OPREMA IN NAPRAVE ZA TOPLOTNO OBDELAVO

Za izvajanje toplotne obdelave je potrebna naslednja oprema:

-Oprema za segrevanje,

-Oprema za ohlajanje,

-Oprema in sredstva za zagotavljanje ustrezne atmosfere,

-Oprema za merjenje in regulacijo temperature.

Oprema za segrevanje

Segrevanje se lahko izvaja:

-v pečeh

-v solnih ali kovinskih kopelih

-induktivno,

-plamensko.

Način segrevanja je odvisen od:

-oblike in velikosti izdelkov,

-vrste materiala,

-temperature in hitrosti segrevanja,

-števila izdelkov.

Vsak vir toplote ima svoje značilnosti, ki se pri segrevanju morajo upoštevati. Pomembni so predvsem:

-regulacijatemperature,

-regulacija atmosfere,

-toplotna moč,

-ekonomičnost.

Parametri\ način seg.

Tekoča goriva

  Plinasta goriva

 El. energija

 Solne kopeli

Regulacija temperature

  Dobra

 Zelo dobra

  Odlična

  Odlična

Regulacija atmosfere

 Slaba

  Dobra

 Najboljša

   Dobra

Ekonomičnost

  Zelo dobra

  Dobra

   Nizka

   Dobra

Uporaba

Manja zahtevna in veliki izdelki

Bolj zahtevni srednje veliki izdelki

Najbolj zahtevni manjši izdelki

Srednje veliki in manjši izdelki

Trda goriva vsebujejo negorljive komponente in vlago. Zgorevajo počasi, ob večji količini zraka, kot je teoretično potrebno. Regulacija temperature in atmosfere je zelo slaba, zato se pri toplotni obdelavi ne uporabljajo.  Tekoča goriva so bolj čista, dajo se razprševati, zato je zgorevanje hitrejše in bolj popolno. Uporabljajo se pri segrevanju velikih izdelkov (jeklarstvo in livarstvo) oziroma pri manj zahtevni toplotni obdelavi. Plinasta goriva so najbolj čista; ne vsebuje pepela, vlage in žvepla. Zaradi hitrega mešanja z zrakom ali kisikom zgorevajo hitro in popolno. Višje temperature se dosežejo s predgrevanjem zraka in plinov. S pravilnim razmerjem kisika ali zraka se lahko doseže ustrezna atmosfera. Regulacija temperature je bolj natančna kot pri tekočih gorivih. Uporabljajo se bolj pogosto tudi pri toplotni obdelavi kvalitetnih izdelkov..

Elektro uporovne peči z grelnimi elementi so najboljše in se v praksi najbolj uporabljajo. Regulacija temperature in sestava atmosfere, se lahko regulirata zelo natančno. Induktivno segrevanje se uporablja pri lokalnem ali površinskem kaljenju jeklenih izdelkov. Segrevanje je zelo hitro, ekonomično in natančno. Uporablja se pri serijskem delu

Solne in kovinske kopeli so ekološko problematične, zato je njihova uporaba čedalje manjša. Njihova prednost je v simetričnem segrevanju izdelkov in v natančnosti regulacije temperature. Staljene kovine in zlitine se uporabljajo v primerih, ko površinska plast ni moteča. 

Po obliki, razdelimo vse peči na komorne, tunelske in globinske. Komorne peči so pravokotne oblike in imajo ena vrata, skozi katera se izdelki nalagajo in odstranjujejo. Njihova velikost je od nekaj dm³ do nekaj m³. Tunelske peči so podolgovate, ter imajo vrata na sprednji in zadnji strani. Imajo premično dno, zato so bolj produktivne in se uporabljajo pri serijskem delu. Globinske peči so postavljene pod delovno površino prostora in se nalagajo z vrha. Uporabljajo se za segrevanje večjih in težjih izdelkov v metalurgiji in livarstvu. 

Oprema za ohlajanje

Po segrevanju se izdelki ohlajajo s potapljanjem v tekočinah, na zraku ali v pečeh. V posebnih primerih se ohlajanje izvaja v plinih, ki so ohlajeni pri nizkih temperaturah.

Hitrosti ohlajanja so odvisne od:

-velikosti in oblike izdelka,

-toplotne prevodnosti izdelka,

-začetne in končne temperature ohlajanja,

-količine, temperature in prevodnosti ohlajevalnega sredstva, 

-hitrosti pretakanja sredstva ali premikanja izdelka in njihove.

Največjo hitrost ohlajanja (X·10 °C/s) dosežejo pri potapljanju drobnih izdelkov v tekočem heliju ali CO2. Take hitrosti so potrebne pri pridobivanju amorfnih kovin. V sodobnih vakumskih pečeh se ohlajanje izvaja z ohlajenimi intertnimi plini (temperature do – 180°C). Klasična sredstva za ohlajanje in njihove hitrosti ohlajanja so podane v tabeli.

Ohlajevalna sredstva

hitrosti

   Sredstvo

 (°C/s)

Voda + 10% NaOH

  3700

Voda + 10% NaCl

  3550

Voda + 10% HSO4

  2200

Voda pri 0°C

  1900

Voda pri 26°C

  1300

Repično olje

  550

Voda pri 50°C

  300

Mineralno olje

  250

Komprimiran zrak

  150

Atmosferski zrak

 50

ZAŠČITNE ATMOSFERE

 Pri vsakem segrevanju jekel, prihaja do oksidacije in razogličenja njihove površine. Pojava sta bolj intenzivna pri višjih temperaturah in daljših časih segrevanja. To se lahko prepreči z izbiranjem ustrezne atmosfere. Sestava atmosfere se izbere glede na kemično sestavo izdelka, temperature, časa in namen segrevanja. Vse atmosfere razdelimo na nevtralne, oksidacijske in reduktivne.

 

a) Nevtralne atmosfere so sestavljene iz dušika, amoniaka (2NH3 ↔ N2 + 3H2), argon, vakum. V teh atmosferah ne prihaja do kemičnih sprememb in oksidacije in se ne več uporabljajo.

 

b)Oksidacijske so sestavljene iz zraka, kisika, vodne pare, CO2 2Fe + O ↔ 2 FeO V teh atmosferah poteka oksidacija in Fe + CO2 ↔ FeO + CO razogličenje v praksi se ne uporabljajo Fe + H2O ↔ FeO + H2

 

c)Reduktivne atmosfere vsebujejo CO, CH4 in višje ogljikovodike. V teh atmosferah prihaja do redukcije oksidov oziroma do ogličenja površine 3Fe + CH4 ↔ Fe3C + 2H2 Uporabljajo se pri zaščiti visoko ogljikovih jeklih.

* Učinek atmosfer je zelo odvisen od temperature in od razmerja med posameznimi komponentami. V praksi se za kaljenje, normalizacijsko, difuzijsko in mehko žarenje se največ uporabljajo nevtralne atmosfere, ki vsebujejo N2, N2 + H2 ali N2 + H2 + 3 do 10%CO2.