STUDIU ASUPRA CUPTORULUI CU REZISTOARE PENTRU [310310]

CAPITOLUL IV

STUDIU ASUPRA CUPTORULUI CU REZISTOARE PENTRU

TRATAMENTELE TERMICE

iv.1. [anonimizat] 1150 0C

– [anonimizat] 700 mm

– lățime 500 mm

– înălțime 350 mm

– Masa șarjei 150 kg

– [anonimizat] 1000 mm

Elementele încălzitoare: [anonimizat]

– Puterea instalată încălzire 31,5 kW

– Tensiune de alimentare 3×380 V/50 Hz

– [anonimizat]

– Acționare ușă cuptor pneumatic; p = 4…6 bari

– Dimensiuni de gabarit 1820x1820x2250 mm

IV.2. PRINCIPIUL DE FUNCȚIONARE AL CUPTORULUI

Cuptorul pentru călire CE12-7x5x3.5, prezentat în Figura 4.1, are în componența sa următoarele componente:

– incinta, (1);

– ușă cu mecanism acționare ușă, (2);

– instalație electrică (panou de comandă), (3).

Fig. 4.1 Cuptor pentru tratamente termice

IV.2.1. [anonimizat]-o [anonimizat].

[anonimizat], sprijinite pe cărămizile refractare profilate pe pereții laterali ai cuptorului (Figura 4.2).

Fig. 4.2. Elementele încălzitoare de tip spirală

În peretele din spate al cuptorului, (Figura 4.3), sunt executate găuri de trecere prevăzute cu presetupe pentru izolarea bornelor elementele încălzitoare. [anonimizat]. (1).

Fig. 4.3

[anonimizat] (2) [anonimizat]. [anonimizat] o hotă de exhaustare.

IV.2.2. Mecanismul de deschidere

Ușa cuptorului, (1) Figura 4.4, este o [anonimizat]. [anonimizat], care asigură ancorarea ușii la mecanismul de antrenare prin intermediul a două lanturi (8). Pe brațele de ridicare a ușii s-a montat liber câte o bucșă care asigură deplasarea ușii pe ghidaje.

Fig.4.4. [anonimizat], prin intermediul unui mecanism de antrenare format din:

– un ax de antrenare (2) montat prin intermediul a două lagăre cu rulmenți (3) pe suporți fixați pe carcasa metalică a cuptorului;

– [anonimizat] (4) pentru acționarea ușii și una (5) pentru racordarea cilindrului pneumatic de acționare;

– două ghidaje (6) [anonimizat], respectiv închiderii acesteia la coborare;

– un sistem de închidere a ușii (7);

Instalația pneumatică de antrenare a ușii, (Figura 4.5), se compune din:

– robinet de închidere a traseului de intrare al aerului, (1);

Fig. 4.5. [anonimizat]-Regulator-Ungător (2), pentru evitarea pătrunderii accidentale în instalație a [anonimizat] a aerului; grupul FRU este prevăzut cu manometru (3) pentru indicarea presiunii existente pe traseu;

– distribuitorul (4), pentru comanda cilindrului de acționare a [anonimizat] (5) pentru reglarea vitezei de închidere, respectiv de deschidere a ușii cuptorului;

– cilindru pneumatic (6) pentru acționarea ușii cuptorului prevăzut cu senzorii de cap de cursă (7) și droselul (8);

– traseele de aer.

La deschiderea ușii, limitatorul montat pe cilindrul pneumatic de acționare comandă întreruperea alimentării cu energie electrică a rezistorilor din cuptor.

IV.2.3. Instalația electrică

Instalația electrică a cuptorului, este concepută și realizată să asigure încălzirea și reglajul temperaturii în regim automat precum și protecțiile necesare funcționării corecte a utilajului.

Reglajul temperaturii se face cu ajutorul programatorului P41. Dulapul de comandă este fixat pe partea dreaptă a utilajului, (Figura 4.6).

Fig. 4.6. Panou de comandă

Pentru buna funcționare a cuptorului este necesară asigurarea alimentării cu energie electrică, astfel:

– puterea totală 32 kW, tensiune de alimentare: 3x400V/50 Hz;

– aer comprimat: debit cca 0,1 mc/h, 5 bar; racord alimentare Dn 10.

În momentul acționării întrerupătorului principal "ALIMENTARE GENERALA" (1Q1), (Figura. 4.7), instalația este conectată la sursa de tensiune. Se conectează circuitele de comandă-semnalizare din selectorul “CONECTARE” (1S1), (Figura.4.8), confirmarea realizându-se prin iluminarea lămpilor ''PREZENTA 24V" (1H2) și " PREZENTA 230V" (1H3), situate pe panoul frontal al panoului de comandă.

Fig.4.7 Panou de comandă

Oprirea cuptorului se face prin deconectarea tensiunii de alimentare, se stinge iluminarea programatorului de temperatură și trecerea întrerupătorului general 1Q1 pe poziția “OFF”, se stinge lampa "TENSIUNE" (1H0).

Fig. 4.8. Panou de comandă

IV.3. DESFĂȘURAREA PROCESULUI TEHNOLOGIC

Se stabilește diagrama de tratament termic pe programator. Reglajul se face automat cu ajutorul progrmatorului (2N1), care funcționează pe principiul TOT/NIMIC, cu caracteristica PID (Figura 4.9).

Fig. 4.9. Reglarea temperaturii

Pașii pentru a crea un ciclu de tratament termic sunt:

Se apasă tasta până la apariția textului pe display-ul secundar ;

Se apasă tasta , tot această tastă realizează și navigația la alți parametrii care urmează să fie modificați.

Setări generale ale programului (pentru modificare/semnificație parametru a se vedea manualul P41).

HBBD =1

ST.SP= 30

rHP.u =1Hr

dLLu= HH:mm

Setări pași program:

Selectarea segmentului =0-15

Selectarea tipului de pas:

Rampa exprimată în grade/H . Se selectează valorea de temperatură țintă TG.SP =1050

Palier – exprimat în HH:mm

Sfârșit

Aceste setări se repetă pentru fiecare aplicație în parte.

Cu ajutorul săgeților controlorului de supratemperatură 2N2, (Figura 4.10), aflat în tabloul electric. Valoarea setată a supratemperaturii poate varia în funcție de tipul de tratament. Setare inițială este de 1050 oC.

Fig. 4.10. Regularea temperaturii

Pentru lansarea unui ciclu de tratament termic mai întâi se va comanda cuplarea încălzirii prin acționarea selectorului “Încălzire” (2S1), (Figura 4.11).

Fig. 4.11. Panou de comandă

Pentru a porni încălzirea cuptorului trebuie ca ușa cuptorului să fie închisă, respectiv limitatorul “Ușă jos” (3B1), (Figura 4.12), trebuie să fie acționat. Acționarea ușii se realizează pneumatic, cu ajutorul cheii “Acționare ușă” (3S1) prin distribuitorul 3Y1.

Fig. 4.12. Senzor – Ușă jos

După cuplarea încălzirii confirmată de lampa “Încălzire pornită” (2H1), (Figura. 4.11), se va starta programul de tratament din Programatorul 2N1 urmând următorii pași:

Se apasă tasta meniu până la afișarea pe display a textului “” ;

Cu ajutorul săgeților se va selecta submeniul

Apoi se va apăsa tasta meniu timp de 5 sec;

Valoarea de temperatură urmărește valoarea de temperatură prescrisă, chiar dacă timpul prescris pentru fiecare segment de program nu va fi respectat (acest lucru ține de viteza maximă de încălzire, respectiv răcire a cuptorului).

Programul de tratament termic poate fi modificat și în timpul cât este în funcțiune, cu mențiunea că în ciclu curent vor fi luate în considerare modificările pentru segmentele de program ce urmează a fi executate. Modificările pentru segmentele ce au fost executate vor fi luate în considerare la lansarea unui ciclu de tratament termic.

Sfârșitul programului de tratament termic este semnalizat acustic de hupa din coloana de semnalizare (5H1), (Figura 4.13), și optic de lampa galbenă a coloanei de semnalizare (5H1).

Oprirea hupei se face prin apăsarea butonului “Stop alarmă” (5S1), (Figura 4.11).

Dupa încheierea tratamentului termic, cuptorul poate fi oprit prin decuplarea tensiunii de la întrerupatorul general, sau se poate introduce o nouă șarjă.

Instalația de automatizare prevede o coloană luminoasă, (Figura 4.13), montată deasupra dulapului de automatizare.

Fig. 4.13. Semnalizarea funcționării cuptorului

în cazul depășirii temperaturii prescrise, la atingerea valorii de protecție, prescrise la regulatorul "supratemperaturaă (2N2), situat în interiorul cutiei de comandă, se decuplează automat încălzirea iar defectul este semnalizat optic și acustic, prin aprinderea lămpii roșii și a hupei din coloana de semnalizare (5H1).

Pentru situațiile de avarie sau altele în care sună hupa de pe cutia de comandă, oprirea acesteia se realizează prin acționarea butonului “Stop alarmă” (5S1).

Instalația de automatizare prevede butonul (4S1), (Figura 4.14), "OPRIRE DE URGENȚĂ", care poate fi acționat în caz de urgență, blocând acționarea ușii. După fiecare apăsare a butonului de urgență, pentru reluarea activității și îndepărtarea pericolului acesta se va dezarma prin rotire spre stânga după care se va reseta releul de securitate prin apăsarea butonului "Reset Stop" (5S1).

Fig.4.14. Oprire de urgență

IV.4. CONDUCEREA PROCESULUI TEHNOLOGIC

Prin tratament termic se înțelege ansamblul operațiilor tehnologice care constau în încălzirea și răcirea la anumite temperaturi cu anumite viteze de încălzire și răcire. Aceste tratamente termice se aplică în scopul obținerii proprietăților fizico-chimice dorite. Baza teoretică a tratamentelor termice o constituie transformările structurale în funcție de variația temperaturii.

Tratamentele termice se pot clasifica după mai multe criterii. Astfel, după scopul urmărit și locul pe care îl ocupă în procesul de fabricație, se deosebesc:

– tratamente termice preliminare (primate sau intermediate) în care se includ diferite tipuri de recoacere. Aceste tratamente se aplică lingourilor, pieselor turnate, pieselor forjate, ansamblurilor sudate, laminatelor etc.

Fig.4.15. Tratamente termice preliminare

– tratamente termice finale sau secundare care cuprind operațiile de călire și de revenire. Se aplică diferitelor piese după prelucrări mecanice.

Tratamentele termice se clasifică după:

Natură

Feroase

Neferoase

Natura transformării

recoacere

călire

revenire

Tratamente termochimice

Recoacerea oțelurilor

Recoacerea este tratamentul termic care constă în încălzirea produselor la temperaturi ridicate (care pot fi inferioare, superioare sau în intervalul de transformări în stare solidă), menținerea prelungită la această temperatură (sau la temperatură oscilantă într-un interval determinat), urmată de o răcire suficient de lentă pentru realizarea unui anumit echilibru fizico-chimic si structural. Recoacerea se aplică fie pentru a corecta unele defecte provenite de la prelucrări anterioare (turnare, deformare plastică), fie pentru a pregăti semifabricatele pentru prelucrări ulterioare, fie pentru a îndeplini ambele roluri simultan. În funcție de scopul urmărit recoacerea poate fi de: omogenizare, regenerare, recristalizare, înmuiere, detensionare, izotermă, de normalizare (Figura 4.16).

a. Recoacerea de normalizare. Normalizarea este tratamentul termic care constă în încălzirea oțelurilor pentru austenitizare la temperaturi care depășesc punctul critic Ac3 cu 50-70°C în cazul oțelurilor hipoeutectoide sau Ac cem în cazul oțelurilor hipereutectoide urmată de răcire directă în aer liniștit sau ventilat.

Fig.4.16

La răcirea în aer, subrăcirea oțelurilor carbon este mică, încât descompunerea austenitei în treaptă perlitică decurge complet până la sfârșit. Ca urmare, oțelurile hipoeutectoide prezintă după normalizare o structură forito-perlitică, iar oțelurile eutectoide și cele hipereutectoide o structuăa de perlite sorbitică.

Normalizarea oțelurilor se aplică pe scară largă în industrie atât ca tratament termic intermediar sau în combinație cu alte prelucrări sau tratamente termice cât și tratament termic final.

Prin normalizare se îmbunătățesc în mod simțitor caracteristicile mecanice ale oțelului, cum sunt limita de curgere, rezistența de rupere la tracțiune, alungirea relativă gâtuirea și reziliența, ture cât și caracteristicile mecanice. Acest lucru este determinat de faptul că la normalizare, cantitatea de perlită care se separă la răcire este mai mică/mare decât la recoacere. Întrucât duritatea perlitei este mai mare decât a feritei, rezultă că oțelul normalizat va avea duritatea mai mare decât cel recopt.

De menționat și faptul că tratamentul termic de normalizare este mai ieftin decât cel de recoacere, deoarece are un ciclu mai scurt și se execută mai ușor.

Controlul calității tratamentelor termite de recoacere sau normalizare se face prin verificarea durității ce trebuie să corespundă indicațiilor din STAS. Dacă normalizarea este tratamentul termic final, atunci se mai efectuează și controlul microstructurii și al proprietăților mecanice prevăzute în normele tehnice.

b.Recoacerea de detensionare. Recoacerea de detensionare constă în încălzirea oțelului cu viteză mică până la temperaturi de 500-575°C, menționarea unui timp de 0,5-5 h în funcție de material și de prelucrare anterioară, urmată de răcirea cu viteze mici 20-40°C/h până la 100-150°C, apoi răcirea în aer liniștit.

Acest tip de recoacere se produce fără transformări fazice, obținându-se numai reducerea tensiunilor și îmbunătățirea structurii inițiale. Se supun detensionării produsele din oțel după turnare, sudare, deformare plastică la rece, călire si prelucrare prin așchiere.

Detensionarea înainte și infra operațiunile de prelucrare prin așchiere aplicate unor piese ca blocuri de motor, cămăși de cilindru, arbore cotit, roți dințate etc. are ca scop să evite deformările datorită tensiunilor provocate prin schimbarea formei la îndepărtarea materialului sub formă de aschii.

Călirea și revenirea oțelurilor

1) Se supun tratamentului termic de călire oțelurile carbon și aliate cu conținut de carbon mai mare de 0,15-0,20% cu scopul obținerii unei structuri martensitice. Se exceptează oțelurile austenitice care se supun călirii pentru punere în soluție și cele feritice necălite, precum și oțelurile călite izoterm.

Martensita obținută la călire reprezintă o structură afară de echilibru, dar este foarte stabilă chiar și la temperatura ambiantă. De aceea, pentru a se obține o structură mai apropiată de starea de echilibru sunt necesare acțiuni exterioare cum sunt: deformare plastică încălzirea materialelor călite etc, care permit obținerea unei stări numită de revenire prin obținerea structurii martensitice se urmărește fie asigurarea unei durități mari în special la stratul superficial și al produselor tratate, fie asigurare după aplicarea tratamentului ulterior de revenire a unei structuri cu tenacitate ridicată și duritate moderată. Caracteristicilor mecanice ale produselor călite și revenite sunt superioare celor obținute prin recoacere sau normalizare, tratamente termice care permit obținerea, unor durități apropiate.

Prin călire se poate obține o structură martensitică pe o adâncinime mare sau chiar în toată secțiunea produsului (călirea volumică) sau numai în straturile superficiale pe o anumită adâncime (călire superficială).

Oțelurile carbon de îmbunătățire se supun călirii cu austenitizare completă. În acest scop, temperatura de încălzire pentru călire este situată cu 30-50°C peste punctul Ac3, temperaturile minime fiind caracteristice pieselor cu pereți subțiri și loturi mici, iar cele superioare pentru piese groase și loturi mari.

2) Obținerea unei structuri de călire corespunzatoare depinde de parmetrii tehnologici ai tratamentului termic (viteza, temperatura, durata încălzirii, viteza sa și durata de răcire) cât și de condițiile de lucru (medii de încălzire și de răcire, procedee aplicate).

a) Viteza de încălzire se alege în funcție de conductivitatea termică, de dimensiunile și forma piesei și de structura inițială.

Mărimea vitezei de încălzire se poate determina cu ajutorul unor relații dar se recomandă însă ca pentru fiecare oțel să se determine, prin încercări practice, valoarea optimă a vitezei de încălzire.

b) Temperatura de încălzire se determină în funcție de: compoziția chimică a materialului, condițiile de răcire, forma și dimensiunile produselor. La oțeluri hipoeutectoide, temperatura de încălzire pentru călire este de 30-50°C deasupra punctului Ac3, iar pentru oțelurile eutectoide și hiperoutectoide cu 20-40°C deasupra punctului Ac1.

Pentru oțelurile aliate și înalt aliate, temperatura de încălzire se stabilește fie în raport de valoarea temperaturii punctelor, fie prin încercări de călire pe eprubete. Durata de menținere trebuie să asigure uniformizarea temperaturii în secțiunea piesei.

În practică durata de menținere pentru egalizarea temperaturii produsului se adoptă între 1/4 și 1/5 din durata încălzirii până la temperatura prescrisă.

Pentru oțelurile aliate cu elemente care formează carburi (Cr, Mo, Ti, V, W) durata de egalizare se prelungește cu 30%.

IV.4.1. Tratamentul termic aplicat bucșelor realizate din 34CrMo 4

Operația de încălzire presupune, în cazul multor tratamente termice aplicate oțelurilor (călire, recoacere de normalizare, recoacere completă, recoacere de omogenizare, carburare ș.a.), o încălzire deasupra punctelor de transformare AC1, AC3 , în domeniul austenitic. Această operație este denumită austenitizare și se poate defini ca fiind operația prin care produsul feros este adus la o temperatură la care structura devine total austenitică (austenitizare completă) sau parțial austenitică (austenitizare incompletă).

În practică, austenitizarea se realizează printr-o încălzire, pînă la o temperatură determinată, urmată de o menținere la această temperatură. În cazul pieselor groase încălzirea se realizează cu viteze mici de încălzire, deoarece transformările care au loc sunt cu atât mai rapide cu cât temperatura este mai ridicată, operația de menținere la temperatura respectivă este practic importantă. Pentru a putea alege mai bine condițiile optime de austenitizare (temperatura și durata de menținere), cele care realizează cel mai bun compromis între o austenită omogenă și o austenită cu un grăunte fin, este importantă cunoașterea cineticii de transformare a feritei și carburilor în austenită, în cursul menținerii izoterme. Pentru studiul acestei transformări, piesele sunt încălzite la o temperatură determinată, unde sunt menținute intervale diferite de timp, apoi ele sunt răcite rapid și examinate la microscop. În acest fel se pot trasa diagrame care descriu cinetica transformării.

În Figura 4.17. este prezentată diagrama de transformare la încălzirea continuă a oțelului 34CrMo 4 (0,34%C; 1,07%Cr si 0,17%Mo). Din acest material sunt realizate bucșele care urmează să fie călite cu ajutorul cuptorului UTTIS. Acest material are o structură inițială ferito-perlitică. La început (AC1b) și sfârșitul (AC3) transformării în austenită a fazelor, stabile la temperatura ambiantă, se deplasează către temperaturi mai ridicate odată cu creșterea vitezei se încălzește.

Fig. 4.17. Diagrama de transformare la încălzire continuă a oțelului 34 CrMo 4 [11]

Atingerea temperaturii dorite, este proporțională cu timpul de călire a piesei și volumul acesteia. De exemplu, în cazul bucșelor confecționate din 34 CrMo 4 care urmează să fie călite acestea sunt de diferite diametre și grosimi (Figura 4.18).

Fig. 4.18

Când cunoaștem tipul materialului din care este confecționată piesa și duritatea dorită, vom alege tipul tratamentului termic. Cele mai des folosite tratamente termice sunt: cementarea, călirea și revenirea. Piesele respective necesită o duritate de 58 + 4 HRC, pentru a putea ajunge la duritatea dorită, piesele necesită o temperatură de 860 0C. Tratamentul termic constă în două etape:

– încălzirea piesei;

– răcirea bruscă.

Timpul de încălzire în cazul acestor piese este 30 de minute, în acest interval de timp piesele ajung la temperatura de 860 0C (Figura 4.19).

Figura 4.19.

Pentru obținerea durității dorite piesele sunt răcite, se face o răcire bruscă de la temperatura de 860 0C la temperatura de 1200C. Răcirea se poate realiza în apă sau ulei mineral pentru tatament termic. Am utilizat pentru răcire ulei mineral, deoarece acesta are proprietatea de înmagazinare și raspandire uniformă a temperaturii. Pentru OLC-uri se folosește răcirea în apă. Când temperatura piesei ajunge la o valoare mai mică de 120 0C, aceasta este extrasă din ulei și lăsată în mediul ambiant până la răcirea totală (Figura 4.20).

Figura 4.20.

IV.4.2. Tratamentul termic de călire a roților dințate

Atingerea temperaturii dorite, este proporțională cu timpul de încălzire a piesei și volumul acestea. În continuare se prezintă o scurtă descriere a căliri roților dințate, a angrenajelor și întrebuințarea acestora. Pentru a determina duritatea necesară pentru aceste angrenaje trebuie să cunoaștem utilizarea acestora. După ceea ce cunoaștem utilizarea, vom alege tipul materialului folosit pentru a ajunge la duritatea dorită a pieselor. Piesele respective necesită o duritate de 50 HRC. Pentru a putea ajunge la duritatea dorită, piesele sunt încălzite până la o temperatură de 820-845 0C (Figura 4.21).

Când cunoaștem tipul materialului din care este confecționată piesa și duritatea dorită, vom alege tipul tratamentului termic. Cele mai des folosite tratamente termice sunt: cementarea, călirea si revenirea.

Fig. 4.21. Roți dințate

Roțile dințate sunt realizate din OLC 45, acest material are ca și compoziție (C 0.42-0.50 %, Si 0.40%, Mn 0.50-0.80 %, P 0.045 %, S 0.045 %, Cr 0.40 %, Mo 0.10 % și Ni 0.40 % ).

Tratamentul termic trebuie ales cu grijă deoarece este necesar să ținem cont de utilizarea pieselor danturate, de limita de uzură. Tratamentul termic pe care l-am folosit pentru a ajunge la duritatea dorită a pieslor danturate, este o călire rapidă urmată de răcirea bruscă a acestora în ulei mineral. Timpul de încălzire 45'-55', temperatura este cuprinsă între 820-8450C. În Figura 4.22. se prezintă diagrama de încălzire a roților dințate.

Fig. 4.22. Diagrama tratamentului termic de călire

După terminarea ciclului de încălzire sau coacere a pieselor danturate, ele sunt extrase din cuptorul de tratament termic și sunt introduse cu grijă în uleiul mineral. Această operație de răcire bruscă a pieselor danturate este mai dificilă deoarece ele suferă o anumită deformație termică. Pentru a evita aceste deformații piesele sunt introduse în ulei pe verticală. Pentru a realiza normalizarea și detensionarea acestora, sunt scoase din mediul de răcire la o temperatură cuprinsă între 120-1500C și sunt lasate în mediul ambiant pentru o răcire treptată de la 120-150 0C la temperatura mediului ambiant (Figura 4.23).

Fig. 4.23. Diagrama de răcire

IV.5. SCHEMA ELECTRICĂ A INSTALAȚIEI