УЧЕБНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙ И СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ. Работа №75911

УДК620.22

УЧЕБНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙ И СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Сологубов Дмитрий Николаевич

Преподаватель спец. дисциплин. к.т.н.

Электромашиностроительный колледж

Санкт-Петербург

Аннотация. Разработана технологическая установка, предназначенная для обработки холодом высокоуглеродистых и легированных сталей, а также испытания сварных изделий при температурах до минус 800С.

Annotation. A technological installation has been developed designed for cold treatment of high-carbon and alloy steels, as well as testing of welded products at temperatures up to minus 80 0С

Ключевые слова: обработка холодом, мартенситное превращение, аустенит.

Keywords: cold treatment, martensitic transformation, austenite.

Холод как метод температурной обработки сталей разработан и предложен А. П. Гуляевым в 1937— 1939 гг [1].

Охлаждение изделия до отрицательных температур традиционно производят в смеси твердой углекислоты (сухой лед) со спиртом, дающей охлаждение до —78,5° либо в жидком азоте (—196°). Работа в производственных условиях и тем более проведение практики студентов с такими средами представляет определенную сложность и опасность.

Альтернативной заменой этим способам обработки является применение современных низкотемпературных холодильных установок.

Обработку сталей холодом, в том числе сварных швов, рекомендуется проводить всегда, когда нижняя точка мартенситного превращения Мк лежит ниже нуля градусов по шкале Цельсия. Эффект обработки холодом зависит от количества остаточного аустенита при комнатной температуре.

Высокоуглеродистые и легированные стали после закалки до комнатной температуре всегда содержат от 3 до 12% остаточного аустенита, а быстрорежущие стали - до 35% и более.

С увеличением содержания углерода в стали интервал мартенситного превращения смещается в область низких температур, при этом увеличивается количество остаточного аустенита, который переходит в мартенсит при охлаждении закаленной стали до температуры нижней мартенситной точки Мк.

Охлаждение стали ниже точки Мк не имеет смысла, так как оно не приводит к дополнительному мартенситному превращению.

Рис. 1. Диаграмма изотермического распада аустенита для эвтектоидной стали

Еще одно из основных применений метода обработки сталей холодом состоит в стабилизация размеров изделий. Структура закаленной стали с большим количеством остаточного аустенита не стабильна. Уже при комнатной температуре, а тем более при небольшом климатическом понижении температуры, остаточный аустенит постепенно превращается в мартенсит. Это превращение сопровождается увеличением объема и изменением размеров изделия.

У таких изделий, как подшипники, калибры и другой мерительный инструмент, размеры должны выдерживаться с точностью до микрона и долей микрона. Эти изделия для стабилизации размеров обрабатывают холодом. Во многих случаях даже не требуется глубокого охлаждения ниже нуля, а достаточно охладить закаленную деталь в воде с температурой от + 6 до + 10 °С.

Другое назначение обработки холодом — повышение твердости и износостойкости режущего инструмента, штампов и мерительного инструмента. В быстрорежущей стали после закалки содержится большое количество аустенита. Понятно, что применение обработки холодом к такой стали особенно эффективно.

Обработка холодом повышает твердость и износостойкость и устраняет шлифовочные трещины в цементированных деталях из легированных конструкционных сталей. В высокоуглеродистом цементированном слое после закалки содержится значительное количество аустенита, который уменьшает твердость стали и вследствие распада которого во время шлифования появляются трещины.

Наконец, обработкой холодом можно повысить магнитные свойства постоянных магнитов в результате дополнительного перехода парамагнитного аустенита в ферромагнитный мартенсит.

При обработке холодом следует учитывать явление стабилизации аустенита. Разрыв во времени между операцией закалки и обработкой холодом приводит в некоторых сталях к сильной стабилизации аустенита при комнатной температуре, а стабилизация уменьшает эффект обработки холодом. Поэтому предельно допустимый разрыв регламентируют. Так, для измерительных плиток из сталей X, ХВГ, ШХ15 он не должен превышать 30 мин.

Обработка холодом не уменьшает внутренних напряжений, поэтому после такой обработки необходим отпуск.

Обычно для достижения мартенситного перехода достаточно обеспечить температуру окружающей среды до минус 80 °С.

Для учебных и производственных целей разработан модельный ряд холодильных установок, способных обеспечить программируемое охлаждение изделий в плоть до температур минус 90 0С.

Основные области применения таких установок:

- низкотемпературная обработка сталей;

- камеры испытания образцов техники или деталей для автомобилестроения, авиастроения, оборонной техники и смежных отраслей;

Холодильная установка работает на базе двухкаскадного низкотемпературного агрегата, холодильной мощностью от 1.5 до 6 кВт. Верхний каскад работает на хладагенте R-404a, нижний каскад - на хладагенте R-23. Расчётная производительность - до 500 кг разовой загрузки деталей в камеру и время выдержки до 3 часов. Максимально низкая достигаемая температура -90 0С, средняя расчётная температура в цикле -80 0С. Теплоизоляция камеры – пенополистирола толщиной 200 мм. Внутренняя и внешняя обшивки выполнены из нержавеющей стали, внутренний каркас представляет собой независимую силовую конструкцию, контакт внутреннего и внешнего каркасов минимизованы для обеспечения отсутствия «мостиков холода», что очень важно при разнице температур в камере и окружающей среды более 1000С. Для обеспечения равномерного распределения температуры внутри камеры используются специальные вентиляторы низкотемпературного исполнения. Низкотемпературные установки стандартного исполнения поддерживают заданную на блоке управления температуру с возможностью задавать изменение температуры в камере по требуемому графику.

При подборе низкотемпературной холодильной установки особое внимание следует обращать на указание на стадии проектирования скорости выхода холодильной установки на режим при номинальной загрузке камеры. Зачастую, именно этот параметр определяет холодопроизводительность проектируемой системы.

По сравнению с имеющимися на рынке иностранными аналогами, установки отличает, прежде всего, наличие типовых и серийно выпускаемых узлов и комплектующих. Таким образом, в процессе эксплуатации у Заказчика не возникает вопросов относительно дефицита и длительных сроков поставки запчастей и расходных материалов.

Рис. 2 Внешний вид технологической низкотемпературной установки с открытой загрузочной камерой. Внутренний (полный) объём камеры – 1.2 м3. Рабочий (используемый) объём камеры – 0.8 м3

Рис. 3 Загрузочная камера с обработанными холодом деталями

Рис. 4 Фотография экрана контроллера при выходе камеры на режим

Рис. 5 Фотография экрана контроллера при работе камеры на стационарном режиме

Список литературы:

Гуляев

,

А. П. Материаловедение [Текст] /

А. П.

Гуляев

.

— 6

-е изд.,

перераб

. и доп.

—

М

.

: Металлургия, 1986 — 544 c.