Термічна обробка жаростійких сталей

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Характеристика жаростійких сталей

1.1 Загальна характеристика жаростійких сталей

Жаростійкість - це опір впливу газового середовища або пари високих температур, що є найважливішою властивістю жароміцних сталей. Жаростійкі сталі, як правило, повинні бути і жароміцними , тобто протистояти руйнуванню і повзучості при високій температурі протягом заданого часу. У жароміцних сталях фазою, що зміцнює поряд з карбідами хрому є карбіди ванадію, молібдену , вольфраму та інших елементів , а також інтерметалідні з'єднання типу АnВ (у яких як елемент А входять залізо і хром, а молібден, вольфрам, ніобій ,титан - в якості елемента В) або сполуки (Ti, Al).

Додавання у жароміцну сталь тугоплавких елементів - молібдену, вольфраму, ніобію, танталу позначається стабілізуючою дією на зміцнюючі фазі, так як ці елементи підвищують температуру рекристалізації і послаблюють дифузійні процеси. Їх дія посилюється , якщо вводиться не один, а кілька елементів, які ослаблюють дифузію. З цієї причини жароміцні стали легують, як правило, сукупністю різних елементів. Процеси дифузійного обміну бувають загальмовані і тоді, коли сталь не піддається поліморфним перетворенням. Тому в якості жароміцних сталей дуже часто використовують складнолеговані феритні або аустенітні сталі.

Сталі феритного класу до останнього часу використовували лише як жаростійкі. Проте останнім часом розробили і жароміцні феритні сталі, які успішно впроваджують. Наприклад сталь 12Х2МВ8ФБ (ЕП503), зміцнену частинками інтерметаллідної фази FeW. Значно більш висока жароміцність властива аустенітні сталі. Особливо широко застосовують аустенітні сталі (12…20% Сr) з використанням в якості аустенітостворюючого елемента нікелю (7…30%). Нікель сам по собі відноситься до корозійностійких металів і підвищує корозійну стійкість сталей в розчинах солей і лугів.

При його вмісті до 20…30% він підвищує жароміцність залізохромистих сплавів. У зв'язку з високою вартістю нікелю в деяких жароміцних сталях його частково або повністю замінюють іншим аустенітостворюючим елементом - марганцем. Дія марганцю як аустенітостворюючого елемента значно слабкіша, особливо при високому вмісті хрому, тому разом з марганцем доцільно вводити невеликі кількості нікелю (2…4%) або азоту. Для отримання високої жароміцності рекомендуються присадки вуглецю з ванадієм, молібденом, вольфрамом, ніобієм і азотом. Хромонікелеві, хромонікельмарганцеві жароміцні сталі добре протистоять загальної корозії, але чутливі до міжкристалічної корозії, особливо після повільного охолодження в інтервалі температур 500…850 °С.

Пояснюється це виділенням при цих температурах карбідів хрому, що розташовуються по границях зерна. У розчинах електролітів карбіди утворюють з збідненими вуглецем ділянками зерна гальванічні пари. У результаті структурної неоднорідності границі зерен піддаються більш сильному корозійного роз'їданню. Аустенітні сталі стають нечутливими до інтеркристалічной корозії , якщо вміст вуглецю в сталі менше межі розчинності його в аустеніт при кімнатній температурі, тобто менше 0,02...0,03%. Виробництво жароміцної сталі з таким вмістом вуглецю в дугових електропечах досить складне. Тому при виплавці корозійностійких аустенітних сталей верхня межа вмісту вуглецю встановлюють зазвичай 0,08…0,12%, а подальше зниження концентрації вуглецю в розчині здійснюється присадками сильних карбидостворюючих елементів - титану або ніобію.

Кількість титану визначається вмістом вуглецю, і для досить повного зв'язування вуглецю кількість титану повинна мінімум у п'ять разів перевищувати кількість вуглецю. Високий вміст хрому і титану в сталях такого типу обумовлює інтенсивне окислення металу при розливанні з утворенням на поверхні металу скоринки, багатою оксидами і нітридами титану. Завороти скоринки при наповненні виливниці призводять до численних дефектів поверхні злитка жароміцної сталі, які змушують піддавати злиток суцільному обдиранню на глибину 10…20 мм.

Скупчення нітридів та оксидів утворюють крайову або загальну неоднорідність макроструктури - так звану титанову пористість. Ступінь розвитку цього дефекту жароміцної стали зростає із збільшенням вмісту титану в металі.

1.2 Класифікація жароміцних сталей

До жароміцних сталей відносяться сплави на основі заліза, в яких вміст останнього перевищує 50%.

В залежності від сумарного вмісту легуючих елементів жароміцні сталі можуть бути низько-, середньо-, і високолеговані.

В низьколегованій сталі сумарний вміст легуючих елементів не перевищує 4…5%. Середньолегованою називається сталь з сумарним вмістом легуючих елементів 5…9%, причому вміст кожного з них не повинно перевищувати 5%. Високолегованою називають сталь, в якій вміст будь-якого легуючого елемента перевищує 5%, або сумарний вміст всіх легуючих елементів - більше 10%.

За мікроструктурою жароміцні сталі розділяють на сім класів: перлітний, мартенситний, мартенситно-феритний, феритний, аустенітно-мартенситний, аустенітно-феритний, аустенітний.

Низьколеговані сталі відносяться до перлітного класу, середньолеговані - до перлітного, мартенситного або мартенситно-феритного, високолеговані - до будь-якого класу крім перлітного.

До сплавів на залізонікелевій основі відносяться сплави, основна структура яких є твердим розчином хрому і інших легуючих елементів в залізонікелевій основі. Сумарний вміст заліза і нікелю не менше 65%.До сплавів на нікелевій основі відносяться сплави, що містять не менше 50% нікелю, основна структура яких є твердим розчином хрому і інших легуючих елементів в нікелі.

Сталі перлітного класу мають достатньо високий опір повзучості і тривалу міцність при температурах до 565…580 °С. Такі сталі умовно називають теплотривкі.

Сталі мартенситного класу містять 4,5…12% хрому, а також в значно меншій кількості нікелю, вольфраму, молібдену, ванадію.

Сталі мартенситно-феритного класу містять в структурі крім мартенситу 10…25% фериту. Основна легуюча добавка і в цих сталях - хром (11…13%), поряд з яким присутні менш значимі присадки нікель, вольфрам, молібден, ніобій, ванадій. Механічні властивості при потрібній температурі відпуску практичні рівноцінні. Рівень жароміцних властивостей після оптимальної термічної обробки для більшості сталей мартенситно-феритного класу також приблизно однаковий.

Сталі аустенітного класу - в основному хромонікелеві сталі з вмістом хрому, нікелю в межах від 7 до 25% кожного, поряд з якими присутні вольфрам, молібден, ніобій та інші.

1.3 Застосування жаростійких сталей

Сталі перлітного класу використовують для виготовлення різних деталей в котлебудівництві, що працюють тривалий час (10000…100000 год) при температурах 500…580 °С, а саме, для пароводних і пароперегріваючих труб, а також для прокату і поковок, що використовуються в турбінах і парових котлах високого тиску.

Механічні властивості при підвищених температурах, що визначаються короткочасним випробуванням на розтяг, як правило, не регламентуються. Визначаюче значення мають норми тривалої міцності і повзучості при робочих температурах в залежності від тривалості служби за час 10000…100000 год.

Сталі мартенситного класу використовують для виготовлення елементів апаратури нафтопереробних заводів - деталей насосів, засувок, кріпильних деталей, що працюють при температурі 550…600 °С. Сталі цієї ж групи з більш високим вмістом хрому і з підвищеним вмістом кремнію, в основному, використовують для виготовлення клапанів двигунів внутрішнього згорання.

Сталь 11Х11Н2ВМФ використовують для дисків компресорів і для інших деталей, що працюють при температурах до 600 °С з обмеженим терміном служби.

Сталі мартенситно-феритного класу виготовляють у вигляді сортового прокату і використовують в трубобудівництві для лопаток і дисків турбін, а також для міцних деталей. Орієнтована робоча температура для сталі 15Х12ВНМФ - 550…580 °С і 570…600 °С - для сталі 18Х12ВМБФР.

жаростійкий сталь термообробка гартування

2. Характеристика сталі 40Х10С2М

2.1 Хімічний склад і вплив легуючих елементів в сталі 40Х10С2М

Дана сталь відноситься до мартенситного класу. Вона є конструкційною, вміст вуглецю становить 0,4%. Сталь 40Х10С2М легована наступними елементами: кремній (1,9…2,6%), манган (до 0,8%), нікель (до 0,6%), сірка (до 0,025%), фосфор (до 0,03%), хром (9…10,5%), молібден (0,7…0,9%), титан (до 0,2%), мідь (до 0,3%).

Таблиця 1.1 - Хімічний склад сталі 40Х10С2М

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Mo	Ti	Cu
0.35…0.45	1.9…2.6	до 0.8	до 0.6	до 0.025	до 0.03	9…10.5	0.7…0.9	до 0.2	до 0.3

Дані легуючі елементи впливають на властивості сталі.

Зі збільшенням вуглецю збільшується межа міцності сталі і плинності, зменшується відносне видовження і звуження і ударна в'язкість. Також вуглець впливає на температуру порогу холодноламкості - кожна 0,1% С підвищує температуру на 20 єС. Крім цього сталі з вмістом вуглецю більше 0,25% гірше зварюються, при цьому може виникати загартування металу шва та навколошовної зони, а також можуть утворитися тріщини. В результаті вигоряння вуглецю утвориться велика кількість газових пор.

Кремній і манган є хорошими розкислювачами, тому їх вводять в сталь для розкислення. Ці елементи є корисними домішками. Розчиняючись у фериті, вони підвищують властивості міцності сталі: твердість, межу міцності, межу пружності, а також опір сталі тертю. Крім того, манган знешкоджує шкідливий вплив сірки. Виявляється він у сталі у вигляді сірчистого мангану MnS. Внаслідок великої окислюваності кремнію, він дуже сильно ускладнює зварювання сталі. Крім того зі збільшенням вмісту кремнію погіршується зварюваність через високу рідкотекучість кременистої сталі та утворення тугоплавких окислів кремнію, що залишаються у шві у виді шлакових включень. Манган, у свою чергу, збільшує загартованість сталі. Що може викликати утворення тріщин.

Сірка і фосфор є шкідливими домішками. Вміст сірки і фосфору в сталі строго лімітується залежно від якості сталі.

Сірка не розчиняється у фериті і будь-яка її кількість із залізом утворить хімічну сполуку - сірчасте залізо FeS. При гарячій обробці тиском евтектика плавиться, що є причиною утворення тріщин у процесі прокатки, кування і т.д., тобто в районі температур червоного розжарювання (понад 900 єС). Це явище називається червоноламкістю. Червоноламкість сталі зменшується при введенні мангану. Манган зв'язує всю сірку ще в рідкому стані хімічну сполуку MnS - сірчастий манган і, таким чином, перешкоджає утворенню легкоплавкої евтектики MnS, що має температуру плавлення 1620 °С і високу крихкість при нормальній температурі. Тому сталі, забруднені сірчастим манганом й іншими неметалевими включеннями, будуть мати знижені механічні властивості, головним чином, втомну міцність. Наявність сірчастого мангану знижує також опір зносу і корозійну стійкість сталі.

Фосфор, розчиняючись у фериті, сильно підвищує твердість, межу міцності і різко знижує пластичність, особливо ударну в'язкість сталі. Фосфор робить сталь холодноламкою, тобто підвищує температуру порогу холодноламкості.

Вміст нікелю у сталі може змінюватися в досить широких межах. Нікель сприяє здрібнюванню зерна, поліпшує пластичність і підвищує міцність сталі. Нікель позитивно впливає на зварюваність сталі, але вимагає хорошого захисту від впливу кисню, тому що легко окислюється.

Хром погіршує зварюваність сталі, тому що він при окислюванні тугоплавкі окисли, які затруднюють зварювання.

Молібден робить сталь дрібнозернистою, забезпечує міцність сталі при високих температурах. Але погіршує зварюваність, тому що є причиною утворення тріщин в навколошовній зоні.

Збільшення вмісту міді до 0,5% призводить до зниження технологічності обробки стали при плющення і до виникнення поверхневих тріщин.

Титан використовують як модифікатор. Він є сильним нітроутворюючим.

Титан пригнічує схильність металу до старіння і збереження високого рівня магнітних властивостей при змісті титану не більше 0,02%.

2.2 Механічні властивості

Механічні властивості і термічна обробка сталі 40Х10С2М наведено в таблиця 2.2. Структура і властивості цієї сталі в значній мірі залежить від відносного вмісту в них вуглецю (нікелю) і хрому. Так як сталі з низьким вмістом вуглецю і високим хрому мають феритної структуру і не гартуються. Чим вищий вміст вуглецю і нижче хрому, тим більше здатність стали до зміцнення в результаті загартування, що пов'язано з особливостями фазової структури сталі.

Таблиця 2.2 - Механічні властивості сталі 40Х10С2М

Розмір					KCU
мм	МПа	МПа	%	%	кДж/м2
60	930	735	10	35	200

Завдяки легуючим елементам, таким як фосфор та високому вмісту вуглецю, дана сталь має високу межу міцності - 930 Мпа та межу пропорційності - 735 Мпа. Також високий вміст вуглецю та вміст сірки зменшують відносне видовження - 10% і відносне звуження - 35%. Фосфор знижує ударну в'язкість, яка рівна 200 кДж/ мІ. Завдяки вмісту молібдену та хрому збільшується твердість. Твердість після загартування HB 10 - 1 = 197 - 269 MПa.

2.3 Термічна обробка та застосування сталі 40Х10С2М

Термічна обробка даної сталі являє собою загартування при температурі 1010…1050 °С на повітрі та відпуск при температурі 720…780 єС в оливі.

Таблиця 2.3 - Температура критичних точок

Ас1	Ас3	Ar3	Ar1
810	950	845	700

Найкращі механічні властивості сталь набуває після загартування і відпуску, а корозійну стійкість - після загартування і наступного полірування. Ця сталь є кислототривкою тільки в азотній кислоті, жаростійкою в атмосфері до 700 °С.

Сталь має підвищену корозійну стійкість в деяких хімічно активних середовищах і широко застосовується в крекінг - апаратурі і апаратурі синтезу аміаку при температурі до 550…650 °С.

При дуже високій температурі нагріву (вище 1100 °С) сталь виявляє схильність до значного зростання зерен, що призводить до збільшення крихкості. Для усунення відпускної крихкості, що розвивається при повільному охолодженні і нагріванні в діапазоні температур 500…600 °С, їх швидко охолоджують у воді після відпуску при 700…800 °С. Виготовляють лопатки парових турбін та компресорів, клапани гідравлічних пресів (при роботі до 475 °С), ріжучий, міряльний та хірургічний інструмент, деталі приладів, предмети домашнього вжитку.

3. Перетворення в сталі при нагріві та охолодженні

При термічній обробці сталь нагрівають до утворення аустеніта. При нагріві до температури 810 єС відбувається розчинення в фериті деякої кількості цементиту. При підвищення температури вище даної температури концентрація вуглецю в деяких областях фериту збільшиться. Такі області нестабільні і прагнуть перетворитись в аустеніт. Утворення зародків критичного розміру відбувається за рахунок флуктуації положення атомів. В об'ємі фериту на границі з цементитом виникають флуктаційні області з граткою аустеніта, в які потрапляє вуглець.

Після зникнення фериту і цементиту, і , звичайно, границь між ними, де переважно зароджується аустеніт, спостерігається тільки ріст зерен аустеніту без виникнення нових зародків. Аустеніт, що утворився неоднорідний по вмісту вуглецю. В областях, що прилягають до границь цементиту, концентрація вуглецю в аустеніті вища, ніж в областях, що прилягають до фериту. В результаті розчинення цементиту в аустеніті відбувається його стабілізація. Відповідно, ріст областей аустеніту відбувається в наслідок поліморфного перетворення і дифузії вуглецю. Перетворення завершується при температурі 950 єС.

При нагріві вище температури 810 єС відбувається ріст зерна аустеніту. Дана сталь відноситься до спадково дрібнозернистих. Ріст зерна відбуватиметься переважно до температури 950…1000 єС. Молібден, який міститься в даній сталі буде затримувати ріст зерна, оскільки він утворює складнорозчинні в аустеніті карбіди, які служать бар'єром.

Загартування можна назвати загартування на мартенсит (рис. 3.1,а). Мартенситне перетворення проходить тільки в тому випадку, коли швидким охолодженням аустеніт переохолодити до низьких температур, коли дифузійні процеси стають неможливими. При мартенситному перетворенні не відбувається перерозподіл компонентів між аустенітом і мартенситом, тому можна розглядати його, як фазове перетворення в однокомпонентній системі.

При температурі M_n перетворення тільки починається, з'являються нові кристали мартенситу. Щоб мартенситне перетворення розвивалось, необхідно неперервно охолоджувати сталь в мартенситному інтервалі М_п - М_к. Ця особливість найбільш яскраво відрізняє кінетику мартенситного перетворення від перлітного, яке проходить до кінця при постійній температурі нижче А_1.

Мартенсит утворюється в формі пластин, що ростуть з великою швидкістю. Після «миттєвого» виникнення мартенситна пластина не росте. Кількість мартенситу при охолодженні збільшується не внаслідок підростання пластин, які вже утворилися, а в результаті «миттєвого» виникнення все нових і нових пластин.

При мартенситних перетвореннях в сталях на плоскій полірованій поверхні зразка, що створюють характерний рельєф, що свідчить про зміни форми перетвореного об'єму аустеніту. Характерний рельєф на вихідній плоскій поверхні зразка може служити головною зовнішньою ознакою мартенситного перетворення в сталі.

Розпад мартенситу з виділенням карбідів - головний процес при відпуску сталей. Структурні зміни при відпуску можуть ускладнюватись розпадом аустеніту. При процесі відпуску відбуваються певні процеси.

Першою структурною зміною є сегрегація вуглецю в кристалах мартенситу. Сегрегації утворюється на структурних недосконалостях при кімнатній температурі і навіть в період охолодження після загартування.

Наступна стадія - виділення проміжних карбідів. Починається при температурі приблизно 400 єС, оскільки хром, молібден, кремній затримують розпад мартенситу.

Утворення цементиту проходить при температурах вище 250 єС, найбільш активно в інтервалі 300…400 єС.

Коагуляція і сфероідизація цементиту - завершальна стадія процесів карбідоутворення при відпуску. Ці процеси стають інтенсивними при 350…400 єС. Вище 600 єС всі частинки цементиту стають сферичними і відбувається лише коагуляція. При цьому нікель прискорює коагуляцію, а хром, молібден ускладнюють її.

Розклад залишкового аустеніту активно протікає при температурах 200…300 єС і при цьому він перетворюється в нижній бейніт.

Зменшення концентрація вуглецю проходить у всьому температурному інтервалі виділення з нього карбідної фази.

Після високотемпературного відпуску при 720 єС отримується сорбіт відпуску (рис. 3.1,б).

Рисунок 3.1 Структура після гартування (а), структура після відпуску (б).

4. Термічна обробка сталі 40Х10С2М

Для сталі 40Х10С2М обирають такий вид термічної обробки як загартування та відпуск в маслі.

Гартування - це нагрівання до оптимальної температури, витримка і подальше швидке охолодження з метою отримання нерівноважної структури. У результаті гартування підвищується міцність і твердість і понижується пластичність сталі. Гартування не є кінцевою операцією термічної обробки. Для зменшення крихкості і напружень, що викликані гартуванням, і отримання потрібних механічних властивостей, сталь після гартування піддають відпуску.

Доевтектоїдні сталі нагрівають до температури на 30…50 єС вище температури А_с3. В цьому випадку сталь з вихідною структурою перліт + ферит при нагріві досягає аустенітної структури, яка при наступному охолодженні перетворюється в мартенсит.

Для багатьох легованих сталей температура нагріву для загартування значно перевищує критичні точки, що визначається малою швидкістю і ступенем розчинення спеціальних карбідів в аустеніті для отримання потрібного степеня його легування. Для сталі 40Х10С2М температура загартування буде становити 1010 єС.

Тривалість нагріву повинна забезпечувати прогрів деталі в розрізі і завершення фазових перетворень, але не повинна бути надто великою, щоб не викликати ріст зерна і обезвуглення поверхневих шарів сталі.

Загальна тривалість нагріву складається з тривалості наскрізного нагріву до заданої температури, що обумовлена формою і розміром деталі, а також тривалість витримки при заданій температурі. Тривалість витримки при заданій температурі для деталей машин часто приймають за 15…25 % від тривалості наскрізного прогріву.

Охолодження при загартуванні повинно забезпечувати отримання структури мартенситу в межах заданого розрізу деталі і не повинно викликати гартівних дефектів: тріщин, деформацій, короблення і високих залишкових напружень в поверхневих шарах. Сталь 40Х10С2М охолоджують на повітрі.

Відпуск сталі є завершальною операцією термічної обробки, що формує структуру, а отже, і властивості сталі. Відпуск полягає в нагріві сталі до різних температур (залежно від виду відпуску, але завжди нижче критичної точки), витримці при цій температурі і охолодженні з різними швидкостями. Призначення відпуску - зняти внутрішні напруження, що виникають в процесі загартування, і отримати необхідну структуру. Залежно від температури нагріву загартованої деталі розрізняють три види відпустки: високий, середній і низький. Для даної сталі використовують високий відпуск.

Швидкість охолодження після відпуску значно впливає на величину остаточних напружень. Чим повільніше охолодження, тим менше залишкове напруження. Для сталі 40Х10С2М проводять високий відпуск за температури 720 єС, що підвищує опір, границю текучості, відносне звуження і ударну в'язкість.

Рисунок 4.1 Діаграма нагріву - охолодження

5. Розрахунок норм часу нагріву деталі

Складовими частинами норм часу на термічну обробку деталі є:

1) основний (технологічний) час;

2) допоміжний час;

3) час на обслуговування робочого місця, відпочинок та особисті потреби.

Основний час - це час, на протязі якого безпосередньо відбувається зміни структури, властивостей металу, що є метою даного технологічного процесу. До цього часу відносять: час на нагрів і витримку при заданій температурі та час на охолодження деталі.

Режими термічної обробки залежать від вимог, яким повинна відповідати деталь, матеріалу, конфігурації, від типу обладнання, в якому проводять термічну обробку. Основний час визначають за діючими на підприємстві картами технологічного процесу.

Допоміжний час включає в себе: час на завантаження, комплектування деталей на пристрої, піддони, корзини та їх вивантаження; установку деталей на правильних і загартувальних пресах та їх зняття; завантаження деталей в дробометні барабани або піскоструйні машини та їх вивантаження; проміжний контроль деталей та транспортування деталей і тари.

Деякі з перерахованих робіт виконуються під час основної технологічної роботи агрегату, тому допоміжний час поділяють на перекритий і не перекритий. До перекритого часу відносять: час на вкладання деталей в тару або допоміжне пристрої, вивантаження деталей з охолоджуючих баків і т.д. До не перекритого часу відносять: час на завантаження деталей в піч або ванну, і час вивантаження деталей з печі в охолоджуючі баки і т.д.

Час на допоміжне обслуговування включає в себе: витрати часу для ознайомлення із завданням і технологічним процесом, прийом і передачу агрегатів, печей, ванн по зміні, виконання різних записів у журналах, розкладання і прибирання інструменту, допоміжних засобів, догляд за робочим місцем, передача деталей на контроль (визначення глибини шару, твердості і т.д.).

До технічного обслуговування відносять: час на обслуговування агрегатів (перевіряються тиск, температурні показники), регулювання і наладка обладнання, чистка ванн, перевірка і підтримка необхідної концентрації солей, змащення окремих частин, які труться при роботі на пресах або печах.

Час на організаційно-технічне обслуговування робочого місця визначається у відсотках від оперативного часу.

Час на відпочинок і особисті потреби визначається у відсотках від оперативного часу залежно від зайнятості робочого місця.

В процесі термічної обробки основний час в більшості випадків перевищує в декілька разів сумарний час допоміжних заходів, які пов'язані з термічною обробкою. В такому випадку утворюється так званий автоматичний час. На протязі цього часу робітник залишається вільним від активного спостереження за роботою певного агрегату.

При розрахунку часу нагріву нагрів розбивається на три інтервали: Й - 20…600 єС, II - 600…800 єC, III - 800…1010 єC.

Середня теплоємність в інтервалі температур:

де - тепловміст при температурі t, кДж/кг.

;

;

;

Коефіцієнт тепловіддачі:

,

де - температура печі, єС(єК);

- температура поверхні, єС(єК);

- приведений коефіцієнт випромінювання, Вт/м²·єК⁴,

Де =5,76 Вт/м²·єК⁴;

- степінь чорноти.

;

;

;

;

Середнє значення коефіцієнту тепловіддачі:

;

;

;

.

Тривалість нагріву визначається за формулою:

,

де S - розрахункова товщина тіла, що нагрівається (половина товщини при двохсторонньому нагріві); - коефіцієнт форми, який для циліндра дорівнює 2; - щільність, кг/м³; - середня теплоємність, Дж/кг·град; - коефіцієнт тепловіддачі, Вт/м²·град; - температура печі, єС; - початкова температура тіла, єС; - кінцева температура тіла, єС.

с;

с;

с.

Загальний час нагріву: с = 16 хв.

Чисельне значення автоматичного часу підраховується як різниця основного часу і допоміжного перекритого часу, часу активного спостереження, часу переходів і часу зачищення деталей для контролю:

Т_а = Т_о - ( Т_вп + Т_акт + Т_пер + Т_зач ) = 45,6 - ( 7 + 4,16 + 0,15 + 2 ) = 32,29хв

де: Т_а - машинно-автоматичний час, хв.;

Т_о - основний (технологічний) час, хв.;

Т_о= ф_нагр + ф_витр + ф_охол = 16+3,2+26,4=45,6 хв.;

Т_вп = 7 хв - допоміжний перекриваємий час, хв.;

Т_акт - час активного спостереження за роботою агрегатів, хв.;

, хв.; = 4,16 хв.

а_акт = 5 - час активного спостереження, в розмірі 5% від основного часу;

Т_пер = 0,15 хв - час переходу від одного агрегату до іншого, його встановлюють в розмірі 0,015 хв на 1 м шляху, хв..;

Т_зач = 2 хв - час зачищення деталей для контролю, хв.

Наявність автоматичного часу дає можливість одному робітнику або бригаді обслуговувати декілька агрегатів і норми штучного часу залежать від кількості агрегатів, що обслуговуються. Чим більше агрегатів обслуговується, тим більше виготовляється деталей і відповідно тим менша норма штучного часу. На одного робітника встановлюється норма обслуговуваних агрегатів.

6. Обладнання для термічної обробки

6.1 Вибір печі для гартування

Для гартування сталі до 1010 єС, потрібно нагріти її. Для цього використовуємо камерну піч опору типу СНЗ-11.22.7/12, з габаритами 1,1Ч2,2Ч0,7м, потужністю 149 кВт і продуктивністю 300 кг/год.

Камерні електричні печі опору найпростіші за конструкцією та зручні в керуванні. Продуктивність таких печей більша, нагрів виробів однорідніший, витрата енергії менша; як правило, вони у високій мірі механізовані. У печах з робочими температурами до 1300 °С широко використовується примусова циркуляція газів за допомогою вентиляторів, що вбудовуються в піч або винесених з печі разом з нагрівачами в електрокалорифери.

Піч нагрівається металевими елементами, розміщеними на бічних стінах, склепінні та під подовою плитою. Живлення печі здійснюється від мережі трифазного струму. Захисна атмосфера подається до дверцят печі. При їх відкриванні вона займається і створює полуменеву газову завісу.

Залежно від потужності печі дверцята мають педальний, пневматичний або електромеханічний приводи.

Рисунок 6.1 Камерна електрична піч опору типу СНЗ-11.22.7/12

6.2 Вибір печі для відпуску

Для нагрівання сталі при відпуску використовуємо шахтну піч. Ці печі використовують для термічної, а також хіміко-термічної обробки довгомірних, великогабаритних чи невеликих деталей.

Шахтна піч - це футерована шахта циліндричного або квадратного перерізу. Каркас печі виконаний з листової сталі. Робочий простір печі перекривається кришкою, що може мати ручний, пневматичний або електромеханічний приводи.

Нагрівання шахтних печей проводиться з використанням рідкого та газоподібного палива або електричної енергії. У печах з використанням контрольованих атмосфер встановлюється муфель із жароміцної сталі. Максимальна робоча температура цих печей становить 900 єС.

Конструкцію шахтної електричної печі серії СШЗ із контрольованою атмосферою зображено на рисунку 6.2.

Рисунок 6.2 Шахтна електрична піч серії СШЗ

Піч складається із зварного кожуха 1, який всередині має футеровку 2. На стінах камери розміщено металеві нагрівальні елементи 3. Піднімання та опускання кришки 4 виконується механізмом 5, герметизація здійснюється піщаним затвором. Контрольована атмосфера підводиться у верхню частину камери, а відведення газів проводиться через трубку в нижній частині печі.

Рисунок 6.3 Схема термічної дільниці: 1 - чавунні плити для зберігання деталей, 2 - камерна піч опору, 3 - шахтна електропіч, 4 - гартівно-миючі баки, 5 - столи контролера.

7. Охорона праці та техніка безпеки при проведенні термічної обробки

Під час експлуатації виробничого обладнання для термічної обробки на здоров'я працюючих впливає ряд небезпечних та шкідливих факторів. У даному випадку до них можуть відноситись перш за все можливе забруднення повітря приміщення, підвищені температури окремих поверхонь виробничого устаткування, недостатня освітленість робочої зони, певний рівень шуму, електричний струм.

Можливе забруднення повітря виробничого приміщення.

Тому для контролю концентрації шкідливих речовин у повітрі приміщення дільниці вторинної переробки кольорових металів передбачаємо використання таких методів:

- експрес-метод, який ґрунтується на явищі колориметрії (зміні кольору індикаторного порошку в результаті дії відповідної шкідливої речовини) і дозволяє швидко та з достатньою точністю визначити концентрацію шкідливої речовини безпосередньо у певній зоні приміщення;

- лабораторний метод, який полягає у відборі проб повітря з певної зони виробничого приміщення і проведенні фізико-хімічного аналізу в лабораторних умовах. Цей метод дозволяє одержати точні результати, однак вимагає значних затрат часу;

- метод безперервної автоматичної реєстрації вмісту в повітрі шкідливих речовин з використанням газоаналізаторів та газосигналізаторів.

Крім того, для визначення запиленості повітря користуємося ваговим, електроіндукційним, фотометричним та іншими методами.

Забезпечення метеорологічних умов у виробничому приміщенні, які відповідали б нормативним вимогам, є актуальним завданням. Здійснюється це за допомогою комплексу заходів та засобів колективного захисту, які включають будівельно-планувальні, організаційно-технологічні, санітарно-гігієнічні, технічні та інші.

Стосовно можливого впливу підвищених температур виробничого устаткування на здоров'я працівників, то передбачаємо дотримання регламентованих нормативними документами величин, а саме: інтенсивність теплового опромінення працюючих від нагрітих поверхонь технологічного устаткування та освітлювальних приладів не повинна перевищувати:

- 35 Вт/м², при опроміненні 50 % і більше поверхні тіла;

- 70 Вт/м², при опроміненні від 25 % до 50 % поверхні тіла;

- 100 Вт/м², при опроміненні не більше 25 % поверхні тіла.

Недостатня освітленість робочої зони.

Збереження зору людини, стану її центральної нервової системи, безпеки процесу трудової діяльності в цілому в значній мірі залежать від умов освітлення. Даний фактор у значній мірі впливає на продуктивність праці.

У цеху використовується комбіноване освітлення. В спектрі природного світла, на відміну від штучного, більше ультрафіолетових променів, необхідних для людини. Для природного освітлення характерне високе розсіювання світла, що найкраще сприймається при зоровій праці.

Освітленість приміщення повинна становити не менше 400 Лк.

За даними досліджень продуктивність праці в шумних умовах може знижуватись до 60 %.

Шум при рівні 50…60 дБА створює значні навантаження на нервову систему людини, створюючи психологічну дію. При підвищенні рівня до 70 дБА і більше шум може викликати видимі зміни в організмі.

Оскільки для живлення виробничого обладнання як джерело енергії використовується електричний струм, то його дія в окремих випадках може спричиняти негативний вплив на працівників. Проходячи через організм працівника, електричний струм викликає термічну, електролітичну, біологічну дію.

Размещено на Allbest.ru

...