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

07:39 Сварочные агрегаты АДД 2х2502, АДД 2х2502 П, АДД 2х2502 ПВГ

07:39 Сварочный генератор ГД 2х2503, генератор ГД 4004,

07:39 Дизельные электростанции АД 150

17:51 Металлорежущие станки плазменной и газовой резки

13:39 Лист 14Х17Н2 размер 3, 4, 10, 16, 20, 25, 40 мм.

13:39 Шестигранник 14Х17Н2 s:27, 32, 36, 46, 55, 65 мм

13:39 Лист сталь 40Х13 размер 2, 3, 6, 10, 14, 20, 30 мм

13:39 Круг 10Х17Н13М2Т ф 30, 40, 50, 60, 70, 250, 500 мм

13:38 Круг 40Х ф 220, 250, 280, 300, 320, 380, 400 мм

13:38 Круг 13ХФА диаметр 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 мм

НОВОСТИ

22 Марта 2017 17:47
Различные виды сварки трением

22 Марта 2017 14:08
Необычные строения из алюминия в Японии (17 фото)

20 Марта 2017 23:31
Станки и оборудование специалисты смогут выбрать на выставке Mashex Siberia

24 Марта 2017 14:08
Мировой выпуск прямовосстановленного железа в феврале 2017 года вырос на 9,4%

24 Марта 2017 13:43
В 2017 году УК ”Кузбассразрезуголь” увеличит инвестиции в производство на 2 млрд. рублей

24 Марта 2017 12:07
Мировой выпуск стали в феврале 2017 года вырос на 4,1%

24 Марта 2017 11:38
Новое производство ”ЕВРАЗ НТМК” работает без выбросов в атмосферу

24 Марта 2017 11:13
На ”НЛМК” начат монтаж турбины производства ”Уральского турбинного завода”

НОВЫЕ СТАТЬИ

Основные виды натурального камня

Труба из нержавеющей стали: классификация и область применения

Разновидности труб из коррозионностойкой стали и их применение в бытовых и промышленных условиях

Труба нержавеющая 20Х23Н18 для химпрома

Труба нержавеющая в обеспечении комфортной работы предприятий

Купить металлопрокат в Тамбове

Что лучше: купить квартиру с отделкой или без отделки?

Технологии остекления балконов и цены в Киеве

Гравировка на металле: улучшаем офис для успеха в бизнесе

Кварцевый агломерат и виды искусственного камня

Теплый электрический пол для квартиры

Основные виды запчастей для автомобильного двигателя

Электрические защитные автоматы для квартиры

Распространенные сертификаты в промышленности

Решетчатые и прессованные настилы в промышленности

Использование трубы нержавеющей 12Х18Н10Т в машиностроении и других остраслях

Труба нержавеющая 10Х17Н13М2Т в отраслях промышленности

Труба нержавеющая 06ХН28МДТ в котельной промышленности

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

Компания "РДМ" предлагает металлопрокат.

Рейтинг@Mail.ru

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

2009-2017 © Любое копирование материалов без активной ссылки на metallicheckiy-portal.ru запрещено!
Использование материалов в печатных изданиях только с разрешения администрации портала.