Принцип закалки инструментальных сталей в вакуумных печах.
Уже многие годы, вакуумные печи в самых различных отраслях производства – это знакомый взгляд на термические цеха, говорящий о современном уровне производства. Вакуум является идеальной средой для высокотемпературной обработки металлов и сплавов, так как не содержит примесей и загрязнений, гарантирует равномерное распределение температуры и уменьшает рассеивание энергии.
Но при выборе технологии обработки в пользу вакуумной препятствием может стать тот факт, что оборудование для вакуумной обработки является сложным и требует тщательного выбора. Практически все заказчики сталкиваются с проблемой подбора надежной вакуумной печи, соответствующей техническим требованиям производственного процесса.
В области проектирования и производства вакуумного оборудования нами накоплен богатый опыт работы в области печестроения и термической обработки, который подтверждается многочисленными патентами, свидетельствами и сертификатами.
Наша задача ориентация на задачи клиента. Поэтому четких стандартов в типоразмерах печей нет. Параметры печей могут быть подобраны под специфические задачи заказчика. Рабочие размеры камер нагрева могут быть от 300х300х300 мм до 2000х2000х2000 мм. Вес садки с деталями от 50 до 6000 кг.
Печь может иметь горизонтальное или вертикальное исполнение с камерой нагрева кубической или круглой формы.
Вакуумные печи находят свое применение в различных отраслях промышленности, среди которых:
- Производство авиационных двигателей
- Производство промышленных газовых турбин
- Производство теплообменников
- Промышленная термообработка
Одним из перспективных направлений в использовании вакуумных печей является закалка инструмента в потоке инертного газа.
Вакуумные печи с охлаждением потоком инертного газа (азот, аргон, гелий) оптимально подходят для проведения закалки инструмента из высоко и среднелегированных марок сталей.
Можно выделить следующие основные плюсы закалки в вакууме:
- Отсутствие окалины и окисления поверхности
- Снижение уровня деформаций при нагреве за счет легко реализуемого ступенчатого нагрева
- Снижение уровня деформаций при охлаждении за счет возможности гибкого выбора скоростей охлаждения в газе.
- Простая реализация процесса по полному циклу закалка+отпуск+обработка холодом (при необходимости) в одной печи
- Отсутствует необходимость мойки и очистки деталей после термообработки
- Возможно закаливать практически готовые изделия с минимальными припусками
Конструкция системы ускоренного газового охлаждения вакуумной печи:
Внутри цилиндрического корпуса, имеющего водоохлаждаемые двойные стенки расположены:
- Камера нагрева. Чаще всего сделана их графита и графитового войлока. Нагреватели из графита (возможны варианты исполнения камеры полностью из металла – молибден, в основном используется для технологий, где нужна повышенная чистота вакуума).
- На камере нагрева расположены окна с открывающимися заслонками. Они служат для прохождения потока газа к горячей садке на стадии охлаждения. Заслонки могут быть с четырех сторон на стенках камеры. В зависимости от типа садки охлаждение, таким образом, может происходить вертикально или горизонтально или с чередованием направлений.
- Перед камерой печи, в дверце камеры расположен вентилятор конвекционного нагрева. Он служит для перемешивания газа на стадии конвекционного нагрева (нагрев в разряженном пространстве с небольшим количеством газа для увеличения скорости и равномерности нагрева).
- За камерой нагрева расположен водоохлаждаемый теплообменник. Он служит для охлаждения потока горячего газа. Охлажденный газ через окна в камере нагрева снова поступает к садке, отбирает тепло и идет к теплообменнику. И так до остывания садки. Газ заполняет камеру один раз.
- За теплообменником расположен двигатель и турбина ускоренного газового охлаждения, служащая для перемешивания газа на стадии охлаждения.
В зависимости от марки стали и размеров деталей охлаждение возможно:
— в вакууме, вместе с печью
— с напуском газа в печь под давлением, но без перемешивания газа (охлаждение только за счет отбора тепла на воодоохлаждаемых стенках корпуса печи)
— с напуском газа в печь под давлением, с перемешиванием газа. Газ отбирает тепло от горячей садки и охлаждается на водоохлаждаемом теплообменнике.
Скорость охлаждения можно регулировать с помощью нескольких факторов:
— давление газа (чем выше, тем выше скорость охлаждения)
— скорость вращения турбины (чем выше, тем выше скорость охлаждения)
— направление потока газа
— тип газа
Возможный процесс термообработки на вакуумной печи с закалкой в газе:
- Загрузка задки в печь
- Закрытие двери печи
- Начало откачки вакуума
- По достижении точки вакуума ок. 10-1 мбар – включение нагрева
- Нагрев по заданной программе (с заданными ступенями и мощностью нагрева)
- По достижении заданной температуры – выдержка
- Охлаждение. Выключение нагрева, напуск газа в печь с заданным давлением, включение турбины.
При необходимости можно выполнить изотермическую площадку на стадии охлаждения, когда выключается турбина и нагреватели поддерживают заданную температуру.
Возможно очень медленное охлаждение с заданной скоростью. Если печь остывает быстрее заданной скорости, нагреватели подогревают садку
- Сброс избыточного давления и выравнивание давления с атмосферным
- По достижении температуры ок. 100 ⁰С – выгрузка деталей, или
- Проведение процесса отпуска, не выгружая детали (при необходимости 2-х или 3-х кратного отпуска, процесс повторяется)
- Откачка
- Нагрев
- Выдержка
- Охлаждение (с газом для ускорения процесса или без)
- Выгрузка