ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЭЛЕКТРОПЕЧИ

  • Изготовление промышленного термического оборудования
  • Собственные проектные и производственные мощности
  • Современное оборудование и станки

ЛАБОРАТОРНЫЕ ЭЛЕКТРОПЕЧИ

Современное оборудование и станки

ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Современное оборудование и станки

ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОВОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ

Цель статьи. Данная статья позволит потенциальным Заказчикам ознакомиться с вариантами существующих технологий цементации и выбором оптимального оборудования.

Технология, оборудование, методы контроля и регулирования атмосферы.

Общая информация. Цементация сталей и сплавов является самым распространённым видом химико-термической обработки стали в машиностроении. Цементацией называют адсорбцию атомов углерода поверхностью материала и их дальнейшее диффузионное продвижение в глубину металла с целью обогащения поверхностного слоя углеродом. Требуемое упрочнение поверхностного слоя изделия достигается образованием карбидов при резком охлажении. График соотношения углерода и твердости после закалки
Закалка должна не только упрочить поверхностный слой, но и исправить структуру перегрева, возникающую из-за многочасовой выдержки заготовок при высокой температуре. Цементацию проводят, когда необходимо предать поверхностным слоям деталей повышенную твердость, износостойкость и прочность, при относительно пластичной сердцевине. Заключительной операцией термической обработки цементированных изделий во всех случаях является низкий отпуск при 160–180 ºС, переводящий мартенсит закалки в поверхностном слое в отпущенный мартенсит, с более низкими напряженими.

Основные особенности и преимущества процесса цементации сталей.

  • Высокая твердость и износостойкость цементируемых поверхностей.
  • Повышение предела контактной устойчивости.
  • Повышение предела контактной устойчивости. .
  • Является наиболее распространенным методом упрочнения. .
  • Увеличение показателей предела выносливости при изгибе и кручении. .

Наилучших результатов можно достичь, если цементировать легированные стали с низким содержанием углерода. Таким образом, закаленная деталь остается пластичной и может одновременно работать на контактный износ, сопротивляться ударным нагрузкам и иметь достаточную вязкость и прочность на изгиб, чего невозможно достичь при объемной закалке высоко углеродистых сталей из за недостаточной ударной вязкости. Цементированный слой Например: зубья шестерен, кулачки работают одновременно на контактный износ и на изгиб. Максимальную твердость наружной поверхности и соответственно высокую износостойкость детали приобретают когда концентрация углерода на поверхности достигает диапазона 0,8-1,2% углерода. Этой величины и пытаются добиться при проведении цементации. Глубина урочненного слоя задается от толщины заготовки и её конструктивного назначения.

Нельзя допускать сквозную цементацию заготовки. Мягкая сердцевина должна остаться что бы воспринимать напряжения при изгибе или кручении. Для прогнозирования необходимых толщин цементированных слоев на готовых деталях необходимо учитывать припуск под механическую обработку, если деталь будет работать в сопряжении с другими деталями. Окончательно твёрдую поверхность деталь получает после закалки, по типу закалки высокоуглеродистых сталей. Бывают ситуации когда твердая поверхность необходима не на всех поверхностях. В таком случае после цементации проводят медленное охлаждение с последующей механической обработкой поверхностей где твёрдая поверхность быть недолжна. После снятия высокоуглеродистого слоя проводят повторный нарев под закалку, с последующим низким отпуском.

График закалки после цементации
График закалки с охлаждением после цементации
График скорости науглераживания от температуры

Повторную закалку проводят с нагревом до 850–900 °С (выше точки А3), чтобы произошла полная перекристаллизация стали. В углеродистой стали, из-за малой глубины прокаливаемости, сердцевина изделия после закалки состоит из феррита и перлита. Вместо первой закалки к углеродистой стали можно применять нормализацию. В прокаливающейся насквозь легированной стали сердцевина изделия состоит из низкоуглеродистого мартенсита. Такая структура обеспечивает повышенную прочность и достаточную вязкость сердцевины. Скорость диффузии углерода в глубину металла зависит о от температуры стадии насыщения. Чем выше температура, тем быстрее продвгаются атомы углерода в глубину, при равном углеродном потенциале.

Твердая цементация: это когда адсорбция углерода на детали произходит из порошкообразных углеродсодержащих компонентов, в основном угля. Науглераживание происходит в закрываемой герметичной емкости, типа короба. Повторяемость результатов такого метода невысокая, имеются и другие недостатки. Данный метод, со временем, был вытеснен более передовыми технологиями газовой цементации и уже редко применяется.Контейнер с твердым карбюризатором
Жидкая цементация: это вид науглераживания производится адсорбцией углерода из расплавов солей, содержащих углерод. Данный метод ограничено применяется из-за необходимости постоянно держать раствор горячим, невозможности применения крупногабаритных тиглей с растворами солей, сложностью поддержания заданного углеродного потенциала и ряда других нетехнологичных моментов при проведении процесса.График закалки с охлаждением после цементации
газовая цементация, это когда адсорбция углерода происходит из газообразных, углеродсодержащих компонентов. Данный метод широко применяется из за доступности жидких или газообразных углеводородных соединений. Относительной простоты необходимого оборудования. Углевододные вещества легко дозируются, разбавляются, анализируются.График закалки с охлаждением после цементации

Примечание. В настоящей статье рассмотрены вопросы только газовой цементации.

Типы карбюризаторов для газовой цементации

Для газовой цементации в установках промышленного типа можно применять жидкостные и газовые карбюризаторы. Карбюризатором называется исходное вещество которое содержит углерод. К жидкостным карбюризаторам можно отнести несколько рекомендуемых марок керосина. К газообразным карбюризаторам относятся углеводородные газы метан и пропан-бутан. Остальные углеводородные газы и жидкости в качестве карбюризаторов применяются редко.

Примечание: применение жидких карбюризаторов относится к газовому типу цементации так как при температуре цементации жидкие углеводороды возгоняются в газообразные составляющие, а адсорбция углерода происходит из газовой фазы.

Углеродный потенциал.

Для проведения процесса цементации применяют природные или искусственно приготовленные вещества. К науглероживающим компонентам, вне зависимости от исходного карбюризатора, входящим в состав науглераживающих смесей, относят: окись углерода (СО), метан (СН4) и остальные предельные углеводороды СnH2n+2. Наиболее активным газом карбюризатором является окись углерода газ (СО). Окись углерода диссоциирует по реакции 2СО ↔СО2+С, с выделением атомарного углерода в активном состоянии. В присутствии стали выделяющийся углерод диффундирует в поверхностные слои заготовки и далее диффундирует, в зависимости от концентрации по свободному углероду в глубину металла или из металла в атмосферу. В зависимости от того, где концентрация углерода меньше. Концентрация углерода на границе раздела сред: газ-металл находится в равновесии это и называют углеродным потенциалом. Наиболее предпочтительными условиями для цементации является условие, когда в науглероживающей атмосфере такое соотношение газов, что бы насыщающая способность по углероду (углеродный потенциал) в газовой фазе был в пределах 1-1,4% С. Процентные концентрации печных газов при подаче того или иного карбюризатора находятся во взаимосвязи и при постоянной температуре изменяются пропорционально. Поэтому на практике для определения углеродного потенциала, как правило, контролируют один из печных газов.

График. Определение углеродного потенциала по кислородному датчику.

Углеродый потенциал, в зависимости от концнтрации кислорода

Поддерживать нужный углеродный потенциал, подавая один лишь карбюризатор невозможно. Даже регулируемая подача карбюризатора будет выводить углеродный потенциал выше необходимого уровня, потому что в исходном карбюризаторе нет кислорода для прохождения реакции образования 2СО ↔СО2+С. Процесс подачи только карбюризатора называется пиролиз, который выводит углеродный потенциал на уровень концентраций с образованием на поверхности детали чугуна, с образованием цементитной сетки на деталях. Для регулирования углеродного потенциала к карбюризатору необходимо подавать окислитель. Окислителем может являться вода или кислород в составе воздуха. Расходы карбюризатора и окислителя выбираются пропорционально объему рабочего пространства и площади цементируемой поверхности. На практике расход карбюризатора задается технологическими рекомендациями, с учетом конкретного карбюризатора, а объем окислителя подается автоматикой системы регулирования до заданного углеродного потенциала.

Для регулирования углеродного потенциала в зависимости от желаемого типа карбюризатора к цементационным печам предлагаются различные системы (установки) подачи и регулирования углеродного потенциала. Система контроля концентрации одного или двух газовых составляющих насыщающей атмосферы однотипная и не зависит от типа карбюризатора и установки. Система может укомплектовываться различной элементной базой, но принципы измерения при этом не меняются.

Установка контроля и регулирования углеродного потенциала с применением жидкого карбюризатора. Описание установки «ПКПА-Ж»

Установка ПКПА-Ж обеспечивает регулирование углеродного потенциала печной атмосферы в цементационных печах путем нормированных подач жидкого карбюризатора: (керосин, триэтаноламин и т.п.) и окислителя: (вода + воздух), в соответствии с необходимой концентрацией газа СО2 или О2 в атмосфере печи.

Принцип действия установки. В отдельные герметичные емкости установки ПКПА-Ж заливаются карбюризатор (керосин) и окислитель(вода). Жидкости подаются в печь специальными насосами, через индикаторы расхода. В печи жидкий карбюризатор, окислитель распадается на газообразные составляющие. Первоначально в печь подается карбюризатор. Концентрация углеродного потенциала начинает расти. По истечении 60 минут включается анализ печной атмосферы и когда в печи концентрация окисляющей составляющей углерода снизится до заданной концентрации СО2 или О2 автоматически включается подача окислителя: вода и воздух до момента превышения заданной концентрации по газу СО2 или О2. При превышении заданной концентрации окисляющего газа выключается подача только воздуха, и концентрация СО2 или О2 начинает медленно снижаться, при этом подача воды не отключится. Величина гистерезиса составляет 0,01% по газу СО2 или 10mV по кислородному анализатору. После достижения порогового значения снова включается подача воздуха. Плавность поддержания необходимого углеродного потенциала настраивается величиной расходов жидкостей и газов одноразово при наладке. В логический контроллер системы зашиты режимы автоматической работы, необходимые блокировки аварийных и недопустимых ситуаций.

В качестве жидкого карбюризатора рекомендуется использовать керосин марок РТ, ТС-1 по ГОСТ 102227-86. При нитроцементации триэтаноламин. В качестве окислителя применяется дистиллированная вода и атмосферный воздух. Расход керосина, для средней печи, составляет примерно 80-120 капель/минуту. Средний расход окислителя: воды примерно 60-80капель/минуту. Воздух применяется в качестве тонкого регулирования углеродного потенциала и настраивается в пределах 20-30л/мин. Расходы жидкостей и газов контролируются по индикаторам расхода и визуально через капельницу.

Установка контроля и регулирования углеродного потенциала с применением газообразного карбюризатора. Описание установки «ПКПА-Г»

Установка ПКПА-Г обеспечивает регулирование углеродного потенциала печной атмосферы путем нормированных подач газообразного карбюризатора: (природный газ или пропан-бутан) и окислителя: воздух, в соответствии с необходимой концентрацией газа СО2 или О2 в атмосфере печи. Система с газовым карбюризатором позволяет точнее регулировать расходы подаваемых газов, а состав получаемых в печи сред несколько ближе к оптимальным, (меньшее сажеобразование, посторонних примесей) чем с применением жидкого карбюризатора. Вследствие чего, установки ПКПА-Г пользуется несколько большим спросом, чем установки с жидким карбюризатором.

Установка ПКПА-Г

Принцип действия установки. К установке подводят углеводородный газ. Кислород поступает в печь от встроенного в установку компрессора. Газы подаются в печь дозированно, через индикаторы расхода. В установке одна магистраль под углеводородный газ и две под окислитель. Линия окислителя делится на основную магистраль и добавочную (регулировочную).

При достижении технологической температуры в 760°С в печь начинает подаваться карбюризатор. Углеродный потенциал начинает повышаться. По истечении 40 минут включается анализ печной атмосферы и начнет контролировать печную атмосферу. Концентрация окисляющей составляющей углерода снижается и дойдя до заданной концентрации СО2 или О2 включается подача воздуха в качестве окислителя. В реакторе воздух сразу окисляет водород и углерод, тем понижает углеродный потенциал до достижения заданной концентрации СО2 или О2. При повышении достижении заданной концентрации анализируемого газа автоматически перекрывается подача дополнительной магистрали подачи воздуха и концентрация СО2 или О2 начинает медленно снижаться до нижней уставки. После достижения порогового значения снова включается подача дополнительной магистрали воздуха. Плавность поддержания углеродного потенциала настраивается величиной расходов газов одноразово, при наладке. В логический контроллер системы зашиты режимы автоматической работы, необходимые блокировки аварийных и недопустимых ситуаций.

В качестве карбюризатора рекомендуется использовать природный газ по ГОСТ 5542-87. В качестве окислителя применяется воздух. Расход природного газа в среднем составит 2-3 рабочего объема муфеля, расход воздуха примерно 3-4 объема муфеля.

Система контроля и регулирования углеродного потенциала эндогенератора

Система обеспечивает регулирование углеродного потенциала печной атмосферы путем нормированных подач в печь эндогаза и природного газа в качестве дополнительного карбюризатора. В систему ЭН-10 входит эндогенератор система подачи карбюризатора. В качестве исполнения система может включить оборудование для организации пламенной завесы и продувки печи азотом: исполнение ЭН-10И1. Данная система обеспечивает наилучшие результаты цементации и нагрева под термообработку в защитных атмосферах, рекомендуется для применения в относительно больших, проходных или садочных закалочно-цементационных агрегатах. Система регулирования углеродного потенциала комплектуется исходя из задач и конструкции печи.

Примечание: устройство и принцип действия эндогенератора в данной статье не рассматривается.

Принцип действия системы ЭН-10. К установке подводят углеводородный газ, эндогаз, для исполнения И1, дополнительно азот. Эндогаз от эндогенератора поступает с углеродным потенциалом 0,4-0,5%С. Природный газ в данном случае необходим для повышения углеродного потенциала. Магистраль природного газа имеет две ветки основную и регулировочную. При достижении технологической температуры в печи эндогаз и природный газ подаются в печь. По истечении 30 минут включается анализ печной атмосферы. Реакции идут в сторону уменьшения концентрации СО2 или О2. При достижении концентрации анализируемого газа ниже уставки отключится магистраль регулировочной ветки природного газа и концентрация газов СО2 или О2.начинает повышаться. Цикл включения, отключения регулирующей ветки магистрали поддерживает углеродный потенциал на необходимом уровне. Плавность поддержания углеродного потенциала настраивается величиной расходов газов одноразово, при наладке. В логику системы зашиты блокировки аварийных и недопустимых ситуаций. В качестве карбюризатора рекомендуется использовать природный газ по ГОСТ 5542-87. В качестве окислителя применяется газ с меньше й науглераживающей способностью, чем необходимо для цементации. Расход эндогаза в среднем составляет 4-5 рабочего объема печи или муфеля. Количество природного газа до повышения углеродного потенциала до уровня ~1%С составит 12-15% от объема эндогаза.

Эндотермический тенератор марки ЭН

Независимо от типов установок производится контроль давления газов до подачи в печь, производится тонкое регулирование. Подача и регулирование производится в автоматическом режиме с помощью электромагнитных клапанов. Газы после анализа попадают обратно в печь или направляются на свечу. Система подачи азота или пламенной завесы печь является дополнительной газовой системой, обеспечивающей безопасную работу печи.

Варианты интенсификации процессов цементации.

В настоящее время наиболее распространенным и практически проверенным средством интенсификации цементации является повышение температуры прохождения процесса диффузии. При повышении температуры скорость ионов углерода в кристаллической решетке железа возрастает и увеличивается глубина цементации при одной и той же продолжительности процесса. Известно что при совместном насыщении стали азотом и углеродом происходит ускорение процесса, поэтому добавляя к цементирующему газу аммиак можно ускорить диффузию углерода. Для проведения процесса цементации необходимы специальные электропечи, позволяющие выполнить требуемую химико-термическую обработку. Эти печи комплектуются оборудованием для ведения нагрева, создания и перемешивания печной атмосферы, а также приборами контроля состояния газовой среды. Оснащение электропечей таким оборудованием позволяет сделать процесс цементации управляемым и дает возможность получать требуемые физико-механические свойства цементируемого слоя.

Для проведения процесса азотирования необходимы специальные электропечи, позволяющие выполнить требуемую химико-термическую обработку. Эти печи комплектуются оборудованием для ведения нагрева, создания и перемешивания печной атмосферы, а также приборами контроля состояния газовой среды. Оснащение электропечей таким оборудованием позволяет сделать процесс азотирования управляемым и дает возможность получать требуемые физико-механические свойства азотированного слоя.

Ответим на Ваши вопросы Оставьте сообщение
Адрес
Адрес
620085, Екатеринбург, ул. Монтерская, 3, цех 11
(территория ОАО "Уральский завод РТИ")
Телефон
Телефон
+7 (343) 221-53-39 – Консультант
+7 (343) 221-53-55 – бухгалтерия
Время работы
Время работы
Пн.-Пт. с 8.00-17.00