установка для термической и химико-термической обработки

Формула изобретения

Установка для термической и химико-термической обработки, содержащая корпус с герметичной крышкой и расположенные в его верхней части муфель и держатель изделия, а в нижней части емкость для технологического материала и источник подачи газа, отличающаяся тем, что емкость для технологического материала выполнена с возможностью перемещения внутрь муфеля, имеет теплообменник с циркулирующим теплоносителем и внешним терморегулятором, при этом между верхней и нижней частями корпуса установлены теплоизолирующие заслонки, имеющие возможность перемещения в одной плоскости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к установкам для термической и химико-термической обработки сталей и сплавов в кипящем слое и может быть использована в машиностроении.

Известна вакуумная установка, содержащая нагревательную камеру, подвижный закалочный бак, соединенный с камерой патрубком, проходящим через вакуумное уплотнение нагревательной установки по а.с. СССР N 228705, МКИ3 F 27 В 5/04, C 21 D 9/00, 1968. Установка позволяет производить закалку изделий без разгерметизации нагревательной камеры. Недостатками этой установки являются: большое число подготовительных и загрузочных операций, снижающих ее производительность; узкий круг технологических возможностей по химико-термической и термической обработке изделий.

Известна вакуумная установка, содержащая рабочую камеру, футеровку, нагревательные элементы, муфель с размещенным в нем змеевиком, охватывающим садку с деталями, по которому проходит охлаждающая жидкость (см. а.с. СССР N 372285, МКИ3 C 21 D 9/00, F 27 В 5/04, 1973). Установка обладает высокой производительностью, однако постоянное воздействие высоких температур на змеевик значительно снижает ее надежность. К недостаткам следует также отнести ограниченные технологические возможности установки, не позволяющие использовать ее для закалки в жидких средах или кипящем слое.

Известно устройство для газовой низкотемпературной химико-термической обработки деталей (а.с. СССР N 553307, МКИ4 С 21 D 9/00, 1973), содержащее муфель с охлаждающим змеевиком, бак с охлаждающей жидкостью, размещенный выше муфеля на одном конце U-образного трубопровода, снабженного запорным элементом и присоединенного другим концом к муфелю. Устройство не позволяет производить термическую и химико-термическую обработку в кипящем слое, что сужает его технологические возможности, а постоянное воздействие высоких температур на змеевик снижает надежность устройства в целом.

Наиболее близкой к предложенной является установка для отжига с целью очистки и упрочнения деталей по заявке Франции N 2312566, МКИ С 21 D 9/00, 1977. Установка содержит печь и закалочную камеру, расположенную под печью. Причем камера заполнена мелкодисперсными частицами, имеющими возможность выполнять роль термоизоляции рабочей зоны в спокойном состоянии. Садка с деталями при создании псевдоожиженного слоя частиц имеет возможность опускаться в закалочную камеру и ускоренно охлаждаться.

Основными недостатками этой установки являются: ограниченные технологические возможности по закалке, т.к. скорость охлаждения садки с деталями определяется охлаждающей способностью псевдоожиженного слоя; зависимость скорости охлаждения от режима нагрева под закалку, т.к. мелкодисперсные частицы в закалочной камере во время нагрева деталей также нагреваются; невозможность проведения химико-термической обработки в осажденном слое мелкодисперсных частиц.

Задачей изобретения является создание высокопроизводительной и надежной установки с широким спектром технологических возможностей термической и химико-термической обработки изделий из сталей и сплавов.

Эта задача решается тем, что предложенная установка для термической и химико-термической обработки изделий содержит корпус с герметичной крышкой и расположенные в его верхней части муфель и держатель изделия, а в нижней части емкость для технологического материала и источник подачи газа. Емкость для технологического материала выполнена с возможностью перемещения внутрь муфеля снабжена теплообменником с циркулирующим материалом и внешним терморегулятором. Между верхней и нижней частями корпуса размещены теплозащитные заслонки, перемещающиеся в одной плоскости.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид установки в разрезе, на фиг. 2 то же, разрез А-А с расположением теплообменника в нижней части рабочей камеры, на фиг. 3 разрез Б-Б фиг 2 с расположением теплообменника в верхней части рабочей камеры.

Установка, а именно печь для термической и химико-термической обработки изделий из сталей и сплавов содержит рабочую камеру, состоящую из верхней 1 и нижней 2 частей. В верхней части 1 установлены муфель 3 с нагревателем 4 и герметичная крышка 5 с держателем 6 изделий 7. В нижней части 2 рабочей камеры расположена емкость 8 для технологического материала, теплоносителя 9. В теплоноситель 9 погружен теплообменник 10, выполненный в виде змеевика, диаметр внутренней поверхности которого таков, что в нем может разместиться держатель 6 с изделиями 7. Емкость 8 снабжена механизмом ее вертикального перемещения из нижней части 2 в верхнюю часть 1 рабочей камеры внутрь муфеля 3. Этот механизм включает двигатель 11, конические шестерни 12 и 13 и винтовую передачу (винт 14 и гайка 15), связанную с емкостью 8. На выходных концах 16 и 17 теплообменника 10 установлены гибкие шланги 18 и 19, соединенные через терморегулятор 20 с циркуляционным насосом 21.

Между верхней 1 и нижней частью 2 рабочей камеры установлены теплозащитные заслонки 22 и 23 с пневмоприводами их горизонтального перемещения 24 и 25. Каждый из приводов 24 и 25 состоит из соединенного с источником энергии корпуса 26, в котором находится шток 27, связанный соответственно с заслонками 22 и 23.

На дне емкости 8 расположена газораспределительная решетка 28, к которой подведен трубопровод 29, подключенный к источнику подачи рабочего газа. Для проведения техпроцессов в печи без кипящего слоя в нижней части ее предусмотрена магистраль 30 подвода рабочего газа.

В предлагаемой печи можно выполнять следующие операции термической и химико-термической обработки сталей и сплавов:

нагрев под закалку и закалку деталей в защитной атмосфере в кипящем слое;

нагрев под закалку в защитной атмосфере и закалку деталей с использованием охлаждающей жидкости;

отжиг, нормализацию и отпуск деталей в защитной атмосфере;

химико-термическую обработку в насыщающей атмосфере как с использованием промежуточного теплоносителя, так и без него;

химико-термическую обработку с использованием порошков (например боризатора).

При выполнении операций нагрева под закалку и закалки изделий в защитной атмосфере в кипящем слое печь работает следующим образом. Емкость 8 с промежуточным теплоносителем 9 находится внизу (положение II). На держателе 6 размещают изделия 7, после чего они вместе с крышкой 5 устанавливаются в муфель 3. Крышку герметизируют. Затем вся рабочая камера продувается защитным газом, например азотом. После удаления воздуха включается нагреватель 4 для нагрева деталей под закалку. В течение всего нагрева муфель 3 отделен от емкости 8 с теплоносителем 9 теплозащитными заслонками 22 и 23, не препятствующими однако прохождению защитного газа. По окончании нагрева проводят быстрое охлаждение изделий (закалку). Для этого емкость 8 с холодным теплоносителем 9 перемещается из положения II в положение I. Непосредственно перед началом перемещения теплозащитные заслонки 22 и 23 при помощи пневмоприводов 24 и 25 раздвигаются в стороны. С момента начала перемещения нагреватель 4 выключается, а через газораспределительную решетку 28 в емкость 8 для создания кипящего слоя подается защитный газ. Перемещение емкости 8 вверх осуществляется за счет преобразования вращения вала двигателя 11 посредством конических зубчатых шестерен и винтовой передачи 14,15 в вертикальное поступательное движение.

В процессе перемещения емкости 8 в кипящий слой теплоносителя 9 погружаются изделия 7 вместе с держателем 6 и в нем охлаждаются. Чем больше перепад температур между изделиями в муфеле 3 и кипящим слоем теплоносителя 9, тем выше скорость охлаждения. В зависимости от конструкции и материала изделий 7 скорость охлаждения может регулироваться. Регулировка осуществляется теплообменником 10, температура которого определяется температурой прокачиваемой по нему насосом 21 рабочей жидкости, проходящей также через терморегулятор 20 и гибкие шланги 19,18. После охлаждения изделия 7 емкость 8 опускается в положение II, теплозащитные заслонки 22, 23 сдвигаются, крышка 5 разгерметизируется и вместе с держателем 6 и изделиями 7 извлекается из муфеля 3. Обработка закончена.

Возможна также комбинированная обработка, когда при нагреве под закалку в рабочую камеру подается насыщающий газ, например аммиак, т.е. одновременно с нагревом происходит химико-термическая обработка изделия. По окончании подачи насыщающего раза в рабочую камеру необходимо продуть ее нейтральным газом.

Температура рабочей жидкости, циркулирующей при помощи насоса 21 в теплообменнике 10, задается терморегулятором 20, который имеет возможность менять температуру жидкости в большом диапазоне, например от минус 50^oС до 200^oС. Нагрев под закалку и закалка деталей с использованием охлаждающей жидкости проводится аналогично за исключением того, что в емкости 8 находится не промежуточный теплоноситель, а закалочная жидкость. При этом магистраль 30 заглушена.

При выполнении операций по нормализации, отжигу и отпуску изделий в защитной атмосфере последовательность приемов и срабатывания механизмов печи аналогична операциям закалки. Отличие состоит лишь в температурном режиме обработки изделий 7 в муфеле 3. Возможны варианты, когда изделия 7 охлаждаются вместе с муфелем 3 в защитной атмосфере, причем емкость 8 находится в положении 2 в течение всего техпроцесса или поднимается в положение 1 лишь непосредственно перед окончанием процесса. Возможно также сочетание операций по закалке и отпуску изделий в течение одного процесса. В этом случае сразу после закалки (емкость опускается вниз) опять выключается нагреватель 4 в муфеле 3 и изделия 7 подвергаются термической обработке в режиме отпуска.

При нанесении покрытий с использованием газовой насыщающей среды (например аммиака) печь работает следующим образом. Емкость 8 находится в положении II. Изделия 7 устанавливаются в держатель 6 и помещаются в муфель 3. Крышка 5 герметизируется. Рабочая камера продувается защитным газом. Затем включается нагреватель 4, муфель выходит на заданный температурный режим, подается рабочий газ и происходит насыщение поверхности деталей. По окончании насыщения изделия 7 охлаждают или вместе с муфелем 3 (емкость 8 остается внизу), или в среде промежуточного теплоносителя 9 (при этом емкость 8 с кипящим теплоносителем 9 переводится в положение 1). Теплозащитные заслонки 22,23 перед подъемом емкости 8 раздвигаются. Скорость охлаждения может регулироваться.

При нанесении покрытий с использованием насыщающей атмосферы и промежуточного теплоносителя (обработка в кипящем слое) печь работает следующим образом.

Емкость 8 с теплоносителем 9 находится в положении 1. Крышка 5 с держателем 6 предварительно снимается и загружается изделиями 7. Выключается нагреватель 4 для предварительного прогрева муфеля 3 и емкости 8 с теплоносителем 9 до заданной температуры. Затем крышка 5 с держателем 6 и изделиями 7 устанавливается в прогретую емкость 8 с теплоносителем 9. В момент установки крышки 5 для создания кипящего слоя через газораспределительную решетку 28 в емкость 8 подается защитный газ. Затем крышку 5 герметизируют и муфель 3 выводят на заданный температурный режим. После герметизации крышки 5 подача защитного газа прекращается, а в качестве средства для поддержания кипящего слоя и нанесения покрытия на изделия 7 подается рабочий (насыщающий) газ. По окончании насыщения рабочая камера продувается защитным газом (например азотом), нагреватель 4 отключают, а детали охлаждают. В зависимости от требуемого режима охлаждение можно проводить двумя способами. Во-первых, охлаждать изделия 7 можно вместе с муфелем 3 в емкости 8 с теплоносителем 9 с использованием кипящего слоя (за счет подачи инертного газа) и дополнительного охлаждения с помощью теплообменника 10. Во-вторых, емкость 8 можно опустить в положение II, а детали охлаждать вместе с муфелем 3 в среде рабочего или инертного газа. По окончании охлаждения крышка 5 разгерметизируется и снимается вместе с деталями 7. Заслонки 22,23 раздвинуты. Процесс обработки закончен.

При проведении химико-термической обработки изделий в порошке печь работает следующим образом.

Емкость 8 переводится в положение 1 и засыпается рабочим порошком (взамен промежуточного теплоносителя). Изделия 7 укрепляются в держатель 6, закрепленный на предварительно снятой крышке 5. В емкость 8 для создания кипящего слоя подается воздух, а затем в муфель 3 устанавливается держатель 6 с изделиями 7. Затем включают нагреватель 4 и подают в емкость 8 защитный газ, который вытесняет остатки воздуха и создает кипящий слой. После достижения заданной температуры обработки подача газа прекращается и детали выдерживают требуемое время в слое порошка. По окончании химико-термической обработки нагреватель выключают, а в емкость 8 через решетку 28 подают инертный газ, опуская при этом емкость 8 вниз и освобождая изделия 7 от рабочего порошка. Изделия 7 охлаждают вместе с муфелем 3 до заданной температурю в среде инертного газа. Затем крышку 5 разгерметизируют и вместе с изделиями 7 извлекают из муфеля 3. Процесс завершен.

При проведении повторного процесса рабочий порошок можно размягчать предварительным прогревом в муфеле печи.