Corpuri CFC pentru aplicații de tratare termică

Creșterea corpurilor CFC în industria de tratare termică

Cuptoarele de tratare termică reprezintă o investiție de capital substanțială, ocupă un spațiu valoros al fabricii și servesc adesea ca blocaj în fluxurile de producție. Fixarea corectă a componentelor este esențială pentru a asigura că toate piesele primesc transferul corect de căldură, obținerea unor proprietăți mecanice și suprafețe uniforme și menținerea toleranțelor dimensionale critice.

În mod tradițional, oțelurile turnate și forjate au fost cele mai comune materiale de fixare. Cu toate acestea, densitatea lor mare consumă o parte semnificativă din capacitatea de încărcare a cuptorului, limitând debitul total al lotului. Oțelul are, de asemenea, un coeficient ridicat de dilatare termică (CTE), care în timp-după expunerea repetată la cicluri rapide de încălzire și răcire-conduce la deformarea și pierderea geometriei dispozitivului de fixare.

În ultimii ani, CFC-denumit în mod obișnuit compozit din fibră de carbon-a devenit materialul de fixare preferat pentru o varietate de procese de tratament termic, oferind câteva avantaje esențiale față de dispozitivele convenționale din aliaj turnate. Cele mai notabile beneficii includ o reducere substanțială a greutății dispozitivului de fixare, care mărește direct debitul lotului cuptorului, precum și costuri mai mici de întreținere și întreținere datorită rezistenței excepționale a CFC la deformare și capacității sale de a-și păstra forma pe toată durata de viață.

Cu un deceniu în urmă, CFC era încă văzută ca o opțiune de montaj exotică și costisitoare, puține companii care dețin expertiza sau experiența practică pentru a-l aplica eficient pentru îmbunătățirea proceselor și reducerea costurilor. Cu toate acestea, progresele recente au eficientizat atât producția de materii prime CFC, cât și procesele de fabricație, în timp ce designul dispozitivelor de fixare a devenit mai fiabil și mai repetabil. Ca rezultat, corpurile CFC au devenit semnificativ mai accesibile și oferă acum o soluție viabilă din punct de vedere comercial într-o gamă largă de aplicații. În ciuda acestui progres, adoptarea a rămas relativ lentă, în mare parte din cauza unei concepții greșite comune că corpurile CFC nu au rezistența și robustețea pentru manipularea materialelor în comparație cu omologii lor din oțel.

Astăzi, corpurile CFC nu se mai limitează la aplicații cu vid. Dezvoltarea unei game largi de materiale CFC a permis utilizarea lor în alte procese de tratament termic, inclusiv nitrurare, cementare cu gaz, cementare la presiune joasă (LPC) și chiar procese care implică stingerea uleiului sau atmosfere de aer la temperaturi scăzute (de obicei sub 450 de grade).

De ce să alegeți corpurile CFC față de corpurile din aliaj de oțel turnat?

Proprietățile fizice și chimice unice ale materialelor CFC oferă avantaje semnificative atunci când sunt utilizate în locul dispozitivelor de fixare din aliaj turnate-cu condiția ca condițiile de proces să fie adecvate.

Principalele caracteristici ale CFC și beneficiile asociate acestora în comparație cu elementele de fixare din oțel turnat sunt prezentate mai jos:

• Ușoară– Corpurile de fixare cu CFC cântăresc aproximativ 10–20% din corpurile echivalente din oțel aliat datorită densității mai mici a materialului. Acest lucru permite o manipulare mai sigură de către operatorii de tratament termic și o ergonomie îmbunătățită. Pentru clienții care în prezent încarcă accesorii din aliaj la capacitatea maximă a cuptorului, trecerea la CFC poate crește de obicei debitul pieselor cu 40-60% ca rezultat direct al greutății reduse a dispozitivului de fixare.
• REZISTENTA MARE– CFC este mai rezistent decât oțelurile aliaje turnate la temperaturi ridicate, fiind de aproximativ zece ori mai puternic la 1000 de grade. În special, rezistența CFC crește odată cu temperatura. Oferă o capacitate superioară de încărcare-la temperaturi ridicate, permițând creșteri nete ale încărcăturii de până la 100% în comparație cu aliajele turnate.
• COSTURI CU ENERGIE MICĂ– Masa termică mai mică a CFC permite o încălzire și o răcire mai rapide-de obicei, cu 30% mai rapide decât corpurile de iluminat din oțel turnat-și necesită doar un sfert-din puterea electrică absorbită în timpul încălzirii. Acest lucru are ca rezultat timpi mai scurti ai ciclului cuptorului, costuri de operare reduse, capacitate îmbunătățită a cuptorului și mai puțin timp de nefuncționare a mașinii. În timp ce condițiile de încărcare și cuptor variază, economii de energie de până la 65% sunt realizabile.
• CICLU DE VIAȚĂ MAI LUNG AL CORPORULUI– Durata de viață a dispozitivelor de fixare CFC este de aproximativ cinci ori mai lungă decât cea a dispozitivelor de fixare din aliaj de oțel turnat, în primul rând deoarece dispozitivele de fixare din oțel turnat tind să se deformeze, să crape și să devină fragile în timp.
• MINIMĂ SAU FĂRĂ RELUCRARE– CFC are un coeficient de dilatare termică (CTE) mult mai scăzut decât aliajele de oțel turnat, făcându-l foarte rezistent la fluaj și deformare în timpul ciclurilor repetate de încălzire și răcire. Se poate aștepta o reducere cu 90% a timpului total de reparare a dispozitivului de fixare în comparație cu corpurile din oțel turnat, ceea ce duce la costuri de întreținere și întreținere semnificativ mai mici. În plus, deoarece corpurile CFC nu deformează, acestea sunt bine-potrivite pentru manipularea automată-un avantaj major pentru instalațiile mari de tratare termică cu producție mare de piese și cuptoare multiple instalate în serie.
• FIABILITATE ȘI CALITATE A PROCESULUI ÎMBUNĂTĂTATE– CFC oferă precizie dimensională și stabilitate excepționale în timpul ciclării termice, asigurând că dispozitivele de fixare își păstrează forma și că toate piesele sunt poziționate corect pe parcursul procesării. Dispozitivele proiectate corespunzător, care susțin și spațiează uniform componentele, asigură o procesare fiabilă și repetabilă, ajutând la îndeplinirea constantă a cerințelor de calitate. În schimb, instabilitatea și imprevizibilitatea elementelor de fixare din oțel turnat pot duce ocazional la piese deplasate greșit sau la piese tratate necorespunzător care necesită reprelucrare sau procesare suplimentară.

Care sunt limitările dispozitivelor CFC?

Deși CFC este un material de fixare excelent, anumite condiții de proces pot limita utilizarea acestuia sau îl pot face inadecvat. Acestea includ:

• REACȚII EUTECTICE– Peste 1000 de grade, CFC poate suferi o reacție de contact cu aliajele de oțel, provocând decolorare, carburare nedorită sau-în cazuri severe-topire eutectică locală (sudarea pieselor pe dispozitiv). Pentru a preveni acest lucru, sunt folosite corpuri de iluminat de tip hibrid-care combină CFC cu componente ceramice-de obicei alumină sinterizată sau compozite din fibre de alumină-. Aceste ceramice servesc ca puncte de contact pentru piesele metalice și pot acoperi complet CFC-ul. Alternativ, corpurile de fixare CFC pot fi acoperite cu o barieră termică, cum ar fi spray-ul cu plasmă cu zirconiu stabilizat cu ytria-, pentru a preveni reacțiile de contact. Cu toate acestea, acoperirile tind să se uzeze în timp, iar corpurile de fixare necesită adesea acoperire, ceea ce crește costurile de întreținere. Pentru noile modele de corpuri de iluminat, sunt preferate în general ceramica încorporată-, deoarece oferă o soluție cu cost redus,-înlocuitoare pentru a preveni reacțiile eutectice.
   
• REACȚIA CU OXIGEN (O₂)– Când este expus la aer sau la atmosfere care conțin oxigen-peste 350 de grade , carbonul din matricea CFC se oxidează, reacționând cu oxigenul pentru a forma dioxid de carbon (CO₂) și sublimându-se. Dacă sunt prezenți vapori de apă (H₂O), oxidarea are loc peste 700 de grade, formând monoxid de carbon (CO) sau CO₂ împreună cu hidrogen (H₂). Pentru a preveni oxidarea, multe cuptoare cu împingere continuă utilizează camere de pre-oxidare pentru a îndepărta excesul de oxigen prin purjare cu azot și aprinderea oxigenului descărcat. În cuptoarele cu vid cu o singură cameră, oxigenul este îndepărtat folosind pompe de vid înainte de încălzire. Atunci când specifică corpurile CFC, clienții trebuie să se asigure că corpurile de iluminat nu sunt expuse la aer peste 350 de grade în niciun moment în timpul procesului. Pentru aplicații cu concentrații foarte scăzute de oxigen, materialele CFC impregnate sau acoperite pot fi utilizate cu succes. Testarea pre-producție este întotdeauna recomandată pentru aplicațiile fără-vid pentru a evalua riscul de oxidare. Acest lucru implică de obicei rularea de mai multe ori a probelor mici de CFC prin întregul proces de producție și cântărirea lor după fiecare ciclu. Nicio pierdere în greutate nu confirmă absența oxidării.
   
• REACȚII LA MEDIA– CFC netratat are o anumită porozitate deschisă, ceea ce poate duce la absorbția mediului lichid, cum ar fi uleiul de stingere sau soluțiile de spălare. CFC impregnat, tratat prin infiltrare chimică a vaporilor (CVI) cu o sare de fosfor, închide această porozitate și previne pătrunderea lichidului. Acest tratament îmbunătățește și rezistența la oxidare. Cu toate acestea, astfel de grade sunt limitate la 900 de grade, deoarece fosforul se poate scurge la temperaturi mai ridicate și se poate depune pe suprafețele componentelor, reducând duritatea suprafeței. Pentru aplicațiile de stingere a uleiului, testarea pre-producție cu mostre mici de dispozitive de fixare și componente de deșeuri sunt insistent recomandate, în special pentru procesele de cementare cu gaz care implică spălare post-călire și temperare a aerului. O atenție deosebită trebuie acordată eficienței etapei de spălare, deoarece uleiul rezidual de pe corpurile de CFC poate genera fum în camera de temperare sau chiar se poate aprinde dacă trece printr-o perdea de flacără. Dispozitivele de testare trebuie ciclate de mai multe ori pentru a verifica dacă există transfer de ulei sau fum. În timp, uleiul crăpat va umple în cele din urmă orice porozitate rămasă și va elimina generarea suplimentară de fum.
   

Condiții de proces și criterii de proiectare a dispozitivelor CFC

Atunci când specificați corpurile CFC pentru utilizare pe un cuptor nou sau când înlocuiți elementele de fixare existente din oțel turnat, trebuie să se acorde o atenție deosebită condițiilor procesului, precum și criteriilor de proiectare a dispozitivului de fixare. Procedând astfel, se asigură că dispozitivul va fi potrivit scopului și va îndeplini cerințele complete ale aplicației.

Listele de mai jos oferă o imagine de ansamblu asupra condițiilor procesului și a criteriilor de proiectare a dispozitivelor de fixare care trebuie colectate și transmise echipei noastre de proiectare, astfel încât să poată fi elaborat un concept inițial de proiectare a dispozitivului de fixare.

Criterii de proiectare și detalii componente

• Numele sau referința la parte pentru fiecare componentă care urmează să fie procesată
• Model CAD al fiecărei piese de prelucrat (sem bucurăm să semnăm un NDA) sau dimensiuni principale în cazul în care nu poate fi furnizat un model CAD
• Orientarea dorită a componentelor pentru fiecare componentă (de exemplu, orizontală, verticală, suspendată etc.)
• Toleranțe dimensionale și de formă ale componentelor
• Densitatea încărcăturii (spațierea componentelor, precizia poziției)
• Capacitatea de încărcare dorită (piese pe dispozitiv)
• Suport de fixare a componentelor (de exemplu contacte punctuale, poziții de contact complet

Condiții de proces

• Calitatea materialului pentru fiecare componentă prelucrată (astfel încât să putem verifica compoziția chimică)
• Greutatea fiecărei componente prelucrate
• Tipul cuptorului (cup vid, tip împingător continuu, cuptor integral etc.)
• Încărcarea cuptorului (cuptor cu încărcare frontală sau inferioară? manuală sau automată?)
• Atmosfera cuptorului (vid, LPC, gaz) –Conține atmosfera oxigen (O2)?
• Profilul temperaturii cuptorului (de exemplu, creșterea temperaturii.xgrade pe minut, mențineți la 1050c și stingeți la RT)
• Mediu de stingere (azot/argon gaz sau stingere ulei?)
• Dimensiunile maxime ale zonei de lucru ale cuptorului (L x l x H în mm)
• Capacitate maximă de încărcare a cuptorului (Kg)
• Detalii șina vatră

· Material șină pentru vatră (grafit, molibden, oțel)

·Nu. de șine de vatră

· Lățimea, lungimea și înălțimea șinei vatră (mm)

· Distanța dintre centrele șinei focarului (mm)

• Metoda de manipulare a dispozitivelor de fixare (de exemplu, dispozitive de fixare ridicate cu stivuitoare sau împinse de-a lungul)
• Dacă sunt folosite stivuitoare, următoarele detalii ar fi utile:

·Nu. a brațelor stivuitorului

·Lungimea brațului (mm)

· Lățimea brațului (mm)

·Bratele fixe sau mobile (daca sunt mobile, care este separarea maxima)

• Nr. de piese per element de fixare (pentru corpuri de fixare din oțel turnat, dacă este cazul)
• Pentru procesele de lipire (dacă este cazul)

·Material de brazare

· Linie de lipire și poziție pe piesă/ansamblu

·Dacă se aplică greutăți de brazare, dimensiunile greutății și poziția

Cum se poateMATERIALE XINGHUIsprijin?

XINGHUI MATERIALS este specializată în proiectarea și furnizarea de corpuri compozite din fibră de carbon (CFC) la comandă, utilizate pentru aplicații la temperaturi înalte. Echipa noastră de ingineri de materiale are o mulțime de experiență de lucru în industriile de tratament termic și au experiență de primă mână în lucrul cu o gamă largă de procese termice, inclusiv tratament termic în vid, cementare cu gaz și joasă presiune (LPC), nitrurare și nitrocarburare feritică.

Oferim tuturor clienților toate lucrările de proiectare-gratuit, fără obligație de cumpărare.

Atunci când proiectăm corpuri de iluminat, obiectivul nostru principal este întotdeauna să oferim valoare adăugată clientului, să obținem economii de costuri și, în cele din urmă, să reducem timpul de rentabilitate a investiției (ROI). Aceasta se realizează prin:

• Creșterea încărcării parțiale pe dispozitiv
• Reducerea costurilor de funcționare (energie) a cuptorului
• Îmbunătățirea capacității cuptorului prin reducerea timpilor ciclului procesului
• Reducerea costurilor de întreținere și întreținere a corpurilor
• Oferind corpuri de iluminat cu cicluri de viață extinse ale produsului
• Reducerea costurilor de re{0}}reluare a componentelor

Inginerii noștri de materiale lucrează mână în mână cu echipa noastră de proiectare și împreună, ei vă vor putea ghida prin procesul de selecție a materialelor și de proiectare a dispozitivelor de fixare pentru a oferi o soluție de fixare personalizată și viabilă din punct de vedere comercial.