ЦЕМЕНТАЦИЯ СТАЛЕЙ В ШАХТНЫХ ЦЕМЕНТАЦИОННЫХ ПЕЧАХ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Шахтные печи для цементации и других видов химико-термической обработки (ХТО) сталей часто используются в серийном производстве стальных изделий. Для массового производства чаще применяют безмуфельные печи методического действия.

Цементация в шахтных печах сопротивления с газообразным или жидким карбюризатором (веществом-донором атомов углерода) происходит в 1,5 раза быстрее, чем при использовании твердого карбюризатора.

печь СШЦМ

Шахтные цементационные печи относятся к установкам периодического действия, поэтому не подходят для массового производства, но оптимальны для серийного. Они комплектуются ретортами для загрузки партий деталей и прочим оборудованием для подачи газовой смеси или жидкости в рабочий объем.

СШЦМ относятся к печам с вертикальной загрузкой и могут использоваться для ХТО и последующей термической обработки деталей.

Конструктивные особенности печей СШЦМ

Конструкция конкретной цемементационной печи напрямую зависит от поставленных перед ней задач, доступного пространства в производственном помещении. Но любая подобная установка имеет основные конструктивные элементы:

печь цементации
  1. Корпус из листового металла.
  2. Футеровка из огнеупоров с нагревательными элементами в виде лент или проволоки из фехрали, нихрома или других сплавов сопротивления, подходящих для применения в среднетемпературных печах.
  3. Реторта из жаропрочного сплава или чугуна (в зависимости от температурного режима установки), установленная в корпус. В реторту загружается подготовленная садка.
  4. Крышка с разъемами для подачи газа печной атмосферы, затвором сброса и другими конструктивными элементами.
  5. Механизм подъема и поворота крышки с электромеханическим приводом.
  6. Пульт управления с тиристорными преобразователями электроэнергии, подаваемой на нагревательные элементы.
  7. Система подготовки печной атмосферы (газовая стойка) с ручным или автоматическим управлением.

Тип и конфигурация каждой детали и узла определяется на стадии проектирования с учетом выполненных предварительных расчетов требуемой производительности и режимов работы.

Цементационные печи сопротивления устанавливаются в технологические углубления в производственных помещениях или непосредственно на пол.

Основные параметры каждой печи указываются в ее маркировке. В частности, в числовой составляющей указаны высота с диаметром рабочей области и номинальная температура. Несмотря на особенности конструкции, принцип работы всех шахтных цементационных печей схож.

Принцип работы печей СШЦМ

Детали перед загрузкой в печь подготавливаются соответствующим образом: поверхность очищается от загрязнений, а участки, которые не требуют цементации, защищаются специальной обмазкой. Затем подготовленные детали собираются в садку.

Готовая садка загружается в разогретую до рабочей температуры печь. Время выхода на рабочую температуру и время ее выдержки задается на пульте управления. В рабочий объем подается газообразный карбюризатор (метан, пропан и другие газы в смеси, эндогаз).

Если крышка печи оснащена капельным устройством, то могут применяться жидкие карбюризаторы, которые также дозировано подаются в рабочее пространство, где жидкость переходит в состояние газа. 1 кубический сантиметр жидкого карбюризатора в среднем содержит 23 капли.

шахтная цементационная печь

Садка выдерживается при заданной температуре и атмосфере в течение времени, необходимого для формирования цементированного слоя требуемой толщины.

Расход карбюризатора в цементационных печах

Параметр печи Расход жидких карбюризаторов (керосина, пиробензола, синтина) в каплях в минуту Расход природного газа в м3
Объем рабочего пространства, м3 Производительность в кг/ч при глубине цементации в 1 мм При нагреве При выдержке При нагреве При выдержке
0,04 100 25—35 60—70
0,08 150 35—45 60—90 0,3—0,5 0,9—1,2
0,14 220 35—45 70—90 0,3—0,5 0,9—1,2
0,25 400 50—75 120—150 0,4—0,6 1,2—1,6
0,35 600 50—75 120—150 0,4—0,6 1,2—1,6
0,85 1500 60—80 150—170 0,4—0,6 1,2—1,8
0,03 50 25—35 40—60
0,10 150 35—45 60—90 0,3—0,5 0,9—1,2
0,14 220 35—45 70—90 0,3—0,5 0,9—1,2
0,34 660 50—75 120—150 0,4—0,6 1,2—1,6

Излишки газа сбрасываются через затвор сброса и сгорают в атмосфере рабочего помещения.

После цементации в шахтной печи сопротивления детали могут проходить последующую термическую обработку в требуемом режиме. Распространено применение следующих режимов обработки деталей после цементации:

  1. Подстуживание — закалка — низкий отпуск (сниженное коробление).
  2. Охлаждение — закалка — низкий отпуск (отсутствует образование карбидной сетки).
  3. Охлаждение — высокий отпуск — закалка — низкий отпуск (увеличенная твердость низколегированных сталей).
  4. Подстуживание — закалка — обработка отрицательной температурой — низкий отпуск (резкое повышение поверхностной твердости при остаточном растворе углерода в поверхностном слое).
  5. Охлаждение — закалка — обработка отрицательной температурой — низкий отпуск (резкое повышение поверхностной твердости при остаточном растворе углерода в поверхностном слое).
  6. Охлаждение — нормализация — закалка — низкий отпуск.

После обработки детали проходят все требуемые этапы контроля качества, и готовы к эксплуатации.

Достоинства шахтных цементационных печей

Цементация в газообразном карбюризатор происходит быстрее, чем в твердом, но медленнее, чем в соляных ваннах. Цементация в тлеющем разряде сопоставима с газовой, но распространена гораздо менее.

Цементация сталей в твердом карбюризаторе технологически проще, поэтому до сих пор широко применяется в кустарном производстве. Для серийного и массового производства технология не подходит.

Сложно процесса газовой цементации и более высокие требования к квалификации персонала уравновешиваются достоинствами технологии:

  1. Более низкая стоимость, чем у цементации в расплавах солей.
  2. При более высокой квалификации, количество персонала, необходимого для работы печи, ниже.
  3. Возможность последующей температурной обработки изделий.
  4. Более точное регулирование процесса и концентрации углерода в печной атмосфере.
  5. Высокая степень автоматизации процесса в целом.

Таким образом, шахтные печи сопротивления для цементации — установки, которые обеспечивают химико-термическую обработку стальных деталей с оптимальной для серийного производства эффективностью.