Закалочная ванна своими руками

Закалочная ванна

Изобретение относится к термообработке изделий и предназначено для использования в машиностроении. Цель изобретения повышение качества закалки и упрощение обслуживания ванны. Ванна содержит питающий коллектор с игольчатым запорным клапаном, установленным над ванной и связанным жестким приводом с поплавком. Нижний заглушенный конец коллектора помещен на две ванны и имеет перфорированные отверстия. В дне установлен сливной коллектор с запорной конусной пробкой, снабженной сверху терморегулирующим элементом в виде трехлепестковой пластины из сплава с эффектом памяти формы, а снизу на торце стержнем с направляющим стабилизатором. 4 ил.

Изобретение относится к термообработке изделий и предназначено для использования в машиностроении. Цель изобретения повышение качества закалки путем стабилизации температуры закалочной среды и упрощение обслуживания ванны путем обеспечения автоматического поддержания заданных уровня и температуры закалочной среды. На фиг.1 изображена закалочная ванна, общий вид; на фиг.2 узел I на фиг. 1; на фиг.3 вид А на фиг.2; на фиг.4 вид Б на фиг.2. Закалочная ванна 1, наполненная закалочной жидкостью (водой) до необходимого уровня 2, содержит питающий коллектор 3 с вентилем. В верхней части патрубок коллектора снабжен игольчатым клапаном 4 с регулируемым жестким приводом 5, связанным с поплавком 6. Конец коллектора размещен у дна ванны по ее длине, на конце имеет заглушку 7 и на своей поверхности перфорированные отверстия 8 с уменьшающимся шагом к заглушке (для распределения давления жидкости по его длине). У дна ванны тоже смонтирован барботажный воздушный коллектор 9 с отверстиями по его длине и вентилем 10. Сверху ванна снабжена переливным коллектором 11. На дне ванны имеется сливной коллектор 12 с конусным гнездом 13, в котором установлена запорная сливная конусная пробка 14, снабженная в верхней части жестко закрепленным терморегулирующим элементом 15, выполненным из сплава, обладающего эффектом памяти формы при достижении критической температуры (например, 40 о С) мартенситного его превращения (никелид титана), и имеющим пластинчатую форму с тремя исходящими лепестками равной длины, расположенными под углами 120 о между собой, им задана форма изгиба (при мартенситном превращении, т.е. 40 о С) от верхнего диаметра пробки вниз к конусу ее на 75 90 о , причем длина изгибаемых частей не менее высоты пробки и температура мартенситного превращения равна предельной температуре нагрева жидкости в ванне, например 40 о С. Нижняя часть конусной пробки 14 снабжена закрепленным на ней круглым стержнем 16 с направляющим пластинчатым стабилизатором 17 из трех пластин для прохода в патрубке коллектора 12. Для аварийного слива всей жидкости из ванны пробка сверху в центре снабжена гибким тяговым органом (на чертежах не показан), выходящим за борт ванны. Закалку изделия 18 производят в корзине 19. Закалочная ванна работает следующим образом. При открытии вентиля (не чертежах не обозначен) на питающем коллекторе 3 жидкость (вода) через игольчатый клапан 4 наполняет снизу ванну и при достижении необходимого уровня, установленного поплавком 6 с регулируемым приводом 5, клапан 4 перекрывает коллектор 3. При этом пробка 14 с направляющим стабилизатором 17 находится в сливном коллекторе 12 и перекрывает его. Далее открывают вентиль 10 воздушного барботажного коллектора 9 и изделие 18 в корзине 19 опускают в ванну 1. После поднятия корзины 19 с изделием 18 уровень в ванне становится меньше ранее установленного за счет уноса части жидкости с изделием и корзиной, поплавок опускается ниже и открывает клапан 4 для долива жидкости, а после долива уровня клапан 4 перекрывает коллектор 3. В случае нагрева нижних слоев жидкости выше установленной по технологии температуры, например 40 о С, равной установленной терморегулирующим элементом 15 из сплава с эффектом памяти формы на пробке 14, концы элемента изгибаются вниз на 75 90 о , упираются в дно ванны и поднимают пробку 14 со стабилизатором 17 для слива жидкости и частично грязной жидкости. При понижении уровня 2 за счет слива поплавок отверстия 8, понижая в ней температуру. При достижении температуры ниже 40 о С пластина элемент 15 выправляется и пробка под давлением жидкости и стержня с направляющим стабилизатором 17 опускается и перекрывает сливной коллектор 12, при этом клапан 4 с поплавком пополняет уровень. Жидкость через переливной коллектор 11 сливается только в аварийных случаях или временно по требованиям технологии. При достижении необходимого уровня процессы обработки продолжаются. Применение предлагаемой ванны позволяет упростить ее конструкцию и повысить надежность питающих и сливных устройств, работающих автоматически без энергозатрат, а также экономить технологический раствор (жидкость) и повысить качество обработки за счет контроля температуры технологического раствора (закалочной среды).

ЗАКАЛОЧНАЯ ВАННА, содержащая корпус, подающий и сливной патрубки, причем сливной патрубок расположен в дне корпуса и имеет конусную пробку с приводом ее перемещения, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества закалки путем стабилизации температуры закалочной среды и упрощения обслуживания путем обеспечения автоматического поддержания заданных уровня и температуры закалочной среды, ванна снабжена поплавком и связанным с ним клапаном, установленным на подающем патрубке, конусная пробка оснащена направляющим стабилизатором, размещенным в сливном патрубке, а привод перемещения пробки выполнен в виде трехлепестковой пластины из сплава, обладающего эффектом памяти формы, закрепленной сверху на пробке с возможностью взаимодействия лепестков с дном корпуса.

Источник

Технология закалки и отпуска стали

Термическая обработка сталей – одна из самых важных операций в машиностроении, от правильного проведения которой зависит качество выпускаемой продукции. Закалка и отпуск сталей являются одними из разнообразных видов термообработки металлов.

Тепловое воздействие на металл меняет его свойства и структуру. Это позволяет повысить механические свойства материала, долговечность и надежность изделий, а также уменьшить размеры и массу механизмов и машин. Кроме того, благодаря термообработке, для изготовления различных деталей можно применять более дешевые сплавы.

Термообработка стали заключается в тепловом воздействии на металл по определенным режимам ля изменения его структуры и свойств.

К операциям термообработки относятся:

• отжиг;
• нормализация;
• старение;
• закалка стали и отпуск стали (и пр.).

Термообработка стали: закалка отпуск – зависит от следующих факторов:

• температуры нагрева;
• времени (скорости) нагрева;
• продолжительности выдержки при заданной температуре;
• скорости охлаждения.

Закалка

Закалка стали – это процесс термообработки, суть которого заключается в нагреве стали до температуры выше критической с последующим быстрым охлаждением. В результате этой операции повышаются твердость и прочность стали, а пластичность снижается.

При нагреве и охлаждении сталей происходит перестройка атомной решетки. Критические значения температур у разных марок сталей неодинаковы: они зависят от содержания углерода и легирующих примесей, а также от скорости нагрева и охлаждения.

После закалки сталь становится хрупкой и твердой. Поверхностный слой изделий при нагреве в термических печах покрывается окалиной и обезуглероживается тем более, чем выше температура нагрева и время выдержки в печи. Если детали имеют малый припуск для дальнейшей обработки, то брак этот является неисправимым. Режимы закалки закалки стали зависят от ее состава и технических требований к изделию.

Охлаждать детали при закалке следует быстро, чтобы аустенит не успел превратиться в структуры промежуточные (сорбит или троостит). Необходимая скорость охлаждения обеспечивается посредством выбора охлаждающей среды. При этом чрезмерно быстрое охлаждение приводит к появлению трещин или короблению изделия. Чтобы этого избежать, в интервале температур от 300 до 200 градусов скорость охлаждения надо замедлять, применяя для этого комбинированные методы закалки. Большое значение для уменьшения коробления изделия имеет способ погружения детали в охлаждающую среду.

Нагрев металла

Все способы закалки стали состоят из:

• нагрева стали;
• последующей выдержки для достижения сквозного прогрева изделия и завершения структурных превращений;
• охлаждения с определенной скоростью.

Изделия из углеродистой стали нагревают в камерных печах. Предварительный подогрев в этом случае не требуется, так как эти марки сталей не подвергаются растрескиванию или короблению.

Сложные изделия (например, инструмент, имеющий выступающие тонкие грани или резкие переходы) предварительно подогревают:

• в соляных ваннах путем двух-или трехкратного погружения на 2 – 4 секунды;
• в отдельных печах до температуры 400 – 500 градусов по Цельсию.

Нагрев всех частей изделия должен протекать равномерно. Если это невозможно обеспечить за один прием (крупные поковки), то делаются две выдержки для сквозного прогрева.

Если в печь помещается только одна деталь, то время нагрева сокращается. Так, например, одна дисковая фреза толщиной 24 мм нагревается в течение 13 минут, а десять таких изделий – в течение 18 минут.

Защита изделия от окалины и обезуглероживания

Для изделий, поверхности которых после термообработки не шлифуются, выгорание углерода и образование окалины недопустимо. Защищают поверхности от подобного брака применением защитных газов, подаваемых в полость электропечи. Разумеется, такой прием возможен только в специальных герметизированных печах. Источником подаваемого в зону нагрева газа служат генераторы защитного газа. Они могут работать на метане, аммиаке и других углеводородных газах.

Если защитная атмосфера отсутствует, то изделия перед нагревом упаковывают в тару и засыпают отработанным карбюризатором, чугунной стружкой (термисту следует знать, что древесный уголь не защищает инструментальные стали от обезуглероживания). Чтобы в тару не попадал воздух, ее обмазывают глиной.

Соляные ванны при нагреве не дают металлу окисляться, но от обезуглероживания не защищают. Поэтому на производстве их раскисляют не менее двух раз в смену бурой, кровяной солью или борной кислотой. Соляные ванны, работающие на температурах 760 – 1000 градусов Цельсия, весьма эффективно раскисляются древесным углем. Для этого стакан, имеющий множество отверстий по всей поверхности, наполняют просушенным углем древесным, закрывают крышкой (чтобы уголь не всплыл) и после подогрева опускают на дно соляной ванны. Сначала появляется значительное количество языков пламени, затем оно уменьшается. Если в течение смены таким способом трижды раскислять ванну, то нагреваемые изделия будут полностью защищены от обезуглероживания.

Степень раскисления соляных ванн проверяется очень просто: обычное лезвие, нагретое в ванне в течение 5 – 7 минут в качественно раскисленной ванне и закаленное в воде, будет ломаться, а не гнуться.

Охлаждающие жидкости

Основной охлаждающей жидкостью для стали является вода. Если в воду добавить небольшое количество солей или мыла, то скорость охлаждения изменится. Поэтому ни в коем случае нельзя использовать закалочный бак для посторонних целей (например, для мытья рук). Для достижения одинаковой твердости на закаленной поверхности необходимо поддерживать температуру охлаждающей жидкости 20 – 30 градусов. Не следует часто менять воду в баке. Совершенно недопустимо охлаждать изделие в проточной воде.

Недостатком водяной закалки является образование трещин и коробления. Поэтому таким методом закаливают изделия только несложной формы или цементированные.

• При закалке изделий сложной конфигурации из конструкционной стали применяется пятидесятипроцентный раствор соды каустической (холодный или подогретый до 50 – 60 градусов). Детали, нагретые в соляной ванне и закаленные в этом растворе, получаются светлыми. Нельзя допускать, чтобы температура раствора превышала 60 градусов.

Режимы

Пары, образующиеся при закалке в растворе каустика, вредны для человека, поэтому закалочную ванну обязательно оборудуют вытяжной вентиляцией.

Следует остерегаться попадания воды в масляную ванну, так как это может привести к растрескиванию изделия. Что интересно: в масле, разогретом до температуры выше 100 градусов, попадание воды не приводит к появлению трещин в металле.

Недостатком масляной ванны является:

1. выделение вредных газов при закалке;
2. образование налета на изделии;
3. склонность масла к воспламеняемости;
4. постепенное ухудшение закаливающей способности.

• Стали с устойчивым аустенитом (например, Х12М) можно охлаждать воздухом, который подают компрессором или вентилятором. При этом важно не допускать попадания в воздухопровод воды: это может привести к образованию трещин на изделии.
• Ступенчатая закалка выполняется в горячем масле, расплавленных щелочах, солях легкоплавких.
• Прерывистая закалка сталей в двух охлаждающих средах применяется для обработки сложных деталей, изготовленных из углеродистых сталей. Сначала их охлаждают в воде до температуры 250 – 200 градусов, а затем в масле. Изделие выдерживается в воде не более 1 – 2 секунд на каждые 5 – 6 мм толщины. Если время выдержки в воде увеличить, то на изделии неизбежно появятся трещины. Перенос детали из воды в масло следует выполнять очень быстро.

Вам нужно быстро и качественно нарезать металл? Воспользуйтесь плазменной резкой! Как правильно ее выполнять, читайте в этой статье.

Если вас интересует, как сделать токарную обработку металлических изделий, читайте статью по https://elsvarkin.ru/obrabotka-metalla/tokarnaya-obrabotka-metalla-obshhie-svedeniya/ ссылке.

Процесс отпуска

Отпуску подвергаются все закаленные детали. Это делается для снятия внутренних напряжений. В результате отпуска несколько снижается твердость и повышается пластичность стали.

В зависимости от требуемой температуры отпуск производится :

• в масляных ваннах;
• в селитровых ваннах;
• в печах с принудительной воздушной циркуляцией;
• в ваннах с расплавленной щелочью.

Температура отпуска зависит от марки стали и требуемой твердости изделия, например, инструмент, для которого необходима твердость HRC 59 – 60, следует отпускать при температуре 150 – 200 градусов. В этом случае внутренние напряжения уменьшаются, а твердость снижается незначительно.

Быстрорежущая сталь отпускается при температуре 540 – 580 градусов. Такой отпуск называют вторичным отвердением, так как в результате твердость изделия повышается.

Изделия можно отпускать на цвет побежалости, нагревая их на электроплитах, в печах, даже в горячем песке. Окисная пленка, которая появляется в результате нагрева, приобретает различные цвета побежалости, зависящие от температуры. Прежде чем приступать к отпуску на один из цветов побежалости, надо очистить поверхность изделия от окалины, нагара масла и т. д.

Обычно после отпуска металл охлаждают на воздухе. Но хромоникелевые стали следует охлаждать в воде или масле, так как медленное охлаждение этих марок приводит к отпускной хрупкости.

Источник