НОВАЯ ВАКУУМНАЯ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ МОДЕЛИ СНВГ-2.4.2/13-ИС-НИТТИН ДЛЯ СПЕКАНИЯ ПРЕССОВАННЫХ ЖЕЛЕЗО- И ЖЕЛЕЗОГРАФИТОВЫХ ВТУЛОК С ПЛАСТИФИКАТОРОМ ИЗ СТЕАРАТА ЦИНКА

Читать статью в формате PDF=> Новая вакуумная электропечь модели СНВГ-2.4.2_13-ИС-НИТТИН стеарат цинка спекание порошков

Традиционная технология спекания железо- и железографитовых втулок основана на спекании железографитовых смесей содержащих стеарат цинка в среде водорода. Защитная среда водорода была необходима для предотвращения образования оксидных пленок на поверхности спекаемых порошинок, а также как среда для удаления продуктов разложения стеарата цинка. Использование водорода в промышленных установках связано с его высокой пожаро- и взрывоопасностью. С ужесточением требований по охране труда и технике безопасности предложено использовать вакуумные электропечи для проведения таких процессов спекания. Новая вакуумная электропечь модели СНВГ-2.4.2/13 торговой марки «НИТТИН» предназначена для решения этих задач (отгонки пластификатора и спекания в одном технологическом цикле).

 

Порошковая металлургия является одним из основных направлений развития современного, высокоэффективного (ресурсо- и энергосберегающего) производства во всех технологически развитых странах мира. Методы порошковой металлургии позволяют в максимальной степени экономить трудовые и материальные ресурсы. Так по сравнению с литьем, порошковая металлургия позволяет использовать 100 % исходного материала. Порошковые материалы по своим уникальным свойствам не имеют аналогов и позволяют обеспечить выпуск качественно новой конкурентно способной продукции.

Например, изготовление шестерен методами литья с последующей токарной обработкой связано с потерями в стружку до 60 % материала. Методы порошковой металлургии позволяют практически полностью устранить недостатки технологии обработки металлов резанием и при этом обеспечить самосмазываемость шестерен за счет заполнения маслом (пропитки) имеющихся в них пор. Добавка к железным порошкам меди и графита улучшает характеристики спеченного материала.

При заполнении маслом основной металл защищается от коррозии, имеет постоянный малый коэффициент трения, а подшипники обладают свойством самосмазывания – в процессе эксплуатации масло выделяется из пор на трущуюся поверхность, что исключает необходимость подвода смазки извне. Изначально пористые подшипники имели состав бронз, а затем в них начали вводить графит, который при смешивании с маслом из пор образует высококачественный маслографитовый смазочный материал. Для экономии меди применяют пористое железо или железографитовый материал с добавкой меди.

Подшипники из материалов на основе железа наиболее распространены, их производят из железа (марки Ж), железографита (марок ЖГр1, ЖГр2, ЖГр3 и др.), железографита с медью (марок ЖГр1Д0,5, ЖГр1,5Д2,5 и др.) и с другими антифрикционными компонентами.

Технология изготовления заключается в смешивании порошковой композиции состоящей из железа, графита карандашного или графитового концентрата. Качество перемешивания улучшается при добавлении к смеси масла, бензина или глицерина. Однако при этом уменьшается текучесть смеси порошков, что недопустимо при прессовании на прессах-автоматах с объемной дозировкой. Поэтому вместо масла в шихту добавляют 0,5…1 % стеарата цинка (C17H35COO)2Zn). Его предварительно смешивают с некоторым количеством порошка железа (такая лигатура тяжелее стеарата цинка, что благоприятствует равномерности его распределения в объеме смеси). После чего заготовки формируют прессованием. Пористость прессовок задается в соответствии с требованиями и составляет 25…30 %.

Спекание пористых втулок проводится в защитной атмосфере с минимальным содержанием окислителей (О2, Н2О, СО2) так как втулки могут окисляться при нагреве не только с поверхности, но и в объеме. Чаще применяют печи непрерывного действия – конвейерные и толкательные с защитной атмосферой. Она состоит из водорода, диссоциированного аммиака, либо конвертированного (эндотермического) газа. Рабочая температура спекания в таких печах достигает 1200 оС. Прессовки укладываются на поддоны из жаропрочного материала, которые продвигаются вдоль печи навстречу защитному газу.

Применяются также камерные и шахтные печи – заготовки укладываются в контейнер или специальный бак, изготовленные из жаропрочной стали. Сверху емкость закрывают плотно подогнанной крышкой, а внутрь ее вставляют газоподводящую и отводящую трубки.

Однако эксплуатация всех этих печей вызывает ряд проблем:

— продукты разложения стеарата цинка конденсируют в выхлопных патрубках (свечах);

— рабочее пространство печи зарастает твердыми отложениями вплоть до невозможности проталкивания лодочек с деталями;

— продукты разложения на свечах не полностью сгорают.

Все это вызывает необходимость периодически очищать печь от отложений. Продукты неполного сгорания стеарата цинка {(C17H35COO)2Zn} на свечах загрязняют цеховую атмосферу. К тому же сама печь загрязняется в самых неожиданных местах, даже в холодильниках, которые находятся весьма далеко от камеры предварительного нагрева, где пластификатор удаляется из «сырых» деталей (рис. 1).

 

Рис. 1. Схема газопотоков продуктов разложения стеарата цинка в закрытой толкательной печи спекания в атмосфере водорода: 1 – камера загрузки; 2 – камера предварительного нагрева; 3 – камера высокотемпературного нагрева — спекания; 4 – камера выгрузки; 5 – холодильник; 6 – сталактит из ZnO; 7 – науглераживание и перегрев кладки; 8 – осадки ZnO уменьшают сечение канала.

 

Отложения в печи делятся на три типа:

— черно-зеленый налет, который обычно обнаруживаются в камере предварительного нагрева;

— серебристый осадок плотный осадок в виде «сталактита», характерный для участка стыка камер предварительного нагрева и спекания;

— серебристый осадок в виде пористой спеченной «губки», который осаждается в холодильнике печи. Осадок типа «губка» образуется на охлаждаемых местах (смотровые окна, места уплотнения термопар) и по составу соответствуют чистому оксиду цинка.

Механизм разложения стерата цинка. В начале термодеструкции при 250 oC стеарат цинка разлагается на кетон R–CO–R (где R – алкильный радикал C17H35) и ZnCO3. Затем начинается термодеструкция кетона: она начинается с алкильного радикала R и сопровождается образованием алканов и алкенов. Разрыв углеводородной цепи происходит случайным образом – примерно на 1/3 всей цепи C17H35. Таким образом, в парообразных продуктах разложения преобладают алканы и алкены типа С5Нn…С6Нn. Выше 400 оС вплоть до 500 оС в продуктах разложения обнаруживается широкий спектр кетонов и кетенов в продуктах деструкции составляет 80…90 %, остальное – алканы. Выше 500 оС карбонат цинка начинает разлагаться на оксид цинка и диоксид углерода. Термодеструкция стеарата цинка заканчивается при 550 оС. При повышении температуры оксид цинка может быть восстановлен водородом до цинка. Углеводороды (кетоны, кетены, алканы и алкены) имеют широкий диапазон температур конденсации — от комнатной до 300 оС. При контакте с холодными поверхностями они конденсируются, загрязняя их. После испарения продукты разложения почти мгновенно растекаются по камере вследствие свободной конвекции паров в поле силы тяжести. Углеводороды, испаряющиеся из порошковых деталей в камере предварительного нагрева, направляются к зоне загрузки, где частично конденсируются на стенках, а движущиеся в высокотемпературную камеру спекания разлагаются там на сажу и водород. На входе в высокотемпературную камеру спекания оксид цинка восстанавливается до жидкого цинка, а затем испаряется.

Науглероживание теплоизоляционной и огнеупорной футеровки печи сажей, а также конденсация паров цинка иногда вызывают ее разрушение. Конденсат и пылевая фракция оксида цинка нарушают нормальную работу шлюзовых устройств, механических затворов, запорной арматуры. Конденсация паров цинка в холодильнике влечет за собой уменьшение проходного сечения печи вплоть до заклинивания поезда поддонов. Далее, попадая на диффузионный факел свечи, органические продукты разложения не полностью сгорают и выбрасываются в цеховую атмосферу, загрязняя ее.

Исследования в области использования стеарата цинка в качестве пластификатора при спекании порошковых изделий ведутся и поныне.

Таким образом, при использовании стеарата цинка продукты его разложения должны быть удалены из порошковых деталей и из камеры печи.

С ужесточением требований по охране труда и технике безопасности предложено использовать специализированные вакуумные электропечи для проведения таких процессов спекания. Новая вакуумная электропечь модели СНВГ-2.4.2/13-ИС торговой марки «НИТТИН» предназначена для решения этих задач (отгонки пластификатора и спекания в одном технологическом цикле).

Буквенно-цифровое обозначение электропечи модели СНВГ-2.4.2/13-ИС-НИТТИН (рис. 2):

С – вид нагрева – сопротивлением;

Н – основной конструктивный признак – камерная;

В – характер среды в рабочем пространстве – вакуум;

Г – материал нагревателя –углерод-углеродный композит;

2 – ширина рабочего пространства, дм;

4 – длина рабочего пространства, дм;

2 – высота рабочего пространства, дм;

13 – номинальная температура, 0С, условно уменьшенная в 100 раз;

И – исполнение;

С – спекание в вакууме металлокерамических изделий;

НИТТИН – торговая марка отечественного производителя вакуумных электропечей.

 

СНВГ-2.4.2_13-ИС-НИТТИН

Рис. 2. Общий вид вакуумной электропечи модели СНВГ-2.4.2/13-ИС-НИТТИН

 

Печь серийного производства. Печь предназначена для спекания в вакууме порошковых бронзо- и железогрфитовых втулок.

Печь СНВГ-2.4.2/13-ИС-НИТТИН (далее Печь) состоит из следующих основных узлов, систем и механизмов: вакуумной камеры; нагревательного модуля; вакуумной системы; система улавливания удаляемого пластификатора, системы водяного охлаждения; печного трансформатора и системы электропитания; шкафа управления; системы контроля температуры. Все элементы Печи, смонтированы на общей раме в виде единого монтажно-транспортного блока.

Вакуумная камера представляет собой цилиндрический горизонтально расположенный корпус, закрытый с обеих сторон крышками, которые закреплены на корпусе. Крышки и корпус снабжены рубашками водяного охлаждения.

Вакуумная система состоит из бустерного паромасляного насоса, двух механических форвакуумных насосов, вакуумных затворов и необходимого количества клапанов, вентилей.

Система улавливания удаляемого стеарата цинка предотвращает его попадание в вакуумную систему.

Питание нагревателя осуществляется от печного трансформатора, установленного на раме печи. На кабеле, соединяющем обмотки низкого напряжения трансформатора с регулирующим устройством, установлен шинный трансформатор тока, входящий в систему контроля тока нагревателя.

Регулирование теплового режима осуществляется путем изменения подводимой к нагревателю мощности с помощью тиристорного регулятора напряжения, включенного в первичную обмотку печного трансформатора. Сигнал управления тиристорного регулятора напряжения формируется и подается от регулирующего микропроцессорного прибора.

Управление элементами вакуумной системы осуществляется с помощью программируемого контроллера. Контрольно-измерительные приборы и аппаратура размещены в шкафу управления.

Спекание порошковых изделий из титана и его сплавов может производится с использованием стеарата цинка. Данное типоисполнение печи полностью подходит для проведения таких процессов спекания.

При производстве бронзографитовых втулок стеарат цинка не используется. Но данное типоисполнение печи пригодно для спекания также и бронзографитовых втулок.

Основные параметры и размеры вакуумной электропечи модели СНВГ-2.4.2/13-ИС-НИТТИН приведены в Таблице.

 

Таблица. Основные параметры и размеры вакуумной электропечи модели СНВГ-2.4.2/13-ИС-НИТТИН

Наименование параметра

Норма параметра

номинальная

допустимая

1. Установленная мощность, кВт, в т.ч.:

35

38

– нагревателей;

30

33

– оборудования вакуумной системы (вакуумных насосов, затворов, клапанов)

4,45

––

2. Номинальная температура, оС

1300

1300

3. Точность поддержания температуры в рабочем пространстве, оС

––

10

4. Неравномерность температуры в рабочем пространстве камеры нагрева в установившемся тепловом режиме, оС

––

20

5. Программирование и контроль режимов термообработки.

Обеспечивается системой автоматического регулирования.

6. Масса садки, кг, не более

––

15

7. Рабочее напряжение, В, не более

65

65

8. Мощность холостого хода, кВт, не более

22

25

9. Размеры рабочего пространства, мм:
– ширина;

200

––

– длина;

400

––

– высота

200

––

10. Масса электропечи, кг, не более

––

2000

11. Среда в рабочем пространстве:
– при нагреве и выдержке садки

вакуум

– при охлаждении

вакуум

12. Остаточное давление в рабочем пространстве электропечи в холодном состоянии после обезгаживания печи путём нагрева до номинальной температуры, не хуже, Па (Торр)

––

6,65

(5·10-2)

13 Время вакуумирования, мин., не более

––

45

14. Параметры воды для охлаждения:
– избыточное давление в питающей магистрали, кПа;

300

400

– температура на входе, оС;

20

25

– расход охлаждающей воды (при температуреохлаждающей воды 20 оС), м3/ч *

0,8

 

Комментирование запрещено