RU2842362C1 - Hardening vacuum furnace with heated retort - Google Patents
Hardening vacuum furnace with heated retort Download PDFInfo
- Publication number
- RU2842362C1 RU2842362C1 RU2024115021A RU2024115021A RU2842362C1 RU 2842362 C1 RU2842362 C1 RU 2842362C1 RU 2024115021 A RU2024115021 A RU 2024115021A RU 2024115021 A RU2024115021 A RU 2024115021A RU 2842362 C1 RU2842362 C1 RU 2842362C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- retort
- furnace
- heated
- hardening
- vacuum
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к вакуумным печам, в основном предназначенным для закалки деталей из высоколегированной стали, а также спеченных материалов или полученных методом аддитивной технологии. Подобные детали после закалки и отпуска подвергаются только минимальной механической обработке - шлифовке и доводке наиболее точных размеров.The proposed technical solution applies to vacuum furnaces, mainly intended for hardening parts made of high-alloy steel, as well as sintered materials or obtained by additive technology. Such parts after hardening and tempering are subjected to only minimal mechanical processing - grinding and finishing of the most accurate dimensions.
Конструкция печей с нагреваемой ретортой (муфелем) давно известна. Детали загружаются в реторту, которая вакуумируется и помещается в электрическую печь, в которой реторта нагревается до нужной температуры при продолжении вакуумирования, затем извлекается из печи и охлаждается.The design of furnaces with a heated retort (muffle) has long been known. The parts are loaded into the retort, which is evacuated and placed in an electric furnace, in which the retort is heated to the desired temperature while continuing the evacuation, then removed from the furnace and cooled.
Близким к предлагаемому техническому решению является полезная модель CN 207147233 Лаборатория с наружной вакуумной печью горячего типа, дата подачи 07.09.2017 г., дата публикации 27.03.2018 г., вид публикации В, МПК F27B 2/17. В данном устройстве, с целью минимального сопротивления потоку газа, вакуумная система соединена с передней частью реторты коротким широким патрубком, реторта неподвижна, а нагревательная электропечь перемещается для ускорения охлаждения реторты, но это устройство не предназначено для закалки, реторта охлаждается на воздухе, а вакуум создается системой из двух насосов: форвакуумного и струйного.Close to the proposed technical solution is the utility model CN 207147233 Laboratory with an external hot-type vacuum furnace, filing date 09/07/2017, publication date 03/27/2018, publication type B, IPC
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является изобретение RU 2006773 C1 ПЕРЕНОСНАЯ ВАКУУМНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕЛКОРАЗМЕРНОГО ИНСТРУМЕНТА И КОНСТРУКЦИОННЫХ ДЕТАЛЕЙ (ОПЫТНОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО "ФАКЕЛ"), 30.01.1994, МПК F27B 5/05 (1990.01). Недостатки этой конструкции: закалка с низкой скоростью путем охлаждения реторты на спокойном воздухе и нарушение требований вакуумной техники - вакуумирование производится через патрубок малого диаметра и вакуумный шланг, при этом невозможно создать вакуум достаточной глубины при высокой температуре (1000°С) и защитить детали от окисления, высокотемпературная закалка в печи производится не отдельно, а совмещается с химико-термической обработкой с применением веществ, содержащих углерод (моноэтаноламин, триэтаноламин); кроме того, печь имеет малые габариты и применяется для обработки деталей малого размера.The closest to the proposed technical solution is invention RU 2006773 C1 PORTABLE VACUUM FURNACE FOR CHEMICAL-THERMAL TREATMENT OF SMALL-SIZED TOOLS AND STRUCTURAL PARTS (EXPERIMENTAL DESIGN BUREAU "FAKEL"), 30.01.1994, IPC F27B 5/05 (1990.01). Disadvantages of this design: low-speed quenching by cooling the retort in still air and violation of vacuum technology requirements - evacuation is performed through a small-diameter pipe and a vacuum hose, while it is impossible to create a vacuum of sufficient depth at a high temperature (1000°C) and protect parts from oxidation, high-temperature quenching in the furnace is not performed separately, but is combined with chemical-thermal treatment using substances containing carbon (monoethanolamine, triethanolamine); in addition, the furnace has small dimensions and is used to process small-sized parts.
В предлагаемом техническом решении ставится задача упростить вакуумную печь с нагреваемой ретортой, получая при этом необходимую скорость охлаждения деталей (садки), достаточную для закалки высоколегированной стали, с одновременной защитой садки от окисления, а также уменьшить коробление деталей при закалке. Предлагается схема, в которой вертикально расположенная реторта неподвижна и соединена с вакуумным насосом коротким широким патрубком, а электрическая печь перемещается вдоль реторты для ее нагрева и последующего охлаждения, представленная на фиг. 1,The proposed technical solution sets the task of simplifying a vacuum furnace with a heated retort, while obtaining the necessary cooling rate of parts (charge), sufficient for hardening high-alloy steel, with simultaneous protection of the charge from oxidation, and also reducing warping of parts during hardening. A scheme is proposed in which a vertically located retort is stationary and connected to a vacuum pump by a short wide branch pipe, and the electric furnace moves along the retort for its heating and subsequent cooling, shown in Fig. 1,
где 1 - перемещаемая электрическая печь,where 1 is a movable electric furnace,
2 - крышка печи,2 - oven cover,
3 - вакуумный насос,3 - vacuum pump,
4 - реторта,4 - retort,
5 - крышка реторты,5 - retort lid,
6 - водяное охлаждение крышки реторты,6 - water cooling of the retort lid,
9 - система охлаждения реторты.9 - retort cooling system.
Садка (детали в приспособлении) опирается на дно реторты или подвешивается в вертикальном положении внутри реторты. Дно реторты опирается на прочный выступ футеровки, усилие давления реторты при этом может регулироваться от полного веса реторты с садкой до меньшей величины, например 0,5-0,8 от ее веса, с целью достижения минимального коробления стенок реторты в процессе длительной эксплуатации.The load (parts in the device) rests on the bottom of the retort or is suspended in a vertical position inside the retort. The bottom of the retort rests on a strong projection of the lining, the retort pressure force can be adjusted from the full weight of the retort with the load to a smaller value, for example 0.5-0.8 of its weight, in order to achieve minimal warping of the retort walls during long-term operation.
При нагреве реторты в печи до высокой температуры, 800-1000°С и более, натекание воздуха в реторту увеличивается в несколько раз, окисляя садку внутри реторты. Для защиты садки, а также поверхности реторты и нагревателей печи, предлагается применить заполнение пространства между ретортой и внутренней поверхностью теплоизоляции печи инертным газом или азотом, как показано на схеме фиг. 2,When heating the retort in the furnace to a high temperature, 800-1000°C and more, the air leakage into the retort increases several times, oxidizing the charge inside the retort. To protect the charge, as well as the surface of the retort and the furnace heaters, it is proposed to fill the space between the retort and the inner surface of the furnace insulation with inert gas or nitrogen, as shown in the diagram in Fig. 2,
где 1 - перемещаемая электрическая печь,where 1 is a movable electric furnace,
4 - реторта,4 - retort,
7 - нагреватели,7 - heaters,
8 - отверстие для подвода инертного газа или азота.8 - hole for supplying inert gas or nitrogen.
Заполнение азотом, аргоном или другим инертным газом происходит методом вытеснения воздуха через небольшое отверстие в кожухе и футеровке печи, отвод вытесняемого воздуха происходит через зазор между ретортой и футеровкой в верхней части печи. Для предотвращения осыпания футеровки в отверстия могут быть вставлены керамические трубки. Отверстий для подвода защитного газа может быть несколько, их расположение также может быть различным для создания максимально возможного отношения объема защитного газа к остаточному объему воздуха при оптимальном расходе защитного газа. Для защиты от окисления достаточно содержания около 90 % объема инертного газа или азота в составе атмосферы между футеровкой и ретортой.Filling with nitrogen, argon or other inert gas is done by displacing air through a small hole in the casing and lining of the furnace, the displaced air is removed through the gap between the retort and the lining in the upper part of the furnace. Ceramic tubes can be inserted into the holes to prevent the lining from crumbling. There can be several holes for supplying protective gas, their location can also be different to create the maximum possible ratio of the volume of protective gas to the residual volume of air with optimal consumption of protective gas. To protect against oxidation, it is sufficient to contain about 90% of the volume of inert gas or nitrogen in the atmosphere between the lining and the retort.
Указанная защита от окисления позволит использовать для вакуумирования реторты только один вакуумный насос, например стандартный двухступенчатый пластинчато - роторный вакуумный насос с остаточным давлением 0,2 Па и достаточной для объема реторты производительностью.The specified protection against oxidation will allow the use of only one vacuum pump for vacuuming the retort, for example, a standard two-stage vane-rotor vacuum pump with a residual pressure of 0.2 Pa and a capacity sufficient for the volume of the retort.
Система охлаждения реторты представлена позицией 9 на фиг. 1 и схемой фиг. 3,The retort cooling system is shown by
где 1 - перемещаемая электрическая печь,where 1 is a movable electric furnace,
2 - крышка печи,2 - oven cover,
9 - система охлаждения реторты.9 - retort cooling system.
Охлаждение реторты осуществляется несколькими секциями, имеющими внутри полость, в которую подается вода с обычной для цели охлаждения температурой около 15-30°С и давлением около 2-4 атм., после циркуляции внутри полости вода удаляется. На фиг. 1, 3 представлен вариант с шестью секциями; на стадии нагрева (фиг. 1) печь поднята, секции раздвинуты, на стадии охлаждения (фиг. 3) печь опускается вниз, секции с необходимым усилием прижимаются к реторте; прижатие может осуществляться, например, электромеханическим, гидравлическим или пневматическим способом. Также возможно применение одной гибкой, например гофрированной, секции охлаждения, полностью охватывающей реторту вокруг при охлаждении. Секции могут быть изготовлены из коррозионно-стойкой стали, комбинации стали и меди, других материалов при условии отсутствия оплавления поверхности секции, соприкасающейся с ретортой, нагретой до высокой температуры.The retort is cooled by several sections having a cavity inside into which water is supplied at a temperature of about 15-30°C and a pressure of about 2-4 atm, which is typical for cooling purposes; after circulation inside the cavity, the water is removed. Figs. 1 and 3 show a variant with six sections; at the heating stage (Fig. 1), the furnace is raised, the sections are moved apart; at the cooling stage (Fig. 3), the furnace is lowered down, the sections are pressed against the retort with the required force; the pressing can be carried out, for example, electromechanically, hydraulically or pneumatically. It is also possible to use one flexible, for example corrugated, cooling section that completely envelops the retort during cooling. The sections can be made of corrosion-resistant steel, a combination of steel and copper, or other materials, provided that there is no melting of the surface of the section in contact with the retort heated to a high temperature.
При охлаждении реторты секциями даже небольшой воздушный зазор величиной 0,01 мм и более резко снижает скорость охлаждения вследствие низкой теплопроводности воздуха. Предлагается вариант заполнения воздушного промежутка расплавом легкоплавкого металла или сплава, как показано на схеме фиг. 4, где 9 - система охлаждения реторты (показана одна секция). Внутренняя поверхность секции, прижимаемая к реторте, покрыта круглыми углублениями диаметром примерно 5-10 мм и глубиной около 1 мм, заполненными легкоплавким металлом (сплавом) с температурой плавления около 200-400°С и высокой температурой кипения, например оловом. Форма и величина углублений могут быть другими, исходя из условия отсутствия стекания расплава с поверхности секции и достаточной скорости охлаждения. Также необходима высокая смачиваемость расплавом поверхности секции и низкая смачиваемость поверхности реторты, для чего поверхность секции в месте углубления может быть плакирована металлом с высокой смачиваемостью расплавом, в случае применения олова, например, медью.When cooling the retort in sections, even a small air gap of 0.01 mm or more sharply reduces the cooling rate due to the low thermal conductivity of air. A variant of filling the air gap with a melt of a low-melting metal or alloy is proposed, as shown in the diagram in Fig. 4, where 9 is the retort cooling system (one section is shown). The inner surface of the section, pressed against the retort, is covered with round depressions of approximately 5-10 mm in diameter and about 1 mm in depth, filled with a low-melting metal (alloy) with a melting point of about 200-400°C and a high boiling point, such as tin. The shape and size of the depressions may be different, based on the condition of no melt flowing off the surface of the section and a sufficient cooling rate. Also required is high wettability of the section surface by the melt and low wettability of the retort surface, for which purpose the section surface at the recess can be plated with a metal with high wettability by the melt, for example, copper in the case of using tin.
Предлагаемая вакуумная печь может применяться для закалки деталей длиной до нескольких метров.The proposed vacuum furnace can be used for hardening parts up to several meters long.
Предлагаемое техническое решение позволит:The proposed technical solution will allow:
- упростить конструкцию вакуумной печи с получением необходимой скорости охлаждения деталей (садки), достаточной для закалки высоколегированной стали с одновременной защитой садки от окисления;- simplify the design of a vacuum furnace to achieve the required cooling rate of parts (charge), sufficient for hardening high-alloy steel while simultaneously protecting the charge from oxidation;
- уменьшить коробление деталей при закалке;- reduce warping of parts during hardening;
- повысить надежность вакуумной печи за счет применения одного вакуумного насоса.- increase the reliability of the vacuum furnace by using one vacuum pump.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2842362C1 true RU2842362C1 (en) | 2025-06-24 |
Family
ID=
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU378457A1 (en) * | 1971-10-18 | 1973-04-18 | ||
| RU2006773C1 (en) * | 1992-01-09 | 1994-01-30 | Опытное конструкторское бюро "Факел" | Portable vacuum furnace for chemical-thermal treatment of small-size tool and structural parts |
| RU2085599C1 (en) * | 1992-03-10 | 1997-07-27 | Опытное конструкторское бюро "Факел" | Method of heat treatment of fine-blade tools of stainless steel aging in martensite mode |
| RU2087816C1 (en) * | 1995-06-29 | 1997-08-20 | Тушинское машиностроительное конструкторское бюро "Союз" | Furnace for heat treatment of parts |
| RU2367689C1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-09-20 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Method of thermal noncorrosive processing of products from steels and alloys and blast furnace of resistance for its implementation |
| RU2428488C1 (en) * | 2010-01-26 | 2011-09-10 | Михаил Васильевич Пилягин | Procedure for thermo-treated metal items non-oxidation heating in air medium in muffle and device for its implementation |
| CN101893373B (en) * | 2010-07-23 | 2012-04-25 | 青岛科技大学 | Vertical and horizontal efficient energy-saving vacuum controlled atmosphere furnace for continuous production |
| CN207147233U (en) * | 2017-09-07 | 2018-03-27 | 北京燕北建兴炉业有限公司 | Use for laboratory External heated vacuum furnace |
| CN207214826U (en) * | 2017-09-07 | 2018-04-10 | 北京燕北建兴炉业有限公司 | External heated vacuum furnace support meanss |
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU378457A1 (en) * | 1971-10-18 | 1973-04-18 | ||
| RU2006773C1 (en) * | 1992-01-09 | 1994-01-30 | Опытное конструкторское бюро "Факел" | Portable vacuum furnace for chemical-thermal treatment of small-size tool and structural parts |
| RU2085599C1 (en) * | 1992-03-10 | 1997-07-27 | Опытное конструкторское бюро "Факел" | Method of heat treatment of fine-blade tools of stainless steel aging in martensite mode |
| RU2087816C1 (en) * | 1995-06-29 | 1997-08-20 | Тушинское машиностроительное конструкторское бюро "Союз" | Furnace for heat treatment of parts |
| RU2367689C1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-09-20 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Method of thermal noncorrosive processing of products from steels and alloys and blast furnace of resistance for its implementation |
| RU2428488C1 (en) * | 2010-01-26 | 2011-09-10 | Михаил Васильевич Пилягин | Procedure for thermo-treated metal items non-oxidation heating in air medium in muffle and device for its implementation |
| CN101893373B (en) * | 2010-07-23 | 2012-04-25 | 青岛科技大学 | Vertical and horizontal efficient energy-saving vacuum controlled atmosphere furnace for continuous production |
| CN207147233U (en) * | 2017-09-07 | 2018-03-27 | 北京燕北建兴炉业有限公司 | Use for laboratory External heated vacuum furnace |
| CN207214826U (en) * | 2017-09-07 | 2018-04-10 | 北京燕北建兴炉业有限公司 | External heated vacuum furnace support meanss |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4204253B2 (en) | Hot isostatic press | |
| CN105378415B (en) | Hot isostatic pressing device | |
| US3112919A (en) | Vacuum furnace | |
| RU2842362C1 (en) | Hardening vacuum furnace with heated retort | |
| CN106041025A (en) | Inert gas shielding immersion type heating difunctional low-pressure casting furnace | |
| CN101493282B (en) | A rapid temperature-changing vacuum furnace | |
| EP4502227A1 (en) | Vacuum carburizing furnace and vacuum carburizing processing method | |
| CN111578699A (en) | Stainless steel is fritting furnace for brazing | |
| CN109502493B (en) | Heat treatment furnace | |
| WO2025250052A1 (en) | Vacuum quenching furnace with heated retort | |
| CN112853072A (en) | Horizontal multizone heating high vacuum tempering furnace of square single chamber | |
| JP5356172B2 (en) | Hot isostatic pressing apparatus and hot isostatic pressing method | |
| CN217058388U (en) | Dual heat abstractor in battery piece sintering furnace | |
| CN209778128U (en) | Heat treatment device | |
| CN114182195B (en) | A kind of heat treatment equipment and heat treatment method that promotes the nitridation performance of metal surfaces | |
| NO127226B (en) | ||
| JP2006078138A (en) | Heat treatment furnace | |
| CN212894901U (en) | Gas protection device for electroslag remelting | |
| Fradette et al. | Vacuum Heat Treating Processes | |
| JP7398032B2 (en) | industrial furnace | |
| CN117004799B (en) | Quenching equipment and method for thin-wall special-shaped piece of subway bogie | |
| JPH01155186A (en) | Vacuum induction melting furnace | |
| JP7338818B2 (en) | heat treatment furnace | |
| CN207515502U (en) | Furnace Electric Pole Fluctuation device | |
| CN221501155U (en) | Annealing device with gas protection function |