Крепления CFC для термообработки

Рост использования CFC-оборудования в индустрии термообработки

Печи для термообработки требуют значительных капиталовложений, занимают ценную производственную площадь и часто служат узким местом в производственных процессах. Правильная установка компонентов необходима для обеспечения правильной теплопередачи всех деталей, достижения однородных поверхностных и механических свойств и соблюдения критических допусков на размеры.

Традиционно наиболее распространенными крепежными материалами были литая и кованая сталь. Однако их высокая плотность потребляет значительную часть мощности печи, ограничивая общую производительность шихты. Сталь также имеет высокий коэффициент теплового расширения (КТР), который со временем-после многократного воздействия быстрых циклов нагрева и охлаждения-приводит к деформации и потере геометрии приспособления.

В последние годы CFC,-обычно называемый композитом из углеродного волокна-, стал предпочтительным крепежным материалом для различных процессов термообработки, предлагая несколько ключевых преимуществ по сравнению с обычными крепежными деталями из литого сплава. Наиболее заметные преимущества включают существенное снижение веса приспособления, что напрямую увеличивает производительность печи, а также более низкие затраты на техническое обслуживание и ремонт благодаря исключительной устойчивости CFC к деформации и его способности сохранять форму на протяжении всего срока службы.

Десять лет назад CFC все еще считался экзотическим и дорогим вариантом крепления, и лишь немногие компании обладали знаниями и практическим опытом, позволяющими эффективно применять его для улучшения процессов и снижения затрат. Однако последние достижения позволили рационализировать как производство сырья CFC, так и производственные процессы, а конструкции приспособлений стали более надежными и повторяемыми. В результате светильники из CFC стали значительно более доступными и теперь предлагают коммерчески выгодное решение для широкого спектра применений. Несмотря на этот прогресс, внедрение остается относительно медленным, в основном из-за распространенного заблуждения, что приспособлениям из CFC не хватает прочности и надежности для работы с материалами по сравнению со своими стальными аналогами.

Сегодня приспособления CFC больше не ограничиваются применением в вакууме. Разработка широкого спектра марок материалов CFC позволила использовать их в других процессах термообработки, включая азотирование, газовую цементацию, цементацию при низком давлении (LPC) и даже в процессах, включающих закалку маслом или воздухом при низких температурах (обычно ниже 450 градусов).

Почему стоит выбирать светильники из CFC, а не светильники из литой стали?

Уникальные физические и химические свойства материалов CFC дают значительные преимущества при их использовании вместо креплений из литых сплавов-при подходящих условиях процесса.

Основные характеристики CFC и связанные с ними преимущества по сравнению с арматурой из литой стали приведены ниже:

• ЛЕГКИЙ– Крепления из CFC весят примерно 10–20% от эквивалентных светильников из легированной стали из-за более низкой плотности материала. Это обеспечивает более безопасное обращение с оборудованием для операторов термообработки и улучшенную эргономику. Для клиентов, которые в настоящее время загружают приспособления из сплавов на максимальную мощность печи, переход на CFC обычно может увеличить производительность деталей на 40–60% как прямой результат снижения веса приспособления.
• ВЫСОКАЯ ПРОЧНОСТЬ– CFC прочнее литых легированных сталей при повышенных температурах, примерно в десять раз прочнее при 1000 градусах. Примечательно, что прочность CFC увеличивается с температурой. Он обеспечивает превосходную -несущую способность при высоких температурах, что позволяет увеличить чистую нагрузку на приспособление до 100 % по сравнению с литыми сплавами.
• СНИЖЕНИЕ ЗАТРАТ ЭНЕРГИИ– Меньшая тепловая масса CFC обеспечивает более быстрый нагрев и охлаждение-обычно на 30 % быстрее, чем у светильников из литой стали-и требует лишь одну-четверть потребляемой электроэнергии во время нагрева. Это приводит к сокращению времени цикла печи, снижению эксплуатационных расходов, повышению производительности печи и сокращению времени простоя оборудования. Несмотря на то, что нагрузка и условия печи различаются, экономия энергии может достигать 65%.
• УВЕЛИЧЕННЫЙ ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ– Срок службы светильников из CFC примерно в пять раз дольше, чем у светильников из сплава литой стали, главным образом потому, что светильники из литой стали имеют тенденцию деформироваться, растрескиваться и со временем становиться хрупкими.
• МИНИМАЛЬНЫЕ ДОРАБОТКИ ИЛИ БЕЗ ДОРАБОТОК– CFC имеет гораздо более низкий коэффициент теплового расширения (КТР), чем литые стальные сплавы, что делает его очень устойчивым к ползучести и деформации во время повторяющихся циклов нагрева и охлаждения. Можно ожидать сокращения общего времени переделки приспособлений на 90% по сравнению с приспособлениями из литой стали, что приведет к значительному снижению затрат на техническое обслуживание и ремонт. Кроме того, поскольку приспособления из CFC не деформируются, они хорошо -подходят для автоматизированной обработки-, что является основным преимуществом для крупных предприятий термообработки с высокой производительностью деталей и несколькими периодическими печами, установленными последовательно.
• ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА– CFC обеспечивает исключительную точность размеров и стабильность во время термоциклирования, гарантируя, что приспособления сохранят свою форму и что все детали будут правильно расположены во время обработки. Правильно спроектированные приспособления, которые поддерживают компоненты и равномерно размещают их, обеспечивают надежную и повторяемую обработку, помогая постоянно соответствовать требованиям к качеству. Напротив, нестабильность и непредсказуемость креплений из литой стали иногда могут привести к неправильному расположению компонентов или неправильной обработке деталей, требующих доработки или дополнительной обработки.

Каковы ограничения светильников CFC?

Хотя CFC является отличным крепежным материалом, определенные условия процесса могут ограничить его использование или сделать его непригодным. К ним относятся:

• ЭВТЕКТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ– При температуре выше 1000 градусов CFC может вступать в контактную реакцию со стальными сплавами, вызывая обесцвечивание, нежелательную цементацию или -в тяжелых случаях-локальное эвтектическое плавление (приваривание деталей к приспособлению). Чтобы предотвратить это, используются светильники гибридного-типа, сочетающие CFC с керамическими компонентами,-обычно спеченный оксид алюминия или композиты из оксида алюминия-. Эта керамика служит точками контакта для металлических деталей, а также может полностью покрывать CFC. Альтернативно, светильники из CFC могут быть покрыты тепловым барьером, таким как плазменное напыление, стабилизированное иттрием-диоксидом циркония, чтобы предотвратить контактные реакции. Однако покрытия со временем изнашиваются, и светильники часто требуют повторного покрытия, что увеличивает затраты на техническое обслуживание. Для новых конструкций светильников обычно предпочтительнее встроенная-керамика, поскольку она предлагает недорогое-заменяемое решение для предотвращения эвтектических реакций.
   
• РЕАКЦИЯ С КИСЛОРОДОМ (O₂)– При воздействии воздуха или атмосферы, содержащей кислород-с температурой выше 350 градусов, углерод в матрице CFC окисляется, реагируя с кислородом с образованием диоксида углерода (CO₂) и сублимируется. Если присутствует водяной пар (H₂O), окисление происходит при температуре выше 700 градусов, образуя окись углерода (CO) или CO₂ вместе с водородом (H₂). Чтобы предотвратить окисление, во многих толкательных печах непрерывного действия используются камеры предварительного-окисления для удаления избытка кислорода путем продувки азотом и воспламенения любого выпущенного кислорода. В однокамерных вакуумных печах кислород удаляется с помощью вакуумных насосов перед нагревом. При выборе светильников из CFC клиенты должны убедиться, что светильники не подвергаются воздействию воздуха с температурой выше 350 градусов ни на каком этапе процесса. Для применений с очень низкими концентрациями кислорода можно успешно использовать пропитанные или покрытые CFC материалы. Предварительные-испытания всегда рекомендуются для применений, не использующих-вакуум, для оценки риска окисления. Обычно это предполагает многократное прохождение небольших образцов ХФУ в течение всего производственного процесса и их взвешивание после каждого цикла. Отсутствие потери веса подтверждает отсутствие окисления.
   
• РЕАКЦИИ В СМИ– Необработанный CFC имеет некоторую открытую пористость, которая может привести к адсорбции жидких сред, таких как закалочное масло или промывочные растворы. Пропитанный CFC, обработанный методом химической паровой инфильтрации (CVI) солью фосфора, закрывает поры и предотвращает проникновение жидкости. Эта обработка также повышает устойчивость к окислению. Однако такие марки ограничены температурой 900 градусов, поскольку фосфор может выщелачиваться при более высоких температурах и откладываться на поверхностях компонентов, снижая твердость поверхности. При закалке в масле настоятельно рекомендуется проводить пред-производственные испытания с использованием небольших образцов приспособлений и отходов компонентов, особенно для процессов газовой цементации, включающих промывку после-закалки и отпуск на воздухе. Особое внимание следует уделять эффективности этапа промывки, поскольку остатки масла на приспособлениях из ХФУ могут вызвать образование дыма в камере отпуска или даже воспламенение при прохождении через огненную завесу. Испытательные приспособления следует провернуть несколько раз, чтобы проверить наличие переноса масла или дыма. Со временем крекированное масло заполнит оставшиеся поры и устранит дальнейшее образование дыма.
   

Условия процесса и критерии проектирования приспособлений CFC

При выборе приспособлений из CFC для использования в новой печи или при замене существующих приспособлений из литой стали необходимо тщательно учитывать условия процесса, а также критерии проектирования приспособлений. Таким образом, это гарантирует, что приспособление будет соответствовать назначению и отвечать всем требованиям применения.

В приведенных ниже списках представлен обзор условий процесса и критериев проектирования приспособлений, которые необходимо собрать и передать нашей команде разработчиков, чтобы можно было составить первоначальную концепцию проектирования приспособлений.

Критерии проектирования светильников и сведения о компонентах

• Название или номер детали для каждого обрабатываемого компонента.
• CAD-модель каждой обрабатываемой детали (мы рады подписать NDA) или основные размеры в случае, если CAD-модель не может быть предоставлена.
• Желаемая ориентация каждого компонента (например, горизонтальная, вертикальная, подвесная и т. д.)
• Допуски на размеры и форму компонентов
• Плотность нагрузки (расстояние между компонентами, точность позиционирования)
• Желаемая грузоподъемность (деталей на приспособление)
• Поддержка крепления компонентов (например, точечные контакты, полные контактные положения).

Условия процесса

• Марка материала для каждого обрабатываемого компонента (чтобы мы могли проверить химический состав)
• Вес каждого обработанного компонента
• Тип печи (вакуумная печь, толкательная печь непрерывного действия, встроенная печь периодического действия и т. д.)
• Загрузка печи (печь с фронтальной или нижней загрузкой? ручная или автоматическая?)
• Атмосфера печи (вакуум, КНД, газ) –Содержится ли в атмосфере кислород(O2)?
• Профиль температуры печи (например, повышение темп.xградусов в минуту, выдержать при 1050°С и охладить до комнатной температуры)
• Закалочная среда (закалка азотом/аргоном или маслом?)
• Максимальные размеры рабочей зоны печи (Д x Ш x В в мм)
• Максимальная загрузка печи (кг)
• Детали направляющих пода

·Материал подины (графит, молибден, сталь)

·Нет. из подовых рельсов

·Ширина, длина и высота подовой направляющей (мм)

·Расстояние между центрами направляющих пода (мм)

• Метод обращения с приспособлениями (например, приспособления поднимаются вилочными погрузчиками или толкаются вперед)
• Если используются вилочные погрузчики, будут полезны следующие сведения:

·Нет. рычагов вилочного погрузчика

·Длина руки (мм)

·Ширина рычага (мм)

·Неподвижные или подвижные рычаги (если подвижные, каково максимальное расстояние)

• Существующий нет. количество деталей на приспособление (для приспособлений из литой стали, если применимо)
• Для процессов пайки (если применимо)

·Паяный материал

·Линия и положение пайки на детали/сборке

·Если применяются паяные грузики, размеры и положение груза.

Как можноСИНХУЕЙ МАТЕРИАЛЫподдерживать?

Компания XINGHUI MATERIALS специализируется на разработке и поставке индивидуальных креплений из композитного углеродного волокна (CFC), используемых в условиях высоких температур. Наша команда инженеров-материаловедов имеет богатый опыт работы в отраслях термообработки, а также непосредственный опыт работы с широким спектром термических процессов, включая вакуумную термообработку, цементацию газом и низким давлением (LPC), азотирование и ферритную нитроцементацию.

Мы предлагаем все работы по проектированию светильников заранее-и бесплатно для всех клиентов без обязательств по покупке.

При проектировании светильников мы всегда стремимся предложить дополнительную ценность для клиента, добиться экономии затрат и, в конечном итоге, сократить время окупаемости инвестиций (ROI). Это достигается за счет:

• Увеличение нагрузки на деталь на приспособление
• Сокращение затрат на эксплуатацию печи (энергию)
• Повышение производительности печи за счет сокращения времени технологического цикла
• Снижение затрат на техническое обслуживание и ремонт оборудования.
• Предлагаем светильники с увеличенным жизненным циклом продукции.
• Сокращение затрат на ремонт-компонентов

Наши инженеры по материалам работают рука об руку с нашей командой дизайнеров, и вместе они смогут помочь вам в процессе выбора материала и проектирования крепежа, чтобы предложить индивидуальное и коммерчески жизнеспособное решение для крепления.