Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева

Листать книгу

Страницы: ... ...

скачать книгу Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева

Повышение цен на газ и нефть, стремление использовать эти материалы в качестве сырья для химической промышленности приводят во всем мире к тенденции расширения применения индукционного нагрева
...
В то же время применение индукционного метода вследствие специфики передачи энергии в нагреваемое изделие вносят определенные особенности в поведение стали и сплавов при нагреве и последующем охлаждении
...
Быстрота нагрева, свойственная этому методу, отражается на кинетике фазовых превращений в сплавах, и, как правило, к концу иагрева структурное состояние сплава не соответствует равновесному состоянию
...
Названные и другие свойства термической обработки с применением индукционного нагрева требуют изучения как особенностей кинетики фазовых превращений, так и тех возможностей, которые заложены в этот прогрессивный метод
...
ОСОБЕННОСТИ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА Особенность индукционного нагрева металлов — генерирование тепловой энергии непосредственно в нагреваемом изделии
...
Обычно температура нагреваемой среды мало отличается от требуемой температуры изделия, поэтому передача энергии в металл происходит медленно и нагрев оказывается сравнительно длительным
...
СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В СТАЛИ И ЧУГУНЕ ПРИ НАГРЕВЕ Качество нагрева при термической обработке определяется степенью завершенности фазовых превращений в металлах и сплавах
...
Состав фаз в углеродистой стали при различных уровнях температуры и характер фазовых переходов определяются диаграммой состояния сплавов железа с углеродом
...
Однако теоретическая расчетная скорость превращения может быть достигнута только в том случае, если это превращение, по своей природе эндотермическое и идущее с поглощением тепла в количестве
...
При нагреве доэвтектоидной стали кроме процесса превращения перлита в аустенит должен произойти процесс перехода и аустснит структурно свободного феррита
...
СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ При рассмотрении фазовых превращений при иагреве отмечалось, что образующийся аустенит может быть неоднородным по содержанию углерода
...
Следовательно, определяя условия охлаждения при высокочастотной закалке, необходимо учитывать неоднородность аустенита и применять более иитенсивное охлаждение, чем при обычной термической обработке
...
ОХЛАЖДЕНИЕ ВОДЯНЫМ ДУШЕМ И ВОДЯНЫМ ПОТОКОМ Выбор охлаждающей среды и способов подачи ее на закаливаемую поверхность определяется как необходимостью получения заданной структуры металла, так и конкретными условиями технологического процесса термической обработки деталей
...
Физически наиболее достоверной характеристикой охлаждающей способности среды является коэффициент теплоотдачи при любой дайной температуре поверхности охлаждения
...
Столь высокая интенсивность теплоотвода обусловлена образованием большого количества паровых пузырьков на границе раздела жидкость — металл, незначительностью их отрывных размеров и высокой скоростью уноса
...
Вследствие сложной зависимости от температуры коэффициент теплоотдачи а не может быть рекомендован для оценки охлаждающей способности различных сред и способов охлаждения
...
В условиях душевого охлаждения поверхности величина аъы достаточно близка к усредненному по температуре коэффициенту теплоотдачи в диапазоне температур
...
С помощью эквивалентного коэффициента теплоотдачи может быть проведен анализ влияния отдельных параметров душа, среды и спрейера на охлаждающую способность душа как закалочного средства высокой эффективности
...
Таким образом, эквивалентный коэффициент теплоотдачи при охлаждении водяным душем в результате влияния различных параметров душа, воды и спрейера может меняться от
...
Характер изменения охлаждающей способности водяного потока при понижении температуры закаливаемого изделия несколько отличается от такового при душевом охлаждении
...
Можно применять душ веретенного и трансформаторного масла, поскольку их охлаждающая способность в рассматриваемых условиях теплоотвода практически одинакова
...
Установлено, что при охлаждении масляным душем по сравнению с масляной ванной существенно возрастает интенсивность теплоотвода как в целом, так н на каждом этапе процесса, а также весьма заметно меняется характер охлаждения
...
Охлаждающая способность масляного душа под слоем масла, иногда применяемого при закалке изделий сложной формы из высоколегированных сталей, весьма незначительна и мало отличается от интенсивности охлаждения в энергично перемешиваемом масле
...
Опыты показали, что первая порция масла в момент соприкосновения с поверхностью образца действительно вспыхивает, но последующие порции почти тотчас же гасят пламя и, так как поверхность образца оказывается к этому времени охлажденной ниже температуры воспламенения масла, новых вспышек не происходит
...
Создание в зазоре между поверхностью образца и спрейером нейтральной атмосферы пропусканием углекислого газа или азота полностью предотвращает воспламенение масла
...
Итак, масляный душ по своей охлаждающей способности является совершенно особым закалочным средством, обеспечивающим весьма высокую интенсивность охлаждения в верхнем температурном интервале
...
ОХЛАЖДЕНИЕ ДУШЕМ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ НЕОРГАНИЧЕСКИХ И ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Какими бы прекрасными охлаждающими свойствами не обладал масляный душ, в заводской практике его применение всегда будет встречать противодействие администрации, пожарной инспекции и службы техники безопасности
...
Поэтому естественно стремление исследователей как в нашей стране, так и за рубежом найти такую закалочную жидкость или такое закалочное средство, которые по охлаждающим свойствам были бы близки к масляной ваине или масляному душу иа разных этапах теплоотвода, но не были горючими
...
За рубежом были предложены и иашли применение для закалки погружением и в виде душа водные растворы таких органических соединений, как поливиниловый спирт, полиалкилен
...
При охлаждении после сквозного индукционного нагрева хорошие результаты дает так называемое пульсирующее, или импульсное охлаждение, разработанное во ВНИИ ТВЧ
...
Продолжительность каждого импульса охлаждения, длительность пауз между ними, число импульсов и условия окончательного охлаждения выбирают из следующих соображений
...
Поскольку главной целью является получение достаточно равномерного и интенсивного охлаждения по сечению изделия, но без образования структур закалки на его поверхности, продолжительность первого импульса должна быть такой, чтобы в поверхностных слоях не произошло образования мартенсита
...
Длительность первой паузы выбирают из условия сохранения во внутренних слоях изделия темпа теплоотвода, полученного в результате воздействия первого импульса охлаждения
...
Благодаря применению импульсного метода удается получить охлаждение, близкое по характеру к охлаждению в масляной ванне, причем в верхнем температурном интервале превращения оно более быстрое, чем в масляной ванне, а в нижнем его можно сделать существенно более медленным, чем в масле
...
Охлаждающая способность компрессорного воздуха достаточно высока, что объясняется наличием в нем некоторого количества влаги, которая, конденсируясь на выходе воздуха из спрейера, распыляется воздушным потоком и интенсифицирует охлаждение
...
Охлаждающая способность сжатого воздуха сильно зависит от его влажности и степени понижения температуры при расширении на выходе из спрейера, меняющихся в процессе охлаждения, а также от угла наклона струй к поверхности изделия и зазора между спрейером и охлаждаемой поверхностью
...
Для максимального снижения деформаций и подводки длинномерных изделий необходимо, чтобы фронттеплоотвода был перпендикулярен коси изделий и равномерен во всех направлениях
...
Для правильного формирования каждой струи и создания заданного направления струй жидкости надо соблюдать определеииое соотношение диаметра отверстия и длины канала
...
При падении сильных струй на поверхность изделия охлаждение может происходить неравномерно, так как в местах между точками удара струй оно осуществляется отраженной жидкостью с меньшей интенсивностью
...
Если деталь вращать нельзя, то создают искусственное вращение жидкости, что достигается направлением струй не перпендикулярно к закаливаемой поверхности, а под углом к ней, т
...
Для повышения равномерности охлаждения при перпендикулярном падении струй жидкости желательно увеличить зазор между спрейером и охлаждаемой поверхностью
...
Структура среднеигольчатого мартенсита с неравномерной концентрацией углерода и наличием трооститных выделений характерна для закалки доэвтектоидной стали с крупными скоплениями феррита в исходной структуре, свойственными, например, литой стали
...
При нагреве заэвтектоидной стали недопустим даже небольшой перегрев, так как при этом начинается заметное растворение избыточных карбидов, аустенит пересыщается углеродом и после закалки фиксируется повышенное количество остаточного аустенита
...
ТВЕРДОСТЬ ПОВЕРХНОСТНО ЗАКАЛЕННОГО ИЗДЕЛИЯ Распределение твердости по сечению поверхностно закаленного изделия зависит от нескольких факторов, основные из которых
...
По мере удаления от поверхности в глубь изделия увеличивается количество ферритиых участков, появляются участки троостита, затем перлита, свойственного исходной структуре металла
...
Из рисунка видно, что при достижении закалочной температуры на одинаковой глубине кривые твердости различаются только в нижней части, глубина же закаленного слоя хк будет практически одинаковой
...
Применение душевого охлаждения при поверхностной закалке в сочетании с возможностью отвода тепла в ненагретую сердцевину создает особые условия, при которых скорость охлаждения поверхностных слоев не зависит от сечения закаливаемого изделия
...
Поэтому если твердость поверхности при объемной закалке снижается с увеличением площади сечения изделия, то при поверхностном нагреве она остается неизменной и не зависит от размера изделия
...
Возможность отвода тепла в холодную сердцевину изделия при поверхностной закалке способствует ускорению охлаждения на внутренней границе нагретого слоя
...
При термической обработке с использованием индукционного нагрева и душевого охлаждения можно получить на изделиях твердость существенно выше, чем после термической обработки с использованием печного нагрева и охлаждения погружением
...
Ускорение охлаждения, сокращение периодаТгребывания мартенсита в области температур отпуска приводят к повышению твердости таких сталей в большей мере, чем сталей с высоким содержанием углерода, у которых начало мартен
...
Свойства стали ограниченной прокаливаемости могут быть использованы и при сквозном прогреве изделия, в том числе и при обычных методах нагрева от внешнего источника тепла
...
Это дает возможность получить после нагрева структуру мелкозернистого аустенита, что, в свою очередь, при последующем охлаждении обеспечивает получение мелкоигольчатого или безыгольчатого мартенсита
...
Стали с пониженной прокаливаемостью имеют еще лучшие зерновые характеристики благодаря специальным методам выплавки этих сталей и снижению их склонности к росту зерна аустенита
...
Кроме того, в большинстве случаев поверхностного упрочнения не требуется применять сквозной нагрев, что дает определенные энергетические преимущества индукционному методу
...
Сталь должна иметь малую склонность к росту зерна аустенита при нагреве и обладать критической скоростью закалки, обеспечивающей требуемую глубину мартенситного слоя
...
При низком отпуске поверхностно закаленных изделий твердость снижается главным образом в пределах слоя хк, где структура состоит преимущественно из мартенсита
...
Вследствие этого нагрев осуществляется медленно и процессы отпуска мартенсита успевают завершиться к тому моменту, когда изделие прогреется до заданной температуры
...
Указанный перепад температур по сечению закаленного слоя следует выдерживать и при отпуске с индукционным электронагревом, что возможно лишь при медлен НРС,
...
Например, прн закалке шестерен в теле зубьев после прекращения охлаждения может не сохраниться достаточного количества теплоты, чтобы поверхностно закаленный слой на зубьях вновь прогревался до температуры самоотпуска
...
ОСТАТОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ПОВЕРХНОСТНО ЗАКАЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЯХ В процессе термической обработки возникают внутренние напряжения в металле, вызванные неоднородностью объемных изменений
...
В зависимости от происхождения нх делят на тепловые, вызванные неравномерностью температуры по сеченню изделия, и структурные, вызванные локальным изменением удельного объема в процессе фазовых превращений
...
Прн поверхностной закалке тепловая неоднородность выражена наиболее ярко, так как поверхность достигает закалочных температур в то время, когда на небольшой глубине еще сохраняется исходная температура
...
В начальный период нагрева в поверхностном слое возникают напряжения сжатия, так как нагреваемый слой стремится увеличиться в объеме, но он связан с холодной сердцевиной, что препятствует изменению его линейных размеров
...
Конечный результат зависит от температуры начала мартенситного превращения стали и процента изменения удельного объема металла в процессе этого превращения
...
Так как коэффициент объемногорасширення в этом интервале температур мало зависит от состава стали, рост напряжений начинается у всех сталей приблизительно одинаково
...
В легированной стали высокая пластичность появляется при более высоких температурах и напряжения сжатия, возникающие в нагреваемом слое, продолжают расти до температуры
...
В легированной конструкционной стали образование мартенсита начинается при еще более низкой температуре, когда максимум значения тепловых напряжеицй растяжения будет больше, чем в предыдущих случаях
...
В этом случае трещины могут образоваться уже после того, как поверхностный слой претерпит мартенситное превращение и станет твердым и хрупким, так как образование мартенсита в глубже лежащих зонах вызывает в наружном слое растяжение
...
Однако стабильность деформации и малые ее значения могут быть получены только при симметрии закаленного слоя и когда закаливается незначительная доля изделия
...
При неравномерном закаленном слое будет деформироваться и гладкий цилиндрический вал, который будет искривляться выпуклостью в сторону утолщенного слоя
...
Большие затруднения вызывает закалка поверхностей, имеющих отверстия, так как по краям отверстия неизбежен перегрев, и при последующем резком охлаждении возникают трещины
...
Однако они действуют только при плотном соприкосновении с поверхностью отверстия, что осуществить трудно, тем более что в процессе нагрева заглушка может деформироваться и между нею и деталью появится зазор
...
Поэтому был разработан способ ускоренного индукционного нагрева, характеризующийся тем, что на первом этапе поверхность изделия быстро нагревают до требуемой температуры путем передачи в изделие повышенной удельной мощности
...
Создание значительного градиента температур по сечению изделия на первом этапе нагрева обеспечивает более быстрый подъем температуры во внутренних слоях
...
Благодаря этому допустимый градиент температуры по сечению изделия может быть достигнут за более короткое время — приблизительно вдвое меньшее по сравнению со способом
...
Способ ускоренного индукционного нагрева неприемлем для изделий достаточно сложной конфигурации из сталей, обладающих низким коэффициентом объемного расширения и склонных к образованию трещин при быстром нагреве
...
Особенностями способа является то, что суммарное время ступеней нагрева любого изделия не превышает времени обычного непрерывного нагрева идентичного изделия, что практически все слои изделия претерпевают полную фазовую перекристаллизацию в процессе нагрева и что затраты энергии на ступенчатый нагрев лишь на
...
ОТЖИГ, НОРМАЛИЗАЦИЯ, РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ Как известно, отжиг — это операция термической обработки, в результате которой происходит выравнивание структуры по составу, уничтожаются искажения кристаллической решетки и образуются равновесные зерна
...
Естественно, что индукционный нагрев, даже сквозной, вследствие весьма малой длительности не обеспечивает полной гомогенизации аустенита как в простой углеродистой стали, так и в легированной, а отсутствие выдержки по окончании нагрева и сравнительно быстрое последующее охлаждение не позволяют получить в итоге полностью равновесную и однородную структуру стали
...
Поэтому нагрев под эти операции должен вестись с достаточно умеренными скоростями, ступенчатым способом,, а охлаждение — с минимально возможными скоростями
...
Объемную нормализацию чаще всего применяют как промежуточную операцию для улучшения свойств механической обработкой пруткового материала или для размельчения и выравнивания структуры в изделиях перед их окончательной термической обработкой
...
Местная нормализация может осуществляться одновременным способом, путем установки индуктора над дефектным участком или наложения на этот участок индуктирующего провода в специальной изоляции, выполняющего роль нагревательного элемента
...
Так производят нормализацию и даже отжиг сварных швов огромных резервуаров и цистерн, сварных стыков рельс, деформированных участков различных конструкций и сооружений
...
В результате индукционной нормализации удается практически полностью исправить структуру сварного соединения, полученного высокочастотным методом, и в значительной мере ликвидировать структурные дефекты в сварном соединении, полученном методом наплавки
...
При этом в сварном соединении, полученном высокочастотным методом, выравнивается структура по ширине сварного соединения, образуется равновесная и достаточно мелкозернистая ферритоперлитная смесь, и нередко невозможно бывает установить место расположения шва
...
В сварном соединении, полученном методом наплавки, после нормализации сварной шов выявляется вполне отчетливо, но и он содержит достаточно равновесные зерна феррита, а зона термического влияния сварки
...
Индукционный нагрев в последние годы все чаще применяют для рекристаллизационного отжига полуфабрикатов и готовых изделий из черных и цветных металлов и сплавов
...
В результате рекристаллизационного отжига происходит полное обновление структуры, сопровождающееся резким снижением твердости и прочности и повышением пластичности
...
При очень быстром нагреве и сравнительно медленном охлаждении процессы рекристаллизации протекают в значительной степени в период паузы и начальных этапов охлаждения
...
В условиях скороСЫого иагрева увеличение степени предварительного иаклепа материалов смещает протекание первичной рекристалли зации в область более низких температур
...

Электротермическое оборудование
Материаловедение
Технологія конструкційних матеріалів
Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева
Справочник по конструкционным материалам
Коррозионностойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы
Стали и сплавы. Марочник

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева