Оборудование для цементации стали

Технология и оборудование для цементации зубчатых колес из стали 18ХГТ

Конструкция цементационных ящиков оказывает большое влияние на продолжительность процесса цементации и качество цементуемых деталей. К цементационному ящику предъявляются следующие требования: 1) форма ящика должна приближаться к форме цементуемых деталей; 2) должен быть обеспечен наиболее быстрый прогрев деталей; 3) рабочее пространство печи должно использоваться эффективно. Для цементации применяют прямоугольные ящики (наибольшие размеры ящика 250x500x300 мм). Ящики изготовляют из стали, чугуна и жаростойких сплавов; стойкость сварных ящиков до 150–200 ч, литых (стальных и чугунных) — 250–500 ч, из жаростойких сплавов — 4000–6000 ч.

Упаковка деталей в цементационный ящик производится следующим образом. На дно ящика насыпают слой карбюризатора 2 толщиной 30–40 мм; на него укладывают первый ряд деталей. Расстояние между деталями и между деталями и стеной ящика 20–25 мм. На первый ряд деталей насыпают слой карбюризатора толщиной 20– 25 мм, укладывают следующий ряд деталей 4, снова засыпают карбюризатором, и так до полного заполнения ящика. Верхний ряд деталей засыпают слоем карбюризатора толщиной 20–35 мм, При упаковке деталей карбюризатор плотно утрамбовывают, Сверху укладывают лист асбеста, ящик закрывают крышкой 5 и обмазывают глиной. Через отверстия, имеющиеся в крышке, в ящик вставляют два указателя 6, служащие для контроля цементации.

Ящики с упакованными в них деталями сушат на воздухе и затем устанавливают в печь, нагретую до температуры цементации (900–950° С); при этом температура печи снижается. При температуре 780–800° С следует проводить сквозной прогрев ящиков, что обеспечивает более равномерную цементацию. Затем температуру быстро повышают до 900–950° С и выдерживают в зависимости от требуемой толщины слоя: при толщине слоя до 1 мм скорость цементации составляет 0,15 мм/ч; при толщине слоя более 1 мм-0,1 мм/ч.

Зубчатые колёса из стали 18ХГТ подвергают газовой цементации ( при температуре 920 – 950°C ) с непосредственной закалкой из цементационной печи после предварительного подстуживания до 840 – 860°C. После закалки – отпуск при температуре 180 – 200°C.

Газовая цементация осуществляется в стационарных (непрерывно-действующих) печах. Цементирующий газ приготавливают отдельно и подают в цементационную реторту. При газовой цементации происходит три процесса:

  • 1) Диссоциация – состоит в распаде активных атомов диффундирующего элемента.
  • 2) Абсорбция – происходит на границе газ – металл и состоит в поглощении (растворении) поверхностью свободных атомов.
  • 3) Диффузия – состоит в проникновении насыщающего элемента вглубь.

Цементирующими газами являются окись углерода и газообразные углеводороды. Разложение этих соединений приводит к образованию активного атомарного углерода:

CnH2n + 2 > (2n + 2) H + nC

Как видно из приведенных выше реакций, в результате распада углеводородных соединений образуется свободный углерод. Если поверхность стали не поглощает весь выделяющийся углерод (абсорбция отстает от диссоциации), то свободный углерод, кристаллизуясь из газовой фазы, откладывается в виде плотной пленки сажи на детали, затрудняя процесс цементации. Поэтому для рационального ведения процесса газовой цементации нужно иметь газ определенного состава и регламентировать его расход.

Таким образом, при температуре цементации мы получаем аустенит переменной концентрации от 1,2 – 1,3 %С (при температуре процесса 860 ?С) до 0,1 – 0,15 %С. При охлаждении от цементации до нормальной произойдет превращение в соответствии с содержанием углерода в данном слое.

Поверхностная зона, в которой углерода 0,8 – 0,9% имеет структуру перлит + цементит, затем следует зона с содержанием углерода около 0,8%, после следует зона с содержанием углерода менее 0,7% плавно переходящая в структуру сердцевины.

Содержание углерода в наружном слое не должно превышать 1,1-1,2% т. к. большое содержание углерода приводит к образованию вторичного цементита, который повышает хрупкость.

Задача цементации – обеспечить высокую поверхностную твердость и износоустойчивость при вязкой сердцевине – не решается одной цементацией. Окончательно формируют свойства последующей закалкой. В нашем случае закалку можно проводит сразу после цементации. С целью уменьшения деформации и коробления колёс их закалку проводят в горячем масле (180?С).

Оборудование для цементации

Для цементации, закалки и низкого отпуска небольших партий шестерен, валов, колец и т.п. в среде защитного газа применяют камерные универсальные печи, объединенные в единую конструкцию.

Камерная универсальная электропечь СНЦ_5.10. 3,2/10 изображена на рис. 6

Технические характеристики печи:

Мощность печи – 80 кВт;

Масса единовременной загрузки – 400 кг;

Масса садки нетто – 300 кг;

Расход газа – 12-15 м /ч;

Размеры садки 500х1000х320 мм;

Масса агрегата 13 т;

Рисунок 5 – Механизированная электропечь:

1 – нагревательная камера; 2 – закалочная камера; 3 – подъемный столик; 4 – вентилятор; 5 – нагреватели; 6 – цепной механизм для передвижения поддона с деталями

Читать еще:  Для чего в сталь вводятся легирующие элементы

Загрузка печи и ведение процесса цементации

Электропечь состоит из камеры нагрева, тамбура с закалочным масляным баков в едином каркасе, щитов управления и механизма загрузки и разгрузки. В тамбуре печи и в камере нагрева установлены вентиляторы для обеспечения циркуляции атмосферы печи.

Нагревательную и закалочную камеру можно заполнять защитной атмосферой, предохраняющей закаливаемые детали от окисления и обезуглероживания. С помощью цепного механизма 6 корзину с деталями по направляющим роликам перемещают в нагревательную камеру 1. После нагревания и выдержки тем же цепным механизмом корзину перемещают в закалочную камеру 2 и вместе со столиком 3 погружают в закалочную жидкость (масло). После охлаждения столик поднимается пневмомеханизмом, и корзину выгружается из печи. Детали нагреваются в результате излучения электронагревателей 5 и конвективного теплообмена. Вентиляторы 4, установленные в нагревательной камере и в закалочном баке, предназначены для интенсификации теплообмена и равномерного нагрева и охлаждения деталей.

В данной механизированой электропечи проводят весь цикл термической обработки деталей, например, закалку и отпуск, а также цементацию.

Очистка от окалины

Для очистки стальных поковок, у которых не допускается упрочнение поверхности, применяют мокрую пескоструйную очистку (рис. 5). Поковки очищают внутри камеры на поворотном столе загрузочной тележки пистолетом, из которого под действием сжатого воздуха выбрасывается смесь песка и воды (пульпа). Для удаления водяной пыли вверху камеры предусмотрены отверстия для вытяжной трубы вентиляционной системы. Загрузочная тележка состоит из платформы, станины, двух пар колес и поворотного стола с катками. Передвижение тележки и вращение стола производится вручную. Катки и колеса установлены на шариковых подшипниках и надежно защищены от попадания воды и песка.

Рисунок 6 – Гидропескоструйная установка

1 – камера; 2 – дверца с резиновой занавеской; 3 – ручка управления клапаном; 4 – фонарь; 5 – пульт управления; в-поворотный стол; 7 – пистолет; 8 – смеситель; 9 – настил из металлических листов; 10 – лестница; 11 – отстойник; 12 – насос для пульпы; 13 – трубопровод; 14 – привод смесителя; 15 – вытяжная труба.

Термическая обработка после цементации. Для получения заданного комплекса механических свойств после цементации необходима дополнительная термическая обработка деталей.

В зависимости от условий работы, а также от выбранной для изготовления детали стали режим упрочняющей термической обработки может быть различен. Для тяжелонагруженных трущихся деталей машин, испытывающих в условиях работы динамическое нагружение, в результате термической обработки нужно получить не только высокую поверхностную твердость, но и высокую прочность (например, для зубчатых колес-высокую прочность на изгиб) и высокую ударную вязкость. Для обеспечения указанных свойств требуется получить мелкое зерно как на поверхности детали, так и в сердцевине. В таких ответственных случаях цементованные детали подвергают сложной термической обработке, состоящей из двух последовательно проводимых закалок и низкого отпуска.

При первой закалке деталь нагревают до температуры на 30-50 °С выше температуры Ас з цементируемой стали. При таком нагреве во всем объеме детали установится аустенитное состояние (рис. 7). Нагрев до температур, лишь немного превышающих Ас3, вызывает перекристаллизацию сердцевины детали с образованием мелкого аустенитного зерна, что обеспечит мелкозернистость продуктов распада. При температуре t3, как видно на рис. 7, весь диффузионный слой переходит в аустенитное состояние, поэтому, чтобы предотвратить выделение цементита, проводят закалку.

При второй закалке деталь нагревают до температуры t3]I с превышением на 30-50 °С температуры Act (рис. 7). В процессе нагрева мартенсит, полученный в результате первой закалки, отпускается, что сопровождается образованием глобулярных карбидов, которые в определенном количестве сохраняются после неполной закалки в поверхностной заэвтектоидной части слоя, увеличивая его твердость. Вторая закалка обеспечивает также мелкое зерно в науглероженном слое.

Окончательной операцией термической обработки является низкий отпуск при 160-200 °С, уменьшающий остаточные напряжения и не снижающий твердость стали (рис. 7).

Рисунок 7_Режим термической обработки ответственных деталей машин после цементации (схема): / – цементация; II – двойная закалка; /// – низкий отпуск

После двойной закалки и низкого отпуска поверхностный слой приобретает структуру отпущенного мартенсита с включениями глобулярных карбидов. Структура сердцевины детали зависит от легированности стали. Так как цементировалась легированная сталь, то в зависимости от количества легирующих элементов сердцевина может приобрести структуру бейнита или низкоуглеродистого мартенсита. Во всех случаях из-за низкого содержания углерода будет обеспечена достаточно высокая ударная вязкость.

Промышленное оборудование

Вакуумные печи для цементации и нитроцементации

Безусловным и неоспоримым преимуществом проведения процессов цементации, нитроцементации и азотирования в вакууме (под парциальным давлением технологического газа) является:

  • Существенное уменьшение времени процесса по сравнению с традиционными (атмосферными) методами, что особенно актуально при большой глубине цементированного слоя ( до 4,5 мм менее чем за 30 часов ). Это возможно благодаря проведению цементации при более высоких температурах ( до 1100 °С ). Такой эффект дает колоссальную экономию энергоресурсов и производственного времени.
  • Повторяемость результатов
  • Не образуется копоти и сажи – проблемы, которые возникают при работе с пропаном
  • Точный контроль глубины цементированного слоя
  • Однородный цементированный слой с высокой концентрацией углерода на всех поверхностях деталей сложной геометрической формы, имеющие сквозные и глухие отверстия.
  • Высокая надежность и долговечность работы всех компонентов оборудования ввиду отсутствия формирования слоя сажи и нагара.
Читать еще:  Как согнуть стальную трубу в домашних условиях

Для проведения химикотермических процессов ( цементация, азотирование, нитроцементация и газовая закалка 12 бар и более) IPSEN имеет линейку вакуумных печей Ipsen TurboTreater®.

Концепция Ipsen TurboTreater®

  • ЦИЛЛИНДРИЧЕСКАЯ ЗОНА НАГРЕВА – САДКИ РАЗЛИЧНОЙ ГЕОМЕТРИИ
  • ПРИМЕНЕНИЕ ЗОН НАГРЕВА ИЗ ГРАФИТА ИЛИ МЕТАЛЛА; ОТСУТСТВИЕ ДВИЖУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ В ЗОНЕ НАГРЕВА
  • ОРБИТАЛЬНОЕ (360°) ОХЛАЖДЕНИЕ – ОДНОРОДНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ
  • ВСТРОЕННАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ – ВЫСОКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
  • СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ С ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ – БЫСТРАЯ ЗАКАЛКА
  • КОМПАКТНЫЙ РАЗМЕР – НЕБОЛЬШАЯ ПЛОЩАДЬ ДЛЯ УСТАНОВКИ
  • УМЕНЬШЕННЫЙ ВНУТРЕННИЙ ОБЪЕМ – НИЖЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ГАЗА

Типовые размеры вакуумных печей Ipsen TurboTreater®:

Модель Стандартный размер рабочей камеры
ШхВхГ, мм
Альтернативный размер рабочей камеры
ШхВхГ, мм
Вес садки , Кг
Горизонтальные
Н2424 457х355х610 178х457х610
533х203х610
181
Н3636 610х610х914 305х711х914
762х406х914
680
Н5448
ST5448
914х914х1219 254х1092х1219
1219х432х1219
1 361
Н6648 1219х1219х1424 584х1422х1524
1574х711х1524
2 268
Н6672
ST6672
1219х1219х1829 584х1422х1829
1574х711х1829
2 722
Н77100
ST77100
1524х1219х2539 686х1524х2540
1854х610х2540
4 545
Вертикальные с подъёмным подом Диам х Высота, мм Вес садки, кг.
GV 3636 914х914 907
GV 4854 1219х1372 1 361
GV 6060 1524х1524 1 815
GV 60120 1524х3048 2 268
GV 7272 1829х1829 2 268
GV 7296 1829х2438 2 727
GV 12096 3048х2438 9 090

В вакуумных печах Ipsen применяется запатентованный процесс для вакуумной цементации с Ацетиленом – AvaC. Хорошо опробованный процесс AvaC® – цементация под низким давлением с использованием ацетилена – это альтернативная технология классическим технологиям цементации.

Преимущества этого процесса по сравнению с газовой цементацией очевидны:

  • Процесс AvaC® обеспечивает высокую скорость переноса углерода с полным исключением окисления поверхности;
  • Процесс легко управляется и даёт исключительно высокие стабильные результаты получения однородного цементированного слоя даже на сложных геометрических поверхностях и глухих отверстиях;
  • Будучи практически экологически чистым просессом, его расходы газа и электроэнергии относительно небольшие, а возможность проведения в той же печи последующей закалки газом высокого давления минимизирует поводки деталей, исключая необходимость в их мойке после закалки;
  • Процесс контролируется и управляется простой в использовании, надёжной и точной системой управления Vacu-Prof®.

Оснащение вакуумной печи для цементации состоит из :

  • 1 IPSEN программное обеспечение AvaC® эксперт;
  • 1 кориолисовый расходомер C2H2, а также необх. арматуры;
  • 1 внутренняя система распределения технологического газа;
  • 1 регулирование давления во время процесса цементации;
  • 1 механическая насосная система с регулируемой производительностью насоса;
  • 1 специальный фильтр в насосной системе;
  • 1 дополнительный прибор измерения давления для прямого измерения давления технологического газа;
  • N2-предохранительная продувка насосной системы во избежании образования взрывчатой смеси газа/воздуха;

Печь может быть оборудована для проведения процесса нитроцементации под низким давлением „AvaC®-N“ с применением ацетилена и аммиака.

  • IPSEN программное обеспечение AvaC®-N;
  • регулятор расхода C2H2, а также необх. арматуры;
  • регулятор расхода NH3, а также необх. арматуры;
  • внутренняя, распределительная система технолог. газа компоненты насосной системы стойкие к воздействию NH3;

Для азотирования нержавеющих сталей применяется процесс SolNit-M®

Преимущества процесса поверхностного азотирования перед процессом цементации для нержавеющих сталей:

  • отсутствие богатых хромом осаждений, т.е. коррозиеустойчивость (заметный рост);
  • высокая теплостойкость;
  • без окисления поверхности;
  • регулирование содержания азота на поверхности простое регулирование процесса (температура и парциальное давление);
  • недорогой, надёжный технологический газ (N2);
  • малый расход газа за счёт прерывающего потока;
  • одинаковая активность азота по всей поверхности ;
    • гнёзды
    • шлицы
    • опорные поверхности, и т.д.
    • маскирование: трудно

    Ход процесса:

    • Нагрев до рабочей температуры (1050°C-1150°C)путём продувки газом аргон (или под вакуумом)
    • Впуск N2-газа
    • Настройка необходимого pN2
    • Выдержка для необходимой диффузии
    • Закалка
    • Возможно глубокое охлаждение, измельчение зерна и отпуск

    Примеры применения процессов :

    Материал: X14CrMoS17 (1.4104)
    Обработка: SolNit-M: 1150°C
    Глубокое охлаждение:- 80°C
    Отпуск: 150°C
    Твёрдость поверхностного слоя: 655 HV10
    Глубина азотирования: ≈ 0.7 мм

    Материал: 1.4024 X15Cr13
    Обработка: SolNit-M, низко-температурная -40°C,
    отпуск 150°C
    Твёрдость поверхностного слоя: 660 HV2 (58.3 HRC)
    Твёрдость сердцевины: 46 HRC
    Глубина азотирования: ≈ 0.6 мм

    Промышленное оборудование

    Вакуумные печи для цементации и нитроцементации

    Безусловным и неоспоримым преимуществом проведения процессов цементации, нитроцементации и азотирования в вакууме (под парциальным давлением технологического газа) является:

    • Существенное уменьшение времени процесса по сравнению с традиционными (атмосферными) методами, что особенно актуально при большой глубине цементированного слоя ( до 4,5 мм менее чем за 30 часов ). Это возможно благодаря проведению цементации при более высоких температурах ( до 1100 °С ). Такой эффект дает колоссальную экономию энергоресурсов и производственного времени.
    • Повторяемость результатов
    • Не образуется копоти и сажи – проблемы, которые возникают при работе с пропаном
    • Точный контроль глубины цементированного слоя
    • Однородный цементированный слой с высокой концентрацией углерода на всех поверхностях деталей сложной геометрической формы, имеющие сквозные и глухие отверстия.
    • Высокая надежность и долговечность работы всех компонентов оборудования ввиду отсутствия формирования слоя сажи и нагара.

    Для проведения химикотермических процессов ( цементация, азотирование, нитроцементация и газовая закалка 12 бар и более) IPSEN имеет линейку вакуумных печей Ipsen TurboTreater®.

    Концепция Ipsen TurboTreater®

    • ЦИЛЛИНДРИЧЕСКАЯ ЗОНА НАГРЕВА – САДКИ РАЗЛИЧНОЙ ГЕОМЕТРИИ
    • ПРИМЕНЕНИЕ ЗОН НАГРЕВА ИЗ ГРАФИТА ИЛИ МЕТАЛЛА; ОТСУТСТВИЕ ДВИЖУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ В ЗОНЕ НАГРЕВА
    • ОРБИТАЛЬНОЕ (360°) ОХЛАЖДЕНИЕ – ОДНОРОДНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ
    • ВСТРОЕННАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ – ВЫСОКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
    • СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ С ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ – БЫСТРАЯ ЗАКАЛКА
    • КОМПАКТНЫЙ РАЗМЕР – НЕБОЛЬШАЯ ПЛОЩАДЬ ДЛЯ УСТАНОВКИ
    • УМЕНЬШЕННЫЙ ВНУТРЕННИЙ ОБЪЕМ – НИЖЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ГАЗА

    Типовые размеры вакуумных печей Ipsen TurboTreater®:

    Модель Стандартный размер рабочей камеры
    ШхВхГ, мм
    Альтернативный размер рабочей камеры
    ШхВхГ, мм
    Вес садки , Кг
    Горизонтальные
    Н2424 457х355х610 178х457х610
    533х203х610
    181
    Н3636 610х610х914 305х711х914
    762х406х914
    680
    Н5448
    ST5448
    914х914х1219 254х1092х1219
    1219х432х1219
    1 361
    Н6648 1219х1219х1424 584х1422х1524
    1574х711х1524
    2 268
    Н6672
    ST6672
    1219х1219х1829 584х1422х1829
    1574х711х1829
    2 722
    Н77100
    ST77100
    1524х1219х2539 686х1524х2540
    1854х610х2540
    4 545
    Вертикальные с подъёмным подом Диам х Высота, мм Вес садки, кг.
    GV 3636 914х914 907
    GV 4854 1219х1372 1 361
    GV 6060 1524х1524 1 815
    GV 60120 1524х3048 2 268
    GV 7272 1829х1829 2 268
    GV 7296 1829х2438 2 727
    GV 12096 3048х2438 9 090

    В вакуумных печах Ipsen применяется запатентованный процесс для вакуумной цементации с Ацетиленом – AvaC. Хорошо опробованный процесс AvaC® – цементация под низким давлением с использованием ацетилена – это альтернативная технология классическим технологиям цементации.

    Преимущества этого процесса по сравнению с газовой цементацией очевидны:

    • Процесс AvaC® обеспечивает высокую скорость переноса углерода с полным исключением окисления поверхности;
    • Процесс легко управляется и даёт исключительно высокие стабильные результаты получения однородного цементированного слоя даже на сложных геометрических поверхностях и глухих отверстиях;
    • Будучи практически экологически чистым просессом, его расходы газа и электроэнергии относительно небольшие, а возможность проведения в той же печи последующей закалки газом высокого давления минимизирует поводки деталей, исключая необходимость в их мойке после закалки;
    • Процесс контролируется и управляется простой в использовании, надёжной и точной системой управления Vacu-Prof®.

    Оснащение вакуумной печи для цементации состоит из :

    • 1 IPSEN программное обеспечение AvaC® эксперт;
    • 1 кориолисовый расходомер C2H2, а также необх. арматуры;
    • 1 внутренняя система распределения технологического газа;
    • 1 регулирование давления во время процесса цементации;
    • 1 механическая насосная система с регулируемой производительностью насоса;
    • 1 специальный фильтр в насосной системе;
    • 1 дополнительный прибор измерения давления для прямого измерения давления технологического газа;
    • N2-предохранительная продувка насосной системы во избежании образования взрывчатой смеси газа/воздуха;

    Печь может быть оборудована для проведения процесса нитроцементации под низким давлением „AvaC®-N“ с применением ацетилена и аммиака.

    • IPSEN программное обеспечение AvaC®-N;
    • регулятор расхода C2H2, а также необх. арматуры;
    • регулятор расхода NH3, а также необх. арматуры;
    • внутренняя, распределительная система технолог. газа компоненты насосной системы стойкие к воздействию NH3;

    Для азотирования нержавеющих сталей применяется процесс SolNit-M®

    Преимущества процесса поверхностного азотирования перед процессом цементации для нержавеющих сталей:

    • отсутствие богатых хромом осаждений, т.е. коррозиеустойчивость (заметный рост);
    • высокая теплостойкость;
    • без окисления поверхности;
    • регулирование содержания азота на поверхности простое регулирование процесса (температура и парциальное давление);
    • недорогой, надёжный технологический газ (N2);
    • малый расход газа за счёт прерывающего потока;
    • одинаковая активность азота по всей поверхности ;
      • гнёзды
      • шлицы
      • опорные поверхности, и т.д.
      • маскирование: трудно

      Ход процесса:

      • Нагрев до рабочей температуры (1050°C-1150°C)путём продувки газом аргон (или под вакуумом)
      • Впуск N2-газа
      • Настройка необходимого pN2
      • Выдержка для необходимой диффузии
      • Закалка
      • Возможно глубокое охлаждение, измельчение зерна и отпуск

      Примеры применения процессов :

      Материал: X14CrMoS17 (1.4104)
      Обработка: SolNit-M: 1150°C
      Глубокое охлаждение:- 80°C
      Отпуск: 150°C
      Твёрдость поверхностного слоя: 655 HV10
      Глубина азотирования: ≈ 0.7 мм

      Материал: 1.4024 X15Cr13
      Обработка: SolNit-M, низко-температурная -40°C,
      отпуск 150°C
      Твёрдость поверхностного слоя: 660 HV2 (58.3 HRC)
      Твёрдость сердцевины: 46 HRC
      Глубина азотирования: ≈ 0.6 мм

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector