Главная


Термическая обработка в машиностроении: Справочник




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 12 ... 36 ... 60 ... 84 ... 108 ... 132 ... 156 ... 180 ... 204 ... 228 ... 252 ... 276 ... 300 ... 324 ... 348 ... 372 ... 396 ... 420 ... 444 ... 468 ... 492 ... 516 ... 540 ... 564 ... 588 ... 612 ... 636 ... 660 ... 684 ... 708 ... 732 ... 756 ... 761
240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263


скачать книгу Термическая обработка в машиностроении: Справочник




электромагнитной индукции возбуждает в их поверхностных слоях электродви­жущую силу. Объект нагрева является электропроводным, поэтому индуктиро­ванная ЭДС вызывает в ием переменный ток той же частоты, что и ток индуктора. Направление токов, циркулирующих в индукторе и возбуждаемых в металличе­ском теле, показано иа рис. 2, 6 стрелками.
...
Тепловое действие индуктированного электрического тока вызывает нагрев части детали, находящейся в зоне действия переменного магнитного поля индук­тора.
...
Таким образом, основным отличием индукционного нагрева от нагрева в печах является выделение теплоты непосредственно в зонах детали, подвергаемых воздействию переменного магнитного поля и электрического тока. Это обусловли­вает высокую скорость нагрева и возможность осуществлять местный зональный нагрев.
...
При нагреве же в цечах или ваннах теплота в обрабатываемую деталь пере­дается за счет лучеиспускания и конвекции, поэтому скорость нагрева сильно ограничивается условиями теплопередачи из внешней среды в металл и теплопро­водностью внутри последнего.
...
Систему индуктор — нагреваемая деталь можно рассматривать как электри­ческий трансформатор, первичной обмоткой которого является индуктор, а вто­ричной — контур тока в металлическом объекте нагрева. В этой системе во время нагрева происходит бесконтактная передача электрической энергии из первичной цепи — индуктора во вторичную цепь — нагреваемое изделие, где электрическая энергия преобразуется в тепловую.
...
Таким образом, при прочих равных условиях (одинаковые размеры деталей и индуктора, неизменный ток индуктора), мощность, развиваемая в нагреваемом изделии, пропорциональна корню квадратному из частоты тока. Повышение частоты тока позволяет концентрировать в небольшом объеме нагреваемой детали значительную мощность (до 3—5 кВт/см3) и тем самым выполнять индукционный нагрев с большой скоростью — до 300—500° С/с.
...
Поверхностный эффект. При переменном токе плотность тока в сечении проводника не одинакова. Ток протекает преимущественно по поверхностным слоям проводника, и при достаточно высоких частотах плотность тока в сердце­вине его ничтожно 'Л1ла.
...
Рис. 6. Изменение удельной мощности в процессе индукционного на­грева в интервале 750 — 900° С
...
Осциллограммы термических параметров при нагреве стали 45 при двух значениях удельной мощности приведены на рис. 7. Расшифровка этих осцил­лограмм показывает, что скорость нагрева при достижении температур фазовых превращений (примерно с 750° С) резко снижается, и в области фазовых превраще­ний не остается постоянной. Поэтому для характеристики скорости иагрева ее всегда необходимо относить к определенному температурному интервалу.
...
Очевидно, что связь между энергетическими и термическими параметрами индукционного нагрева можно выразить следующим образом:
...
Рис. 7. Осциллографические записи температуры при индукционном иагреве стальной детали диаметром 30 мм на частоте 8000 Гц.' а
...
Рис. 6. Изменение удельной мощности в процессе индукционного на­грева в интервале 750 — 900°
...
Эго значит, что воздействовать на изменение скорости нагрева и его конечную температуру можно, соответственно изменяя удельную мощность и время нагрева.
...
Рис. 9, Схема установки с программ­ным регулированием индукционного нагрева по электрическим параметрам режима индуктора или контура (Г
...
Рис. 9, Схема установки с программ­ным регулированием индукционного нагрева по электрическим параметрам режима индуктора или контура
...
а). Наиболее высокие прочностные свойства слоя закалки, имеющего маотенситную структуру, достигаются, если перепад температур по глубине слоя не превосходит 60—100° С. При большей разности температур наблюдаются рост зерна аустенита, укрупнение кристаллов мартенсита и снижение прочности и пластичности слоя закалки. В связи с этим, чтобы обеспечить высокие свойства прочности, нагрев при непрерывно повышающейся температуре и без выдержки в конце нагрева (как это принято в практике поверхностной закалки) допустимо применять лишь при поверхностной закалке на небольшую глубину (не более 2—3 мм). В таких случаях целесообразно программировать индукционный нагрев описанными ниже способами.
...
Программирование индукционного нагрева путем стабилизации тока индук­тора или напряжения на его режимах. При этом способе регулирования индук­ционного нагрева ток индуктора или напряжение на его зажимах автоматически поддерживается на одном выбранном уровне в течение цикла нагрева (см. рис. 9). Скорость нагрева и форма кривой зависят от многих факторов (уровня стабили­зируемых параметров, размеров нагреваемых деталей и др.), но для каждого данного случая являются постоянными.
...
1 Ток индуктора можно измерить посредством пояса Роговского
...
менять индукционный нагрев с изотермической выдержкой, длительность которой выбирают из условия прогрева изделия на заданную глубину до надкритических температур. Термическая кривая такого вида (изотерма) достигается программным ступенчатым регулированием (см. схему на рис. 9), при этом процесс нагрева разбивается на несколько этапов, а ток индуктора и напряжение на его зажимах последовательно от этапа к этапу снижаются (рис. 12).
...
Опыт показал, что для удовлетворительного воспроизведения кривой нагрева в виде изотермы достаточно разбить нагрев на три—пять этапов.
...
В случае, если по каким-либо причинам применение программного регули­рования с изотермической выдержкой при ступенчатом изменении режима встре­чает трудности, можно использовать другой вариант нагрева: нагрев в области фазовых превращений со скоростью 2—4°
...
При этом время нагрева выбирают так, чтобы получить заданную толщину при завершенности фазовых превращений. Необходимо помнить, что конечная темпе­ратура нагрева не должна во всех случаях превосходить порог роста зерна аусте­нита нагреваемой стали, которое должно быть не крупнее 11—12-го балла.
...
Потери в элементах, указанных в пп. 4 и 5, суммарно не превышают 3—4% от мощности установки, поэтому при ориентировочных расчетах, которые обычно проводятся для выбора мощности генератора и питающей сети, их можно не учитывать.
...
менять индукционный нагрев с изотермической выдержкой, длительность которой выбирают из условия прогрева изделия на заданную глубину до надкритических температур. Термическая кривая такого вида (изотерма) достигается программным ступенчатым регулированием (см. схему на рис. 9), при этом процесс нагрева разбивается на несколько этапов, а ток индуктора и напряжение на его зажимах последовательно от этапа к этапу снижаются (рис. 12).
...
Исследования последних лет [25, 26] показали, что основным фактором, обеспечивающим существенное повышение прочности и пластичности стали, закаленной после скоростного электронагрева, является измельчение зериа аусте­нита и соответственное уменьшение размеров кристаллов мартенсита.
...
Опыт показывает, что при индукционном нагреве можно получать размер зерна аустенита 11—14-го балла, в то время как при нагреве в печи он обычно находится в пределах 7—10-го балла, т. е. крупнее в 15—30 раз. Чем мельче зерно, тем выше сопротивление стали хрупкому разрушению (рис. 13), Как видно из рисунка, увеличение средней площади зерна аустенита с 40—50 (11—¡2-й балл) до 800 мкм2 (7—8-й балл) снижает хрупкую прочность примерно в б раз (разру­шающая нагрузка уменьшается с 600 до 120 кгс). Для получения наиболее мелкого зерна аустенита при электрозакалке следует применять наследственно мелко­зернистые стали; с этой целью в сталь при выплавке вводят алюминий, титан, ванадий, ниобий и другие элементы, образующие в ней дисперсные частицы карбидов или нитридов. Как показано ниже, в определенной мере облегчает полу­чение мелкого зерна аустенита применение мелкодисперсных исходных структур и размельчение термической обработкой так называемых вторых фаз (карбидов, нитридов), тормозящих рост зерна аустенита.
...
Другим важным фактором, положительно влияющим на достижение высоких свойств стали при электрозакалке, является фиксирование в твердом растворе наибольшего количества углерода как следствие применения резкого охлаждения душем или потоком воды. При таком охлаждении в максимальной степени подав­ляется частичный распад мартенсита при закалке, и концентрация углерода в нем определяется последующим низким отпуском. Поэтому, выбирая соответствующий режим отпуска, можно достичь оптимального сочетания твердости, прочности и пластичности закаленной стали.
...
Рациональные режимы индукционного нагрева для поверхностной закалки. При индукционном нагреве под закалку выбранный температурно-временной режим должен обеспечить получение возможно более мелкого зерна аустенита. При скоростном индукционном нагреве температурный интервал фазовых превра­щений смещается в область более высоких температур. В этих условиях [2] при аустенитизации образуется более мелкое начальное зерно аустенита, чем при медленном нагреве.
...
Размер зерна аустенита, получаемый в том или другом случае, зависит как от режима нагрева, так и от склонности нагреваемой стали к росту зерна аустенита.
...
На рис. 14 приведены типичные кривые роста зерна при индукционном нагреве. Кривая / соответствует природно крупнозернистой стали, зерно которой резко растет при повышении температуры, кривые 2
...
2. ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗАКАЛКИ СТАЛИ ПРИ ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВЕ
...
Рис. 14. Характерные зависимости, разме­ра зерна аустенита от температуры аустенй-тизаций:
...
При охлаждении с некоторой средней ско­ростью (погружение в воду, слабый душ или по­ток воды) наблюдается значительная неравно­мерность температур, что ведет к
...
При охлаждении с некоторой средней ско­ростью (погружение в воду, слабый душ или по­ток воды) наблюдается значительная неравно­мерность температур, что ведет
...
На рис. 24 приведена осциллограмма процесса индукционной закалки сталь­ной детали с самоотпуском, из которой видно, что самоотпуск представляет собой отпуск с весьма короткой выдержкой при максимальной его температуре. \/ Зависимость твердости поверхностно-закаленной стали 45 от температуры отпуска и самоотпуска (рис. 25) показывает, что для получения равной твердости при самоотпуске необходимо применять более высокие температуры, чем при отпуске в печи. Для стали 45 это превышение составляет 75—85° С при температуре отпуска до 300° С и 100—125° С при более высоких температурах. Для стали 40Х превышение составляет соответственно 50—65° С и 65—75° С.
...
Снижение твердости происходит лишь в первые моменты воздействия само­отпуска на закаленную структуру, завершаясь к моменту достижения последней максимальной температуры самоотлуска [24]. Время достижения поверхностью максимальной температуры самоотпуска зависит от того, насколько глубоко прогрета деталь, и чаще всего составляет 5—20 с.
...
Воздействие отпуска или самоотпуска на такие параметры поверхностно-закаленной стали, как статическая и усталостная прочность, величина остаточш х напряжений I рода, ширина рентгеновской интерференционной линии и друг и , можно надежно характеризовать степенью снижения твердости [24]. Эго значит, что при неизменном режиме нагрева и охлаждения при закалке (а следовательно, н при одной и той же величине зерна аустенита и одинаковой глубине закаленного слоя) указанные выше свойства поверхностно-закаленной и отпущенной детали зависят от окончательного значения твердости, т. е. равной твердости соответ­ствуют равные свойства независимо от вида отпуска; самоотпуска или отпуска при нагреве в печи (рис. 26 и 27).
...
Рис. 24. Осциллографическая запись процесса индукционной закалки с самоотпуском:
...
Поверхностный нагрев в целях мак­симальной экономии электроэнергии необ­ходимо осуществлять с возможно большей скоростью, т. е. за наиболее короткое время, что требует применения сравнительно высо­ких удельных мощностей.
...
Стремление преодолеть эти недостатки метода поверхностной закалки при поверхностном нагреве привело к созданию нового варианта поверхностной закалки — объемно-поверхностной закалки (при глубинном индукционном на­греве). Главные особенности этого способа термической обработки приведены ниже.
...
При этом, как правило, сечение зоны, определяющей нагрузочную способ­ность детали (например, зуба шестерен, поперечное сечение стержневой детали), прогрезается под закалку насквозь.
...
Однако применяемая сталь имеет ограниченную, регламентированную, про­каливаемость, уровень которой выбран так, что прн интенсивном охлаждении быстродвижущейся водой закалка на мартенсит достигается только на части слоя, нагретого до закалочных температур. Более глубокие слои закаливаются на структуру тонкого перлита (гроостита или сорбита закалки). Таким образом, за один прием осуществляется закалка поверхностного слоя на мартенсит и упроч­нение сердцевины рабочего сечения детали, что существенно повышает конструк­тивную прочность деталей [26, 29, 30].
...
Для выполнения сравнительно медленного нагрева необходимы небольшие удельные мощности в пределах 0,05—0,2 кВт/см2, при этом время нагрева обычно лежит в пределах 20—100 с. При таких режимах аустенитизации имеется доста­точное время для того, чтобы при нагреве доэвтектоидных и заэБтектондных сталей в аустените в должной мере успела пройти диффузия углерода и легирующих эле­ментов и была достигнута необходимая их концентрация в твердом растворе. При скорбстных режимах нагрева, применяемых при поверхностной закалке с поверх­ностного нагрева, это удается не всегда, вследствие чего наблюдается неравномер­ное строение мартенсита, отрицательно сказывающееся на свойствах поверхност­но-закаленных деталей. Наиболее стабильно и целесообразно глубинный индук­ционный нагрев может быть осуществлен с программным его регулированием (см. Стр. 250).
...




    Цементация стали
    Зварювальні матеріали
    Контактная сварка
    Термическая обработка в машиностроении: Справочник
    Металлургия черных металлов

    rss
    Карта