Центральный металлический портал РФлучшие сервисы для Вашего бизнеса

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Полезные статьи -> Обработка металлов -> Термообработка -> Термообработка в кипящем слое -> Термообработка изделий из алюминиевых сплавов и биметаллов

Термообработка изделий из алюминиевых сплавов и биметаллов

Температура нагрева алюминия и сплавов на его основе как под закалку, так и под обработку деформацией практически редко превышает 500° С. Нагрев кипящего слоя до этих температур не вызывает трудностей. С другой стороны, алюминий, обладая малой степенью черноты, медленно нагревается в радиационных печах. Поэтому уже в ранних публикациях нагреву алюминия в кипящем слое уделено большое внимание.

Фирма Boeing Airplane в работе сообщила о действующей в цехе установке с кипящим слоем, в которой механически и термически обработанные поковки нагреваются до 180° С для последующей горячей правки. Металл поковок не указан, но, видимо, речь идет об алюминиевом сплаве. Раньше их нагревали в масле, что приводило к опасности пожара, необходимости удалять горячее масло с поковок и бороться с его разбрызгиванием. Этой же фирмой кипящий слой был применен для быстрого нагрева холодных деталей («тепловой удар») до температур, при которых еще не ухудшаются механические свойства металла (для алюминиевого сплава 175° С). Как показали исследования, такая обработка позволяет снять внутренние напряжения, которые в противном случае приводят к короблению готовых изделий в процессе эксплуатации деталей или при их хранении на складе. Там же указывается, что кипящий слой, температура которого 760° С, используют для прессования деталей методом взрыва.

В работе сообщалось об успешном нагреве перед прессованием конца алюминиевой трубы диаметром 254 мм толщиной стенки 1,3 мм, погружаемой на требуемую глубину (100 мм) в кипящий слой (длина всей трубы 460 мм). Очевидно, это можно осуществить либо при скорости ожижающего агента, близкой к критической, пока над слоем еще нет всплесков, либо изолируя остальную часть трубы. Интересно, что индукционный нагрев приводил к недопустимой разнице температур по периметру трубы вследствие неодинаковой толщины стенки. Там же указано, что заготовки из алюминия диаметром 165 мм за 12 мин нагревали до 450° С в кипящем слое, температура которого 470° С (материал слоя не указан).

Уже в первых работах отмечалось, что серьезной проблемой является механическое воздействие частиц на поверхность мягкого нагретого металла и их прилипание к нему. Например, на поверхности алюминия высокой чистоты, нагретого в кипящем слое, был обнаружен эффект «апельсиновой корки». К сожалению, не указан применявшийся мелкозернистый материал, а он играет решающую роль.

Авторы нагревали образцы из сплава В95 диаметром 30, 55 и 100 и длиной соответственно 90, 165 и 300 мм в кипящем слое кварцевого песка 0,25-0,3 мм, ожижаемого в камере размерами 0,34x0,34x1 м с колпачковым газораспределителем, состоящим из 108 колпачков. Высота насыпного слоя h = 600 мм, скорость псевдоожижения w = 0,25 м/с при 500° С, подрешеточная камера разделена на шесть отсеков с индивидуальным подводом воздуха в каждый.

Ванна с кипящим слоем вставлена в муфель с электрическими нагревателями мощностью 20 кВт с небольшой изоляцией. Снаружи изоляция муфеля охлаждается воздухом, идущим на ожижение и нагревающимся при этом до 200-300° С. При 500° С максимальный коэффициент теплоотдачи составлял 520 Вт/(м2.град).

Образец диаметром 100 и длиной 300 мм в кипящем слое, температура которого 500° С, нагревается до 480° С за 17 мин, в то время как в промышленной печи ЭТА-6 на это требуется 175 мин (в обоих случаях термопары закреплены в центре образцов). Правда, в селитровой ванне он нагревается еще быстрее (за 8 мин), но столь небольшое сокращение времени не оправдывает применения селитры из-за ее взрывоопасности. Кроме того, при нагреве в кипящем слое значительно меньше разность температур между центром и поверхностью (максимум 75° С на образце диаметром 50 мм), чем в селитре (350° С на таком же образце). В этом отношении печь с кипящим слоем близка к печи ЭТА, при нагреве в которой того же образца диаметром 50 и длиной 150 мм максимальная разность температур центр - поверхность составляет ~35° С. Поскольку при нагреве в кипящем слое образцы всех исследованных диаметров практически являются теплотехнически тонкими телами, время их нагрева уменьшается пропорционально уменьшению диаметра.

Автором совместно с Н. Ф. Филипповским, Г. Д. Дымовым и 3. Н. Кутявиным исследован нагрев образцов из сплавов АМГ-6 и АК-6 до температуры пластической деформации (500° С) в установке площадью 150x300 мм и высотой кипящего слоя в осажденном состоянии 200 мм от уровня колпачкового газораспределителя.

Кипящий слой создавали из корунда ЭН-12, ЭН-32, шамотной крошки со средним диаметром зерна 0,2 и 0,5 мм, шлаковых и алундовых шариков диаметром соответственно 0,6 и 0,8 мм. В качестве ожижающей и греющей среды использовали разбавленные воздухом дымовые газы от сжигания природного газа. Температуру слоя поддерживали равной 500° С. Образцы площадью 150x200 мм вырезали из плоской ребристой заводской заготовки, максимальная толщина которой не превышала 40 мм, а длина ребер 50 мм. Образцы располагали в слое так, что ребра были вертикальными.

В кипящем слое корунда ЭН-12 заготовки нагревали до 480° С за 5 мин. Почти такие же скорости нагрева получены при использовании мелких частиц шамота, но применение кипящего слоя таких частиц, по-видимому, невозможно для нагрева заготовок под штамповку, так как при 400-500° С частицы корунда и шамота налипают на поверхность заготовок. Удалить налипшие частицы стряхиванием не удается. Увеличение размера частиц не исключало их налипания.

Налипания частиц удалось избежать при нагреве заготовок в кипящем слое алундовых и шлаковых частиц с гладкой оплавленной поверхностью. При этом частицы, остающиеся на горизонтальных поверхностях, свободно стряхиваются или сдуваются. Следует отметить, что в процессе нагрева заготовок необходимо исключить возможность удара их друг о друга и о стенки аппарата, иначе частицы все же вдавливаются в заготовки.

Время нагрева заготовок в слое таких частиц лишь на 40% больше, чем в слое частиц корунда диаметром 0,12 мм, так что разница пренебрежимо мала по сравнению со временем нагрева в конвейерных конвективных печах (по нашим замерам до 480° С заготовка нагревается за 50 мин, практически ее греют 1-2 ч). При темпе работы пресса, равном примерно одной заготовке в минуту, в печи может одновременно находиться не более десяти заготовок, чтобы обеспечить его бесперебойную работу. Площадь, занимаемая печью, уменьшается при переходе на кипящий слой почти в 10 раз.

Поскольку электрический обогрев кипящего слоя крупных частиц (особенно без рекуперации тепла) неэкономичен из-за больших потерь на нагрев воздуха, в промышленной печи, разработанной нами совместно с работниками завода, в качестве псевдоожижающего агента используют разбавленные воздухом продукты сгорания природного газа температурой 1000° С, получаемые в камере сгорания, расположенной под газораспределительной решеткой. Внутренние габариты печи в плане 0,6x2 м, высота насыпного слоя шлаковых шариков 0,5 м. Время нагрева заготовки диаметром 100 и длиной 500 мм до 450° С принято с запасом равным 25 мин, а с увеличением диаметра его пропорционально увеличивают. Плоские заготовки площадью 1700x300 и толщиной 40 и 20 мм выдерживают соответственно в течение 14 и 7 мин (также с запасом). Загрузка и выгрузка заготовок механизирована с помощью цепных конвейеров. Горячие заготовки выдаются из печи в течение 10 с.

На Тюменском моторном заводе нагрев деталей из алюминиевых сплавов Д1 и Д20 под закалку в печи Н-85 приводил к большому браку (до 60-70% количества обрабатываемых изделий) вследствие пережога и трещин, связанных с большим температурным перепадом по объему рабочего пространства печи (± 10° С). Силами завода при консультации сотрудников УПИ была изготовлена промышленная печь с кипящим слоем производительностью 40 кг/ч, принципиально аналогичная изображенной. В муфель печи ОКБ-3018 вварена беспровальная колпачковая решетка из стали Х18Н9Т, состоящая из 37 колпачков, имеющих по четыре отверстия диаметром 2 мм, расположенные с шагом 85 мм.

Корзину с деталями подвешивают на перекладине, устанавливаемой на крючках в верхней части муфеля. Муфель закрывается крышкой с отверстием диаметром 150 мм для выхода воздуха. Для сепарации частиц, выносимых воздухом, на печь установлен удлиненный на 400 мм колпак с соляной ванны В-20.

В печь загружается слой корунда (частицы диаметром 0,12 мм, высотой 600 мм). Ожижающий воздух от заводской сети в количестве 75 м3/ч (в нормальных условиях) предварительно подогревается в змеевике, обвитом вокруг муфеля печи. Кипящий слой обогревается через стенки муфеля двухсекционным электронагревателем с мощностью секций 20 и 25 кВт. Температура регулируется автоматически электронным потенциометром КСП-3. Разогрев печи до максимальной температуры (600° С) осуществляется за 4 ч. Специальные замеры показали, что на стационарном режиме отклонение температуры от заданного значения по объему печи и в разные моменты времени не превышает 4° С, т. е. находится в пределах точности измерения термопарой.

Поскольку при погружении в печь садки из холодных заготовок (32 шт. диаметром 90 и толщиной 30 мм) температура кипящего слоя несколько снижается, время нагрева всей садки до заданной температуры (500 и 535° С соответственно для сплавов Д1 и Д20), включая время прогрева слоя до исходной температуры, составляет 30 мин (термопара зачеканена в заготовку, помещенную в середину садки). С запасом, учитывая время, необходимое для растворения избыточных фаз типа СuА12, оно принято равным 1 ч. -По существующей технологии в печи Н-85 заготовки нагревают под закалку в течение 4 ч. Механические испытания образцов, вырезанных перпендикулярно и параллельно направлению прессования из заготовок, нагретых в кипящем слое в течение 1 ч при 500 или 535° С, закаленных в воде и подвергнутых затем старению в течение 96 ч (естественное для Д1) или 12 ч (при 210° С для Д20), и их металлографический анализ показали, что свойства и микроструктура заготовок удовлетворяют техническим условиям. Трещины и пережог заготовок отсутствовали.

Печь находится в промышленной эксплуатации. Налипание корунда, если оно и имеет место при нагреве этих сплавов, не опасно, поскольку прилипшие частицы, как показывают наши эксперименты, отваливаются в процессе закалки.


Опыты, выполненные автором совместно с Н. Ф. Фнлипповским и В. К. Маскаевым по нагреву алюминиевых листов толщиной до 1 мм, показали, что при 500° С алюминий становится настолько мягким, что столь тонкие листы коробятся под действием динамических усилий, возникающих в слое даже небольшой высоты (-300 мм). Коробление удалось полностью исключить, нагревая листы в слое на пределе псевдоожижения или вообще выключая псевдоожижающий агент после погружения листа в слой, поскольку столь тонкий лист быстро нагревается и при выключенном дутье.

Была исследована возможность рекристаллизационного отжига в кипящем слое биметалла, основу которого составляет малоуглеродистая сталь (85-90% по массе), а плакировку (10- 15%) - сплав АСМ по ГОСТ 4784-65. С целью снятия напряжений в плакировке после прокатки биметаллические полосы подвергают двойному отжигу в электропечах. Промежуточный отжиг осуществляют после первой прокатки, нагревая садку металла до 320-330° С и выдерживая ее при этой температуре в течение 1 ч. Для окончательного отжига металл после третьей прокатки нагревают до 450-460° С и выдерживают при этой температуре в течение 3 ч в защитной среде под муфелем. Охлаждают металл в первом случае на воздухе, во втором - сначала с печью (4 ч), а затем в термосе (12 ч).

Для подбора режимов промежуточного отжига образцы биметалла толщиной 9 мм после первой прокатки выдерживали в кипящем слое корунда № 16 при температурах от 270 до 550° С в течение 15-120 с. Время нагрева образцов до температуры, на 5% отличающейся от температуры слоя, составляет -1 мин. Опыты показали, что твердость НВ плакировки с увеличением времени т выдержки исходного образца 2 в кипящем слое с температурой 375° С до 60 с уменьшается, а затем остается практически постоянной:

В слое с более высокой температурой твердость уменьшается быстрее, но при выдержке >20 или 35 с при tK с, соответственно равной 550 или 465° С, снова несколько увеличивается до НВ 29-30 при выдержке соответственно 60 и 90 с из-за перераспределения компонентов сплава вследствие диффузионных процессов в нем. Следовательно, для рекристаллизации металла плакировки достаточно нагреть его до 370° С практически без последующей выдержки, однако выдержка при этой температуре безопасна. Перегрев металла при промежуточном отжиге нецелесообразен.

Согласно заключению завода, на границе между сталью и плакировкой при всех исследованных режимах отжига не обнаружен диффузионный слой с образованием хрупких интерметаллидов. Структура сплава АСМ во всех случаях получилась рекристаллизованной. Твердость сплава АСМ в различных местах одного образца и у десяти разных образцов, обработанных по одному режиму, оказалась практически одинаковой. Твердость стального основания снижается при отжиге незначительно, а структура металла, естественно, не меняется. Десять образцов, отожженных на оптимальном режиме, были прокатаны на заводе. Расслоения после прокатки не было.

Для выбора режима окончательного отжига образцы металла толщиной -3 мм после третьей прокатки выдерживались в кипящем слое того же корунда при 400-600° С в течение 20-300 с, после чего охлаждались на воздухе. Кипящий слой отапливали природным газом, сжигаемым при аB > 1 в затопленной огнеупорной насадке. Опыты показали, что при выдержках >20 с и >2 мин соответственно при 600 и 550° С между металлами появляется диффузионная зона, приводящая к ухудшению сцепления между ними и расслоению. Поэтому отжиг партии образцов для определения стабильности получаемых результатов осуществляли в кипящем слое температурой 450 и 475° С. В обоих случаях твердость сплава АСМ была одинаковой у всех образцов и составляла 27,4-29,3 кгс/мм2 при всех выдержках от 20 до 300 с. Твердость стали при 475° С уменьшалась за 5 мин с 240 до 235 кгс/мм2, а при 450° С практически не менялась. Металлографический анализ подтвердил отсутствие рекристаллизации стали. Зерна имели вытянутую форму и такие же размеры, как при обычном отжиге в заводских установках. Зерна сплава после отжига в кипящем слое были несколько мельче, чем при обычном отжиге независимо от выдержки (20-300 с) и температуры (450-475° С). Микротвердость, измеренная от поверхности к границе слоев через 0,5 мм, оказалась практически одинаковой при отжиге как в кипящем слое, так и по обычной технологии и постоянной по сечению, что еще раз указывает на отсутствие диффузионного слоя.

Таким образом, оптимальными являются температуры окончательного отжига 450-475° С с допустимой выдержкой от 40 до 300 с.

Из пластин 3,1 x75x170 мм, отожженных в кипящем слое, были отштампованы подшипники, эксплуатационные характеристики которых не отличались от характеристик подшипников из биметалла, отожженного обычным образом.

Налипание частиц корунда на поверхность биметалла в этих опытах специально не исследовано, но значительного налипания не замечено.

Авторы исследовали охлаждение образцов диаметром 50 и длиной 150 мм из сплава АКЧ-1 в кипящем слое частиц электрокорунда диаметром 0,12 мм, характеризуемого большей охлаждающей способностью, чем песок, частицы которого имеют диаметр 0,25-0,3 мм. Скорость охлаждения центра образца в кипящем слое была примерно в 10 раз больше, чем на воздухе, и во столько же меньше, чем в воде. Максимальный перепад температур между центром и поверхностью не превышал 40° С, в то время как при охлаждении в воде он составлял 100-300° С в зависимости от ее температуры (80-15° С). Это обеспечивает минимальные внутренние напряжения и минимальное коробление при закалке. Исследования на разрезанных кольцах Френча толщиной 12 и диаметром 72 мм из сплава АКЧ-1 показали, что при охлаждении на воздухе и в кипящем слое деформация отсутствовала, в то время как при охлаждении в воде она была тем больше, чем меньше ее температура.

Закалка полуфабрикатов и деталей сложной конфигурации из сплавов В95, Д16, АКЧ-1 и АК6 в производственных условиях подтвердила этот вывод.

Механические свойства, определенные на стандартных образцах, вырезанных из заготовок (пруток диаметром 70 мм из сплавов АКЧ-1 и АК6, лист толщиной 1,5 мм из сплавов Д16 и В95, пруток диаметром 30 мм из сплава В95), нагретых в кипящем слое и охлажденных в различных средах (кипящий слой 20, вода 15, 40 и 80° С), были практически одинаковыми и во всех случаях удовлетворяли требованиям технических условий. Налипание частиц на поверхность и межкристаллитную коррозию авторы не оценивали.

Опыты, выполненные автором с Н. Ф. Филипповским и А. Л. Кесельманом по закалке трубок размерами 20x4, 20x2, 15x0,5 мм и листов толщиной 5 и 2 мм из сплава Д1, штамповок из сплавов АКЧ-1 и АК-6, а также плоских образцов толщиной 10-30 мм в кипящем слое частиц корунда диаметром 0,12 и 0,06 мм, показали, что предел прочности, предел текучести и относительное удлинение получаются практически такими же, как и при закалке в воде и во всех случаях превышают требования технических условий. Глубина очагов межкристаллитной коррозии либо равна нулю, либо не превышает 0,01-0,015 мм. Налипания корунда на образцы в процессе закалки не было (в этих опытах образцы нагревали в муфельной печи до 495-503° С в течение 30-40 мин).

Автор: Администрация   Общая оценка статьи:    Опубликовано: 2012.05.23   

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:



запомнить  Регистрация

Металлоторговля:
Объявления
Прайсы (по торг. позициям)
Прайсы (в файлах)

Марки металлов
Калькулятор веса металла

Новости

НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ

16:19 Продам Установка для сварки граненой конической опоры

16:13 Линия Автоматической Сборки Двутавровых Балок

05:53 Рессорный узел

05:53 Комплект ЗИП

05:52 Задний буфер (защитное устройство)

05:52 Пневматическая тормозная система

14:20 Карданный Вал

13:51 Куплю строительные бытовки б/у

13:40 Закупаем металлопрокат

13:32 ГидроЦилиндры

НОВОСТИ

11 Декабря 2018 17:10
Новогодняя елка из магнитов

11 Декабря 2018 17:44
Южнокорейский экспорт стали в январе-ноябре упал на 3,1%

11 Декабря 2018 16:17
Порт Кандалакша перегрузил 2 млн. тонн угля с начала года

11 Декабря 2018 15:38
Китайский экспорт стали за 11 месяцев упал на 8,6%

11 Декабря 2018 14:26
Результат ”Прииска Соловьевский” за 11 месяцев – 2934 кг золота

11 Декабря 2018 13:32
”MMK” присвоен рейтинг S&P ”BBB-” со стабильным прогнозом

НОВЫЕ СТАТЬИ

Основные типы замков для входных дверей

Дома из бруса их преимущества и особенности

Современные зажигалки - виды и применение

Основные аспекты приема на работу иностранных граждан

Модульные здания для строительных площадок

Выкуп грузовых авто

Промышленные химические реагенты для гальваники

Виды складских стеллажных систем

На что обращать внимание при выборе входной двери

Промышленные комплектующие для водоснабжения

Особенности выкупа грузовиков и грузовой техники

Латунь: особенности и стоимость приема сплава

Особенности применения алюминиевых плит и листов

Поиск и выбор квартир с использованием мобильных приложений

Значимые аспекты в деле выбора жилья

Сталь конструкционная углеродистая

Сталь конструкционная низколегированная

Лист нержавеющий AISI 409 - особенности марки и применение

ПАРТНЕРЫ

Рекомендуем приобрести металлопрокат в СПб от компании РДМ.

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Рейтинг@Mail.ru

О портале : Информация и правила : Реклама : Тарифы для компаний : Наши контакты : Связаться : Личный кабинет : Регистрация

2009-2018 © Любое копирование материалов без активной ссылки на metallicheckiy-portal.ru запрещено!
Использование материалов в печатных изданиях только с разрешения администрации портала.