ОБОРУДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ЦЕХОВ

Оборудование термических цехов разделяется на основное, дополнительное и вспомогательное.

Основное оборудование предназначается для непосредственного выполнения технологических процессов термической обработки. К нему относятся нагревательные печи и ванны, установки для нагрева токами высокой частоты, закалочные средства.

Дополнительное оборудование используется для операций, выполняемых после закалки и отпуска: моечные машины и промывные баки, правильные установки, очистные устройства.

Вспомогательное оборудование включает установки для приготовления твердого и жидкого карбюризаторов газовых атмосфер, воздуходувки, подъемно–транспортное оборудование (ручные и электрические тали, монорельсы, рольганги и т. п.).

Для измерения и регулирования температуры в нагревательных печах, установках и соляных ваннах применяют контрольно–измерительные приборы: термометры, пирометры, термопары, милливольтметры, потенциометры и т. п.

ХИМИКО–ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

Химико–термической обработкой называется процесс изменения химического состава, структуры и свойств поверхностных слоев стальных деталей.

Такой обработке часто подвергают детали с целью повышения твердости, износоустойчивости и коррозионностойкости поверхностного слоя при сохранении вязкой и достаточно прочной сердцевины.

В зависимости от элементов, насыщающих поверхность детали, различают следующие виды химико–термической обработки: цементацию, азотирование, алитирование, цианирование, хромирование. Из всех перечисленных видов химико–термической обработки самым распространенным является цементация.

Цементация

Цементацией называется процесс насыщения поверхностного слоя малоуглеродистой стали при высоких температурах (850– 900° С) углеродом в углеродсодержащей среде, способной отдавать свой углерод металлу.

Цель цементации – повышение твердости или прочности поверхности детали после закалки при сохранении вязкой сердцевины.

Насыщенный углеродом поверхностный слой называется цементированным слоем.

Цементируют детали из углеродистой стали (иногда и легированных), содержащих 0,1–0,3% углерода и подвергающихся при работе одновременно износу и динамическим нагрузкам.

В зависимости от условий работы детали глубина цементированного слоя может составлять от 0,5 до 2 мм и более с доведением содержания углерода в поверхностном слое до 0,75–1,2%.

Процесс науглероживания производится в твердой среде, жидкой и газообразной. Среда, в которой осуществляется цементация, называется карбюризатором.

Цементация в твердой среде. Состав карбюризатора может быть самый различный. Наиболее часто применяется карбюризатор, имеющий следующий состав: углекислый барий около 20–25% по весу, углекислый кальций от 3,5 до 5% по весу, остальное – порошкообразный древесный березовый уголь. Добавление к древесному углю углекислых солей ускоряет процесс цементации.

Процесс, цементации заключается в следующем: поступившую после механической обработки деталь (с припуском на последующую обработку) перед цементацией тщательно очищают от окалины, грязи, ржавчины, следов масла и просушивают. Поверхности, не подлежащие цементации, покрывают огнеупорной глиной с 5–10% асбестового порошка или же слоем меди в гальванических ваннах.

Если нельзя предохранить поверхность указанными выше способами, цементируют всю деталь, а затем дополнительно закаливают те места, которые должны обладать высо­кой твердостью или износоустойчивостью.

Обрабатываемые детали укладывают в специальный ящик (рис. 29), изготовленный из жаростойкой стали в следующем порядке: на дно ящика / насыпают слой по­рошкообразного карбюризатора 5 толщиной 25–30 мм и плотно утрамбовывают. На карбюризатор укладываются детали 4 на расстоянии 15– 30 мм друг от друга, а затем снова насыпают карбюризатор слоем толщиной 15–20 мм и утрамбовывают; после этого укладывают второй ряд деталей и т. д.

Рис.29. Схема цементации

Толщина верхнего слоя карбюризатора 30–40 мм. Ящик плотно закрывают металлической крышкой 2, места между крышкой и стенками ящика промазывают огнеупорной глиной 6, ставят в холодную печь и постепенно нагревают до температуры 800–900° С; более высокая температура может вызвать чрезмерное науглероживание поверхности, низкая температура замедляет процесс. Цементация при температуре выше 950° С, но не более 1000° допускается только для легированных сталей.

Длительность выдержки и температура зависят от требуемой глубины науглероживаемого слоя, например цементация стали при температуре 900°С в течение 5 ч дает науглероженный слой глубиной 1 мм, а в течение 10 ч– 1,5 мм.

По окончании цементации ящики выгружают из печей, охлаждение деталей производится медленно, вместе с ящиками. После цементации детали подвергают обязательной термической обработке: закалке в воде при температуре 760–780°С и низкому отпуску при температуре 160–180°С. Одним из существенных недостатков цементации в твердом карбюризаторе является большая длительность процесса. Для сокращения продолжительности цементации в качестве карбю­ризатора применяют пасты, имеющие различный состав, например, кокса 50%, углекислого натрия или калия 40%, щавелевокислого натрия или калия 10% и др.

Разведенную пасту наносят на детали и «свидетели» окунанием или кистью до получения слоя покрытия толщиной 2–3 мм_у а затем высушивают при температуре 100–120°, после чего детали и «свидетели» укладывают в ящики.

Цементация в жидкой среде осуществляется путем погружения деталей в расплавленные соли, содержащие карбид кремния и поваренную соль. Процесс ведется при температуре 870–900°С в течение 0,5–2 ч. За 40–50 минут глубина цементированного слоя не превышает 0,2 мм.

Жидкой цементации подвергают мелкие детали, глубина це­ментированного слоя не должна превышать 0,5–0,6 мм.

Преимуществом цементации в соляных ваннах является равномерность нагрева и возможность непосредственной закалки, после выемки из цементационной ванны. Процесс проходит быстрее, чем при цементации в твердой среде.

Газовая цементация заключается в насыщении поверхности стальных деталей углеродом в атмосфере углеродсодержащих газов.

Газовую цементацию (в окиси углерода) впервые применил П. П. Аносов в 1837 г.

Газовую цементацию стальных деталей осуществляют в гер­метически закрытых камерах (муфелях) печей периодического' или непрерывного действия путем нагрева при температуре 930–950° в среде углеродсодержащих газов, например естественных, состоящих в основном из метана CHU, или искусственных, являющихся продуктом разложения керосина, бензола, масла и т. п.

Продолжительность процесса устанавливается в зависимости от требуемой глубины цементуемого слоя.

Нагрев в газовом карбюризаторе и процесс насыщения по­верхностного слоя является более прогрессивным и экономичным по сравнению с твердой цементацией.

. Азотирование

Цианирование

Цианированием называется процесс одновременного насыщения поверхностного слоя стали углеродом и азотом на глубину 0,1–0,2 мм (иногда до 2 мм) и выше с целью повышения твердости, износостойкости и выносливости поверхностного слоя.

Этот процесс может производиться в твердых, жидких и газовых средах. Наибольшее распространение получило цианирование в жидких и газовых средах.

В зависимости от температур, при которых осуществляют процесс, цианирование может быть высокотемпературным (750– 950°С) и низкотемпературным (550°С).

Цианирование в твердой среде осуществляется аналогично твердой цементации, при этом в карбюризатор добавляют цианистые соли. Такое цианирование применяется главным образом для повышения механических свойств режущего инструмента. Цианирование придает металлу большую износостойкость, чем цементация.

Жидкое высокотемпературное цианирование применяют для повышения твердости и износостойкости поверхности деталей из конструкционной и углеродистой стали (упорные и регулировочные болты, винты, валики, зубчатые колеса). Процесс ведут при 900–950° С в расплавленных цианистых солях в течение 1–5 ч; глубина цианированного слоя 0,5–1,5 мм. После цианирования детали подвергают закалке и низкому отпуску.

Низкотемпературное жидкое цианирование применяют для повышения износостойкости и красностойкости режущего инструмента из легированных инструментальных ста­лей– быстрорежущих и высокохромистых.

Процесс ведется в расплавленных цианистых солях, имеющих температуру 550–570° С в течение 60–80 мин, глубина слоя 0,05–0,03 мм.

Газовое цианирование (нитроцементация)–процесс поверхностного насыщения деталей смесью, состоящей из науглероживающего (70–80%) и азотирующего газов (30–20%).

При высокотемпературной нитроцементации детали нагревают в газовой среде до 850–870° С и выдерживают в течение 3–4 ч, глубина слоя получается равной 0,4–0,6 мм. Такой способ цианирования применяют для мелких и сложной конфигурации деталей.

После нагрева в газовой среде детали сразу же закаливают.

Низкотемпературная нитроцементация применяется для режущих инструментов из инструментальной стали.

Детали предварительно подвергают закалке и отпуску, а затем нагревают до температуры 550–570° С, глубина упрочненного слоя 0,02–0,04 мм. При этом способе нитроцементации закалка не производится. Продолжительность низкотемпературной нитроцементации 1,5–3 ч.

По сравнению с жидким цианированием основное преимуще­ство нитроцементации состоит в том, что позволяет регулировать глубину цианированного слоя.

Оксидированием называют процесс насыщения поверх­ностного слоя стали кислородом. Оксидирование производится для защиты изделий из стали от коррозии. Оксидирование производится в ваннах, наполненных смесью растворов едкого натра, натриевой селитры и нитрида натрия в определенных процентных соотношениях при температуре 130–145° С в течение 1–2 ч и более. После оксидирования поверхность детали для повышения коррозионной стойкости покрывают жировым веществом или лаком.

Фосфатированием называется процесс покрытия сталь­ных деталей пленкой путем погружения в раствор сернокислого железа и марганца при температуре 100° С. Продолжительность процесса 1–2 ч. Фосфатирование применяют и для подготовки поверхности под лакокрасочное покрытие.

К выполнению операций термической и химико–термической обработки допускаются только лица, изучившие инструкцию по технике безопасности и прошедшие специальный инструктаж.