Термической обработкой называются процессы, сущность которых заключается в нагреве и охлаждении изделий по определенным режимам, в результате чего происходят изменения структуры, фазового состава, механических и физических свойств материала, без изменения химического состава.

В термическом цехе осуществляются следующие виды термической обработки металла:

отпуск (высокий и низкий)
цементация

Отжиг

Отжиг - термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла до определенных температур, выдержка и последующего очень медленного охлаждения вместе с печью. Применяют для улучшения обработки металлов резанием, снижения твердости, получения зернистой структуры. Цель отжига - устранение химической неоднородности сталей, понижение твердости для облегчения механической обработки и др. Отжиг бывает 1-го и 2-го рода.

Сущность отжига 1-го рода заключается в нагреве заготовок выше температуры фазового превращения с последующим медленным охлаждением. Различают следующие разновидности отжига 1-го рода:

Гомогенизационный, применяемый для выравнивания структуры, особенно крупных стальных отливок, поковок;

Рекристаллизационный, устраняющий изменения структуры, возникающие, в частности, в процессе обработки металлов давлением, при котором они получают наклеп, сопровождаемый заметным повышением твердости и снижением пластичности;

Отжиг, снимающий или уменьшающий остаточное внутренние напряжения, возникающие при различных технологических операциях.

С помощью отжига 2-го рода , или полного отжига , изменяют структуру сплава и устраняют внутренние напряжения. Заготовки нагревают до температуры, пресыщающей на 30-50 градусов С температуру фазового превращения, и медленно охлаждают вместе с печью. Такой процесс термообработки проводят после штамповки, отливки заготовок, а также после черновой механической обработки с целью понижения твердости.

Закалка

Закалка - это нагрев до оптимальной температуры 900 – 950 о С, выдержка и последующее быстрое охлаждение с целью получения неравновесной структуры. В результате закалки повышается прочность и твердость и понижается пластичность стали.

Большинство конструкционных сталей нагревают при закалке до температуры 850-900 градусов С, а охлаждают в воде, масле или соляных растворах. Охлаждение в расплавленных солях применяют для высоколегированных сталей, например инструментальных, быстрорежущих сталей, содержащих большое количество легирующих элементов.

В зависимости от температуры нагрева различают закалку полную и неполную. При полной закалке углеродистых сталей в холодной воде получают структуру мартенсита, имеющий весьма высокую твердость и большую хрупкость. Если охлаждение стали вести менее интенсивно, то можно получить менее твердые и напряженные структуры троосита. Для уменьшения хрупкости и внутренних напряжений, стали подвергают отпуску.

Нагрев изделия под закалку до 950 о С осуществляется в шахтных и камерных электропечах печах и электро - соляной ванне. Охлаждение – в водяных и масляных баках и ваннах до температуры 150 о С и в селитровых ваннах до температуры 180 о С. Затем происходит охлаждение металла на воздухе в помещении.

Отпуск

Отпуск заключается в нагреве стали до различных температур, выдержке при этой температуре и охлаждении с разными скоростями. Назначение отпуска - снять внутренние напряжения, возникающие в процессе закалки, и получить необходимую структуру. Повышая температуру отпуска, можно повысить пластичность и вязкость материала при одновременном понижении твердости и прочности. Отпуск при высоких температурах нагрева называют улучшением.

Различают низкий, средний и высокий отпуск. Низкий отпуск , т. е. нагрев стали до небольшой температуры (150-200 градусов С), ведет к понижению остаточных внутренних напряжений при сохранении ее высокой твердости и износостойкости. Средний отпуск , сохраняя повышенную твердость, обеспечивает достаточную прочность, упругость и выносливость. Ее часто применяют при изготовлении пружин и рессор. При высоком отпуске получают достаточно высокий предел упругости при достаточной ударной вязкости и твердости. В результате высокого отпуска получают структуру, которая необходима для деталей машин, подвергающихся действию высоких напряжений и ударным переменным нагрузкам (для шатунов, болтов и др.). При высоком отпуске изделия нагреваются в шахтных печах до 600 о С, выдерживаются при этой температуре определенное время, затем охлаждаются вместе с печью до 300 о С. Низкий отпуск осуществляется в селитровых ваннах при 300 о С, а далее с такой температурой изделия извлекаются из ванны и охлаждаются на воздухе до температуры рабочей зоны.

Термическая обработка предназначена для придания металлу определённых физико-химических свойств – твердорти, вязкости, упругости, электропроводности и др. - путем нагрева до заданной температуры (от 450 до 1300 ºC) и последующего охлаждения в определенных средах. Различают термическую закалку, отпуск, томление, отжиг металла. В необходимых случаях в поверхностный слой металла дополнительно вводят различные химические элементы и соединения: углерод (цементация), азот (азотирование), цианистые соединения (цианирование) и др.

Нагрев заготовок осуществляют в пламенных печах, работающих на газообразном, жидком или твердом топливе и электропечах. Для равномерности нагрева изделия могут помещать в специальные ванны с расплавленным свинцом или солями хлорида бария, селитры.

Цементация производится нагреванием в древесном угле с примесью углекислой соды или в ваннах с цианистыми соединениями; азотирование – в струе аммиака при температуре порядка 500 °С. Распространена термообработка металла токами высокой частоты путём применения индукционного нагрева в высокочастотном электромагнитном поле.

Самым распространенным способом термической обработки является погружение изделий после нагрева в закалочные ванны с минеральными маслами.

Условия труда в термических цехах по состоянию микроклимата во многом приближаются к таковым в кузнечных цехах. В связи с большой концентрацией нагревательного оборудования температура воздуха в помещениях термических цехов может превышать установленные нормативы. Относительная влажность обычно составляет 30 – 60 %. Лучистое тепло достигает также высокого уровня особенно в период загрузки заготовок в печи и при выгрузке.

Воздух рабочей зоны в термических цехах загрязняется различными химическими веществами, состав которых определяется технологией производства. При применении в качестве топлива угля с высоким содержанием серы, и многосернистого мазута воздушная среда загрязняется сернистым газом. В воздух поступает также оксид углерода от нагревательных и закалочных установок, его концентрация периодически может превышать ПДК.

Закалка в ваннах с минеральными маслами сопровождается выделением паров углеводородов и продуктов их пиролиза. При плохой работе вентиляции концентрации этих веществ могут быть значительными.

При цементации изделий с использованием цианида натрия или калия, а также при цианировании в ваннах с расплавленными солями цианистой кислоты происходит выделение цианидов, однако при надежной работе местной вытяжной вентиляции концентрации цианистого водорода и цианистых солей в воздухе рабочей зоны обычно не превышают предельно допустимых.

Работа на свиниовых ваннах сопровождается загрязнением воздушной среды парами свинца; свинец обнаруживается в смывах с рук и на спецодежде калильщиков. При азотировании воздух загрязняется аммиаком.

Применение термообработки металлов токами высокой частоты при отсутствии надежного экранирования приводит к воздействию на операторов высокочастотных элм полей.

Оздоровительные мероприятия. Нормализация микроклимата достигается рациональной организацией вентиляции. Наиболее простым способом удаления больших объемов перегретого воздуха является использование аэрационных фонарей. При невозможности осуществить аэрацию для удаления теплоизбытков применяют местную естественную вытяжную вентиляцию в виде зонтов над источниками тепловыделений и шахт, а также механическую общеобменную приточно-вытяжную вентиляцию.

Как и в других горячих цехах, в термических производствах эффективно использование теплоизоляции источников тепловыделения, экранирование рабочих мест, устройство водных завес в окнах нагревательных печей, окраска нагревательного оборудования в светлые тона и др.

Улучшению теплообмена работающих способствует воздушное душирование, его организация на рабочих местах операторов-термистов обязательна.

Для предупреждения загрязнения воздушной среды вредными химическими веществами необходимо максимальное укрытие закалочных и других ванн с обязательным устройством местной вытяжной вентиляции с воздухоприемниками типа бортовых отсосов. Удаляемый воздух, загрязненный выше допустимых уровней парами свинца, цианистыми соединениями и другими вредными веществами, подлежит очистке перед выбросом его в атмосферу.

Перспективным способом предупреждения загрязнения воздуха рабочей зоны и окружающей атмосферы парами и продуктами термической деструкции углеводородов является замена минеральных масел водными растворами нетоксических синтетических веществ. Производственные испытания таких заменителей дают обнадеживающие результаты. Одним из эффективных путей гигиенической рационализации процессов термической обработки изделий является применение вакуумных процессов.

Большое технико-экономическое и санитарно-гигиеническое значение имеет автоматизация и механизация процессов.

На крупных машиностроительных предприятиях в условиях массового производства работают печи непрерывного действия с толкательными конвейерными или другими механизмами. Автоматизируются все основные процессы: загрузка в печи, перемещение в закалочные ванны, выгрузка, промывка и др.

Для защиты операторов установок высокочастотного нагрева металла от возможного неблагоприятного влияния электромагнитных полей производится экранирование источников излучений с помощью металлической сетки или листового металла.

кузнечный завод строительный архитектурный

Генеральный план

Посадка здания кузнечно-термического цеха выполнена на участке прямоугольной формы размером 145X130 м. Рельеф местности спокойный с понижением на юго-восток. Кроме производственного корпуса на участке расположены здания столовой, административный корпус, проходная, лабораторный корпус, трансформаторная подстанция, склад готовой продукции, бытовые помещения.

Разрывы между зданиями предусмотрены с учётом санитарных и противопожарных норм СНиПН-89-80 "Генеральные планы промышленных предприятий" и составляют от 25 до 30м. Ширина проездов 7 м, тротуаров - 3,5 м, отмосток 1,0 м.

Расчёт планировочных и проектных отметок:

На основе данных повторяемости ветров построена роза ветров. Повторяемость направлений ветра приведена в таблице 1.1

Таблица 1.1 Повторяемость направлений ветра, %

Планировка участка выполнена с минимальным перемещением земляных масс. Отвод ливневых вод осуществляется без изменения природного уклона территории по корытам проездов и дорог. Озеленение представлено посевом газонов, посадкой деревьев, кустарников, клумб. Благоустройство представлено малыми формами в виде скамеек, урн.

Технико-экономические показатели:

– Площадь участка Ауч=17145 м. кв.
– Площадь застройки Азастр=8387,25 м. кв.
– Площадь твёрдых покрытий Атв.покр.=3501,47 м. кв.
– Площадь озеленения Аоз=7211,85 м. кв.
– Процент озеленения -

– Процент освоения территории

Технологическая структура предопределяет четкую технологическую обособленность. Например, наличие литейного, кузнечно-штамповочного, механического, сборочного цехов. Этот тип производственной структуры упрощает руководство цехом (или участком), позволяет маневрировать расстановкой людей, облегчает перестройку производства с одной номенклатуры изделий на другую.

Промышленные предприятия могут быть организованы с полным и неполным циклом производства. Предприятия с полным циклом производства имеют все необходимые цехи и службы для изготовления сложного изделия, а на предприятиях с неполным циклом производства отсутствуют некоторые цехи, относящиеся к определенным стадиям производства. Так, машиностроительные заводы могут не иметь своих литейных и кузнечных цехов, а получать литье и поковки по кооперации от специализированных предприятий.

Основным производственным подразделением завода является цех (возглавляет его начальник цеха). Цехом называется обособленная в административно-хозяйственном отношении производственная часть завода, состоящая из нескольких участков и специально предназначенная для выпуска определенной продукции - заготовок, деталей, сборочных единиц (узлов), изделий - или выполнения однородных технологических процессов (термических, гальванических, отделочных и т.п.).

Цехи делятся на основные, вспомогательные, обслуживающие и побочные. В основных цехах осуществляется производственный процесс по выпуску продукции. Основные цехи делятся на заготовительные (кузнечные, литейные), обрабатывающие (механический, термический, деревообрабатывающий) и сборочные (комплектация изделий). Главными задачами основного производства являются обеспечение движения продукта в процессе его изготовления, организация рационального технико-технологического процесса.

К вспомогательным цехам завода относятся подразделения, в которых осуществляются процессы, обеспечивающие бесперебойное выполнение основного производственного процесса. Задача вспомогательных цехов – изготовление инструментальной оснастки для производственных цехов предприятия, производство запасных частей для заводского оборудования и энергетических ресурсов. Важнейшими из этих цехов являются инструментальные, ремонтные, энергетические. Количество вспомогательных цехов и их размеры зависят от масштаба производства и состава основных цехов.

Подачу энергии, транспортировку сырья, полуфабрикатов, готовой продукции в основные и вспомогательные цехи осуществляют обслуживающие цехи и хозяйства. Назначение обслуживающих хозяйств – обеспечение всех звеньев предприятия различными видами обслуживания: инструментальным, ремонтным, энергетическим, транспортным, складским и т.п.

В побочных цехах используются и перерабатываются отходы основного производства. Побочные цехи – это цехи, в которых изготавливается продукция из отходов производства либо осуществляется восстановление использованных вспомогательных материалов для нужд производства.

Цех разбивается на несколько участков. Участок является меньшим производственным подразделением машиностроительного завода, непосредственно возглавляемым старшим мастером (начальником участка). Участки же в свою очередь делятся на линии. Наименьшей структурой на машиностроительном заводе является рабочее место, индивидуальное для каждого работника. Расположение рабочих мест определяется планировкой участка, линии, цеха.

Литейный цех

Виды литейных цехов

По роду металла - литейные серого чугуна (чугунолитейные), ковкого чугуна, стального литья (фасонно-сталелитейные), цветного литья.

По размеру годового выпуска (производственной мощности) - малой, средней, большой мощности.

По развесу выпускаемых отливок - мелкого, среднего, крупного, тяжелого, особо тяжелого литья.

По степени механизации - с малой, средней, полной механизацией.

Чугунолитейные цехи, кроме того, можно подразделить по их назначению на следующие виды:

Чугунолитейные при машиностроительных заводах единичного или серийного производства; характер литья определяется продукцией завода; размеры литейной - размером его производства; формовка производится частью вручную (крупные и средние детали), частью на машинах (мелкие детали); другие производственные процессы и транспорт в той или иной степени механизированы - такие литейные называются универсальными.

Специализированные чугунолитейные при машиностроительных заводах массового производства (автомобильного, тракторного, сельскохозяйственного машиностроения и др.); все производственные процессы и транспорт полностью механизированы; выпуск продукции очень высокий.

Чугунолитейные центральные, которые являются самостоятельными заводами и снабжают литьем заводы разных или, чаще, определенных отраслей машиностроения; производительность выражается в нескольких десятках тысяч тонн готовых отливок в год (50-100 тыс. т); производственные процессы механизированы

Чугунолитейные мелкие при небольших заводах литейные подсобного и ремонтного характера; характер литья разнообразный; масштаб производства незначительный; производственные процессы выполняются вручную и частично механизированы.

Так как центральные чугунолитейные большого масштаба в экономическом отношении наиболее выгодны, то целесообразно объединять их для нескольких заводов однородного производства, за исключением случаев когда каждый из них в отдельности нуждается в литейной больших размеров. Выгодность чугунолитейных большого масштаба заключается в том, что благодаря значительному объему выпуска продукции производственные процессы (приготовление формовочных материалов, изготовление стержней, формовка, очистка и обрубка литья, транспорт жидкого чугуна, материалов, отливок и т. д.) можно вести механизированным способом; при этом дорогостоящие механизмы наиболее рационально используются в отношении их технических возможностей и загрузки. Кроме того, благодаря применению высокопроизводительных механизмов требуется здание меньших размеров, что уменьшает его стоимость и эксплуатационные расходы; при этом лучше используются площади цеха, резко повышается производительность труда. В результате себестоимость отливок уменьшается.

С другой стороны, машиностроительные заводы, получая от централизованных чугунолитейных цехов (заводов) отливки с минимальными припусками и более чистыми поверхностями (полученными за счет применения передовых технологических процессов литья), имеют возможность снизить трудоемкость механической обработки изделий.

Так как чугунолитейные большого масштаба являются более рентабельными, то целесообразнее одной такой чугунолитейной обслуживать несколько заводов; следовательно, проектирование в составе каждого машиностроительного завода чугунолитейного, а тем более сталелитейного цеха не обязательно.

Состав литейных цехов

производственные отделения - формовочно-заливочное, стержневое, плавильное, землеприготовительное, обрубное (очистное);

вспомогательные отделения - отделение подготовки формовочных материалов, ремонтное отделение (цеховой механик), ковшовое, каркасное, экспресслаборатория;

склады - шихтовых материалов, топлива, флюсов, огнеупорных материалов, формовочных материалов, опок, готовых отливок и слитков, моделей для текущего производства, вспомогательных материалов, инструмента, приспособлений;

служебные помещения - контора цеха, помещения для инженерно-технического персонала и др.;

бытовые помещения- гардеробная, умывальные, душевые, уборные, помещения для принятия пищи и пр.