливать на складе
металла для контроля прутков и труб на наличие волосовин, тре-
щин, закатов и прочих поверхностных дефектов. Дефектоскоп
представляет собой единый аппарат, в котором сосредоточены
средства намагничивания, испытания и размагничивания. Зажим-
ные бабки 9 и стойки 8 установлены на металлическом столе,
который является одновременно пультом питания и управления
дефектоскопа. На пульте смонтировано управление силовым
трансформатором 1 для намагничивания деталей, регулятором
напряжения 2 для регулирования величины намагничивающего
тока, насосом для подачи суспензии и другими деталями электро-
технической части дефектоскопа. Зажимной прибор имеет полу-
автоматическое приспособление для последовательного включения
вторичного и первичного тока трансформатора, что предохраняет
контролируемое изделие от ожогов. Сила тока намагничивания
может плавно изменяться от 0 до 1500 А. Питается прибор от
304
трехфазной сети (напряжение 220 В, потребляемая мощность
8 кВА), масса прибора 400 кг.
Магнитопорошковый метод нашел широкое применение на про-
изводстве благодаря возможности легко контролировать детали,
различные по форме и размеру, высокой чувствительности, про-
стоте методики контроля, наглядности его результатов. Недостат-
ком данного метода является необходимость удаления относи-
тельно толстых защитных покрытий (толщиной более 0,1—0,3 мм)
3. ПРИБОРЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СТРУКТУРЫ
И ТВЕРДОСТИ ДЕТАЛЕЙ
В современной дефектоскопии важное место занимает
метод вихревых токов, являющийся одной из разновидностей
электроиндуктивного метода контроля. Метод вихревых токов
используют для определения химического состава материалов и
их структурного состояния; выявления поверхностных и подпо-
верхностных дефектов, измерения толщины различных магнитных
и немагнитных антикоррозийных покрытий, определения глубины
обезуглероженного слоя и глубины поверхностной химико-тер-
мической обработки.
В настоящее время почти на каждом металлургическом или
машиностроительном предприятии применяют дефектоскопы, ра-
ботающие по этому принципу, обеспечивающие 100 %-ный конт-
роль материалов, заготовок и деталей.
В большинстве случаев контроля методом вихревых токов
контролируемая деталь помещается в магнитное поле катушки или
ряда катушек. Переменное магнитное поле индуктирует в контро-
лируемой детали вихревые токи, которые в свою очередь создают
собственное (добавочное) магнитное поле вблизи детали. На
величину и характер распределения вихревых токов, возбуждае-
мых в контролируемой детали, влияют такие факторы, как элек-
трическая проводимость, магнитная проницаемость, форма, раз-
мер, наличие нарушений сплошности в поверхностном слое де-
тали.
Существуют три метода возбуждения вихревых токов в контро-
лируемой детали: 1) помещение детали в катушку (метод проход-
ной катушки); 2) накладывание катушки на деталь (метод наклад-
ной катушки); 3) помещение объекта между первичной и вторич-
ной катушками (экранный метод)
Наибольшее распространение получили методы контроля, ос-
нованные на использовании в качестве датчиков катушек проход-
ного и накладного типов
Проходные катушки используют в тех случаях, когда имеется
возможность надеть их на контролируемую деталь, поэтому при-
боры, основанные на работе по принципу проходных катушек,
применяют при контроле проволоки, прутков и сравнительно
мелких деталей.
П Долото» Г П
30S
Накладные катушки в процессе контроля прикладывают тор-
цом к поверхности проверяемой детали. Эти приборы используют
при контроле крупных деталей сложной формы.
Существуют эталонный и безэталонный методы контроля ка-
чества деталей.
При эталонном методе сравнивают показания прибора при ис-
пытании контролируемой и эталонной деталей, установив ранее
экспериментально допустимые возможные отклонения в структуре
и свойствах данных конкретных деталей.
Сущность безэталонного метода контроля состоит в следую-
щем. Через катушку датчика пропускают ток низкой частоты, при
этом в контролируемой детали возникают вихревые токи на глу-
бине, значительно превышающей толщину упрочненного слоя.
Затем к катушке прикладывают ток высокой частоты, при котором
глубина возбуждения вихревых токов соизмерима с толщиной
контролируемого слоя. Разница между этими показаниями дефекто-
скопа позволяет судить о качестве слоя. Применение безэталон-
ного метода снижает трудоемкость внедрения электроиндуктивных
приборов в производство и облегчает эксплуатацию этих приборов.
За последние годы разработан ряд приборов, основанных на
методе вихревых токов. Приборы, как правило, имеют генератор
определенной фиксированной частоты (или нескольких частот),
измерительные и компенсационные катушки, индикаторное уст-
ройство для исследования разности ЭДС измерительной и компен-
сационных катушек, а также систему фазовой и амплитудной
развертки этой ЭДС. В качестве индикаторного устройства обычно
используют электронно-лучевую трубку.
В табл. 71 приведены основные параметры электромагнитных
индуктивных дефектоскопов, выпускаемых отечественной промыш-
ленностью.
Пропускная способность их, как правило, определяется квали-
фикацией оператора, сложностью поставленной задачи и может
колебаться от 10—15 с до 10—15 мин
на каждую деталь.
Приборы этого типа до-
статочно универсальны.
Особенно эффективны они
при неразрушающем кон-
троле цементованного слоя
и химического состава де-
тали. На ряде предприятий
с их помощью налажен
100 %-ный контроль дета-
лей по маркам материалов.
На рис. 240 приведена
принципиальная схема
Рис. 240. Схема прибора
БИЭК-58:
/ — проверяемая деталь
306
Таблица 71. Основные параметры и назначение некоторых отечественных
электромагнитных индуктивных дефектоскопов
Тип де- фектоскопа Потреб- ляемая мощ- ность, кВт Тип датчика Габаритные размеры, мм Масса, кг Назначение
ИЭ1 0,036 Наклад- ной 280X 220Х 220 4,5 Контроль немаг- нитных сплавов на наличие несплош- ности, определе- ние химического состава сплавов и качества детали после термиче- ской обработки
ДНМ-15 0,05 То же 378X 268X 264 4,5 Определение по- верхностных и подповерхностных дефектов
ДНМ-500 0,05 То же 275 X 220 X 220 6 Определение по- верхностных тре- щин
БИЭК-58 0,05 Поме- щенный в по- лость детали 280X 320X 380 10 Контроль коль цеобразных дета- лей, сортировка по маркам, кон- троль качества де- тали после терми- ческой обработки
ЭМИД-8 1.5 Проход- ной 554X388X526 45 Сортировка по маркам, выявле- ние поверхност- ных дефектов, кон- троль качества де- талей после тер- мической обработ- ки
ЭМИД-6 1.5 То же Состоит из трех отдель- ных блоков 50 Автомата ческая сортировка дета- лей после терми- ческой обработки, химического со- става н нарушений сплошности. Диа- метр контроли- руемых деталей 5— 24 мм
ЭМИД-4 0,5 То же 590X380X527 67 Для тех же целей, что и ЭМИД-6, имеет дополни- тельный набор дат- чиков
11
307
прибора БИЭК-58, предназначенного для контроля качества и
сортировки по маркам стали колец подшипников и других кольце-
образных деталей после термической обработки. Диаметр кон-
тролируемых колец 40—180 мм. Контроль осуществляется с по-
мощью эталонного кольца, имеющего заданные свойства, путем
бесконтактного измерения и сравнения электрического сопротив-
ления и магнитных свойств. В качестве индикатора служит
прибор на передней панели дефектоскопа. По углу отклонения
стрелки прибора судят о состоянии детали. В процессе контроля
испытуемое кольцо надевается на железный сердечник, намаг-
ничиваемый пропусканием переменного тока по обмотке, нахо-
дящейся в середине этого сердечника. Разность ЭДС вторичных
обмоток К1 и К2 с помощью мостовой схемы сравнивается с
ЭДС компенсационной катушки /СЗ, число витков которой мо-
жет регулироваться. При внесении в переменное поле сердечника
в проверяемой детали возникает переменный ток, поле которого
вызывает ослабление поля сердечника. Степень ослабления это-
го поля и оценивается при контроле деталей в единицах шкалы
прибора.
При работе на приборе детали одной партии сортируются
на группы, в каждую из которых входят детали, характеристики
которых отличаются по показаниям прибора не более чем на 5 де-
лений шкалы. Детали крайних групп выборочно контролируются
другими методами. При обнаружении брака в крайней группе
контролю подвергается смежная с ней группа и так до тех пор,
пока не дойдет до годных групп. Такая система контроля доста-
точно удобна для массового производства, так как не требует
большого эталонного хозяйства.
Дефектоскопы типа ЭМИД предназначены для оценки качества
деталей после термической обработки, сортировки по маркам
сталей и выявления поверхностных дефектов на деталях несложной
конфигурации. Принцип работы приборов заключается в относи-
тельной оценке электрических и магнитных свойств, связанных
с контролируемым параметром исследуемой и эталонной деталей.
Исключив побочное влияние формы, размеров и неточного распо-
ложения деталей в катушках датчика, достигается чувствитель-
ность, удовлетворяющая требованиям современного производства.
На рис. 241 приведены сигналы, наблюдаемые на экране де-
фектоскопа ЭМИД-4. В датчики помещались образцы диаметром 15
Рис. 241. Зависимость формы сигнала на экране прибора ЭМИД-4 от режимов
термической обработки:
а — закалка от 820 °C в масле, обработка холодом при —70 °C 40 мни отпуск при 230 °C
2 ч; б — то же, отпуск при 230 °C I ч; в — то же, отпуск при 170 °C 4 ч; г — то же, без
отпуска; д — закалка при 820 °C в масле, без обработки холодом и отпуска
308
и длиной 60 мм из стали ХВГ, прошедшие сложную термическую
обработку.
При контроле цементованных деталей на экране прибора воз-
никают сигналы (рис. 242), по характеру которых можно судить
о глубине цементованного слоя.
Приборы этого типа комплектуются набором катушек-датчи-
ков с различным внутренним диаметром (5, 10, 50 и 100 мм), что
позволяет, используя оправки из немагнитных материалов, конт-
ролировать детали сложной конфигурации и любых разме-
ров.
Контроль качества быстрорежущих и высокохромистых инстру-
ментальных сталей проводят аустенитомерами. Эти стали сохра-
няют после закалки значительное количество остаточного аусте-
нита (парамагнитной составляющей). В процессе отпуска быстро-
режущей стали остаточный аустенит превращается в более твер-
дую ферромагнитную составляющую — мартенсит. Аустенитомер
позволяет определить, насколько полно произошло превращение
остаточного аустенита при отпуске. На рис. 243 приведена прин-
ципиальная схема аустенитомера. Эталон, представляющий собой
такой же образец, в котором превращение аустенита в мартен-
сит произошло полностью, помещают в катушку L1, а проверяе-
мую деталь — в катушку L2 и намагничивают переменным током.
Различие в ЭДС, индуктируемое в этих катушках, отмечается
милливольтметром и указывает на различные структурные со-
стояния эталона и образца. Аустенитомеры крайне необходимы
в инструментально-штамповых цехах при контроле деталей после
окончательной термической обработки.
Для контроля качества стали после термической обработки
разработаны также приборы, определяющие структуру стали по
изменению ее коэрцитивной силы. Метод основан на возрастании
коэрцитивной силы с увеличением
глубины закаленного слоя. Закал-
ка
повышает коэрцитивную силу
Рис. 242. Сигналы, полученные при
контроле втулок с различной глубиной
цементации:
/ — 0,7 мм; 2 — 1,1 мм; 3 — 1,5 мм
Рис. 243. Принципиальная схема а у
стенитомера:
L\ — катушка для эталона; L2 — катушк
Для образца; /?1» /?2 — резисторы; mV
милливольтметр; О — обмотка сердечник*
А — амперметр
309
более чем в 3—4 раза по сравнению с коэрцитивной силой в отож-
женном или нормализованном исходном состоянии.
В настоящее время широко применяют магнитные коэрцити-
метры с приставными электромагнитами КИФМ-1М, с помощью
которых можно измерять коэрцитивную силу материалов на ло-
кальном участке. Контролируемый участок намагничивается и
размагничивается П-образным электромагнитом. Нулевым инди-
катором поля является феррозонд, расположенный в перемычке
электромагнита. После намагничивания контролируемого участка
плавно увеличивают силу размагничивающего тока до тех пор, пока
измерительный прибор, подключенный к феррозонду, не покажет
отсутствие магнитного поля в контролируемом участке. Сила раз-
магничивающего тока пропорциональна коэрцитивной силе ма-
териала, которая у углеродистых сталей однозначно связана
с твердостью. Магнитные коэрцитиметры позволяют автоматизи-
ровать намагничивание и регистрацию коэрцитивной силы, бла-
годаря чему достигается большая производительность кон-
троля.
Ультразвуковая дефектоскопия основана на способности энер-
гии ультразвуковых колебаний распространяться с малыми по-
терями в однородной упругой среде и отражаться от нарушений
сплошности в этой среде.
В качестве источников колебаний в ультразвуковых дефекто-
скопах используют ламповые или полупроводниковые генераторы.
Получаемые в них электрические колебания преобразуются в ульт-
развуковые колебания среды с помощью преобразователя, принцип
действия которого основан на пьезоэлектрическом эффекте. Сущ-
ность этого эффекта состоит в следующем. При сжатии или растя-
жении пластинки из определенного материала на ее гранях по-
являются электрические заряды. Явление это обратимо, так как
при приложении электрического поля пластинка изменяет геомет-
рические размеры.
Кристалл или пластина титаната бария (BaTiO2) под действием
переменного электрического поля становится излучателем ультра-
звуковых колебаний, создающим направленный пучок ультра-
звуковых волн. Существует три диапазона акустических колеба-
ний: до 16 Гц — инфразвуковые, от 16 до 20 000 Гц — звуковые и
более 20 000 Гц — ультразвуковые. В ультразвуковой дефекто-
скопии используют частоты более 500 000 Гц (0,5 МГц). Преобра-
зователи частоты, используемые при контроле, вмонтированные
в приспособление, обычно называют искательными головками
или щупами.
Существует два основных метода ультразвукового контроля
качества металла — метод сквозного прозвучивания (теневой метод)
и метод отражений (эхо-метод). В обоих случаях ультразвуковой
луч вводится в образец, и индикатор измеряет интенсивность коле-
баний, прошедших через образец или отраженных от неоднород-
ностей, расположенных внутри образца (рис. 244)
I
Рис. 244. Основные методы ультразву-
кового контроля:
а — обнаружение дефекта по уменьшению
анергии, прошедшей через деталь; 6 — об-
наружение дефекта по отражению энергии;
1 — электрический генератор; 2 — излуча-
ющий преобразователь; 3„ 6 — акустиче-
ская контактная среда; 4 — деталь; 5 —
внутренний дефект; 7 — приемиик-преобра-
аователь; 8 — электрический индикатор
Рнс. 245. Схема прохождения ультра-
звукового импульса:
1 — дефект; 2 — пьезоэлектрический вибра-
тор
Теневой метод ультразвуко-
вой дефектоскопии — наиболее
старый из всех ультразвуковых
методов и единственный из них,
требующий двустороннего доступа к контролируемому изделию.
Приемная искательная головка преобразует ультразвуковые ко-
лебания в электрические, которые регистрируются специальным
приемником. Искательная головка при соприкосновении с участ-
ком поверхности, на которую падает тень от дефекта, не улав-
ливает ультразвуковых колебаний. Отсутствие в приемнике
электрических импульсов служит показателем наличия де-
фекта.
Наибольшее распространение получил эхо-метод. При этом
методе упругие колебания вводятся в изделие с одной его сто-
роны. Излучаемые импульсы упругих волн (зондирующие импуль-
сы) посылаются в контролируемое изделие один за другим через
определенные промежутки времени. Зондирующий импульс,
пройдя сквозь толщу материала, отражается от противоположной
поверхности изделия и, возвращаясь, улавливается искательной
головкой (рис. 245). На экране электронно-лучевой трубки возни-
кает донный импульс. При наличии дефекта в металле импульс
ультразвуковых колебаний отразится от него раньше, чем от
противоположной поверхности детали. Между начальным и дон-
ным импульсом возникнет промежуточный (рис. 246). Если дефект
полностью перекрывает путь ультразвуковому пучку на экране,
будут наблюдаться только начальный импульс и импульс от де-
фекта. По расстоянию между импульсами на экране судят о глу-
бине залегания дефекта.
Следует иметь в виду, что на результаты ультразвукового
контроля влияет форма самой детали, так как отражение колеба-
ний от противоположной поверхности детали дает дополнитель-
311
Рис. 246. Распределение импульсов
на электронно-лучевой трубке при
обнаружении дефекта:
1 — начальный импульс; 2 — импульс,
отраженный от дефекта; 3 — импульс,
отраженный от дна детали (Донный
импульс)
Рис. 247. Блок-схема ультразвукового Де-
фектоскопа УДМ-1М:
1 — искательная голоака; 2 — генератор ра-
диоимпульсов; 3 — усилитель; 4 — автомати
ческий сигнализатор дефектов; 5 — генератор
аадержаиноЙ развертки; 6 — осциллографиче
скиЙ индикатор; 7 — электронный глубино-
мер; В — горизонтальная раэвертка; 9 — син-
хронизатор
ные импульсы, расшифровка которых представляет значительные
трудности.
Дефекты, имеющиеся в металле, легче всего выявляются
в том случае, если их наибольший размер оказывается перпенди-
кулярным направлению ультразвуковых колебаний. В этом слу-
чае испытания необходимо проводить в трех взаимно перпендику-
лярных направлениях.
Для ультразвукового контроля используют дефектоскопы
различных конструкций (табл. 72).
На рис. 247 приведена блок-схема дефектоскопа УДМ-1М.
Синхронизатор или мультипликатор частоты посылок служит для
выработки импульсов, используемых для запуска генератора
радиоимпульсов и генератора основной развертки. Генератор
радиоимпульсов вырабатывает периодические высокочастотные
импульсы, которые возбуждают колебания пьезокерамической
пластины искательной головки Отраженные от дна или дефекта
ультразвуковые колебания попадают на пьезокристаллическую
пластину, детектируются и усиливаются усилителем. С усилителя
колебания поступают на вертикально отклоняющие пластины
осциллоскопического индикатора.
Генератор основной развертки и подсвечивающих импульсов
вырабатывает линейные пилообразные импульсы напряжения раз-
вертки и отрицательные импульсы для подсвечивания электронно-
лучевой трубки на время прямого хода развертки. Глубиномерное
устройство служит для определения толщины материала, а также
координат дефектов, расположенных в теле детали. Это дости-
гается измерением времени между моментом излучения импульсов
ультразвуковых колебаний и моментом их возвращения после от-
ражения от дна материала или от дефекта На передней панелн
312
Таблица 72. Основные параметры и область применения ультразвуковых
дефектоскопов
Тип де- фектоскопа Глубина прозвучи- ваиия, мм Габаритные размеры, мм Мас- са, кг Потребляемая мощ- ность, Вт Область применения
макснмаль- 1 к а я минималь- ная
У ДМ 1М 2500 5 350X200X310 13 НО Выявление внутрен- них дефектов и опре- деление толщины ме- таллов
УЗД-14 3000 1—2 477X330X222 16 130 Контроль качества микроструктуры
УЗД-17 40 2 200X110X160 3 30 Контроль в трудно- доступных местах
УЗДС-18 8000 5 510X 395X 285 25 240 Определение вну- тренней структуры
УЗДЛ-61М 400 115X135X300 7 40 Выявление поверх- ностных трещин на деталях сложной формы
УДМ-3 2500 0,5 220X 335X 425 19 180 Выявление внутрен них дефектов
дефектоскопа для этой цели имеется специальная шкала. При
вращении рукоятки устройства метка глубиномера передвигается
по экрану осциллографа и совмещается с передним фронтом сиг-
нала. Блок глубиномерного устройства вырабатывает также им-
пульс, управляющий схемой автоматического сигнализатора де-
фектов Генератор задержанной развертки служит для увеличе-
ния масштаба изображения. С помощью автоматического сигнали-
затора дефектов поступает световая сигнализация о присутствии
дефекта в поле ультразвукового колебания.
Ультразвуковой метод контроля деталей отличается высокой
чувствительностью и возможностью выявления дефектов на зна
чительном расстоянии от поверхности детали. Однако его приме-
нение требует как разработки специальных методик контроля,
так и индивидуальных искательных головок для каждого конкрет-
ного типа деталей.
Рентгеновское и у-просвечивание применяют почти на каждом
машиностроительном предприятии, особенно там, где большое
место занимают литейные и сварочные процессы. Так, 100 %-ный
рентгеновский контроль литых и сварных деталей и узлов позво-
ляет резко сократить брак, повысить производительность труда
и увеличить долговечность изделий. С помощью рентгеновской и
313
у-дефектоскопии можно надежно контролировать сложные детали,
собранные узлы и изделия.
Рентгеновские и у-лучи, как световые лучи и радиоволны,
имеют электромагнитную природу, их особые свойства связаны
с тем, что кванты этих лучей обладают гораздо большей энергией,
чем, например, кванты видимого света.
В качестве генераторов рентгеновского излучения используют
рентгеновские трубки, представляющие собой стеклянный бал-
лон, из которого удален воздух. Трубка имеет два электрода — ка-
тод и анод, расположенные в баллоне. Катод, изготовленный из
вольфрамовой проволоки в виде спирали, раскаляется до высоких
температур и испускает электроны. Анод трубки изготовляют
в виде пластины из материала с высоким атомным номером (на-
пример, вольфрама), поскольку количество энергии, превращаю-
щейся в рентгеновское излучение, пропорционально увеличению
атомного номера материала анода.
Анод располагают под углом 45—90° по отношению к потоку
электронов, поступающих от катода. Толщина пластины анода,
в которой тормозятся электроны, зависит от вещества, из которого
изготовлена пластина, и от напряжения, на которое рассчитана
данная трубка. Например, для вольфрама при напряжении 200 кВ
толщина слоя, в котором тормозятся электроны, составляет
0,01 мм.
Внутренние дефекты материала при рентгеновском методе
контроля выявляются благодаря изменению интенсивности излу-
чения при прохождении через нормальную и дефектную часть
детали. Это различие в интенсивности излучения можно зафикси-
ровать фотографированием, наблюдать на просвечивающемся
экране или измерить с помощью счетчика электронов.
Интенсивность излучения при прохождении лучей через пу-
стоты, заполненные газом или неметаллическими включениями,
понижается меньше, чем в сплошном материале. Менее ослаблен-
ное излучение вызывает более сильное почернение фотографиче-
ской пленки. Таким образом можно определить форму внутрен-
него дефекта и его величину. Глубину залегания дефекта
можно определить на основании нескольких снимков.
Схема рентгеновского анализа с применением фотографической
пленки показана на рис. 248.
В этом случае пленку помещают за исследуемым предметом
с противоположной стороны от трубки. Излучение интенсивностью
J2 при прохождении рентгеновских лучей через дефектное место
создает на пленке большее почернение, чем излучение интенсив-
ностью при прохождении лучей через неповрежденный мате-
риал. Чем больше отношение /2//г отличается от 1, тем лучше рас-
познается дефект. Метод рентгеновского контроля с применением
пленки длителен и дорогостоящ. В связи с этим используется
способ просвечивания с применением светящегося экрана, позво-
ляющий исследовать деталь без получения снимка (рис. 249).
314
Рис. 249. Схема исследования просве-
чиванием:
/ — фокус; 2 — световая щель; 3 — изде-
лие; 4 — свинцовый экран; 5 — светящийся
экран; 6 — свинцовое стекло
Рис. 248. Принципиальная схема про-
ведения рентгеновского контроля
Экран состоит из двух основ-
ных частей. Со стороны источ-
ника излучения располагается
флуоресцирующий слой сернистого цинка, который под влиянием
поглощенного излучения испускает пучок света, пропорциональ-
ный поглощенной энергии или интенсивности излучения. Со сто-
роны наблюдателя помещают свинцовое стекло для защиты от
излучения.
Образующееся на экране изображение имеет желто-зеленый
цвет. В результате большой интенсивности излучения, попавшего
на экран в месте дефектов в материале, экран флуоресцирует силь-
нее, чем на остальных частях.
Значительным недостатком при распознавании дефектов мето-
дом светящегося экрана является слабая сила экранного свечения.
Внедрение электронно-оптических преобразователей (ЭОП) поз-
воляет значительно усилить яркость получаемого изображения.
Устройство и схема работы ЭОП представлены на рис. 250.
Пучок рентгеновских лучей проходит через исследуемый материал,
стеклянную стенку вакуумной трубки и вызывает свечение флуо-
ресцирующего слоя, нанесенного на тонкий алюминиевый экран.
Рис. 250. Схема просвечивания детали с электронно-оптическим преобразовате-
лем:
1 — рентгеновские лучи; ! — сварной шов, 3 — алюминиевый экран; 4 — рентгеновский
экран; 5 — фотокатод; 6 — экран наблюдения; 7 — оптическая система; 8 — свет с экра-
на наблюдения; 9 — фотоэлектроны
315
На экране получается изображение объекта просвечивания, по-
добное изображению на обычном просвечивающем экране. Свече-
ние экрана различной яркости в зависимости от плотности участ-
ков просвечиваемого предмета освобождает электроны от фотока-
тода, который нанесен на слой флуоресцирующего экрана. В каж-
дой точке фотокатода число освобожденных электронов пропор-
ционально яркости флуоресцирующего экрана и интенсивности
рентгеновских лучей.
Таким образом, рентгеновское изображение превращается
в электронное.
Освобожденные электроны фотокатода концентрируются и
ускоряются высоким напряжением (25—30 кВ), подаваемым от
внешнего источника питания, попадают на экран-анод наблюдения
и вызывают его свечение. В результате электронно-оптического
уменьшения изображения на участке от переднего экрана до экрана
наблюдения электроны концентрируются на поверхности в 80 раз
меньшей и, следовательно, поток усиливается в 80 раз, что вызы-
вает увеличение яркости свечения экрана до 1000 раз.
Одним из перспективных методов регистрации изображения
при рентгеновском или у-просвечивании является ксерография.
Основные ее преимущества: быстрота получения ксерограммы и
меньшая стоимость анализа благодаря многократному (до 500 раз)
использованию ксерографической пластины.
На поверхность ксерографической пластины, изготовляемой
из алюминия или латуни, наносят слой фотополупроводника (се-
лен, окись цинка). В темноте поверхность пластины электроста-
тически заряжается. Заряд остается на пластине до тех пор, пока
на нее не попадут рентгеновские или световые лучи.
Таким образом, если над заряженной пластиной поместить ис-
следуемый предмет и пропустить рентгеновские лучи, то на ее
поверхности, там где на пластину не попало излучение, останется
электрический заряд, в то время как на остальной части пластины
заряд исчезнет. На пластине остается скрытое электростатическое
изображение. Пластину проявляют, посыпав ее порошком с элек-
тростатическим зарядом, противоположным заряду ее поверхности.
Изображение становится хорошо видимым и выделяется светлым
пятном на темном фоне пластины.
В нашей стране имеется большой ассортимент аппаратуры
(табл. 73), с помощью которой можно решать сложные задачи про-
мышленного просвечивающего контроля.
Рентгеновские аппараты подразделяют на стационарные и пере-
носные. Стационарные используют в тех случаях, когда объекты,
подлежащие рентгеновскому контролю, могут быть транспортиро-
ваны к аппарату. Наибольшее применение находят переносные
аппараты. Например, передвижной аппарат типа РУП-120-5-1
позволяет контролировать стальные детали толщиной до 25 мм и
алюминиевые детали толщиной до 100 мм. Аппарат состоит из
блок-трансформатора, пульта управления, штатива-тележки, шта-
316
Таблица 73 Основные технические данные некоторых отечественных
рентгеновских и гамма-дефектоскопов
Тип дефектоскопа Энергия излу- чения, кВ Сила анодного тока, мА ребляемая ность, кВт Напря- жение источни- ка, В Мас- са, кг Применяемые рентгеновские трубки Толщина просве- чивания сталь- ной детали, мм
Пот] ЕТ о 1
РУТ-60-20-М 10—60 20 2,5 220 280 1БПВ-60 4
РУП-120-5-1 120 5 2 220, 380 55 0.4БПМ-2-100 25
РУП-150-10 35— 150 2 2,5 220, 380 670 0.3БПВ-6-150 18
РУП-150-300-10 ЗБ- 150 2 5 220, 380 1000 0.3БПВ-6-150 18
РУП-200-5 1 200 5 2,5 220, 380 185 1.5БПМ-200 60
РУП-200 20-5 200 20 7 220, 380 750 1.5БПМ-200 60
РУП-400-5-1 400 5 4 220, 380 600 1.5БПМ-200 120
тива на роликах и ящика с принадлежностями (соединительными
кабелями, водопроводными шлангами и т. д.).
Аппарат может работать без водяного охлаждения при темпе-
ратурах окружающего воздуха 18—20 °C в течение 12 ч.
На рис. 251 показан аппарат для промышленного просвечива-
ния с помощью радиоактивных источников ГУП-Со. В зависимости
от активного источника он имеет три модели: ГУП-Со-0,5,
ГУП-Со-5 и ГУП-Со-50, с помощью которых можно контролиро-
вать сталь толщиной соответственно 50, ПО и 250 мм. Аппараты
для гамма-дефектоскопии представляют собой весьма простое ме-
ханическое устройство. Обычно это свинцовый контейнер-кожух
с простейшим механизмом для открывания пробки у выходного
отверстия или перемещения радиоактивного препарата из положе-
ния хранения в рабочее. Основное требование к подобным установ-
кам — максимальное обеспечение защиты от вредного действия
гамма-лучей, транспортабельность устройства и надежность уст-
ройства механизма управления лучом.
Рентгенографическим и у-графическим методами неразрушаю-
щего контроля можно исследовать детали различной формы на
наличие внутренних скрытых дефектов.
В большинстве случаев в современных приборах применяют
токи, опасные для жизни человека. Радиоактивные изотопы и
рентгеновские лучи также представляют опасность при несоблю-
дении определенных правил техники безопасности.
Персонал, обслуживающий рентгеновские установки, должен
ежеквартально проходить специальный инструктаж, и это следует
регистрировать в журнале по технике безопасности. При включен-
ном высоком напряжении на трубке находиться в камере просве-
чивания нельзя. Чтобы исключить возможность случайного попа-
дания работников группы в камеры просвечивания во время работы
317
Рис. 251. Гамма-аппараты для промышленного просвечивания ГУП-Со
а — ГУП-Со-5 н ГУП-Со-50; 6 - ГУП-Со-0.5
аппаратов и включения их при открытых дверях, необходимо
устанавливать специальные дверные блокировки, связанные с
с пультом управления.
При работе аппаратов и у-установок происходит ионизация
воздуха с образованием вредных для здоровья озона и оксидов
азота, поэтому в помещении должна быть соответствующая венти-
ляция, обеспечивающая необходимый обмен воздухом. Все лица,
работающие с источниками ионизирующих излучений, обязаны
регулярно проходить медицинский осмотр в соответствии с сани-
тарными нормами.
Так как в архиве приходится хранить большой запас рентге-
новской пленки (500—1000 кг), которая является пожароопасным
материалом, необходимо соблюдать определенные меры предосто-
рожности.
Работники ультразвуковой, магнитной и других лабораторий
должны соблюдать общепринятые на производстве правила по-
жарной безопасности и периодически проходить инструктаж с от-
меткой в специальном журнале.
РАЗДЕЛ 6
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕРМИЧЕСКИХ
ЦЕХОВ И УЧАСТКОВ
ГЛАВА 20. ПЛАНИРОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
И УЧАСТКОВ
1. РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОГО ЧИСЛА ЕДИНИЦ
ОБОРУДОВАНИЯ
Число единиц требуемого оборудования устанавли-
вается после того, как произведен выбор типа и конструкции обо-
рудования для выполнения данной технологии. Зная производи-
тельность оборудования и условия его эксплуатации (простои при
ремонтах и технологических переналадках), а также номенклатуру
обрабатываемых деталей и годовую программу, можно определить
необходимое число единиц оборудования. Коэффициент загрузки
оборудования должен быть и не очень низким и не очень высоким.
И то и другое не обеспечивает эффективной работы цеха.
При низком коэффициенте загрузки оборудования затрачи-
ваются излишние средства как на приобретение оборудования,
так и строительство здания, его отопление, обслуживание и ре-
монт. При коэффициенте загрузки, близком к единице, практически
невозможно организовать планомерное производство. Каждая,
даже кратковременная, остановка оборудования будет приводить
к срывам выполнения производственной программы и практически
единственным решением проблемы будет установка дополнитель-
ного оборудования, что в условиях действующего производства
очень сложно и дорого.
При расчете требуемого числа единиц оборудования обычно
заполняют графы таблиц установленной формы. При этом учиты-
ваются нормы времени для получения каждой детали, что дает
возможность определить годовую загрузку оборудования в часах
(табл. 74). Зная годовой фонд времени оборудования, определяют
319
Таблица 75 Состав оборудования и его стоимость
Оборудо
ванне
Основные
технические данные
Число
единиц
однотипного
оборудо
вання
Стоимость, руб.
единицы общая
расчетное число единиц оборудования Принятое число единиц
оборудования должно иметь процент загрузки не менее 80 %.
После определения требуемого числа единиц оборудования со-
ставляют сводную ведомость (табл. 75).
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОЙ ПЛОЩАДИ ЦЕХА
ИЛИ УЧАСТКА
После определения типа и числа печей, а также дру-
гого оборудования: закалочных баков, моечных машин, трансфор-
маторов и т. д. можно, с учетом норм расстояний от них до строи-
Рис. 252. Расположение камер-
ных электропечей
о — в углу цеха; б — у стены цеха,
/ — камерная электропечь, 2 —
ванна селитровая; 3 — трансфор-
матор; 4 — щнт управления; 5 —
бак для закалки в масле; 6 — бак
для аакалкн в воде
320
Рис. 253 Расположение камерных электропечей с манипулятором для загрузки
и разгрузки деталей:
1 — камера охлаждения 2 — камерная печь; 3 — бак для аакалкн в воде; 4 — бак для
закалки в масле; 5 — бак для щелочной промывки: б — щнт упраалення; 7 — манипуля-
тор
тельных конструкций, определить необходимую площадь, вна-
чале отдельных участков, а затем и общую цеха
Принятые условные обозначения нормативных расстояний
приведены ниже.
От конструкции здания до основного оборудования..................А; Б;
От стенок приямка до основного и прочего оборудования..........В; Г-, 1\
Между основным оборудованием..................................... Д Д1
Между основным и прочим оборудованием............................Е\ Ж, К
Для монтажа и демонтажа нагревателей.............................. И
Рис. 254. Расположение вакуумных установок для ионного азотирования:
1 — камера нагревательная; 2 — гаэопрнготовнтельная установка; 3, 7, 10 — щит уп-
равления; 4 — вакуумная система; 5 — воронка; б — камера сборная, 8 — регулятор
напряжения; 9 — трансформатор; 11 — установка сопротивления
321
Рис. 255. Расположение закалочно-отпускных агрегатов (типа СКЗА н СИЗА):
1 — закалочная печь; 2 — закалочный бак; 3 — моечная машина; 4 — печь отпуска;
5 — бак охлаждения; 6 — трансформатор; 7 — щит управления; 8 — загрузчик
От пола до ннжней отметки несущих конструкций перекрытия ... Н
От пола до верхней отметки рельса крана ...... Н^, Н2
От пола до верхней отметки оборудования.................... . Л; /ц
В табл. 76 указаны нормы расстояний от строительных кон-
струкций до печей различного типа (рис. 252—257).
Ширина цеховых транспортных проездов при одностороннем
движении электропогрузчиков, грузоподъемностью не выше 3 т,
должна быть от 2,5 до 3 м, а при двустороннем движении от 4 до
Рис. 256. Расположение газоприготовительных установок:
1 установка; 2 — трансформатор; 3 — щит регулирования состава гааа; 4 — щит
управления
322
Таблица 76. Нормы расстояний, от строительных конструкций до оборудования различного типа
323
Рис. 257. Расположение вакуумных, камерных электропечей с загрузочной тележ-
кой:
1 — печь; 2 — тележка; 3 — панель гидравлическая; 4 — насосная установка; 5 — транс-
форматор; 6 — вакуумная система; 7 — распределитель; 8, 9 — щит управления
4,5 м. Центральный проезд в крупных термических цехах делается
шириной от 5,5 до 6 м. Ввод железнодорожного пути широкой ко-
леи принимается равным 5 м.
Ширина пролетов термических цехов должна быть кратной 6 м
и принимается равной 18, 24, 30 и 36 м, шаг колонн 12 м
Мостовые краны имеют грузоподъемность от 5 до 80 т.
3. РАЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ГРУЗОПОТОКА
После расчета необходимого числа единиц основного,
вспомогательного и дополнительного оборудования определяют
с учетом норм расстояний от них до строительных конструкций
примерную площадь термического участка или цеха. Установив
ширину пролетов цеха и их число, определяют длину цеха Обору-
дование в цехе располагают таким образом, чтобы грузопоток
в цехе был наиболее рациональным. Это значит, что движение про-
дукции в цех, в самом цехе и из цеха не имело встречных направ-
лений. Наметив примерные точки поступления продукции в цех
и удаления ее из цеха все оборудование располагают таким обра-
зом, чтобы происходило непрерывное перемещение продукции по
операциям в заданном направлении. Таким образом все оборудо-
вание, склады и подсобные помещения будут расположены в наи-
более целесообразных местах.
Схематическое изображение грузопотока в термическом цехе
показано на рис. 258.
При выдаче продукции из термического цеха в одном месте
(рис. 258, а) движение изделий по цеху происходит несколькими
параллельными потоками. Для лучшего представления о коли-
324
Рис. 258. Схема грузопотока в термическом цехе:
а — выдача продукции в одной месте; б — выдача продукции в нескольких местах
честве грузов, проходящих через цех, ширина основной линии
грузопотока и отдельных ответвлений на схеме указывается в мас-
штабе. Кроме того, по каждой ветви грузопотока проставляется чис-
ленное значение количества обрабатываемой продукции в тоннах.
При выдаче продукции из цеха в нескольких местах грузо-
потоки должны быть организованы таким образом, чтобы и в этом
случае их пересечение было исключено (рис. 258, б).
Для передачи деталей с одной операции на другую могут быть
использованы различные транспортные средства: конвейеры,
электропогрузчики, электротележки и т. д. Применяемая тара и
приспособления должны быть унифицированной конструкции, а ее
складирование проводится на отведенных местах в строгом соот-
ветствии с технологической инструкцией.
Склады или площадки для деталей, поступающих на термиче-
скую обработку, должны размещаться на участке в начале техно-
логического процесса, а для термически обработанных деталей —
после участков для окончательных операций или в начале произ-
водственных участков механической обработки.
Применение единой оборотной тары унифицированных разме-
ров обеспечивает возможность эффективного использования подъ-
емно-транспортного оборудования и многоярусного хранения в
штабелях и стеллажах.
В массовом и крупносерийном производствах для хранения
деталей могут быть использованы толкающие конвейеры, обеспе-
чивающие накопление деталей перед термической обработкой и
подачу их к загрузочным местам печей.
4. РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОГО КОЛИЧЕСТВА
ЭНЕРГИИ, ТОПЛИВА И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Необходимое количество энергии и топлива опреде-
ляют с учетом расхода по каждой единице оборудования. На
рис. 259 показано проектное задание на подвод к четырехрядному
агрегату для цементации различных видов топлива и энергии.
32S
У-2В000м31ч, i-150°C, P-О,ЗиЛа
печь цементации; IV — закалочный бак;
машина; VII — печь отпуска;
Рнс. 259. Проектное задание на подвод топлива н энергии к агрегату для цемен-
тации:
I — щит пирометрии; II — газовый узел; III —
V, VIII — станция управления; VI — моечиая
Указаны также места отвода от агрегата различных газов и
жидкостей. Места подвода энергии, воды и технологических газов
сгруппированы у конкретных частей агрегата. Например, у зака-
лочного бака IV предусмотрена подача электроэнергии 17 для
подогрева закалочного масла, подвод воды 15 для охлаждения за-
калочного масла, подвод закалочного масла 16 и сливы воды 14
и закалочного масла 13. Для каждого места подвода или отвода
указываются его координаты и основные параметры, как это сде-
лано, например, для места 12 удаления продуктов горения топ-
лива от печи, т. е. указывается количество продуктов горения
(28 000 м3/ч), их температура (150 °C) и давление (0,3 кПа). Место
отбора расположено от уровня пола цеха на высоте 5100 мм, диа-
метр трубопровода 600 мм.
У моечной машины VI предусмотрены места подвода воды 18,
пара 19 и отвода конденсата 20, отработанного масла 21 и мою-
щего раствора 22.
У печи отпуска VII показано место 23 подачи электроэнергии
(мощность 170 кВт, трехфазный переменный ток, напряжение
380 В) для обогрева печи.
У печи цементации III указаны места подвода воды 10 для
охлаждения элементов печи, воздуха 11 для горения и отвода воды
от охлаждаемых элементов печи 9.
К газовому углу II подведены азот 1, аммиак 3, природный
газ 5, эндогаз 7. Предусмотрены трубопроводы для удаления на
свечу азота 2, аммиака 4 и природного газа 6 и эндогаза 8.
Суммируя различные виды энергии по всему оборудованию,
можно определить общее необходимое количество энергии, топ-
лива и других материалов по цеху.
Необходимое количество вспомогательных материалов рассчи-
тывают с учетом норм расхода этих материалов на тонну обраба-
тываемых деталей (табл. 77).
326
Таблица 77. Нормы расхода вспомогательных материалов
Материал Назначение Норма расхода иа 1 т деталей, т
Азот газообраз- Обработка холодом 0,4
ный н жидкий Иоииое азотирование 0,007
Аммиак жидкий Газовое азотирование 0,15—0,35
технический Нитроцементация 0,0004
Аргои газообраз- Ионное азотирование 0,007
НЫЙ Закалка в вакуумных печах 0,032
Ацетон Обезжиривание деталей перед обра- боткой холодом 0,0015
Барий хлористый Борирование в соляных ваннах при 1300 4С 0,015
Вата минеральная Протирка шлифов при травлении 0,00003
Дробь чугунная Очистка от окалины 0,006
Изделия шамот- Ремонт печей 0,005
ные огнеупорные Изделия теплоизо- То же 0,0025
ляцнонные Масла индустри- Закалка в масле 0,015
аль ные
Мертель Заполнение швов в огнеупорной кладке 0,0007
Сода кальциниро- Обезжиривание 0,01
ванная Нагрев в соляной ванне 0,15
Стали жароупор- Изготовление приспособлений для 0,0005
ные печей цементации
Трннатрнйфосфат Обезжиривание 0,02
Трнэтаиоламин Нитроцементация 0,0036—0,0052
ГЛАВА 21. ПЛАНИРОВАНИЕ УЧАСТКОВ
ТЕРМИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
На рис. 260 показана планировка участка термиче-
ского цеха. Участок с четырех сторон окружен внутрицеховыми
проездами и предназначен для термической обработки небольших
партий деталей различных механизмов и инструмента. Выбор
оборудования произведен на основании перечня обрабатываемых
деталей и их технологии термической обработки. Число единиц
оборудования определено с учетом технической характеристики
каждой единицы. Размер участка: ширина 16,5 м, длина 34 м, об-
щая площадь 561 м2.
Печное оборудование расположено в две линии по длине уча-
стка. В первой линии установлены восемь печей СНЗ-4-8-2,6/10
и одна печь СНЗ-6,5-13-4/12. Для охлаждения деталей, нагревае-
мых в печах этой линии, предусмотрены четыре закалочных бака,
над которыми по монорельсу могут перемещаться две электротали
327
Рис. 260. Планировка термического участка инструментального цеха:
/ — цеховой подвесной конвейер; 2 — натяжная станция конвейера; 3 — моечная ма-
шина; 4 — камерная электропечь; 5 — электроталь; 6 — закалочный бак; 7 — транс-
форматор; 8 — камерная электропечь; 9 — подкрановый путь; 10 — щит управления;
11 — трансформатор; 12 — четырехтигельная ванна; 13 — монтажный стол; 14 — за-
калочный пресс; 15 — промывочный бак; 16 — закалочный бак; 17 — монтажный стол;
18 — электрованиа; 19 — камерная электропечь; 20 — механизм загрузки и выгрузки;
21 — мостовой кран
328
грузоподъемностью 500 кг. При помощи электрической тали де-
тали из закалочного бака могут подаваться к моечной машине.
Каждая печь имеет щит управления и необходимое электрообору-
дование.
Во второй линии размещены две печи НШ-100В с механизмами
для загрузки и выгрузки деталей, семь соляных ванн с наружным
нагревом СВГ 30/8,5 и одна четырехтигельная ванна для обработки
инструмента из быстрорежущей стали. Около печей и ванн рас-
положены закалочные и промывочные баки, монтажные столики,
щиты управления и необходимое электрооборудование. Кроме
этого на этой части участка имеется закалочный пресс и моечная
машина.
Для ремонта оборудования, установленного на участке, а также
для подачи деталей на термическую обработку предусмотрены два
мостовых крана грузоподъемностью 5 т Каждый кран кроме дан-
ного участка обслуживает и другой участок цеха, находящийся
по другую сторону проезда. Для передачи определенной группы
деталей по цеху может быть использован межцеховой конвейер,
проходящий по части данного участка.
Энергетическое обеспечение оборудования участка осущест-
вляется от цеховой системы. Защитный газ к печам подается от
общецеховой установки Приточная и вытяжная вентиляция уча-
стка являются частью цеховой системы.
Участок термического цеха, предназначеный для термической и
химико-термической обработки деталей (шестерни, валы и т. п.),
коробки перемены передач для двигателей внутреннего сгорания
показан на рис. 261. Участок расположен в двух пролетах цеха
шириной по 24 м и длиной 114 м, т. е. общая площадь участка —
5472 м2 В одном пролете расположены восемь двухэтажных агре-
гатов для цементации и нитроцементации (четыре правого и четыре
левого исполнения), четыре эндогазовые установки и мастерские
механика и энергетика цеха. Во втором пролете расположены
печи для термической обработки мелких деталей (два закалочно-
отпускных конвейерных агрегата, барабанная и камерная печи);
оборудование для дробеструйной очистки и наклепа (два проход-
ных агрегата и пять агрегатов с вращающимся столом); участок
ТВЧ (пять закалочных станков и конвейерная электропечь для
отпуска), шесть правильных прессов (три около закалочно-от-
пускного конвейерного агрегата и три около закалочных станков
ТВЧ). В этом же пролете расположены пункт технического кон-
троля, диспетчерская, склады сырой и готовой продукции и гене-
раторный зал ТВЧ.
Между пролетами предусмотрен проезд шириной 4 м, соеди-
ненный с механосборочным цехом, откуда поступают детали на
термическую обработку и куда отправляются обработанные детали.
В каждом пролете установлено по одному мостовому крану грузо-
подъемностью 10 т для проведения ремонтных работ или подачи
деталей к агрегатам.
329
11W00
Рис. 261. Планировка участка термического цеха:
/ — цеховой конвейер; 2 — разгрузчик межцехового конвейера; 3 — межцеховой кон
станок; 7 — конвейерная электропечь; 8 — бак для воды; 9 — дробеструйная камера,
закалочно-отпускной агрегат; 14 — барабанная электропечь; 15 — камерная печь; 16
щит; 20 — эндогазовая установка
Основной поток деталей на термическую обработку поступает
из механосборочного цеха по межцеховому подвесному конвейеру.
На складе сырой продукции эти детали перегружаются или на
цеховый конвейер или на склад сырой продукции. По цеховому
конвейеру детали могут быть доставлены к каждому рабочему
месту, откуда на цеховый конвейер уже поступают готовые детали.
Поступая на склад готовой продукции, детали перегружаются на
межцеховый конвейер и отправляются в механосборочный цех.
СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Абрамов О. В., Хорбеико И. Т., Швегла Ш. Ультразвуковая обработка
материалов. М.: Машиностроение, 1984. 266 с.
Казанцев Е. И. Промышленные печи: Справочное руководство для расчетов
и проектирования. М.: Металлургия, 1975. 368 с.
Крапухии В. В. Печи для цветных и редких металлов М.: Металлургия,
1980. 391 с.
330
Г»1тГй7] £«□ it»] ОЛтГ^П т ГК~1т17Ё1 I EbDEjj
вейер; 4 — загрузчик межцехового конвейера; S — правильный пресс; б — закалочный
/О вытяжная вентиляция; 11 — дробеметная камера; 12 — правильный пресс; 13 —
щит пирометрии; 17 — двухэтажный агрегат; 18 — газовый узел агрегата; 19 — силовой
Металловедение и термическая обработка стали Справочник./Под ред.
М. Л Бернштейна. М.: Металлургия, 1983. 340 с.
Правила безопасности в газовом хозяйстве/Под ред. И. С. Берсеньева М •
Недра, 1980. 167 с.
Тылкни М. А. Справочник термиста ремонтной службы. М.: Металлургия
1981. 640 с.
302 *ИрГеР И’ Термическая обработка сплавов. Л Машиностроение, 1982.
Фомин Н И., Затуловскнй Л. М. Электрические печн и установки индук-
ционного нагрева М.: Металлургия, 1979. 246 с.
Электротермическое оборудование: Справочник/Под ред. А. П. Альтгау-
зена. М.: Энергия, 1980. 416 с.
Электрооборудование и автоматика электротермических установок: Справоч-
ник/Под ред. А. П. Альтгаузена, М. Д. Бершидского, М. Я. Смелянского,
В. М. Эдемского М.: Энергия, 1980. 304 с.
Ямпольский А. М. Травление металлов. М.: Металлургия, 1980. 168 с.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Агрегат закалочно-отпускной 219—221
— цементационный 218, 225
Адсорбция 88
Атмосфера для цементации 182
--- нитроцементации 184
Аустеннтомер 309
Б
Бак закалочный:
механизированный 125—129
немеханнзированный 123
Баумана метод 247
В
Вакуум 81
Вентилятор осевой 193
— центробежный 189
Брэгга метод 248
Вязкость ударная 275
Г
Газодувки 199
Гамма-аппарат 318
Гейна реактив 247
Герметичность 96
Горелки 101, 102
Гука закон 265
д
Дефектоскоп индуктивный 307
— магнитный 304
— рентгеновский 317
— ультразвуковой 310, 312
Диаграмма растяжения 264, 265
И
Изоляция тепловая
графитированный войлок 90
экранная 89
Индексация газодувки 200
— газопрнготовительных установок
174
— моечных машин 155
— пламенных печей 5
— электрических печей 5
Индуктор кольцеаой 107
— овальный 111
— петлевой 108
— стержневой 109
Испытание проволоки
на навивание 290
— перегиб 288
— скручивание 290
К
Камера холодильная:
для охлаждения в жидком азоте
148, 149
сундучкового типа 148
шкафная 147
Компрессор осевой 197
— поршневой 197
— роторный 197
— центробежный 197
Кудрявцева машина 271
Л
Лента конвейерная:
панцирная 69, 70
пластинчато-стержневая 70
сетчатая (проволочная) 69
цепная 70
Ликвация 244
М
Макроанализ 248
Маслоохладитель барабанный 132
— пластинчатый 132, 133
— трубчатый 131
Метод неразрушающего контроля:
визуально-оптический 298
люминесцентно-красочный 298, 300
— порошковый 298
магнитопорошковый 298, 300, 301
рентгенографический 298, 313, 314
токовихревой 298, 305
ультразвуковой 298, 310, 313
Микроанализ 248
Микроскоп металлографический 255
— электронный:
отражательный 259
просвечивающий 259
растровый 259
эмиссионный 259
Микротвердость металла 283
Микрошлиф 244
Н
Нагрев индукционный 104
— в электролите 102
— пламенный 101
Нагреватели лабораторные 29
— промышленные 28, 29
Наклеп 164, 253
Насос вакуумный:
двухроторный 84
золотниковый 83
роторный 82
турбомолекулярный 85
332
о
Обергоффера реактив 247
Обработка холодом 144
П
Паста шлифовальная 251
Печь вакуумная:
камерная 91, 92
толкательная 95
шахтная безмуфельная 90, 91
— муфельная 90, 91
Печь-вйнна:
с внешним нагревом 42
— внутренним нагревом 45
электродная 45—47
Печь камерная:
вакуумная 89, 92
высокотемпературная 22, 26
ретортная 24
с винтовым подом 24
— подподовымн топками 18
универсальная 28, 34, 215
— карусельная:
для нагрева цветных металлов 65
---стальных изделий 65
— колпаковая:
прямоугольная 56
цилиндрическая 56
— протяжная:
для нагрева под закалку 79
— рекристаллизационного отжига 79
— термообработки ленты 79
--- проволоки 79
— с выдвижным подом:
для нагрева стальных изделий 35
— отпуска 35
— сушки изделий 35
-----пульсирующим подом:
для нагрева под закалку 62
нормализации и отжига 62
— термическая:
конструктивные элементы 12
---, заслонки 14
---, каркас 12
--- , под 13
— — , своды 13
--- , окна 13
---, электронагреватели 16, 17
пламенная 4
— индексация 5
электрическая 4
— индексация 5
— индукционная 4
— сопротивления 4
— толкательная:
вакуумная 95
закалочная 73, 74
отпускная 75
— шахтная:
вакуумная 91, 93
для азотирования 39
— нагрева стальных изделий 39
— отпуска 39
— цементации 39
Ползучесть металла 273
Поражение током 117
Правила безопасности:
при работе на газовых печах 52
—-------- электрических печах 53
Предел текучести 263, 265
— упругости 265
Пресс гидравлический 172
— механический 171
— пневматический 169
— ручной 170
Р
Реактивы травления 246—248, 254
Режимы электролитического полиро-
вания 253
Робот адаптивный 211
— интеллектуальный 211
— программируемый 211
С
Состав контролируемых атмосфер 175
— теплоносителей 43
Станция маслоочистительная 138, 139
Стеда реактив 247
Станок закалочный 116
— отрезной 250
— полировальный 250
— шлифовальный 250
Т
Твердость металла 277
----по Бринеллю 278
-------Виккерсу 281
-------Роквеллу 279
-------Шору 285
Темплет 244
X
Хладагент:
азот 145
аммиак 145
кислород 145
метай 145
пропан 145
сернистый ангидрид 145
углекислота 145
хлорметнл 145
фреон 145
этан 145
этилен 145
У
Упругость пара 87
Усталость металла 266
Э
Электронагреватели радиационные 17
— трубчатые (ТЭНы) 17
333
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
Раздел 1. Основное оборудование термических цехов
Глава 1 Классификация и основные элементы конструкций печей и на-
гревательных устройств ............................................ 4
1 Классификация печей и нагревательных устройств 4
2. Электрооборудование термических печей.................. 9
3. Конструктивные элементы печей . .... 12
Глава 2, Печи периодического действия ..... 18
1. Камерные печн.......................................... 18
2. Печн с выдвижным подом 35
3. Шахтные печн......................................... 37
4. Элеваторные печи . . .... . 41
5. Печи-ванны . . 42
6. Охрана труда........................................... 50
Глава 3. Печн полунепрерывного действия 54
1 Колпаковые печн........... . . . . . . 54
2 . Печи с передвижной камерой ..... 56
Глава 4. Печи непрерывного действия . ..... 59
1. Печи с шагающим подом................. ... . 59
2. Печи с пульсирующим подом . . 61
3. Карусельные печи ..................................... 63
4. Роликовоконвейерные печи. . . . . . 65
5. Барабанные печн ...................................... 67
6 Конвейерные печи ... 69
7. Толкательные печн ... 73
8. Протяжные и ручьевые печи 79
Глава 5 Вакуумные печи ......................................... 81
1. Преимущества термической обработки в вакууме . . 81
2. Вакуумные насосы...................................... 82
3. Электрические нагреватели н тепловая изоляция 87
4 Конструкции вакуумных печей 90
5. Эксплуатация вакуумных печей ......................... 96
Глава 6. Печн для термической обработки изделий из цветных сплавов 97
1. Особенности термической обработки цветных сплавов. . . 97
2. Печи аэродинамического подогрева ..................... 99
Глава 7. Оборудование для скоростного и поверхностного нагрева.... 101
1. Пламенный нагрев .................................... 101
2. Нагрев в электролите . . 102
3. Индукционный нагрев ......................... .... 104
4. Установки для индукционного нагрева.................. 106
5. Лазерные установки для термического нагрева.......... 118
6. Нагрев в псевдоожиженном слое ....................... 120
7. Установки ионного иагрева............................ 122
334
Глава 8. Закалочные баки и машины ................................ 123
1. Закалочные баки....................................... 123
2. Устройства для подогрева, охлаждения, перемешивания
и очнсткн закалочных сред ............................. 129
3. Закалочные машины и прессы . 140
Глава 9. Установки для обработки холодом.......................... 144
1. Назначение и применение обработки холодом ... 144
2. Установки для обработки холодом....................... 147
Раздел 2. Дополнительное оборудование термических
цехов . . ....................... .
Глава 10. Оборудование для очистки деталей ....................... 15^
1. Травильные установки.................................. 15^
2. Моечные машины........................................ 15^
3. Абразивные и другие установки для очистки . . 15^
Глава 11. Оборудование для правки деталей ........................ 168
1. Технологические основы правки ....................... 168
2. Оборудование для правки . ... 170
Раздел 3. Вспомогательное оборудование термических
цехов............................................................ 174
Глава 12. Оборудование для приготовления контролируемых атмосфер 174
1. Классификация контролируемых атмосфер............... 174
2. Установки для получения контролируемых атмосфер нз
аммиака ................................................. 176
3. Установки для получения контролируемых атмосфер нз уг-
леводородных газов ................................... 177
4. Установки для получения атмосфер для цементации н ни-
троцементации ........................................... 182
5. Азотиые, аргоновые и гелиевые атмосферы 185
6. Техника безопасности прн эксплуатации установок для по-
лучения контролируемых атмосфер ............ . 188
Глава 13. Устройства для подачи воздуха и газа 189
1. Вентиляторы.......................................... 189
2. Компрессоры, насосы, газодувки ................ ... 197
3. Трубопроводы для подачи воздуха, газа н жидкостей . 200
Глава 14. Устройства для транспортировании деталей и грузов 201
1. Тали н краны......................................... 201
2. Конвейеры ........................................... 206
3. Роботы и манипуляторы промышленного типа 211
Раздел 4. Агрегаты и автоматические линии для тер-
мической и химико-термической обработки 214
Г лава 15. Агрегаты для термической и химико-термнческой обработки 214
1. Агрегаты с печамн периодического действия............ 214
2. Агрегаты с печами непрерывного действия.............. 219
Глава 16. Комплексные автоматические линии и участки для термической
обработки ......... 228
335
Раздел 5. Оборудование для контроля, исследований
и испытаний металлов и изделий ... 244
Глава 17 Оборудование металлографической лаборатории.............. 244
1 Приборы для макроскопических исследований . . . 244
2 . Приборы для микроскопических исследований........... 248
Глава 18. Оборудование лабораторий механических испытаний металлов 263
1, Машины для испытания на растяжение, выносливость, пол-
зучесть и ударную вязкость............................... 263
2. Приборы для контроля твердости металлов .............. 277
3. Машины для технологических испытаний металлов .... 286
Глава 19 Оборудование лабораторий физических методов испытаний ме-
таллов ......................................................... 296
1. Классификация методов контроля качества изделий без нх
разрушения......................................... . . 296
2. Приборы для обнаружения поверхностных и внутренних
дефектов в изделиях ..................................... 298
3. Приборы для контроля структуры и твердости деталей 305
Раздел 6. Основы проектирования термических цехов
и их участков............................................... 319
Глава 20. Планирование термических цехов и участков . 319
1, Расчет требуемого числа единиц оборудования ... . 319
2. Определение необходимой площади цеха или участка . . 320
3. Рациональная организация грузопотока ... 324
4. Расчет необходимого количества энергии, топлива и вспомо-
гательных материалов ............................. ..... 325
Глава 21. Планирование участков термических цехов................. 327
Список рекомендуемой литературы .................................. 330
Предметный указатель.............................................. 332