Kuinka valita ja suunnitella lämpökäsittelylaitteita

Suora vastaus

Lämpökäsittelykalusteen valinta ja suunnittelu riippuu neljästä järjestyksessä tehdystä päätöksestä: sovitetaan valaisin uunin tyyppiin ja huippulämpötilaan, valitaan lämmönkestävä metalliseoslaatu, joka kestää lämpösyklin hiipimättä tai halkeilematta, suunnitellaan kuormitusreitti siten, että työkappaletta tuetaan lämpölaajenemista rajoittamatta ja valitaan valumenetelmä (investointivalu tai sentrifugivalu). Jonkin näistä vaiheista ohittaminen on yleisin syy kalusteen vääntymiseen, halkeamiseen tai uunin käyttöajan lyhenemiseen.

Lämpökäsittelylaitteen valinnan peruskriteerit

Lämpökäsittelyteline on erityisesti korkean lämpötilan uunitöitä varten rakennettu tuki-, sijoitus- ja kiinnityslaite. Ennen toimittajien tai piirustusten vertaamista on ensin lukittava neljä muuttujaa.

Uunin tyyppi ja huippulämpötila

Tyhjiöuunit, kaivotyyppiset IPSEN-uunit, ketjuvaluuunit ja säteilylämpöputkiuunit vaativat kukin eri lämpöpolkuja ja ilmakehän kemiaa. 950 °C:n hiiletyspalveluun suunniteltu valaisin ei kestä 1180 °C:n tyhjiöjuottoa.

Kuorma ja eräpaino

Työkappaleen kokonaispaino, pinoamiskorkeus ja osan geometria määrittävät sen, onko kori, alustaalusta vai hitsattu teline tehokkaampi. Ylikuormitus on suurin yksittäinen syy ennenaikaiseen painumiseen.

Seoslaatu

Cr-Ni-lämmönkestävät teräsvalut (kuten Cr25Ni20, 1.4848, 1.4849 tai 1.4852) sisältävät kullakin eri virumiskesto- ja hapettumisrajat, joiden on vastattava uunisykliä.

Valu- ja valmistusreitti

Investointivalu (lost-wax) sopii monimutkaisiin kalusterunkoon; keskipakovalu sopii pyöreisiin, symmetrisiin osiin, kuten uunin teloihin ja säteilylämpöputkiin.

Uunin tyyppien mukaiset kalusteet

Erilaiset uuniperheet vaativat erilaisia apukomponentteja itse kiinnittimen rinnalle. Alla olevassa taulukossa esitetään tyypillinen vastaavuus.

Uunin tyyppi	Tyypillinen kiinnitys/komponentti	Huomautuksia
Tyhjiö / IPSEN kaivotyyppinen uuni	Hitsatut lämpökäsittelylaitteet, Precision Casting Basket	Vaatii tiukan mittatoleranssin ja vähän kaasua aiheuttavia pintoja
Jatkuva verkkohihna / työntöuuni	Uunin rullat jatkuvatoimiseen uuniin, AFC-työntöpää	Telojen on kestettävä kiskon kulumista tuhansien jaksojen ajan
Ketjuvalu / linkkihihnauuni	Hearth Roll Valulenkkihihna-uuniin, Ketjulevy ketjuvaluuuniin	Ketjulevyn geometria vaikuttaa suoraan hihnan seurantatarkkuuteen
Säteilyputkilämmitysuuni	Säteilevä lämpöputki, uunilaiturit	Laiturit tukevat putken painoa ja estävät painumisen jatkuvassa kuumuudessa
Kiertoilmauuni	Ipsen tuulettimen terä	Tuulettimen siipien tasapaino vaikuttaa lämpötilan tasaisuuteen kuorman yli
Rullatakka / teliuuni	AFC-uunien rullakiskot ja -rullat, lämpökäsittelyalustat	Pohjaalustat jakavat pistekuormat tasaisesti rullaalustalle

Seoslaadun vertailu kiinnikkeiden suunnittelussa

Kun uuni ja kuormaprofiili ovat tiedossa, seuraava suunnitteluvaihe on laadun valinta. Alla olevat neljä luokkaa kattavat useimmat teolliset hiiletys-, nitraus- ja tyhjiösyklit.

Cr25Ni20

Jatkuva käyttö jopa n. 1100 °C

Tasapainoinen kromi-nikkelipitoisuus antaa vahvan kestävyyden hiilettäville ilmakehille, jota käytetään yleisesti yleiskäyttöisissä pohjalokeroissa ja telineissä.

1.4848

Jatkuva käyttö jopa n. 1100 °C

Suurempi virumislujuus korotetulla kuormituksella, suositeltu latauskorien ja telien tulisijauunisovelluksiin toistuvilla kierroksilla.

1.4849

Jatkuva käyttö jopa n. 1150 °C

Parannettu hapettumisenkestävyys, sopii lataustelineisiin, jotka näkevät usein uunin oven aukot ja lämpöshokin.

1.4852

Huippulämpötila jopa n. 1180 °C

Huippuluokka hyvin tyyppisiin IPSEN-uuneihin ja tarkkuusvalettuihin kalusteisiin, jotka toimivat lähellä teräksen lämmönkestävyyden ylärajaa.

FH® Heat Treatment -kiinnityssarja

Edustava valikoima valettuja ja hitsattuja kiinnitysmalleja, jotka kattavat jatkuvatoimiset telineet tarkkuuskoreihin tyhjiöpalvelua varten.

Fixture-tuotelinja

Valetut ja hitsatut kokoonpanot, jotka on suunniteltu tyhjiö-, kuoppatyyppiseen ja jatkuvaan uunikäyttöön, valmistettu lämmönkestävistä metalliseoslaaduista, joiden lämpötila on 1180 °C.

Heat-Resistant Heat Treatment Fixtures for Continuous Use

Jatkuvan käytön lämpökäsittelylaitteet Jatkuva velvollisuus

Industrial Heat Treatment Fixtures for Extreme Temperature Applications

Äärimmäisen lämpötilan valaisimet Korkea lämpötila

Alloy Fixtures for Vacuum and Atmosphere Furnaces

Tyhjiö- ja ilmakehävalaisimet Tyhjiöuuni

Hitsatut lämpökäsittelylaitteet Hitsattu muotoilu

Universal Heat Treatment Fixtures for Tempering, Quenching, Annealing, Carburizing

Yleiskäyttöiset prosessikiinnikkeet Moniprosessi

Suunnitteluperiaatteet, jotka pidentävät valaisimen käyttöikää

Pelkästään materiaalin valinta ei estä varhaista vikaa, jos rakennesuunnittelussa ei oteta huomioon, kuinka valaisin todella käyttäytyy toistuvan lämmityksen ja jäähdytyksen aikana.

Jaa kuormareitti tasaisesti

Keskitetyt pistekuormitukset Precision Casting Basket -koriin tai -alustaan nopeuttavat paikallista virumista. Ristirivat ja useat tukipisteet jakavat kuorman osan poikki yhden palkin sijaan.

Jätä tilaa lämpölaajenemiselle

Seosteräs laajenee noin 1,5-2 prosenttia lineaarisesti huoneenlämpötilan ja 1100 °C:n välillä. Kiinteät liitokset ilman laajenemisrakoja ovat yleinen syy halkeiluihin hitsauksissa.

Vähennä lämpömassaa mahdollisuuksien mukaan

Kevyemmät ristikkotyyliset lämpökäsittelyalustat lämpenevät ja jäähtyvät nopeammin kuin kiinteät levyt, mikä lyhentää syklin kestoa ja alentaa lämpörasitusta, joka koskee jokaista valua.

Suojaa erittäin kuluvia kosketuspisteitä

Kiskon kosketusreunat, telan urat ja työntöpinnat hyötyvät kulutusta kestävistä vuorauksista tai karkaisuista sisäosista, mikä vähentää tarvetta vaihtaa koko kiinnitys, kun vain kosketuspinta kuluu.

Valumenetelmä: Investointi vs. keskipakovalu

Valmistusreitti vaikuttaa sekä hintaan että siihen, kuinka hyvin valaisin toimii asennuksen jälkeen.

tekijä	Investointi (Lost-Wax) -valu	Keskipakovalu
Sopivin geometria	Monimutkaiset kalusterungot, korit, tarjottimet, joissa on rivat ja leikkaukset	Pyöreät, symmetriset osat, kuten uunin telat ja säteilylämpöputket
Pintakäsittely	Sileä, lähes nettomuoto, minimaalinen koneistus	Tiheä ulkokuori spin-cast-kiinteytymisestä
Raerakenne	Hienot, tasaiset rakeet vähentävät vääristymisriskiä	Suunnattu jähmettyminen parantaa säteittäistä lujuutta
Tyypillinen kalustekäyttö	Latauskorit, pohjakaukalot, hitsatut telineet	Uunin telat, säteilyputket, tulisijatelat

Missä kalusteet tyypillisesti epäonnistuvat

Yleisten vikatilojen ymmärtäminen auttaa priorisoimaan hankinnan aikana tärkeimmät suunnittelupäätökset.

Muodonmuutos ylikuormituksesta

42 %

Hitsaushalkeilu lämpöjännityksen seurauksena

27 %

Pintojen kuluminen kosketuspisteissä

19 %

Hapeutuminen ja materiaalin väsyminen

12 %

Jakauma, joka perustuu tyypillisiin kentän palautuskuvioihin, jotka on raportoitu jatkuvassa hiiletyksessä ja tyhjiöuunissa; luvut kuvaavat suhteellista osuutta eikä absoluuttisia korkoja.

Usein kysytyt kysymykset

Kuinka usein lämpökäsittelyteline tulee tarkastaa?

Jatkuvassa uunikäytössä olevat kalusteet tarkastetaan tyypillisesti 200–500 syklin välein painumisen, halkeilun ja kiskon kulumisen varalta. Tarkastukset suoritetaan useammin kalusteille, jotka toimivat yli 1100 °C:ssa.

Voiko yksi valaisinsuunnittelu toimia useiden uunimerkkien kesken?

Kyllä, kun pohjan mitat, kuormitusarvo ja seoslaatu on sovitettu ryhmän vaativimpaan uuniin, yksi valaisinrakenne voi palvella IPSEN-, AICHELIN-, SECO/WARWICK- ja vastaavia merkkejä.

Onko hitsattu valmistus tai valu parempi uudelle kalusteelle?

Valamista suositellaan yleensä monimutkaisille, korkeakierroksisille kiinnittimille, koska sillä vältetään hitsaussaumat, jotka keskittävät lämpöjännityksen; hitsatut kiinnikkeet ovat edelleen hyödyllisiä pienissä määrin tai nopeissa prototyyppien tarpeissa.