Мармер Э.Н. - Электропечи для термовакуумных процессов

и У~ Э.Н.МАРМЕР С.Г МУРОВАННАЯ Ю.Э. ВАСИЛЬЕВ 2-е оэдение, переработанное и дополненное МОСКВА ЗНЕ|эГОАТОМИЗДАТ 1вв1 ЭЛЕКТРОПЕЧИ гвемовакттмных ПРОЦЕССОВ УДК 621365 Рессмотреюе оссбеапоспа нагрева н влаакв металлов в вакууме прнменщепъпо к отелам в наиболее аазапок цветным. Реиквм и зуголлэвким кемалем. Предствюмлы саедепвл о вакуумных технолопюх нагрева в юпакв мсюллов. СМстематвыьроаалы консгрукцвв вакуумных элыпропечей разлююого ваииченил н дюне рекомеююцаи по пх вепюльзовенвю. Оценена юсономлческал э$4ектианоею элмстрспечев в теиплджвчееких процессов, Первое впилие кнюп вьшюо в 1977 г.

Рассчитала на наунпех в ллкепсрноеехнвческпх реботюпсов, раэ. рабатыеэалцвх в эксллуатируюплю взкуумеые электропечи, а такие студситоэ вузов. Табл. 125. Ил. 54, Бвбллогр. 202. Рецензент канд.таоьнаук А. И. Пнпко © Издательство '"Энергна ", 1977 Ю Автор, 1991 2 103090200.331 051(01).91 1ВВХ 5-283-00597-6 Мармер Э.Н., Муроиаинав С.Г., Васильев 10.Э, Электропечи длв термовакуумных процессов.

— 2.е изд„: перераб. и доп. — М.: Энергоатомнздат, 1991. — 232 с,: нл. — 1$Вг1 5-285430597-6 Саетлоа памяти организатора и первого директора ВНгптЭТО Анорее Павловича Алитгаутена автори полня имеет ету книгу. предислОВие Требования, предъявляемью к вакуумному злектротермическому оборудованию, определяются взаимодействием разреженной окружаю. щей греды с обрабатываемыми материалами и с конструкционными ююментами электрических печей. Однако зги требования до спх пор не систематизированы. Выпускаемые вакуумные электропечи обычно разрабатывались по заданиям, удовлетворяющим требованиям конкретного технологического процесса.

Применение новых технолопнескнх процессов в разработанных печах термообработкн, спекания и плавки являе~ся весьма актуагюной задачей, дпя решения которои необходим анализ технологических, термодпнамических и кинетических особенностей нагрева и плавки металлов и сплавов в вакууме. Такой аналю позволит разработать научные предпосылки выбора основных параметров термовакуумных процессов и может быль паложен в основу составления прогнозов производства вакуумных печей на длительный период. Внедрение вакуумных электропечей приводит к повышению качества и снижению брака юделий, что дает значительный зкономический эффект.

Эа рубежом производство вакуумных элекгропечей дпя термообработки развивается значительно быстрее проюводсгва электропечей с другими средами. " Расширение числа конструктивных вариантов вакуумных электро- печей происходит прн появлении новых технологических процессов с нагревом в активных газах (водороде, азоте, углеродсодершших и других казах) после предварятельной откачки печей. Вакуумные печи с газовым наполнением необходимы дпя восстановления порошков, синтеза порошков и спекания изделий из нитридов, карбидов, боридов, твердых сплавов. В отличие от 1-го издания, вышедшего в 1977 г., во 2-м юдании кроме обобщения сведений о вакуумных технологических процессах н печах дпя термической обработки добавлены сведения о плавке. Параграфы 1.2, 2А — 2.6, 3.6, 4.6 написаны Ю.

Э. Васильевым; гл. 5 и 5 1.4 — совместно Э. Н. Мармером и Ю. Э. Васильевым; а 1.7* З.1— 3 -.=':;,.;:;,'йф'й,й1исаны С. Г. Мурованной с дополнениями и изменениями, ~1."." й1й~ми.Э. Н. Мармером; остальный текст и общее редактирова- пФ М Э. Н, Мар ру. Эн~вания и советы по книге просим направлять по адресу. "113114, ,Москва„М-114, Шлнгзовая наб., 10, Энергоатомиэпат. Авторы Глава переел ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОВАКУУМНЫХ ПРОЦЕССОВ 1.1. Роль вакуума в процессах тармообработки, спекания и плавки , .Разреженная среда — вакуум в качестве защитной среды находит широкое применение в промышленности.

Если 40 — 50 лет тому назад вакуум использовался только в физических приборах, в радиотехнике„электронике и атомной технике, то в настоящее время вакуумные печи используются длл разнообразных технологических процессов в черной и цветной ьюталлургяи, в автотракторостроении и приборостроении, в станкостроении и инструментальной промышленности, в электротехнике и других отраслях промышленности. Е. М. Савицкий и Г. С. Бурханов 121 считают, что термообработка тутоплавких металлов в сверхвысоком вакууме (10"а — 10 а Па) является одним из наиболее эффективных путей повышения его пластичности, главным образом за счет испарения или диссоциации оксидов.

Наблюдается тенденция к раопростраиению вакуумной закалки ~31, которая осуществляется при нагреве в вакууме и охлаждении в ыасле или в потоке нейтрального газа, в том числе при повышенном до 0,6 МПа давлении. При химико-термической обработке начинают применять разреженные среды для насыщения металлов углеродом, бором и азотом, .Все в большем числе технологических процессов предусматривается вакуумный нагрев заготовок перед ковкой, прокаткои„прессоваиием, даже в тех случаях, когда эти виды обработки осуществляются на воздухе. Это особенно важно для обработки титановых сплавов и других реакционно.

активных металлов 1Уа и Ча подгрупп Периодической системы элементов Менделеева. . При термообработке стальных труб в вакуумных проходных злектропечах приведениые затраты иа 1 т продукции почти в 1,5 раза меньше, чем в печах с контролируемой атмосферой на основе ллссоциированного аммиака. К тому же после нагрева в вакууме трубы иэ аустенитной сталя не склонны к межкристаллитной коррозии 13] . Преимущества термообработки и 'спекания в вакууме заключаются в следующем: ' на поверхностях изделий отсутствует окалина, что исключает операции травления или пескоструяной очиспси; 5 не требуется отмывать детали от солей после их нагрева в соляных ваннах; за счет отсутствия окисления уменьшается (в 1,5-10 раэ) деформация изделий, особенно — сложной формы, что дает воэможносп снизить затраты на механическую обработку и сократить припуски; уменьшается насыщение нагреваемьгх изделий водородом, азотом, кислородом, углеродом, а также происходит дегазацня иэделий (в первую очеред удаляется водород), способствующая повышению таких характеристик пластичности, как ударная вязкость и относительное удлинение, вследствие чего во многих слуаях повышается срок служ бы изделий; при спекании порошковых деталей иэ пор более полно удаляется воздух, что повышает стабильность свойств спеченных деталей; значителъно снижается уровень пожаро- и вэрывоопасности, токсические вещества иэ печи не попадают в атмосферу цеха, в результате чего снижаются затраты на установку специальных вентиляционных сисгем; создаются условия экологической безвредности вакуумных процессов спекания и термообработки; по сравнению с контролируемыми атмосферами, в которых проводят спекание пзпн ограниченном содерлеппш паров воды, например при 10 э — 10" г~мэ; такой уровень содержания влаги в вакуумных печах достигается прн остаточных давлениях 0,1-1 Па; тепловые потери в вакуумных печах с теплоизоляцией из пористых керамических материалов (шамота-легковеса, волокнистых плит и друтих) существенно ниже, чем в печах с эндогазовой атмосферой (18 — 20% по объему СО, 38 — 40% Нз, 40 — 44% г1з): для шамота-легко- веса — на 20 — 30%, для волокнистых плит — более чем в 2,5 раза, в связи с чем расход электроэнергии в вакуумных печах на 30 — 50% нимсе (см.

гл. 5) . Активирование процессов спекания в вакууме наблюдается при спеканли особотугоплавкнх соединений, ингрида титана, гцприда цир. копия [31. К недостаткам термообработки и спекания в вакууме следует отнести невозможность спекания металлов с высокой упругостью пара, а также сплавов и химических соединений, компоненты которых по упругости пара или диссоциации существенно различаются. Эти недостатки в вакуумных печах частично могут быть устранены путем напуска нейтрального газа до давления, прн котором испарением легколегучих компонентов можно пренебречь. Для металлов Па, Ша, 1Ча, Ча подгрупп Периодической системы элементов нельзя подобрать эацлтную среду, полностью исключающую взаимодействие прн нагреве. В этом случае концентрация активных газов может быль понижена использованием инертных сред или созданием разрежения — вакуума.

Инертные среды, так же как и защитные, б Таблица 1.1. Обьемиоо содврпзпив примесей и пперпвьвх газах бб, по более) Пары поим Конце г. тепсл рвцпп, роом. з ' с г1м С Лоло. Кисло- Угле. Азот роп род род~1 Мерл», Гост плп ТУ Аргон А ГОСТ 10157-79 0,01 Аргон Б, ГОСТ 10157 -79 0,04 ;Аргон В, ГОСТ 10157-79 0,1 Аргон Особой чистоты 0,005 МРТУ 6-02-377 — 66 Гвипй Технический, 0,12 0,06 МРТУ 55- -77-66 1'олий Высокой чистоты, 0,005 0,0025 МРТУ 55-77-66 О,ОЗ О,ОЭ 0,03 0,02 0,003 0,005 0.005 0,001 -50 -50 -50 -55 0,005 0,005 0,03 -50 О,ОЫ 0,003 0,02 Таблице 1.2. Копцвптрвцвп паров иоды в ззювсимоспв от двплеиип 1,Э 0,13 1,3 ° 10 1,3 10 вгс ~ге~ ~ ~б вгл Оотвючное двп- 65 13 псине, Па с3- ЗР Мв Зтомипгрецил пв- 0,56 0,117 ров воды, г1мз Точка росы, 'С 0,011 9 10 7,8-10 1,1.

10 -24 -40 -61 -76 —.90 -101 необходимо специально прнготовлать с контролем в ннх концентрации примесей активных газов. При решении вопроса о применении инертных и защитных газов сдедует учитывать помимо их высокой стоимости наличие в них приме. сей активных газов н паров воды (табл. 1.1) . Например, в аргоне марки А содержится до 0,003% кислорода„0,01% азота и 0,03 г/мв паров воды. Такая концентрация паров воды достигается прн остаточном давлении воздуха 1 — 10 Па (табл. 1.2), которое дегко создать в промышленных условиях. В этих условиях возможно получение остаточного давления 10 з— 10". э Па, при котором концентрация активных газов, например кислорода, снижается до 10 7%.