SE442641B - Anleggning for termisk eller kemisktermisk behandling av arbetsstycken av metall - Google Patents

Description

8102556- 10 15 20 25 30 35 1 2 placeras på stativet genom ett öppet ugnslock, varefter locket tillslutes och fläkten samt värmeanordningen startas. Gas strömmar genom värmeanordningen under in- verkan av fläkten och överför värmet till beskickningen (satsen).

Beskickningskorgen med satsen omsvänges periodvis 180° kring vertikalaxeln.

Denna kända ugn ger inte den önskade höga verknings- graden, eftersom behandlingen i denna sker satsvis och den tid, som erfordras för utförande av hjälpoperationer för beskickning och utmatning, samt värmnings- och kyl- tiden utgör den större andelen av processtiden.

Genom att denna ugn är försedd med vridmekanism tillslutes ugen inte tillräckligt tätt. Ej heller kan man i denna kända ugn genomföra oxidationsfri härdning direkt från temperaturen för termisk och kemisk-termisk behandling.

En elektrisk ugn är känd (jämför exempelvis det sovjetryska uppfinnarcertifikatet ll1793, vilken inne- fattar ett infodrat hus, som har formen av en kon med värmeelement och muffel med lock, och mellan huset och muffeln anordnade elektromagneter med mot muffeln vända polstycken. Elektromagneterna är anordnade på muffelns koníska sidoyta.

Arbetsstycken, som skall behandlas, satsas medelst en styrskruv eller en ränna genom en i locket upptagen beskickningsöppníng i muffeln, där de fasthàlles medelst ett av elektromagneterna alstrat magnetfält. Allteftersom arbetstyckena uppvärmes, förlorar de de magnetiska egen- skaperna men fasthålles på den lutande väggen medelst elektromagneterna under inverkan av friktionskraften.

Sedan arbetsstyckena helt förlorat de magnetiska egen- skaperna, glider de genom tyngdkraften nedåt utefter den lutande väggen till en härdningstank.

I denna kända ugn bestämmes en vinkel mellan elektro- magneternas centrumaxlar av koniciteten (spetsvínkel för konen) hos arbetsrummets väggar, vilken konicitet lO 15 20 25 30 35 8102556-1 3 beräknas under förutsättning att arbetsstyckena fast- hålles, i beroende av deras vikt och form och inte be- roende på andra fysikaliska skäl, exempelvis på betingel- ser för säkerställande av den önskade fältsymmetrin, inverkan på förloppet av kemiska reaktioner vid gränsytan (fasytan) mellan gasfas och fast fas, samt polymorfa och alloptropa omvandlingar vid värmebehandlingen. En anordning för alstrande av magnetfältet säkerställer inte den önskade koncentrationen av magnetflödet i arbets- zonen.

En schaktugn för nitrering av arbetsstycken är dessutom känd (jämför exempelvis det sovjetryska uppfinnar- certifikatet 558967), vilken innefattar ett infodrat hus med värmeelement, en muffel med avtagbart lock och fläkt, en anordning för alstrande av ett magnetfält och en anordning för beskickning (chargering) och utmat- ning av arbetsstycken.

I muffeln är en solenoid för alstrande av magnet- fältet fritt anordnad på ett sådant sätt, att en garan- terad processpalt kvarlämnas mellan solenoiden och väg- garna respektive mellan solenoiden och muffelns bottendel.

Solenoiden är uppbyggd av en stomme med lindning av tråd bestående av legering innehållande 20% Cr och 80% Ni och avsedd att matas med elektrisk ström medelst ett i ugnshuset anordnade strömtillförande organ.

Den kända ugnen fungerar på följande sätt: Man satsar arbetsstyckena i muffeln, tillsluter denna medelst locket och låter en ammoniakström passera genom muffeln. Matningsspänningen pålägges över värmeelementen och solenoiden individuellt, varför dessa kan arbeta oberoende av varandra.

När växelström användes för alstrande av magnet- fältet, kommer den från satsen arbetsstycken härrörande diamagnetiska effekten att försvaga det yttre magnet- fältets inverkan.

I denna kända ugn är det elektromagnetiska fältets 8102556-1 10 15 20 25 30 35 4 parametrar svåra att styra, varvid solenoiden för alst- rande av magnetfältet har låg verkningsgrad. Solenoiden i denna kända ugn är mer ett ytterligare värmeelement än en generator för alstrande av elektromagnetiskt fält, eftersom den är framställd av en legering som innehåller 20% Cr och 80% Ni. Den energi, som tillföres solenoiden, omvandlas praktiskt taget helt till värme och inte till energi i det elektromagnetiska fältet; Att en sådan generator för alstrande av elektromagnetiskt fält har låg verkningsgrad härrör dessutom från avsevärd magnet- flödesläckning, vilket resulterar i instabilitet av .det elektromagnetiska fältets parametrar i muffeln arbets- utrymme. För att kunna alstra ett likformigt fält måste förhållandet mellan solenoidens diameter och dess längd utgöra 1:10, vilket inte kan säkerställas på grund av ugnsmuffeln geometriska dimensioner och form.

Denna kända ugn erfordrar alltså hög energiförbrukning för alstrande av en magnetisk fältstyrka av inte endast några få tiotal kA/m utan även några få tiotal A/m.

Ej heller elimineras helt i denna ugn solenoidens inverkan på konstanthållningsnoggrannheten för den förutbestämda temperaturen, vilket - i kombination med samtliga nack- delar - omöjliggör ändamålsenlig ändring av processpara- metrarna och diffusionsskiktens kvalitet.

Den kända ugnens verkningsgrad minskas avsevärt genom att ugnen arbetar satsvis samt genom att beskickningen och utmatningen av arbetsstycken är mycket tidskrävande -och erfordrar speciella anordningar och mekanismer.

Det är dessutom svårt att likformigt uppvärma satsen av arbetsstycken och att säkerställa cirkulation av mättningsmediet. Magnetfältet utför begränsade funktioner och är endast avsett att inverka på mättningshastigheten.

Det bör därvid observeras, att solenoiden utsättes för inverkan av processtemperaturen och att det aggressiva mediet, vilket minskar dess livslängd. Genom att det strömtillförande organet för tillförsel av elektrisk 10 15 20 25 30 35 8102556-1 5 ström till högtemperaturzonen måste isoleras elektriskt och tillslutas tätt minskas utrustningens funktions- säkerhet samt personsäkerheten. Ej heller kan man i denna ugn oxidationsfritt hårda arbetsstycken omedelbart ned från nitreringstemperaturen.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en sådan anläggning för termisk och kemisk-termisk behandling av arbetsstycken av metall, som gör det möjligt att säkerställa kontinuerligt arbete av anläggningen, att styra magnetfältets parametrar, att intensifiera behandlingen och att förbättra arbets- styckenas behandlingskvalitet genom dels tillämpning av lämpliga konstruktionselement, dels lämpligt val av deras läge relativt varandra, dels eliminering av temperaturens och mättningsmediets inverkan på kompo- nenterna i anordningen för alstrande av magnetfältet vid behandlingen och dels eliminering av värmeelementens och magnetsystemets ömsesidiga inverkan genom att magnet- systemet ger det alstrande fältet de önskade parametrarna och genom att arbetsstyckena vid behandlingen rör sig i anläggningens arbetszon samtidigt som anordningarna för beskickning och utmatning av arbetsstycken arbetar anpassningsvis.

Detta uppnås enligt föreliggande uppfinning medelst en anläggning för termisk eller kemisk-termisk behandling av arbetsstycken av metall med ett hus (l) innefattande en arbetsstyckena upptagande muffel (2) med värmeelement (7) och värmeisolering (ll) samt ett vid muffeln (2) anordnat don för alstrande av magnetfält, vilken anlägg- ning uppvisar anordningar för beskickning och utmatning av arbetsstycken samt för tillförsel och avledning av en diffusionsgas, varvid - muffeln (2) är framställd av omagnetiskt material, - donet för alstrande av magnetfältet utgöres av ett flertal efter varandra placerade slutna elektro- magnetsystem, anordnade att omge muffeln (2) utefter 8102556-1 10 15 20 25 30 35 hela dess längd. - att varje elektro-magnetsystem (14, 15, 16) är individuellt in- och urkopplingsbart.

Det är lämpligt, att det slutna magnetsystemet är uppbyggt av dels elektromagneter, vilka är parvis hopbyggda till en muffeln omgivande kassett, varvid centrumaxlar för de motsatta elektromagneterna i varje par är belägna på en enda rät linje, medan centrumax- larna för par av i kassetten närliggande elektromagneter skär varandra i rät vinkel (dvs är vinkelräta mot var- andra), och dels ett i muffeln anordnat värmeelement i form av en bifilär spiral.

Det är lämpligt, att utmatningsanordningen är upp- byggd av styrningar med i dessa anordnat griporgan och med drivanordning för förflyttning av griporganet.

Anordnandet av_nämnda konstruktionselement och deras lämpliga inbördes läge i anläggningen gör det möjligt att alstra ett magnetfält med reglerbar styrka (av högst 40 kA/m) genom användning av det slutna magnet- fältet, kylning, vârmeskydd samt oberoende arbete av elektromagneterna. Magnetsystemet utsättes i detta fall inte för inverkan av det aggressiva mättningsmediet.

De till en kassett sammansatta elektromagneterna säker-ö ställer - när de omkopplas suocessivt_- transport av arbetsstyckena vid behandlingen av dessa, omrörning och inmatning av arbetsstyckena i härdningstanken under betingelser, vid vilka arbetsstyckenas behandlade yta inte oxideras. Genom att värmeelementet är anordnat i muffeln kan man öka värmningshastigheten för arbets- styckena och minska den värmemängd, som läcker ut in i det omgivande utrymmet. Genom att värmeelememtet utgöres av en bifilär spiral, förvränges inte det i muffelns arbetsutrymme av elektromagneterna alstrade magnetfältet.

Anläggningen enligt uppfinningen gör det möjligt att förbättra de behandlade arbetsstyckenas fysikaliska och mekaniska egenskaper och att med 1,5-2 gånger inten- sifiera den kemisk-termiska behandlingen. 10 15 20 25 30 35 8102556-1 7 Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvis- ning till bifogade ritning, på vilken fig l visar att ett snitt genom anläggningen enligt uppfinningen för termisk och kemisk-termisk behandling av arbetsstycken av metall och fig 2 visar ett snitt längs linjen II-II i fig 1. i Anläggningen enligt uppfinningen för termisk och kemisk-termisk behandling av arbetsstycken av metall innefattar ett hus l (fig l), vari är anordnad en muffel 2, som är tätt förbunden med en matarbehållare 3 i en an- ordning för beskickning av arbetsstycken och med en härdningstank 4 i en anordning för utmatning av behandlade arbetsstycken. Muffeln 2 är framställd av omagnetisk stål. I muffeln 2 är i ett andra kvartsrör 5 på en upptag- ningsdorn 6 av keramiskt material anordnat ett värmeele- ment 7, som har formen av en bifilär spiral. Kvartsrörets 5 undre ände är tätt tillsluten, medan dess övre ände genom hermetiska tätningsanordningar 8 för matarbehålla- rens 3 hus är införd i en kyld, med hermetiska tätnings- anordningar 10 försedd enhet 9 för tillförsel av matnings- spänningen. Kring muffeln 2 är en värmeisolering ll anordnad. Utanför värmeisoleringen ll är anordnade elektro- magneter, vilka innefattar slutna magnetflödesledare 12, som är skilda från varandra medelst diamagnetiska mellan- lägg 13. Mellan magnetflödesledarna 12 och värmeisoleringen ll är på kärnor 14 med polstycken 15 spolar 16 anordnade.

Härdningstanken 4 utgöres av en behållare, som medelst en mellanvägg 17 är delad i två delar, av vilka den ena är förbunden med muffeln 2 och försedd med en elektromagnet 18, vars dragstång 19 är anordnad att uppbära ett åtskiljningsorgan 20, som fasthàlles av en fjäder 21. I härdningstankens 4 andra del är anordnade till ett kamorgan hörande styrningar 22, vilka uppbär ett elektromagnetstyrt griporgan 23, som är förbundet med en drivanordning i form av en hydraulcylinder 24 8102556-1 10 15 20 25 30 _35 8 för förflyttning av griporganet 23. I härdningstankens 4 båda delar är perforerade mellanväggar 25 respektive 25 anordnade. Mellan härdningstanken 4 och det elektro- styrda griporganet 23 är i ett övre läge en med_perforerad bottendel försedd behållare 27 för behandlade arbets- stycken anordnad. En hydraulpump 28 med en elektrisk drivanordning 29 är genom en sug- och en tryckrörledning förbunden med härdningstanken 4 respektive hydraulcy- lindern 24. Rörstutsar 30 och 3l för tillförsel respektive bortförsel av gaser är anordnade i matarbehâllarens 3 hus respektive härdningstankens 4 hus. Rörstutsarna 31 är förbundna med atmosfären genom ett oljelås 32. Matar- behållaren 3 är försedd med ett tätt tillslutningsbart lock 33 och en värmeisolering 34.

I fig 2 Visas ett snitt längs linjen II-II genom anläggningen enligt uppfinningen, där man kan se att centrumlinjer för de motsatta, på den ena magnetflödes- ledaren 12 anordnade spolarna 16 ligger på en rät linje, medan centrumlinjer för de närliggande paren av elektro- magnetspolar 16 är vinkelräta mot varandra.

Anläggningen fungerar på följande sätt. En härdnings- vätska ihälles i härdningstanken 4 (fig l) till en nivå, som ligger ovanför mellanväggens 17 undre ändyta en _ sträcka, som är 1,5-2 gånger större än det i mm av härd- I ningsvätskepelarhöjden uttryckta trycket hos mättnings- mediet i muffeln 2. __ _ Arbetsstyckena satsas i matarbehållaren 3, som därefter tillslutes medelst locket 33. Gas, som användes som mättningsmedium, tillföres genom rörstutsen 30 och undantränger luft från matarbehållaren 3, muffeln 2 och härdningstanken 4, varvid den avledes till atmosfären ' genom rörstutsarna 31 och oljelåset 32. Matningsspänningen pålägges därefter över värmeelementet 7 medelst den tätt tíllslutna enheten 9. Arbetsstyckena fasthålles i muffeln 2 medelst åtskiljningsorganet 20. När tempera- turen i muffeln 2 uppnår 450-500°C, pålägges likspänningen över elektromagnetspolarna 16, vilka alstrar ett magnetiskt 10 15 20 25 30 35 8102556-1 9 likstömsfält. Magnetflödet uppträder mellan polstyckena -15 och täffar de i muffeln 2 befintliga arbetsstyckena, vilket resulterar i att dessa fasthâlles i fältet från varje elektromagnet.

Arbetsstyckena uppvärmes härvid genom stràlenergin från värmeelementet 7 samt genom värmeöverföring, vilket med 2-4 gånger minskar värmningstiden och värmeelementets 7 effektförbrukning. Efter den tid, som erfordras för att tillhandahålla ett diffusionsskikt med önskat djup, aktiveras elektromagneten 18, som medelst dragstången 19, genom att hoptrycka fjädern 21 förflyttar åtskiljnings- organet 20 nedåt och öppnar muffeln 2. Samtidigt bort- kopplas matningsspänningen från spolarna 16 på den undre elektromagneten, varvid en portion (en sats) av arbets- stycken faller mot mellanväggen 25 och vidare in i härd- ningsvätskan och uppsamlas vid härdningstankens 4 bottenyta. Åtskiljníngsorganet 20 återgår därefter till utgångsläget och matningsspänningen appliceras över spolen 16 hos den undre elektromagneten, samtidigt som matningsspän~ ningen bortkopplas från de överliggande spolarna l6 på den angränsande elektromagneten.

Samtidigt som arbetsstyckena delvis rör sig nedåt, vändes de 90° genom att centrumaxlarna för spolarna 16 på de närliggande elektromagneterna är vinkelräta mot varandra. De överliggande spolarna 16 på de närliggande elektromagneterna omkopplas därefter i samma ordning, vilket leder till att satser (portioner) av arbetsstycken uppifrån inmatas från matarbehållaren 3 i härdningstanken 4. Vid varje omkoppling av elektromagnetspolarna 16 vändes arbetsstyckena 90°, vilket bidrar till en bättre fördelning av mättningsmediet över arbetsstyckena. Det elektromagnetstyrda griporganet 23 rör sig i kamorganets styrningar medelst hydraulcylindern 24, medgriper de vid tankens 4 bottenyta uppsamlade arbetsstyckena och utmatar dem till behållaren 27. 8102556-1 10 ,,. - .._.___... ._. 10 För att ugnen skall kunna arbeta med högsta möjliga verkningsgrad måste det antal arbetsstycken, som inmatas i behållaren 3, motsvara det antal arbetsstycken, som behandlas per skift.

I anläggningen enligt uppfinningen minskas värmeele- mentets effektförbrukning med 2-3 gånger, varigenom anläggningens kapacitet ökar. Genom att härdningen genom- föres i oxidationsfri atmosfär omedelbart efter diffu- sionsmättningen, ökar de behandlade arbetsstyckenas slit- beständighet och korrosionsbeständighet, varjämte arbets- styckena får hög ytkvalitet. Efter nitrering ökar hård- heten hos arbetsstycken av olegerade stål med medelhög och hög kolhalt med 2-3 gånger.

Claims (5)

1. 0 15 20 25 30 8102556-1 ll PATENTKRAV l. Anläggning för termisk eller kemisk-termisk behand- ling av arbetsstycken av metall med ett hus (1) innefattande en arbetsstyckena upptagande muffel (2) med värmeelement (7) och värmeisolering (ll) samt ett vid muffeln (2) anordnat don för alstrande av magnetfält, vilken anläggning uppvisar anordningar för beskickning och utmatning av arbetsstycken samt för tillförsel och avledning av en diffusionsgas, k ä n n e t e c k n a d av - att muffeln (2) är framställd av omagnetiskt material, - att donet för alstrande av magnetfältet utgöres av ett flertal efter varandra placerade slutna elektro-magnet- system, anordnade att omge muffeln (2) utefter hela dess längd, - att varje elektro-magnetsystem (14, 15, 16) är in- dividuellt in- och urkopplingsbart.

2. Anläggning enligt patentkravet 1, t e c k n a d av att ett eller flera magnetsystem (l4 - 16) är anordnade att urkopplas successivt nedifrân i ändamål att av magnetsystemets (14 - 16) magnetfält i muffeln (2) fasthållna arbetsstycken glider nedåt till närmast inkoppla- de magnetsystem eller till den under muffeln (2) placerade anordningen för utmatning av behandlade arbetsstycken. k ä n n e - k ä n n e -

3. Anläggning enligt patentkravet 1, t e c k n a d av att det slutna magnetiska systemet är uppbyggt av elektro-magneter, vilka är parvis hopsatta till en muffeln (2) omgivande kassett, varvid centrumlinjerna för de motstående elektromagneterna i varje par ligger på en rät linje, medan centrumlinjerna för intill varandra belägna elektromagnetkassetter är vinkelräta mot varandra.

4. Anläggning enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a d av att värmeelementet (7) utgöres av en i muffeln (2) anordnad bifilär spiral.

5. Anläggning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att anordningen för utmatning 81025564 12 av behandlade arbetsstycken utgöres av styrningen: (22) med ett utefter dessa glidbart griporgan (23) samt en drivan- ordning för förflyttning av griporganet (23) .