ВОЗМОЖНОСТИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ В ПЕЧАХ С ЗАЩИТНОЙ АТМОСФЕРОЙ

This article is devoted to the issues of increasing the mechanization of disassembly and assembly work on the removal and installation of box leashes of passenger trolleys. It is noted in the work that the standard devices for dismantling and installing axle leashes have a significant reserve of improvement, in terms of increasing the productivity and quality of the operations performed. It is proposed to use hydraulic release to remove and install the axle leashes. The design and operation of the release are considered, recommendations for its effective use are given.

Key words: box leashes; dismantling-installation of box leashes; hydraulic release; profile tips; pumping station.

Klyukanov Alexey Vasilyevich, candidate of engineering sciences, dоcent, kav. samara@mail. ru, Russia, Samara State Transport University

УДК 621.78

DOI: 10.24412/2071-6168-2023-2-530-534

ВОЗМОЖНОСТИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ В ПЕЧАХ С ЗАЩИТНОЙ АТМОСФЕРОЙ

С.В. Свирелкин, А.В. Гингин, И.В. Гавричев, С.А. Войнаш, В.А. Соколова, Р.Р. Загидуллин

Теория термической обработки рассматривает и объясняет изменения строения и свойств металлов и сплавов при тепловом воздействии, которое может сочетаться с химическим, деформационным, магнитным, ультразвуковым, акустическим и другими видами. Изменения технологий термической обработки происходят в следующих направлениях: - значительное сокращение доли технологий, проводимых в воздушной атмосфере, и быстрый рост доли технологий с применением регулируемых атмосфер и в вакууме. Направлениями развития объемных термических обработок являются: 1) рост использования вакуума и безгенераторных атмосфер из инертных газов или генераторных, формируемых как среда для защиты поверхности обрабатываемых деталей; 2) рост применения так называемых холодных камер для охлаждения садок в процессе охлаждения и закалки сталей, применение спре-ерного охлаждения, а также получение пересыщенных твердых растворов с охлаждением в инертных газах при давлении до 0,3 МПа. Можно применять холодные камеры с внутренним или внешним перекачиванием газа или системой индивидуального надува на отдельные детали при помощи газовых сопл. Такие камеры могут работать совместно с другими (в том числе с вакуумными); 3) разработка специальных, синергетических методов, сочетающих различные виды термической обработки.

Ключевые слова: термическая обработка, защитная атмосфера, качество поверхности, автоматизация.

Типовая технология изготовления изделий массового производства является комплексной и включает в себя операции механической обработки (резание и штамповка) и термической обработки (отжиг, закалка и т.д.). Основные проблемы, связанные с термообработкой сталей, являются: образование окалины, обезуглероживание поверхностного слоя. Образование окалины вынуждает производителя внедрять в технологический маршрут операции химической обработки - травления, что приводит к значительному увеличению затрат и времени на изготовление изделия и, соответственно, его стоимости. Обезуглероживание поверхностного слоя может привести к потере требуемых механических свойств и твердости материала и, как следствие, браку при функционировании и эксплуатации изделий. Целью работы является научное обоснование технических решений по проектированию и изготовлению печи «Проходная конвейерная печь для термообработки в контролируемой атмосфере», а также оценка современного состояния технологии производства деталей, изготавливаемых с применением операций термической обработки (нормализация, рекристализационный и низкотемпературный отжиг, закалка и отпуск). Термическая обработка (ТО) принадлежит к материалоэкономным технологиям, обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости и безотказности машин и инструмента, а также конструкционной прочности при одновременном снижении их массы. Таким образом, технология термической обработки развивается в направлении обеспечения максимальной жесткости и прочности обрабатываемых деталей с одновременным снижением их массы. На металлургических и машиностроительных заводах ТО является одним из важнейших звеньев производства заготовок и деталей машин, ёе применяют как промежуточную операцию для улучшения технологических свойств (обрабатываемость давлением, резанием др.) и как окончательную операцию для придания металлам и сплавам необходимых эксплуатационных свойств в изделии [1, 2].

Материалы и методы исследования. В работе решались следующие задачи: научно-поисковые работы по анализу области исследований, оценка возможности применения печи в массовом и серийном производстве [1,2].

Термическая обработка является совокупностью технологических операций нагрева, выдержки и охлаждения с определенной скоростью. Общая длительность термической обработки металла складывается из времени нагрева до заданной температуры, времени выдержки при этой температуре и времени охлаждения до комнатной температуры. Режим термической обработки характеризуется максимальной температурой нагрева, скоростью нагрева, временем выдержки и скоростью охлаждения. В результате термической обработки в сплавах происходят изменения фазового состава и дислокационной структуры за счет аллотропических превращений или переменной ограниченной растворимости компонентов. Конкретные параметры ТО зависят от химического состава сплава, размеров детали и назначения вида термообработки.

От скорости охлаждения при проведении термической обработки зависит фазовая и дислокационная структура, приобретаемая сплавом. Она должна быть достаточной для обеспечения протекания необходимых превращений, но не должна вызывать появление напряжений, могущих вызвать коробление и трещины. Собственно, термическая обработка включает отжиг, закалку без полиморфного превращения, закалку с полиморфным превращением, отпуск и старение. Эти виды термической обработки применяются к сталям, цветным металлам и сплавам.

Развитие технологий термической обработки и их эффективности обуславливается, в том числе, и совершенствованием применяемого оборудования с целью: предохранения поверхности стали от обезуглероживания или образования окалины. Для этого применяют инертные газы, вакуум и газы с противоположным действием, например, окислительные, обезулероживающие, восстанавливающие. Состав газовой смеси должен находиться в равновесии с содержанием углерода в стали и зависит от температуры среды. Инертные газы (аргон, гелий), чистый азот и вакуум можно применять для любой стали и в любом диапазоне температур. Возможность применения азота определяется содержанием в нем вредных примесей (паров воды, водорода). В качестве защитной среды используют смеси водорода, азота, оксида углерода, диоксида углерода и углеводорородов (метана, бутана, пропана и светильного газа). Состав газовой смеси должен контролироваться и регулироваться специальными устройствами [3]. К защитным газам относится эндо-газ, его состав: 0-1% С02;18-20% СО; 32-50% Н2; 1-2%СН4; 24-38 N2. Точка росы +20-:-25°С. Целесообразно применять защитную эндо атмосферу для высокотемпературного отжига стальных отливок. При этом обеспечивается не только измельчение зерна, но и отсутствие обезуглероженных и окисленных слоев.

Результаты и их обсуждение. При серийном производстве ТО проводится в проходных печах с защитной эндо атмосферой. К печам такого типа относятся печи модели «Вега» 300/1000 (рис. 1).

Рис. 1. Печь модели «Вега» 300/1000

Отливки и заготовки располагаются в печи на сетчатом конвейере. Скорость нагрева выбирается с учетом обеспечения минимальных затрат времени на нагрев металла, однако при этом не должны возникать термические напряжения, которые при ускоренном нагреве могут вызвать коробление и трещины. Скорость нагрева зависит от теплопроводности сплава, определяемой его химическим составом. Время выдержки должно быть достаточным для сквозного прогрева детали в наибольшем сечении и для полного завершения всех структурно-фазовых превращений. В печи серии Вега временные интервалы, обеспечивающие требуемые условия составляют и определяются скоростью перемещения ленты конвее-ра и температурой в печи. Например, при проведении рекристаллизационного отжига (температура 750-800°С) время нагрева, выдержки и охлаждения составляет 25-5-90 минут соответственно.

Совершенствование методов обработки и измерительных датчиков, влияющих на результаты технологических процессов, главным образом относится к методам измерения углеродного потенциала. Узел регулировки углеродного потенциала на рассматриваемой модели печи Вега позволяет поддерживание его на требуемом уровне за счет автоматического забора пробы газа, замера СО и СО2, обработки сигнала печным компьютером, изменением подачи сигнала в реторты эндогаза. Достижение полной повторяемости результатов при проведении ТО в печи» Вега» становится возможным благодаря применению компьютерной техники, которая позволяет управлять процессами на основе более совершенных

математических моделей при одновременном устранении ошибок, которые могут иметь место при вмешательстве персонала в ход технологического процесса. Современный уровень развития техники позволяет выполнять полную архивацию и обеспечивают практически неограниченный доступ ко всем данным, характеризующим параметры процессов ТО, выполняемой на соответственно оснащенном оборудовании. На установке, в состав которой входит печь «Вега», наряду с использованием традиционных сред охлаждения (вода, масло) предусматривается использование и холодных камер, в том числе с использованием спреерного охлаждения, управляемого компьютером, которое находит все большее применение. Спреерная и струйная закалка позволяют: регулировать скорость охлаждения, уменьшить коробление, получить требуемую твердость при легкой очистке поверхности, безопасность работы, нетоксичность и уменьшение загрязнения окружающей среды.

Расширение области применения газового охлаждения с высоким давлением (высокоскоростные струи азота, гелия) также ограничит применение масел, а также водяных полимерных растворов с одновременным ограничением необходимости мойки деталей. Печи модели «Вега» 300/1000, технологии и оборудование которые соответствует требованиям экологии при реализации ТО, предусматривают ограничение выделение газов за счет использования устройств их дожигания и удаления с помощью вентиляционной системы, а также удаление пыли.

Выводы:

в энергетике - снижение расхода электроэнергии за счет улучшения качества изоляции при снижении ее количества;

в области производительности и качества процессов: уменьшение продолжительности процессов; увеличения срока службы печей; снижение стоимости по сравнению с зарубежными аналогами; получение минимальной (нулевой) деформации и максимальной однородности результатов ТО;

на базе печи «Вега» могут быть построены печи с возможностью проведения отжигов разного назначения, нормализации, закалки (в воде, масле, в водных растворах полимеров и др.); отпуск, старение;

синергетический эффект (дополнительное изменение механических свойств: повышение прочности без снижения пластичности, повышение пластичности перед холодной пластической деформацией и др.) может быть получен за счет применения аэроакустической и аэротермоакустической обработки металлов и сплавов в специальной установке на разных этапах после предшествующих обработок: закалки, закалки и отпуска, закалки и старения или до обработок [4,5];

совершенствование применяемого оборудования проводится как с целью повышения качества поверхности, уменьшения деформации, получения требуемых механических свойств и снижения расхода энергоресурсов [6-9].

Список литературы

1. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, 1986.

479 с.

2. Артрингер И. Инструментальные стали и их термическая обработка. М.: Металлургия, 1982.

312 с.

3. Ерофеев В.К., Воробьева Г.А. Исследования влияния аэротермоакустической обработки на структуру штамповых сталей // Металлообработка, 2011. №1 (61). С. 43-48.

4. Патент № 2544322 Рос. Федерация, МПК C22F 1/16, C22F 3/00. Способ термической обработки изделия из деформируемого сплава ВТ23 / Усков В.Н., Воробьёва Г.А., Засухин О.Н., Титов А.В., Ремшев Е.Ю.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") (RU). №2013142049/02; заявл. 13.09.2013; опубл. 20.03.2015. Бюл. № 8.

5. Погорелко М.П., Погорелко Г.В., Фурсова О.В. Совершенствование нагрева сталей в действующих печах // Промышленная энергетика, 2013. № 1. С. 34-35.

6.Калугина М.С., Ремшев Е.Ю., Данилин Г.А. и др. Комбинированный термоакустический способ модификации структуры титанового сплава // Вестник Московского авиационного института, 2017. Т. 24. №2. С. 185-196.

7.Мармер Э.Н. Высокотемпературные вакуумные технологии и электропечи для термообработки и спекания // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология, 2009. № 1. С. 14-49.

8. Юдин Р.А., Шестаков Н.И., Юдин И.Р., Тувалин Н.А Повышение эффективности получения и применения контролируемых атмосфер в современных условия // Энергосберегающие технологии в промышленности. Печные агрегаты. Экология (Труды VII международной научно-практической конференции). Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», 2014. С. 468477.

9. Улановский А.А., Тимофеев Л.И. Современные системы диагностики для повышения тепловой эффективности печей для термообработки литых изделий // Литейщик России, 2010. № 5. С. 2325.

Свирелкин Сергей Викторович, специалист отдела информационных технологий, Neva12@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, ООО «НЕВА ТАФТ»,

Гингин Андрей Владимирович, заместитель генерального директора по производству, Россия, Санкт-Петербург, ООО «НЕВА ТАФТ»,

Гавричев Иван Владимирович, руководитель отдела технического контроля, Россия, Санкт-Петербург, ООО «НЕВА ТАФТ»,

Войнаш Сергей Александрович, ведущий инженер научно-исследовательской лаборатории, ser-gey_voi@mail.ru, Россия, Казань, Казанский федеральный университет,

Соколова Виктория Александровна, канд. техн. наук, доцент, sokolova_vika@inbox.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна,

Загидуллин Рамиль Равильевич, канд. техн. наук, доцент, r.r.zagidullin@mail.ru, Россия, Казань, Казанский федеральный университет

HEAT TREA TMENT POSSIBILITIES IN PROTECTIVE A TMOSPHERE FURNACES S.V. Svirelkin, A.V. Gingin, I.V. Gavrichev, S.A. Voinash, V.A. Sokolova, R.R. Zagidullin

The theory of heat treatment considers and explains changes in the structure and properties of metals and alloys under thermal action, which can be combined with chemical, deformation, magnetic, ultrasonic, acoustic and other types. Changes in heat treatment technologies are taking place in the following directions: - a significant reduction in the share of technologies carried out in an air atmosphere, and a rapid increase in the share of technologies using controlled atmospheres and in a vacuum. Directions for the development of volumetric heat treatments are: 1) the growth of the use of vacuum and non-generator atmospheres from inert gases or generator atmospheres, formed as a medium to protect the surface of workpieces; 2) the growth in the use of so-called cold chambers for charge cooling in the process of cooling and hardening of steels, the use of spray cooling, as well as the production of supersaturated solid solutions with cooling in inert gases at a pressure of up to 0.3 MPa. It is possible to use cold chambers with internal or external gas pumping or a system of individual inflation to individual parts using gas nozzles. Such chambers can work together with others (including vacuum chambers); 3) development of special, synergistic methods that combine different types of heat treatment.

Key words: heat treatment, protective atmosphere, surface quality, automation.

Svirelkin Sergey Viktorovich, IT department specialist, Neval2@mail.ru, Russia, St. Petersburg, NEVA TAFT LLC,

Gingin Andrey Vladimirovich, deputy general director for production, Russia, St. Petersburg, NEVA TAFT LLC,

Gavrichev Ivan Vladimirovich, head of technical control department, Russia, St. Petersburg, NEVA TAFT LLC,

Voinash Sergey Alexandrovich, leading engineer of the research laboratory, sergey_voi@mail.ru, Russia, Kazan, Kazan Federal University,

Sokolova Victoria Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, sokolova_vika@inbox.ru, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg State University of Industrial Technologies and Design,

Zagidullin Ramil Ravilevich, candidate of technical sciences, docent, r.r.zagidullin@mail.ru, Russia, Kazan, Kazan Federal University