Выбор нагревательных устройств.
Шахтная печь Ц-105. Вид нагрева – электрический. Атмосфера – науглероживающая. Максимальная температура 950 0 С.
Камерная печь СНО-4.8.2,5/10. Вид нагрева – электрический. Атмосфера – воздушная. Максимальная температура 1000 0 С.
Шахтная печь ПН-32. Вид нагрева – электрический. Атмосфера – воздушная. Максимальная температура 650 0 С.
Составляем технологическую маршрутную карту на операции цементации и термической обработки цементованных деталей.
Маршрутная карта термической обработки
| Разраб. | Сдобняков Е.В. | НГТУ |
| Согл. | ||
| Утв. | Сорокин В.К. | Зубчатое колесо |
| МО1 | Сталь 20Х ГОСТ4543 | Диаметр 60 мм s0,2 = 800 МПа, |
| МО2 | ||
| А 03 | Цементация | |
| Б 04 | Шахтная печь Ц-105 | |
| О 05 | Цементовать деталь | |
| Т 06 | Корзинка, подвеска | |
| А 08 | Закалка | |
| Б 09 | Электропечь СНО-4.8.2,5/10 | |
| О 10 | Закалить деталь | |
| Т 11 | Поддон | |
| А 13 | Отпуск высокотемпературный | |
| Б 14 | Электропечь ПН-32 | |
| О 15 | Отпустить деталь | |
| МК |
Справочные материалы
Нагревательные устройства термических производств
| Обозна-чение серии | Тип нагревательного устройства | Конструк-ция устройства | Характер среды | Максимальная рабочая температура, 0 С | Назначение при термообработке |
| Вид нагрева – электрический | |||||
| СНО | СНО-4 . 8 . 2,5/10 | камерная | воздушная атмосфера | закалка, отжиг | |
| СН3 | СН3-3 . 6 . 2/10 | камерная | защитная атмосфера | закалка, отжиг | |
| ОКБ | ОКБ-210 | камерная | защитная атмосфера | закалка | |
| СШ3 | СШ3-6 . 6/7 | шахтная | защитная атмосфера | отпуск закаленных изделий | |
| ПН | ПН-32 | шахтная | воздушная атмосфера | отпуск закаленных изделий | |
| Ш | Ш-30 | шахтная | воздушная атмосфера | закалка | |
| Ц | Ц-105Б | шахтная | науглероживающая атмосфера | цементация | |
| США | США-6 . 6/6 | шахтная | аммиак | азотирование | |
| СВС | СВС-2 . 4 . 4/10 | ванна электродная | расплавленная соль | закалка | |
| СВГ | СВГ-20/8,5 | печь-ванна | расплавленная соль | отпуск закаленных изделий | |
| Вид нагрева – индукционный | |||||
| МГ3 | МГ3-208АК | машинный генератор ТВЧ | воздух | частота тока 8000 Гц | поверхностная индукционная закалка |
Время нагрева и выдержки в электрических и газовых печах,
соляных ваннах при закалке стали
| Сечение поперечное (диаметр детали), мм | Продолжительность, мин | |||
| Печи электрические | Печи газовые | Соляные ванны (жидкая среда) | ||
| Нагрев и выдержка | Нагрев | Выдержка | Нагрев | Выдержка |
| 1,0 на 1 мм сечения |
Группы улучшаемых конструкционных сталей по степени нагруженности
деталей машин и механическим свойствам после закалки и высокого отпуска
| Улучшаемые стали (основные разновидности, примеры марок) | Механические свойства сердцевины | |
| Предел прочности, sв, МПа | Предел текучести, s0,2, МПа | |
| 1. Малонагруженные детали машин(прокаливаемость при закалке в сечениях до 10-12 мм; s0,2 < 600 МПа). | ||
| Углеродистые стали марок 35,40,45 | 600…700 | 400…600 |
| 2. Средненагруженные детали машин(прокаливаемость при закалке в сечениях до 20-50 мм; s0,2 < 850 МПа). | ||
| Хромистые: 40Х, 45Х Марганцовистые: 45Г2 Хромомарганцовистые (дополнительно вводят титан или бор): 30ХГТ; 40ХГР | 900…1100 | 700…850 |
| 3. Высоконагруженные детали машин(прокаливаемость при закалке в сечениях до 75-100 мм; s0,2 < 1100 МПа). | ||
| Хромоникелевые: 40ХН Хромоникельмолибденовые: 40ХН2М Хромоникельмолибденованадиевые: 38ХН3МФА | 1000…1200 | 800…1100 |
Механические свойства некоторых типовых конструкционных
среднеуглеродистых сталей после закалки и высокого отпуска
при температуре 540…600 0 С
| Марка улучшаемой стали | Оптовая цена * | tзак, 0 С | Среднее значение критического диаметра, мм ** | Предназначены для деталей с поперечным сечением, мм | Механические свойства |
| s0,2, МПа | sв, МПа | НВ | |||
| 1,0 | 15…20 | 167…207 | |||
| 1,0 | 15…20 | 205…210 | |||
| 40Х | 1,2 | 25…35 | 163…168 | ||
| 40ХН | 1,6 | 50…75 | 166…170 | ||
| 30ХГС | 1,4 | 50…75 | 207…217 | ||
| 40ХН2М | 2,1 | 75…100 | 280…310 | ||
| 38ХН3МФА | 2,6 | 100…200 |
* Относительные единицы: за 1,0 принята оптовая цена углеродистой качественной стали;
** Диаметр образца, закаливающегося насквозь с получением в центре микроструктуры из 90% мартенсита и 10% троостита.
Материаловедение (Бормотов А) / Работа 4
Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для вала диаметром 60 мм двигателя. Предел текучести стали должен быть:
а) не ниже 600 МПа, ударную вязкость не ниже 0,7 МДж/м 2
Требуется: обосновать выбор марки стали, упрочняющей термической обработки. Назначить режимы проведения обработки, нагревательные устройства. Составить технологическую маршрутную карту термической обработки детали.
Используем группу улучшаемых конструкционных сталей, у которых прокаливаемость при закалке не менее 40 мм. Исходя из заданных численных значений предела текучести 0,2 800 МПа, принимаем группу стали для высоконагруженных деталей машин. Предварительно выбираем хромоникелевую сталь марки 40ХН. Проверка по справочным данным показала, что использование стали 40ХН при d = 40 мм обеспечивает 0,2 800 МПа. После проведенного анализа назначаем окончательно марку стали 40ХН и операции упрочняющей термической обработки, включающие полную закалку и высокий отпуск.
В соответствии с заданием выбираем поверхностное упрочнение:
Исходя из заданных численных значений предела текучести 0,2 600 МПа
Назначаем режимы термической обработки.
Режим закалки:
tнагр = tАс3 +(30…50) = 820 + (30…50) =850…870 0 С;
время нагрева и выдержки для размера сечения 40 мм составляет при норме 1 мин./мм:
1 мин./мм 40 мм = 40 мин;
Охлаждающая среда – минеральное масло.
Режим отпуска:
По справочным материалам для стали 40ХН с целью обеспечения 0,2 800 МПа назначаем температуру отпуска 550 0 С. В качестве нагревательных устройств принимаем:
Закалка: камерная печь серии СНО с электрическим нагревом и воздушной атмосферой типа СНО-4.8.2,5/10, tmax=1000 0 С.
Отпуск: шахтная печь серии ПН с электронагревом и воздушной атмосферой типа ПН-32, tmax=650 0 С.
Электрические печи для нагрева инструментальной стали
Для термической обработки инструмента применяют следующие типы электрических печей сопротивления, изготовляемых заводами Электромашпрома.
Камерные печи. 1. Печи ПВ11 и ПВ12 для нагрева инструмента из быстрорежущей стали, имеющие газовую завесу у загрузочного окна. Футеровка рабочей камеры печи сделана из карборундовых фасонных кирпичей и окружена слоями шамотного и изоляционного кирпичей. Печи оборудованы карборундовыми нагревателями типа «Глобар».
2. Печи ЗКН-20, ЗКН-40, ЗКН-70 и ЗКР-70 — для нагрева инструмента под закалку. Рабочая камера этих печей выложена огнеупорным и теплоизоляционным кирпичом. Нагрев рабочей камеры производится в печах ЗКН-20 и ЗКН-40 двумя нагревателями (сводовым и подовым) из хромалевой ленты и в печах ЗКН-70 и ЗКР-70 — двумя боковыми и одним подовым нагревателем. Подовые нагреватели защищены сверху поддоном из жароупорной стали или жароупорного чугуна. В печи ЗКН-70 загрузка и выгрузка крупных изделий, в частности, штампов, производятся специальной тележкой, оборудованной ручной лебедкой.
В печи типа ЗКР-70 можно создать нейтральную защитную атмосферу, для чего она снабжена арматурой, присоединяемой к газовой и воздушной магистралям.
3. Печи ПН-11-1, ПН-12-1, ПН-13-1, ПН-15-1 и КН-15-1 без газовой завесы и типа ПН-11-2, ПН-12-2, ПН-13-2, ПН-15-2 и КН-15-Г с газовой — для нормализации, отжига и цементация. Эти печи представляют металлический каркас, внутри которого помещается рабочая камера с футеровкой из пористого шамота. Тепловая изоляция изготовлена из диатомитового порошка. У печей ПН нагреватели из нихромовой ленты расположены по боковым стенкам и на поде печи. У печи КН-15 нагревательные спирали из круглого нихрома (или хромаля) размещены на внутренних стенках рабочего пространства печи, а подовые спирали закрыты плитой из жароупорной стали.
Печи КН-15 и КН-15Г заменяют устаревшую конструкцию печей ПН-11-1 и ПН-11-2.
Печи ПН включают в цепь через понизительно-регулировочные трансформаторы с пятью ступенями регулирования. Печь KH-15 рассчитана на непосредственное включение в сеть напряжением 120, 220 и 380 в.
Печи ПН-13 и ПН-15 вследствие большой мощности можно экономно использовать только в качестве печей непрерывного действия для такого вида обработки, как отжиг или цементация.
Основные данные, характеризующие работу камерных печей, приведены в табл. 68.
Шахтные печи. 1. Печи ПШ312, ПШ320, ПШ-515-1, ПШ-515-2, ПШ-625-1 и ПШ-625-2 для отжига, напрева под закалку и отпуска крупных пуансонов и длинных брошей. Камера этих печей выложена шамотными фасонами и окружена тепловой изоляцией из диатомитового порошка. Нагреватели, изготовленные из нихромовой или хромалевой ленты, расположены по боковой поверхности шахты. Нагреваемые изделия подвешивают в печи при помощи специального приспособления из жаростойкой стали. Печи ПШ-515 имеют две, а печи ПШ-625 — три самостоятельно регулируемые зоны нагрева. Печи устанавливаются в шахте. Крышки печей имеют механический привод.
2. Печи ПН-31A-1 и ПН-32А-2 с при и уди тельной циркуляцией воздуха для отпуска инструмента. Загружаемые изделия помещают в печь в корзинах. Эти печи дают очень равномерный нагрев, так как внутри печи осуществляется принудительная циркуляция воздуха при помощи крылатки вентилятора, укрепленного на крышке печи. Для предохранения изделий от перегрева лучистой энергией в печах устанавливают экраны.
Основные данные, характеризующие работу шахтных печей, приведены в табл. 69.
3. Печи ПА-32-1 и ПА-32-3 применяют обычно для азотизации, однако в них можно производить газовое цианирование инструмента. Инструмент загружают в корзины, устанавливаемые одна на другую. В печи ПА-32-3 можно загружать инструмент вместо корзины в контейнер диаметром 500 мм и высотой 5001 мм. Футеровка печи выполнена из фасонного шамота с тепловой изоляцией; нагреватели в виде нихромовой ленты расположены по всей боковой поверхности рабочего пространства. Снизу через днище вводится крылатка вентилятора. Для ускорения процесса охлаждения снаружи печи имеются соединенные с рабочей камерой трубы, через которые посредством установленного вне печи центробежного вентилятора прогоняется нагретый в печи газ; трубы имеют охлаждающую водяную рубашку. Крышки печей закрываются герметически с помощью масляного затвора и уплотняющей подушки. Для выполнения газового цианирования эти печи дооборудуются, как это указано в гл. XI, установкой стального муфеля и т. д.
Печи-ванны. 1 Ванны ВС-21 предназначены для нагрева стали в свинце или в расплавленных солях.
2. Ванны ВЦ-22 и ВЦ-23 — для цианирования инструмента.
3. Ванны ВС-517, ВС-1017, ВС-612 и ВС-617 — для отпуска инструмента в низкоплавких солях и в масле.
Футеровка этих ванн изготовлена из шамотных фасонов и окружена тепловой изоляцией. На внутренней боковой поверхности ванны расположены нагреватели из нихромовой или хромалевой ленты. В печах ВС-21, ВЦ-22 и ВЦ-23 поверхность тигля накрывается колпаком, соединенным через патрубки с вентиляцией. Колпак имеет двухсторонние дверцы.
Основные технические данные указанных печей-ванн приведены в табл. 70.
4. Электродные соляные ванны СП-2-35 и СП-3-75 для нагрева под закалку инструмента из быстрорежущей стали. Ванны футерованы шамотными фасонами и в горизонтальном сечении имеют шестигранную форму. В ванну опущены три железных электрода для подвода тока. Футеровка ванны имеет тепловую изоляцию и заключена в металлический кожух. Сверху ванны установлен вытяжной колпак для вытяжки испарений. Технические характеристики электродных ванн следующие:
При ремонте печей и необходимости замены отдельных элементов конструкции более дешевыми можно исходить из следующих соображений:
а) карборундовый под можно заменить керамиковым: поскольку последний обладает плохой теплопроводностью, то на подине могут развиться более высокие температуры; поэтому при установке керамикового пода изделия в печи надо помещать на металлических подставках;
б) нихромовые нагреватели можно заменять хрома-левыми и фехралевыми, а также сплавами сопротивления ЭИ340 и ЭИ341, обладающими в качестве элементов сопротивления одинаковыми свойствами по сравнению с нихромом; но, ввиду того что хромалевые и фехралевые нагреватели и сплавы ЭИ340 и ЭИ341 не имеют такой же высокой крипоустойчивости, как нихромовые, их следует устанавливать на стенах или поде печи; при необходимости подвески элементов надо применять нихромовую ленту или проволоку; фехраль можно применять как холоднотянутый, так и горячекатаный, поскольку колебания в сечении горячекатаной проволоки обычно меньше, чем колебания напряжения в заводской сети;
в) вместо алундовых крючков для подвески нагревательных элементов можно применять металлические, но нельзя применять фехралевые или хромалевые, как не обладающие крипоустойчивостью; если от крючков требуются изоляционные свойства, то вместо алунда можно применять шамот; однако в нем не должно быть крупных включений железа в виде «желваков» или бурых пятен, так как последние реагируют с защитной пленкой из окиси хрома, образующейся на поверхности нихрома;
г) в качестве теплоизоляционных материалов можно применять уральский легковесный строительный кирпич или хорошо отсеянный шлак в виде частиц 2—5 мм в поперечнике и без пыли, а также вирмикулит;
д) для замены огнеупорного кирпича в случаях, когда температура нагрева не превышает 950°, можно применять уральский легковесный строительный кирпич (при условии, что на него не ставятся опоры) или диатомовый кирпич Камышловского завода.
Источник https://infopedia.su/14×15598.html
Источник https://studfile.net/preview/8404071/
Источник https://fccland.ru/instrumentalnaya-stal/3385-elektricheskie-pechi-dlya-nagreva-instrumentalnoy-stali.html
