Шахтні печі використовуються для термічної та хіміко-термічної обробки великогабаритних деталей. Вони можуть бути циліндричного чи квадратного перерізу. Для зручності обслуговування шахтні печі будують в приямку на цегляному чи бетонному фундаменті. Їх нагрівання здійснюється з використанням рідкого та газоподібного палива або електричної енергії.

Шахтні печі зручні тим, що з них важкі деталі можна виймати за допомогою електричної талі або мостових кранів. Робоча температура в цих печах 100-1100 ºС.

Вакуумні печі застосовуються для безокисного нагрівання при термообробці деталей з трансформаторних електротехнічних сталей, тугоплавких металів і сплавів. Нагрівання камери здійснюється металевими або графітовими нагрівниками опору.

Футерівка печей виконується з кераміки, графіту. В окремих випадках роль теплової ізоляції виконують металеві екрани. Вакуумна система складається з вакуумного насосу, трубопроводів, вентелей, затворів.

Печі-ванни застосовуються у цехах машинобудівних заводів для термічної та хіміко-термічної обробки деталей. Нагрівання в них здійснюється рідкими теплоносіями: розплавленими солями, лугами, металами (свинець, олово, силумін), мінеральними маслами.

Найбільшого поширення набули соляні, а також лужні нагрівні середовища.

Нагрівання в рідких середовищах має ряд переваг перед нагріванням у печах:

• більша швидкість і рівномірність нагрівання;

• висока точність встановлення і регулювання температури;

• відсутність окислення та зневуглецювання поверхні деталі;

• можливість здійснення місцевої термічної обробки.

Р

144

азом з тим цьому виду нагрівання притаманні недоліки: необхідність періодичної заміни солей; мала стійкість тиглів;

В точці 4 аустеніт частково розпадається на ферит, значить f = 2. Тоді:

С₄ = 2 – 2 + 1 = 1.

Знов на кривій охолодження буде перегин. В точці 5, яка лежить на лінії А₁ (перлітних перетворень), f = 3. Тоді:

С₅ = 2 – 3 + 1 = 0.

Значить на кривій охолодження буде полочка. Тепер відповідно до зазначеної вище проводимо криву охолодження, яка матиме дві полочки і три перегини.

Правило відрізків

Діаграми стану дозволяють проводити кількісний і якісний аналіз фазового складу сплавів при різних температурах. Це робиться за допомогою правила відрізків. Однак відразу треба застерегти, що воно застосовується тільки для тих ділянок діаграми, в яких сплави знаходяться в двофазному стані.

Для використання правила відрізків треба через будь-яку точку діаграми, де сплав знаходиться в двофазному стані, провести лінію паралельну до осі концентрації (горизонтальної). Ця лінія перетинає відповідні лінії діаграми. Проекція точок перетину на горизонтальну координату показує концентрацію відповідно рідкої і твердої фаз. Це перша частина правила.

Співвідношення відрізків на які ділить вибрана точка дає можливість визначити кількість в ній рідкої і твердої фази. Це друга частина правила.

Для прикладу спочатку застосовуємо правило відрізків для діаграми сплаву типу твердий розчин з необмеженою розчинністю компонентів (рис 9.3).

Застосовуємо правило відрізків для сплаву з вмістом компонента В 25% при температурі, яка відповідає точці в. Концентрацію компонента В в рідині визначає проекція точки а на горизонтальну вісь, а концентрацію компонента В в твердій фазі α показує проекція точки С на горизонтальну вісь.

Якщо точку в опускати, тобто сплав охолоджувати, то концентрацію рідкої фази показують відповідні точки а на лінії ліквідус (концентрація компонента В в рідині при кристалізації зменшується).

129

Рис 9.3 Діаграма стану сплавів з необмеженою розчинністю компонентів в рідкому і твердому стані

Конценртацію компонента В показують точки с на лінії солідус. Вона теж зменшується. Це приводить до утворення хімічно неоднорідного твердого розчину. Стовбур і осі дендритів, які утворюються першими мають більшу концентрацію тугоплавкого елементу, ніж зовнішні та міжосьові його частини. Така неоднорідність називається дендритною ліквацією. Вирівнювання складу здійснюють шляхом дифузійного відпалу.

Кількісне співвідношення між рідинною Р і твердою Т фазами знаходить користуючись слідуючими співвідношеннями

Виходячи з першого і другого рівнянь, можна встановити, що

Аналогічно до приведеного вище прикладу можна правило відрізків застосувати для діаграми залізо-цементит. Коноди проводять від лінії солідус до ліквідус у сплавах до 4,3%

н

130

143

агрівники (філітові та глобарові) виготовляють у вигляді циліндричних стержнів. Вони можуть працювати при температурі 1400 ºС. Нагрівники з дисиліциду молібдену працюють в окисному середовищі при температурі до 1700 ºС. У високотемпературних вакуумних печах з нейтральними газами встановлюють графітні нагрівники. Їх максимальна температура близько 3000 ºС.

Камерні печі використовуються для нагрівання деталей у термічних цехах індивідуального і серійного виробництв. Вони мають просту конструкцію рис. 10.1.

Рис. 10.1 Термічна камерна піч, що працює на мазуті

Камерна піч складається з прямокутної камери з шамотною футерівкою 2, яка вставлена в корпус 1 з листової сталі. Спалювання палива відбувається в топковій камері 4. Паливо подається форсункою 3. Гарячі гази поступають по каналу 8 в робочий простір 7 і нагрівають деталі, які кладуть на піддон 6. Деталі завантажують в піч через вікно, яке закривається заслонкою 5.

Камерна піч може працювати на газоподібному паливі. Максимальна температура в печі 900 ºС.

За характером середовища в робочому просторі – повітряною атмосферою, контрольованими атмосферами, печі – ванни та вакуумні печі.

В печах для термічної обробки температура може бути 1500 ºС і навіть досягати 3000 ºС. Тому порожнина печі завжди футерується вогнетривкими матеріалами. Вони поділяються, як і в металургії, на кислі, лужні та нейтральні. Їх виготовляють з природних матеріалів у вигляді цегли, блоків, тиглів, порошків тощо.

Найпоширенішим вогнетривким матеріалом є алюмосилікат. Він складається з глинозему (Аl₂О₃) та кремнезему (SiО₂). До цієї групи відноситься шамот (28-45 % Аl₂О₃, 52-60 % SiО₂). Шамот витримує температуру в межах 1580-1730 ºС.

Крім шамоту достатньо широко використовується динас – кислий вогнетривкий матеріал з кварциту-пісковику. Вогнетривкість динасу становить 1680-1750 ºС.

Високотемпературні печі футерують магнезитовими вогнетривкими матеріалами. Вони містять 85% оксиду магнію. Витримують температуру 2200-2400 ºС. Теплова енергія в печах для термічної обробки утворюється від згорання мазуту, газу або шляхом використання електричної енергії.

Електричні печі більш ефективні ніж мазутні або газові. Це обумовлено тим, що вони дають більшу температуру (до 3000 ºС), легко і точно витримують тепловий режим, не утворюють диму, компактні, піддаються герметизації.

В електричних печах застосовують металеві та неметалеві нагрівники. Металеві нагрівники виготовляють з ніхромів і фералей у вигляді дроту. Використовують також нагрівники закритого типу – тени. Більш високих температур в печах досягають шляхом використання провідників з молібдену: ніобію (до 2200 ºС), танталу та вольфраму (до 2800 ºС).

Неметалеві нагрівники можуть бути карборундові, дисиліцидмолібденові, а також графітні. Карборундові

вуглецю і від лінії ліквідус до вертикальної лінії, яка відповідає 6,67% вуглецю у сплавах з вмістом вуглецю від 4,3% до 6,67%.

Окремо розгляду потребує ліва верхня частина діаграми (рис. 9.4).

Рис. 9.4

Цю частину називають областю перитектичного перетворення. Перитектичне перетворення характерне тим, що із первинного фериту і рідини утворюється аустеніт. Перитектичне перетворення відбувається по лінії НІВ, тобто починаючи з 0,1 % С і закінчуючи 0,5 % С.

Кристалізація сплаву К₁ починається в точці 1 з утворенням первинного фериту. В точці 2 розплав перетворюється у ферит. Від точки З до 4 ферит перетворюється у аустеніт.

Сплав із вмістом вуглецю 0,16 кристалізується по перитектичній схемі. У точці 5 починає утворюватись ферит. У точці 1 при 1499 °С з фериту і рідини утворюється аустеніт.

Характерною є ліва нижня частина діаграми (рис.9.5 ).Сплав концентрації К₂, який має вуглецю менш ніж 0,01 %, при температурі близько 1000 °С має структуру аустеніту. В інтервалі температур від точки 1 до 2 аустеніт перетворюється у ферит. Нижче точки 2 буде чистий ферит.

142

131

Рис. 9.5

При кристалізації сплаву К₂ від точки 3 до 4 відбувається перетворення А Ф. В точці 5 починається виділення надлишкового вуглецю з Ф і утворення Ц (третинного).

Треба зауважити, що система залізо-цементит нестійка, поскільки при певних умовах цементит розпадається на аустеніт і вільний вуглець у вигляді графіту. При дуже повільно­му охолодженні із розплаву, в процесі його кристалізації, вуг­лець виділяється у вигляді графіту. Систему залізо-цементит називають метастабільною, а залізо-графіт - стабільною.

Процес кристалізації графіту в сплавах заліза з вуглецем називають графітизацією. Вона може відбуватись і у твердо­му стані, поскільки цементит при високих температурах не­стійкий.

Тому можна вести мову про діаграму залізо-графіт. Поскільки лінії діаграм залізо-цементит і залізо-графіт розташовуються в близьких інтервалах температур, то діаграму залізо-графіт зображають на діаграмі залізо-цементит пунктирними лініями. Вони проходять дещо вище ліній діаграми залізо-цементит. Найбільшого відхилення зазнає лінія СД.

132

141

Крім повного і неповного можуть бути різні особливі види гартування:

1. Гартування через шар масла у воді. Воно дає значне зниження поверхневої твердості виробу. Застосовується для виробів з легованих сталей. Знижується імовірність утворення тріщин на поверхні виробу.

2. Спосіб гартування у двох середовищах почергово. Спочатку охолоджують у воді, а потім у маслі. В результаті такого гартування утворюється тверда поверхня виробу і більш м’яка середина без значних внутрішніх напруг. Такий спосіб часто використовують для гартування ріжучих інструментів.

3. Для зменшення внутрішніх напруг використовують ступеневе й ізотермічне гартування. При цьому виріб нагрівають вище точки А₃ , швидко охолоджують в термостаті, розплавленому свинці, в розчинах солей або гарячому маслі до температурі, при якій аустеніт тривалий час стійкій. Потім переводять його в мартенсит швидким охолодженням.

4. Поверхневе гартування, при якому гартується тільки поверхня виробу. Особливість цього гартування полягає у виборі методу швидкого нагрівання тільки поверхні виробу. Поверхневий нагрів може здійснюватись струмами високої частоти, газовими горілками та в солевих і свинцевих ваннах.

5. Гартування з самовідпуском – гартування поєднується з відпуском. При цьому нагрітий виріб виймають з охолоджувача при температурі 200-280 °С і залишають повільно охолоджуватись на повітрі.