第五章-热处理辅助设备

第五章辅助设备§5.1清理设备、清洗设备及发黑发蓝设备一、清理设备用于清理工件表面氧化皮的设备称为清理设备常用的清理方法有化学清理和机械清理两种。一、清理设备1.化学清理设备：酸洗槽酸洗槽结构酸洗液为含硫酸8%～12%的溶液，使用温度为40～80℃，溶液的温度由槽底通入的水蒸气或由电热管加热获得。酸洗液的浓度在使用过程中会因消耗而降低，当浓度降低至4%以下时应补充硫酸。2.机械清理用机械清理法清除工件表面氧化皮的常用设备有清理滚筒、喷砂机及抛丸机三种。清理滚筒的结构是一部内腔由带筋的耐磨钢衬垫装配起来的滚筒。被清理工件在滚筒内滚动时不断翻滚、相互碰撞，将氧化皮碰碎脱落，每一清理周期约20min。喷砂机是利用压缩空气、水流作为载体带动砂子高速运动撞击工件表面，使氧化皮脱落而完成清理任务。压缩空气的压力约为500～600kPa。所用砂子直径在2mm之内。砂子的消耗量约为清理工件质量的5%～10%。喷砂机的缺点是粉尘污染大。为了减少粉尘污染，可用铁丸代替砂粒，常用铁丸的直径约为0.5～2mm，使用过程其消耗量仅为工件质量的0.05%～0.10%。减少粉尘污染，也可以使用液体喷砂机。抛丸机的工作原理是将白口铸铁丸利用装入设备中，一高速旋转的叶轮将铁丸抛射到工件表面，从而将氧化皮清除干净。与喷砂机相比，抛丸机有更高的清理效率，而且清洁度更高，还能在工件表面形成一层处于压应力状态的硬化层，提高了工件表面的疲劳强度，但是此法不适宜复杂的小型精密零件。热处理车间清洗设备主要用于清除热处理后黏附在工件表面上的残盐及油污，常用的清洗设备为清洗槽及清洗机。二、清洗设备1.清洗槽热处理车间用清洗槽的结构如图9-3所示。它是一个由钢板焊接而成的槽，内有装加热清洗液的容器。清洗液为3%～10%的Na2CO3(苏打)或NaOH(苛性钠)溶液，清洗温度控制在80～90℃。加热装置常用管状电加热器或蒸汽加热器。清洗槽的结构简单，但生产率低，因此在大量生产时就必须采用清洗机。2.清洗机清洗机有周期式作业清洗机及输送带式作业清洗机两类，周期式作业清洗机结构如图9-4所示。图9-4中被清洗的工件置于上、下两个多孔喷头1和2之间。借手柄4沿导轨5进出清洗室，清洗液由离心泵6从储液箱7送至上、下喷头喷向工件，完成清洗任务。使用过的清洗液通过过滤器8回到储液箱。清洗液用蒸汽加热，清洗周期约4min。3.其他清理方法超声波清洗设备，对隐蔽细缝或复杂结构工件有很好的清理效果。脱脂炉清洗设备，把工件加热到450~550℃，使工件上的残油汽化，同时也起到工件预热和渗碳、渗氮件预氧化(提高渗速、零件抗咬合性以及降低渗层脆性)的效果。真空清洗设备，黏附在工件上的油及其他能被蒸发的物质，可在真空下蒸发而除掉，是一种少污染的新型清洗设备。三、发黑设备为了对工件表面起到防锈，增加美观，消除淬火应力的作用，需对工件表面进行氧化处理，使金属表面生成一层带磁性的四氧化三铁(Fe3O4,厚度一般为0.6~0.8μm左右)，因操作及工件本身化学成分的不同，薄膜颜色有蓝黑色、黑色(碳素钢及一般合金钢)、红棕色(铬硅钢)、棕褐色等。发黑设备有：酸洗槽(盐酸浓度调整到40%~50%并加入0.2%~0.5%的尿素)、氧化槽(配方为80%左右的氢氧化钠(NaOH)+10%左右亚硝酸钠(NaNO2)+8%左右磷酸三钠)，氧化槽用电阻丝加热约138~145℃，为防氢氧化钠挥发，发黑槽必须有吸风设备；其他辅助设备有清洗槽、皂化槽(用20条肥皂溶入200L80~90℃热水中，皂化液填充氧化膜小孔，提高抗蚀能力)，热油槽(皂化后用温水清洗干燥后，放入80℃左右的L-AN15全损耗系统用油中，进一步提高耐蚀性)等。氧化膜的疏松检查是在去油后的工件上滴数滴3%中性硫酸铜，若在30s内不显示铜色为合格。四、发蓝设备蒸气发蓝设备见第二单元中的井式气体渗氮炉，蒸气发蓝的温度较高(540~560℃)，四氧化三铁较厚(Fe3O4,厚度约为4~6μm左右)，氧化膜的疏松检查是在去油后的工件光滑面上滴数滴5%中性硫酸铜，若在15min内不显示铜色为合格，粗糙面及边缘棱角处以5min不显示铜色为合格。§5.2校正设备及通风设备一、校正设备当工件在自由状态下进行淬火时，多数工件会因内部的组织应力及热应力作用不均匀而发生变形，当变形量超过规定值时就必须进行校正。热处理车间常用的校正设备有手动校正压力机、液压校正压力机及液压回火压床等。1.手动校正压力机当要求对工件校正的压力较小时，可以使用手动校正压力机进行校正。手动校正压力机的结构示意图如图9-5所示。齿条式手动校正压力机产生的压力在10～50kN之间。螺杆式校正压力机产生的压力在20～250kN之间，能校正直径30mm左右的工件。2.液压校正压力机当校正力较大时，应采用液压校正压力机，液压校正压力机的结构如图9-6所示。这种设备动作快而平稳，压力调节范围在50～2000kN之间。工件直径在30mm以下时，可选用80kN校正压力机；工件直径在30～40mm时，可选用120kN校正压力机；工件直径在50～70mm时，应§5.3热处理工装夹具设计及鉴定一、工装夹具在热处理生产中的作用1.保证热处理质量好的工装可使工件加热均匀、冷却均匀利用工装是减少和控制零件热处理变形的有效方法之一在气体炉内可使炉气气氛对流顺畅，局部热处理的零件能保证热处理位置的正确，在化学热处理中，可保证渗层均匀或起防渗作用，可保护零件免受磕碰等损伤。2.提高劳动生产率，减轻工人劳动强度利用工装，可合理装炉，最大限度地利用设备，节约装、出炉和装卸零件等辅助时间，工装也是机械化、自动化生产的重要辅助手段。3.保证安全生产，提高经济效益工装夹具有能保证热处理设备、特别是人员生产安全的作用。使用工装虽然增加了一部分费用，热损失也增大，但由于质量、生产率、安全性的提高，以及节约了绑扎铁丝等辅助材料的消耗等因素，总的成本还是降低的。二、工装夹具设计的基本要求1.耐用性与强度估算热处理工装夹具需要在反复加热、冷却等极恶劣的条件下工作，易氧化、腐蚀、变形和开裂。为此，工装夹具多选择低碳钢或耐热钢制造。热处理工装夹具若在水冷条件下工作，就必须牺牲一点高温强度而选择耐热冲击强的材料，在强烈淬火使用中，可以考虑高镍合金或碳素钢。低碳钢吊具的强度估算有抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度，设计中主要考虑其抗拉强度Rm。在950℃长期使用者Rm取6MPa，短时使用者Rm取10MPa。抗剪强度按其抗拉强度的一半计算。对耐热钢工夹具强度一般按低碳钢1~10倍进行估算。2.经济性在保证寿命、安全可靠的前提下，应尽量减小其体积和重量，这样既节约了资源，又减少工装夹具的加热耗能。除了材料选择及制造成本核算外，经济可行的方法是从结构上提高夹具的强度，例如，将易变形的方筐改为不易变形的圆筐，焊接加强筋以增加板和筐架的牢固程度，用多点悬挂代替单点悬挂以平衡工件重量等。在多数情况下，使用较高档次的合金钢，因工装夹具尺寸的减小降低了加热能耗、使用寿命的提高及设备的维修量减少，可使总成本降低而更为经济。3.结构及工艺特点1)便于制造，如小型夹具多采用焊接成形，大型、特别是形状复杂的夹具多采用铸造成形。便于工件的装卸，便于工人的操作。2)必须兼顾加热均匀和冷却均匀两方面的要求，以保证工件热处理后的硬度均匀和变形量最小。3)夹具长期使用中的蠕变变形是不可避免的，将底盘、料盘等夹具结构设计成正反都可以使用的形式，可有效地控制夹具的变形并提高其使用寿命。4)热处理料筐大多是由耐热钢棒、耐热钢丝焊接而成的，长方形网筐用一段时间后四周会往里凹陷，可事先将边缘设计成弯曲形状，以减小变形。网格式夹具选用轧制钢材时碳的质量分数一般在0.08%以下。5)焊接炉罐(薄壁)与CrMnN钢铸造炉罐(厚壁)相比，炉罐重量明显减小，升温速度快，热效率高，节电。6)在要求厚壁以提高强度、刚度或传递推送重型载荷时，或在某些气氛下，形状复杂的构件焊缝会过早破坏时，不能使用焊接件。7)铸造合金的材料成本比锻造合金低，但铸造合金受铸造条件限制截面较厚。近来发展的离心浇铸和精密铸造使铸造截面明显减薄，铸造截面尺寸不受限制，也很少有内部和外部缺陷。铸造夹具要注意内角R的设计，材质中碳的质量分数一般为0.3%~0.5%。8)我国常用的料盘和构件的厚度一般约为16~20mm，而进口的料盘和构件多采用优质钢材，厚度一般仅8~12mm，后者有较好的节能经济效果。三、工装夹具的鉴定1.氧化皮、锈蚀检查对工装夹具氧化、锈蚀部位可进行喷砂或酸洗及中和处理。对锈蚀严重部位，必要时可用工具清除。较小的锈蚀洞可以进行补焊。对影响整体结构强度的氧化锈蚀予以报废。使用有锈的工装夹具也是造成工件氧化脱碳的原因之一，夹具上的氧化皮还会降低电阻炉电热元件及盐浴炉电极的使用寿命。因此，每次用完工装夹具后要经过喷砂、酸洗、中和处理，以除掉表面上的铁锈和脏物，并分类放在干燥通风处备用。2.强度的核算对因氧化锈蚀而变薄变细的各类工装夹具需要重新核算其强度，达不到要求时须降级使用或报废。对各类弯钩、吊环出现拉直、变形的必须更换。料筐底部出现较大裂纹、断裂的，必须坚决报废。挂钩的焊接应为满焊，出现松动或浮焊处必须重新焊接。对加强筋边框处以及吊具等焊接处出现的浮焊、脱焊可以通过补焊进行修理。四、常用热处理工装、夹具常用淬火夹具示意图