в условиях ремонтного хозяйства различных предприятий, которому* свойственно индивидуальное и мелкосерийное производство, закалка с нагревом деталей газокислородным пламенем (газопламенная закалка) является одним из наиболее целесообразных методов поверхностной термической обработки. Условия, определяющие рациональность применения газопламенной закалки на различных предприятиях, приведены в табл. Х.1.

Сущность метода закалки с нагревом деталей газо-кислородным пламенем состоит в быстром разогреве поверхности до тем-

пературы, лежащей выше верхней критической точки стали, из которой изготовлена деталь, с последующим быстрым охлаждением нагретого слоя водой.

Газо-кислородное пламя развивает высокую температуру, в результате чего создается большой тепловой напор от пламени к детали. Тепло подводится к наружному слою значительно быстрее, чем отводится во внутренние слои за счет теплопроводности металла. Поэтому сердцевина детали остается ненагретой, а поверхность на небольшую глубину разогревается чрезвычайно быстро и под действием охлаждающей жидкости (воды) получается определенной глубины закаленный слой.

По характеру передачи тепла от пламени

Таблица Х.1

Условия, определяющие целесообразность применения газопламенной закалки

Характеристика закаливаемых объектов

Особенности процесса закалки

Преимущества газопламенной закалки

Область применения

Детали разнообразных размеров и формы

Детали, значительная площадь поверхности которых подвергается одновременному нагреву

Детали, имеющие криволинейную форму закаливаемой поверхности

Крупные нетранспортабельные детали

Детали, имеющие неблагоприятные для закалки форму или поверхность

Детали, изготовленные из материала с пониженной теплопроводностью или недостаточной вязкостью

Продолжительность нагрева незначительна по сравнению со вспомогательным временем

Необходим мощный источник тепла; исключается (ввиду дефицитности больших генераторов) закалка с нагрева токами высокой частоты Необходимо перемещение закалочного устройства в процессе закалки

Закалка должна производиться в полевых условиях

Невозможно обеспечить строго постоянное расстояние (зазор) между закалочным устройством и закаливаемой поверхностью

Имеется повышенная опасность образования трещин

В данных условиях газопламенная закалка более рентабельна, чем закалка с нагрева токами высокой частоты С помощью горелок для газопламенной закалки можно обеспечить подачу нужного количества тепла

Горелка для газопламенной закалки допускает значительные перемещения Установка для газопламенной закалки может быть выполнена передвижной Качество газопламенной закалки в меньшей степени зависит от изменения зазора между горелкой и деталью, чем в случае нагрева токами высокой частоты При нагреве газовым пламенем возникает менее резкий перепад температур, чем при нагреве токами высокой частоты

Мелкосерийное и индивидуальное производство. Ремонт

Закалка крупных деталей: шестерен, валов, эксцентриков, плит и т. д.

Закалка косозубых шестерен, червяков, винтов и т. д.

Закалка крупных деталей без демонтажа

Закалка ножей землеройных машин, ножей гильотинных ножниц, а также деталей с необработанной поверхностью после литья, ковки и штамповки

Закалка деталей из чугуна, стального литья, а также высокоуглеродистых и легированных сталей

30-683

к поверхности детали различают следующие основные способы газопламенной закалки:

стационарный способ, при котором закалочная горелка и деталь во время закалки не. перемещаются. При этом пламя горелки нагревает только ту часть поверхности, которую необходимо закалить; затем нагретый участок охлаждается водой. Стационарный способ применяют для закалки небольших участков поверхности деталей плоской формы (головок клапанов, торцовых поверхностей упоров и др.);

вращательный способ, при котором закалочная горелка с устройством, охлаж-дающим деталь, неподвижна, а закаливаемая деталь медленно перемещается (со скоростью 40-180 мм/мин) перед факелом закалочного пламени и струей охлаждающей воды. Этот способ применяют при закалке тел вращения различного диаметра при разной ширине закалки (например, тормозных и канатных шкивов, крановых колес, бандажей, правильных роликов и др.);

поступательный способ, при котором вдоль закаливаемой поверхности неподвижной детали движется закалочная горелка и охлаждающее деталь устройство или же деталь перемещается вдоль неподвижной закалочной горелки. Этот способ применяют при закалке деталей, имеющих значительную длину, например параллелей и направляющих различных станков и машин, штоков, плунжеров, а также зубьев шестерен;

комбинированный способ, при котором вращается деталь и вдоль нее перемещается закалочная горелка с охлаждающим деталь устройством. Этот метод применяют при закалке деталей цилиндрической формы, имеющих значительную длину закаливаемой поверхности: осей, винтов, червячных валов и др.

Из приведенных способов поверхностной закалки наиболее широкое распространение имеют вращательный и комбинированный. Иногда применяют и поступательный способ закалки.

Факторами, определяющими выбор способа закалки, являются форма И размеры изделия, а также производительность источников горючего газа. С технической точки зрения предпочтение следует отдавать тем способам газопламенной поверхностной закалки, которые обеспечивают получение закаленного слоя равной глубины и твердости на всей рабочей поверхности изделия. С экономической точки зрения наиболее выгодны способы, требующие при высоком качестве закалки наименьши:! затрат материалов и времени на одно изделие.

Часто эти требования противоречат друг другу. Так, например, шкивы или тормозные барабаны можно закаливать способом -быстрого вращения, получая одинаковую глубину и твердость по всей поверхности, TIO для этого необходим источник горючего газа значительно большей мощности, ем при комбинированном способе закал-tcH. Кроме того, удельные затраты горючей -смеси при равной глубине закаленного

слоя повышаются в 1,5-2 раза. Следовательно, для выбора способа закалки этих деталей следует рассчитать себестоимость газопламенной поверхностной закалки обоими способами с учетом возможного снижения затрат в случае применения специализированного оборудования.

2. Газы, применяемые

при газопламенной закалке

При газопламенной поверхностной закалке детали нагревают пламенем горючих газов в смеси с кислородом. В качестве горючих газов наиболее часто применяют ацетилен, коксовый газ, пропан, природный газ, метан и смеси природного газ с нефтяным и коксовым (городской газ). Основными свойствами горючих газов являются теплотворная способность (количество тепла, выделяющееся при сгорании 1 м газа), температура пламени и объемное соотношение Р между горючим газом и кислородом в рабочей смеси.

Соотношение Р показывает, сколько кубических метров кислорода подается в горелку на 1 м горючего газа. Так, например, для образования рабочей горючей смеси в горелку на 1 м ацетилена подают 1,2-1,5 мз кислорода (Р= 1,2-т-1,5), а остальной кислород, необходимый для полного сгорания (1-1,3 м), подсасывается к пламени из атмосферы.

Другие горючие газы отличаются от ацетилена по своей теплотворной способности, химическому составу и смешиваются с кислородом в другом соотношении. Поэтому, чтобы при замене ацетилена другим горючим газом получить при закалке такой же результат, необходимо знать коэффициент замены г), численно равный отношению равноценных по теплопроизводительности объемов данного горючего газа и ацетилена.

Так, например, если расход ацетилена принять за единицу, то равноценный расход метана будет равен 1,5, а пропана 0,6. При выборе горючих газов следует учитывать также их стоимость и стоимость горючей смеси.

Высокое качество закалки может быть обеспечено при применении ацетилено-кис-лородного и коксо-газо-кислородного пламени, а также пламени от горения природного газа в кислороде. Но каждая из этих горючих смесей обладает преимуществами и недостатками.

К преимуществам ацетилено-кислородной смеси следует отнести: высокие теплота сгорания ацетилена (13 500 ккал/м) и температура пламени (3250° С), обеспечивающие высокую производительность закалочного агрегата; отсутствие загрязненности ацетилена, отрицательно влияющей на нормальную работу закалочной горелки; постоянство рабочего давления ацетилена, способствующее достижению равномерной закалки.

Недостатками этой смеси являются значительная взрывоопасность при соединении ацетилена в определенных объемных соот-

ношениях с воздухом и кислородом и необходимость применения специальной ацетиленовой аппаратуры и генератора для получения ацетилена.

К преимуществам коксо-газо-кислород-ной смеси относятся малая стоимость коксового газа для заводов, располагающих этим газом, и относительная безопасность при работе горелок на этой смеси.

Недостатками смеси являются: более низкие теплота сгорания (4500 ккал/м) и температура пламени коксового газа (порядка 2200°С), что снижает производительность закалочного агрегата; значительная загрязненность пламени коксового газа сернистыми соединениями, смолистыми веществами и взвешенными частицами, приводящая к разъеданию стенок выходных газовых отверстий газового мундштука, засорению и частым остановкам работы для их прочистки, что отрицательно влияет на качество закалки; неравномерность рабочего давления коксового газа, вызываемая частыми резкими перепадами его в пределах 80-450 мм вод. ст., что также отрицательно влияет на мощность пламени и качество закалки.

Следовательно, предпочтительнее для газопламенной закалки на металлургических заводах применять ацетилено-кислородную смесь. Хорошие результаты дает и применение природного газа.

Большое значение имеет соотношение горючего газа и кислорода в смеси, так как от него зависит температура пламени. Нормальное соотношение в ацетилено-кис-лородной смеси легко установить по внешнему виду пламени. Для других горючих газов его устанавливают по расходомерам или по длине ядра пламени. На практике расход газов часто контролируют косвенным методом по их давлению на входе в горелку, где происходит смешение рабочего газа с кислородом.

К кислороду для пламенной поверхностной закалки особых требований по чистоте не предъявляется.

3. Оборудование

и приспособления, применяемые для газопламенной закалки

Оборудование для подачи газов

Механизированные способы закалки обеспечивают получение оптимальных результатов при условии стабильности расхода газов, охлаждающей среды и скорости перемещения горелки. Косвенный контроль по технологическим параметрам осуществляется при подаче горючего газа и кислорода к горелке под избыточным давлением 0,5-1,2 ат. Состав типового комплекта оборудования универсального закалочного поста приведен на рис. X.L

Ацетилен к горелке поступает от рампы ацетиленовых баллонов через рамповый редуктор, регулятор давления, регулятор равного давления и газовый рубильник или от цехового ацетиленопровода через водя-

ной затвор. Иногда для получения ацетилена используют специальные ацетиленовые генераторы. Ацетилен получают в генераторах путем разложения карбида кальция водой. С воздухом и кислородом он образует взрывоопасные смеси, поэтому в конструкции генераторов предусмотрена возможность продувки и установлены предохранительные устройства, препятствующие проникновению атмосферного воздуха и кислорода из кислородной линии.

Генераторы могут быть передвижные и стационарные. Передвижные генераторы обычно имеют производительность не более 3 м/ч, их тможно устанавливать в том же помещении, где производится закалка, с подачей ацетилена к посту по шлангу. Стационарные генераторы устанавливают в специальном помещении. На металлургических заводах для газопламенной закалки наиболее широко применяются генераторы высокого давления, работающие по системе вода на карбид . Среди них в первую очередь следует назвать передвижной генератор конструкции ВНИИавтогенмаш модели ГВР-3 (производительность 3 м/ч, рабочее избыточное давление 1,5 ат), обеспечивающий закалку многофакельной горелкой с шириной ряда газовых выходных отверстий до 100 мм, и стационарный генератор модели ГРК-10-50, обеспечивающий закалку горелкой с шириной ряда отверстий до 300 мм.

Коксовый газ к месту закалки поступает .по трубопроводам, диаметр которых выбирается, исходя из давления газа и требуемого его расхода. Для работы инжекторных закалочных горелок используют коксовый газ с давлением свыше 20 мм вод. ст. и содержанием доменного газа не свыше 15-20%. Для работы безынжекторных закалочных горелок коксовый газ сжимают до 0,7-1 кгс/см2 при помощи поршневых компрессоров с бачком-аккумулятором. Природный газ обычно подается потребителям под высоким или средним давлением. В закалочных установках может использоваться природный газ любого давления, но не ниже 100 мм вод. ст. При работе закалочных установок на коксовом и природном газах для регулирования давления и расхода газов можно использовать регуляторы типа ГРК-Ю.

Кислород к горелке подается от рампы кислородных баллонов через редуктор, клапан регулятора равного давления и газовый рубильник. Вентили 15 и 16 служат для перехода от питания горелки по схеме равного давления (вентиль 16 закрыт, а вентиль 15 открыт) к питанию с инжекторным смешением газов (вентиль 15 закрыт и кислород не проходит через регулятор равного давления). Два регулятора (давления и равного давления) обеспечивают точную регулировку и поддержание заданного расхода и состава горючей смеси. Это особенно важно при использовании газов-заменителей ацетилена, когда затруднена регулирование состава газовой смеси по-внешнему виду пламени, или при одновременной работе нескольких горелок.