Các loại giỏ xử lý nhiệt chính được sử dụng trong sản xuất là gì?

Các loại chính của giỏ xử lý nhiệt được sử dụng trong sản xuất thuộc bốn loại xây dựng: giỏ lưới dệt , giỏ đúc đầu tư , giỏ kim loại tấm đục lỗ và thanh hàn và giỏ khung . Mỗi kiểu xây dựng sau đó được sản xuất bằng một hợp kim nhiệt độ cao cụ thể - phổ biến nhất là Thép không gỉ dòng 300 , hợp kim niken-crom như Inconel 600 hoặc siêu hợp kim như Hastelloy và Haynes - tùy thuộc vào nhiệt độ lò, không khí và các yêu cầu về tải trọng của quá trình.

Chọn sai loại giỏ là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất dẫn đến biến dạng bộ phận sớm, kết quả xử lý nhiệt không đồng đều và thời gian ngừng hoạt động của lò ngoài kế hoạch. Hướng dẫn này chia nhỏ từng loại giỏ chính theo kết cấu, vật liệu và ứng dụng để các kỹ sư sản xuất và chất lượng có thể chỉ định vật mang phù hợp cho các hoạt động ủ, cacbon hóa, tôi, tôi và làm cứng.

Tổng quan nhanh: Sơ lược về các loại giỏ

Phân loại theo biện pháp thi công

Giỏ xử lý nhiệt trước tiên được phân loại theo cách chúng được chế tạo về mặt vật lý, vì phương pháp kết cấu trực tiếp xác định độ bền, luồng không khí và khả năng chống cong vênh của giỏ trong chu trình nhiệt lặp đi lặp lại.

1. Giỏ lưới dệt

Giỏ lưới thép là loại được sử dụng rộng rãi nhất vì kiểu dệt mở của chúng cho phép phân phối nhiệt đồng đều và lưu thông môi trường tôi hiệu quả. Chúng được chế tạo từ các sợi dây lồng vào nhau, thường có số lượng lưới từ 8 đến 100 tùy thuộc vào kích thước bộ phận đang được xử lý và thường được hoàn thiện bằng đánh bóng điện để giảm sự tích tụ cặn. Thiết kế này lý tưởng cho việc xử lý hàng loạt các bộ phận nhỏ với khối lượng lớn như ốc vít, vòng bi và các bộ phận được đóng dấu, vì lưới giữ các bộ phận tách biệt và ngăn chúng dính vào nhau trong chu trình xử lý.

2. Giỏ đúc đầu tư

Giỏ đúc đầu tư được hình thành dưới dạng một cấu trúc đơn lẻ, giúp loại bỏ các mối hàn có thể là điểm hư hỏng đầu tiên dưới tác dụng của nhiệt. Dữ liệu về kích thước ngành cho thấy giỏ đúc có kích thước dài tới khoảng 48 inch, rộng 48 inch và cao 18 inch, với mức nhiệt độ sử dụng kéo dài khoảng 1.250°F đến 1.900°F. Bởi vì không có đường nối để nứt hoặc tách rời, giỏ đúc thường tồn tại lâu hơn các thiết kế được chế tạo trong môi trường sản xuất liên tục, chu kỳ cao và thường được chỉ định cho các ứng dụng lò chân không.

3. Giỏ kim loại đục lỗ

Giỏ kim loại tấm đục lỗ được đục lỗ hoặc cắt bằng laze từ tấm hợp kim rắn, tạo ra cấu trúc cứng, độ uốn thấp, rất phù hợp với các bộ phận mịn, dạng hạt hoặc rời có thể rơi qua lưới thép rộng hơn. Độ dày tấm được sử dụng trong chế tạo thường dao động từ khoảng 0,0625 inch đến 3 inch, cho phép thiết kế cơ bản giống nhau có thể mở rộng từ giỏ nhúng nhẹ đến vật mang kết cấu hạng nặng. Cấu trúc này chống võng dưới tải trọng tập trung tốt hơn so với lưới dệt, khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến cho các quá trình nhúng tẩy dầu mỡ và tiền xử lý cũng như xử lý nhiệt.

4. Giỏ hàn và khung

Thanh hàn và giỏ khung kết hợp khung thanh kết cấu với lớp lót lưới dệt riêng biệt, giúp các kỹ sư linh hoạt chỉ gia cố các điểm chịu tải trong khi vẫn giữ cho phần còn lại của giỏ nhẹ. Thiết kế kết hợp này đặc biệt phổ biến đối với các giỏ xếp chồng được sử dụng trong lò nung kiểu tháp, trong đó nhiều giỏ được xếp chồng lên nhau cao nhiều lớp và khung phải chịu được tải trọng nén từ các giỏ phía trên mà không bị biến dạng.

Phân loại theo vật liệu hợp kim

Lựa chọn vật liệu cũng quan trọng như phong cách xây dựng, vì khả năng chịu nhiệt độ , chống oxy hóa và khả năng chịu tải khác nhau đáng kể giữa các họ hợp kim. Tiếp xúc nhiều lần ở nhiệt độ trên khoảng 1.600°F có thể khiến nhiều hợp kim không gỉ tiêu chuẩn bị oxy hóa nhanh, làm tổn hại đến lớp oxit thụ động thường bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn.

Việc xem xét kỹ hơn hai lựa chọn hợp kim phổ biến nhất sẽ giúp giải thích tại sao việc lựa chọn vật liệu lại có ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của giỏ:

• Thép không gỉ dòng 300 (bao gồm cả loại 330) có khả năng chịu tải cao và chi phí vật liệu thấp hơn, khiến nó trở thành lựa chọn mặc định cho các quy trình có nhiệt độ dưới khoảng 1.600°F.
• Hợp kim niken 600 có điểm nóng chảy trong khoảng từ 2.470°F đến 2.575°F, độ bền kéo tối đa khoảng 93 ksi ở nhiệt độ phòng giảm xuống khoảng 15 ksi ở 1.600°F và khả năng chống chịu môi trường axit và ăn mòn vượt trội so với các loại không gỉ tiêu chuẩn.
• Siêu hợp kim Hastelloy và Haynes được dành riêng cho các lò nung có chu kỳ liên tục đòi hỏi khắt khe nhất, nơi mà cả nhiệt độ cực cao và tiếp xúc với hóa chất sẽ làm suy giảm hợp kim niken-crom nhanh hơn.

Phân loại theo lò và ứng dụng quy trình

Ngoài kết cấu và vật liệu, giỏ còn được thiết kế dựa trên loại lò và quy trình nhiệt cụ thể mà chúng sẽ hỗ trợ.

Giỏ xử lý số lượng lớn

Giỏ xử lý số lượng lớn được thiết kế để dễ dàng tải và dỡ hàng với số lượng lớn mà không cần phải định vị chính xác. Các bức tường nghiêng hoặc gia cố thường được thêm vào các thiết kế này để phân bổ tải trọng đồng đều và giảm biến dạng trong quá trình vận chuyển giữa trạm nạp và lò nung.

Giỏ và khay lò chân không

Giỏ lò chân không thường được chế tạo dưới dạng khay đế phẳng thay vì giỏ có mặt sâu, vì các bộ phận trong môi trường chân không được sắp xếp để tối đa hóa khả năng tiếp xúc với bề mặt thay vì xếp chồng lên nhau với số lượng lớn. Các chất mang này hầu như luôn được chỉ định bằng hợp kim niken hoặc Inconel do điều kiện nhiệt độ cao, không bị oxy hóa bên trong buồng chân không.

Giỏ làm nguội nước

Giỏ làm nguội nước yêu cầu các điểm hàn được gia cố ở mọi mối nối, vì sốc nhiệt nhanh khi nguội tạo ra ứng suất cơ học lên khung lớn hơn nhiều so với chu trình gia nhiệt tiêu chuẩn. Nếu không có lớp gia cố này, các mối nối lưới tiêu chuẩn có thể bị nứt hoặc tách ra chỉ sau một số chu kỳ làm nguội giới hạn.

Giỏ định vị có hình dạng tùy chỉnh

Giỏ định vị tùy chỉnh , chẳng hạn như những thiết bị được thiết kế để đặt trục cam ở giữa hoặc các bộ phận không đối xứng khác, sử dụng phương pháp đúc đầu tư để tạo ra cấu trúc hỗ trợ cứng nhắc giữ từng bộ phận theo hướng cố định trong toàn bộ chu trình xử lý. Điều này ngăn ngừa hiện tượng cong vênh có thể xảy ra khi các bộ phận dài, mỏng được đặt không được hỗ trợ tại một điểm tiếp xúc duy nhất.

Lưới dệt và giỏ đúc: Bạn nên chọn loại nào?

Cả hai thiết kế đều được sử dụng rộng rãi, nhưng chúng giải quyết các vấn đề khác nhau. Sự so sánh dưới đây nêu bật ưu điểm của mỗi phương pháp xây dựng.

Thông số kỹ thuật chính cần xác nhận trước khi đặt hàng giỏ

Việc chỉ định giỏ chính xác đòi hỏi nhiều hơn là việc chọn loại kết cấu và hợp kim. Các nhà sản xuất thường yêu cầu các chi tiết sau trước khi tạo ra một thiết kế tùy chỉnh:

1. Kích thước buồng lò và bất kỳ vật cản bên trong hoặc giới hạn khoảng trống nào.
2. Nhiệt độ hoạt động tối đa và hồ sơ chu trình nhiệt đầy đủ mà giỏ sẽ trải qua.
3. Loại quy trình - cacbon hóa, thấm nitơ, ủ, hàn đồng chân không hoặc tắm muối.
4. Trọng lượng phôi và hình học , bao gồm cả các bộ phận có phẳng, hình trụ hoặc có hình dạng bất thường hay không.
5. Chiều cao xếp chồng cần thiết và số lớp giỏ trên mỗi lần tải.
6. Loại khí quyển - khí thu nhiệt, nitơ, chân không hoặc muối.
7. Số chu kỳ dự kiến ​​hàng năm và mục tiêu tuổi thọ của giỏ.

Việc cung cấp trước những chi tiết này cho phép nhóm kỹ thuật điều chỉnh chính xác loại hợp kim, độ dày thành và số lượng mắt lưới phù hợp với nhu cầu cơ học và nhiệt thực tế của quy trình, thay vì dựa vào một thiết kế sẵn có chung chung có thể hoạt động kém.

Thực hành bảo trì giúp kéo dài tuổi thọ dịch vụ của giỏ

• Kiểm tra giỏ thường xuyên để phát hiện các dấu hiệu sớm của cong vênh, co giãn hoặc nứt khớp trước khi chúng tiến triển thành những thất bại về mặt cấu trúc.
• Làm sạch giỏ sau mỗi chu kỳ để loại bỏ cặn và mảnh vụn có thể đẩy nhanh quá trình ăn mòn cục bộ.
• Thay thế hoặc sửa chữa các giỏ khi các phần lưới có biểu hiện mỏng đi rõ rệt thay vì chờ đến giữa chu kỳ xảy ra lỗi cấu trúc hoàn toàn.
• Theo dõi số chu kỳ trên mỗi giỏ để lịch thay thế dựa trên dữ liệu thay vì phỏng đoán.
• Sửa chữa các lớp lót lưới và gia cố khung khi có thể, vì nhiều giỏ có thể được phục hồi thay vì thay thế hoàn toàn.

Câu hỏi thường gặp

Vật liệu phổ biến nhất được sử dụng cho giỏ xử lý nhiệt là gì?

Thép không gỉ 300-series, đặc biệt là loại 330, là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất cho giỏ xử lý nhiệt đa năng vì nó cân bằng chi phí, độ bền và khả năng chịu nhiệt độ lên tới khoảng 1.600°F.

Tại sao lò chân không thường yêu cầu giỏ hợp kim niken?

Lò chân không thường chạy ở nhiệt độ duy trì cao hơn lò khí quyển và các hợp kim niken như Inconel 600 duy trì độ bền và khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ lên tới khoảng 2.200°F, vượt xa giới hạn thực tế của thép không gỉ tiêu chuẩn.

Giỏ xử lý nhiệt có thể được sửa chữa thay vì thay thế không?

Đúng. Các sửa chữa thông thường bao gồm thay thế các lớp lót lưới bị mòn, gia cố khung tại các điểm bị ứng suất và điều chỉnh các biến dạng kích thước nhỏ, tất cả đều có thể kéo dài tuổi thọ sử dụng được của giỏ một cách đáng kể.

Giỏ xử lý nhiệt thông thường có tuổi thọ bao lâu?

Tuổi thọ sử dụng phụ thuộc nhiều vào việc lựa chọn hợp kim, nhiệt độ vận hành, không khí và phương pháp tải, nhưng các giỏ được chỉ định rõ ràng bằng hợp kim chính xác cho quy trình của chúng có thể duy trì hàng nghìn chu kỳ nhiệt trước khi cần thay thế.

Có phải tất cả các giỏ xử lý nhiệt đều cần được thiết kế theo yêu cầu?

Không nhất thiết phải như vậy. Giỏ tiêu chuẩn ở các kích thước phổ biến hoạt động tốt cho các quy trình có mục đích chung, nhưng nên thiết kế tùy chỉnh bất cứ khi nào hình dạng bộ phận, kích thước lò hoặc thành phần hóa học trong khí quyển nằm ngoài các thông số kỹ thuật thông thường có sẵn.

Dòng dưới cùng

Bên phải giỏ xử lý nhiệt phụ thuộc vào phương pháp xây dựng và hợp kim phù hợp với nhu cầu thực tế của lò và quy trình của bạn. Giỏ lưới dệt vẫn là lựa chọn linh hoạt và tiết kiệm chi phí nhất để xử lý số lượng lớn nói chung, giỏ đúc đầu tư mang lại tuổi thọ sử dụng lâu nhất trong điều kiện đạp xe nặng, lặp đi lặp lại và các hợp kim chuyên dụng như niken 600, Hastelloy và Haynes được dành riêng cho các điều kiện ăn mòn và nhiệt độ khắc nghiệt nhất. Việc kết hợp chính xác các biến này ngay từ đầu sẽ giúp giảm biến dạng bộ phận, kéo dài tuổi thọ của giỏ và duy trì hoạt động của lò mà không có thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến.