Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева
| Листать книгу |
|---|
| Листать |
| Страницы:
1 ... 23 ... 43 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 скачать книгу Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева 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 ... Нередки случаи, когда сквозной индукционный нагрев применяют для изделий достаточно больших размеров из сталей с малой прокаливаемостью, при этом после закалки и отпуска изделия обтачивают с поверхности на сравнительно большую глубину ... Это происходит потому, что при закалке после сквозного нагрева изделий больших размеров появляется дополнительный тепловой подпор, который снижает скорость охлаждения глубинных слоев металла и препятствует образованию в них мартенсита ... Следовательно, сквозной нагрев под закалку заготовок большого диаметра или несквозной нагрев на глубину, много большую критической глубины прокаливаемости данной стали, нецелесообразен, во ... Под прокаливаемостью стали в настоящее время понимают способность ее воспринимать закалку на определенную глубину в зависимости от особенностей самой стали, а также от условий охлаждения ... Чем меньше углерода в стали, чем менее она легирована, тем большее значение приобретают условия охлаждения для получения оптимального упрочнения, тем меньше размеры изделий, обеспечивающие его достижение ... Правда, в дальнейшем снижение глубины прокаливаемости постепенно замедляется, но в исследовавшемся диапазоне толщин изделий проявляется все же вполне отчетливо ... Как уже отмечалось, увеличение прокаливаемости стали в результате применения индукционного нагрева н душевого охлаждения обусловлено увеличением скоростей теплоотвода как с поверхности, так и из внутренних слоев закаливаемого изделия ... Однако было бы неверно утверждать, что интенсификация охлаждения при закалке душем после индукционного нагрева связана только с особенностями способа охлаждения ... В условиях скоростного индукционного нагрева, когда поверхность изделия находится в области высоких температур в сотни раз меньшее время, чем при печном нагреве, на ней образуется и существенно более тонкая окисная пленка ... Из сказанного следует, что важнейшими факторами, влияющими на равномерность охлаждения душем и образование закалочных трещин, являются расход охлаждающей жидкости и относительная площадь отверстий в спрейере ... Поскольку стальные изделия, подвергнутые закалке интенсивным душем, после сквозного индукционного нагрева приобретают наибольшую прочность и твердость, повышение в них пластичности и вязкости особенно важно ... Очевидно, что подавление отпуска мартенсита в период его образования должно определенным образом сказываться на процессе разупроч нения стали при отпуске ... До температур отпуска, не превышающих температуры начала мартенситного превращения в стали, слои изделия, закаленного интенсивным душем после индукционного нагрева с образованием неотпущениого мартенсита, должны обладать повышенной твердостью и прочностью по сравнению со слоями, содержащими отпущенный в ходе закалки мартенсит ... Чаще всего сквозной индукционный нагрев используют для среднего и высокого отпуска, однако в некоторых случаях при термической обработке тонкостенных или малого диаметра изделий этот вид нагрева можно применять и для низкого отпуска ... Вследствие незначительной глубины проникновения тока любой частоты при этих температурах режим сквозного индукционного нагрева под отпуск определяется главным образом тепло НУ ... Все эти стадии отпуска — диффузионные процессы, поэтому любое ускорение нагрева смещает их завершение в область более высоких температур и существенно сказывается на кинетике процессов ... Ввиду того что сквозному индукционному нагреву под отпуск обычно подвергают достаточно массивные изделия, скорость их нагрева определяется допустимым перепадом температур по сечению ... Поскольку скорость нагрева внутреиних слоев изделия за счет теплопроводности отличается от скорости нагрева его наружных слоев непосредственно током высокой частоты, протекание превращений в них различается как по температуре, так и по времени ... Поэтому допустимо предполагать, что даже при достаточно больших перепадах температур по сечению изделия можно создать благоприятное распределение свойств по сечению изделия в целом, т ... Несомненно, что в получении исключительно удачного сочетания прочности с пластичностью и вязкостью стальных изделий помимо скоростного индукционного нагрева под закалку и интенсивного и равномерного душевого охлаждения, немаловажную роль играет ускоренный индукционный нагрев под отпуск, благодаря которому изменяются температурные границы отдельных стадий отпуска, полнота их протекания и в конечном итоге эффект их воздействия на структуру и свойства изделий ... Поскольку сквозной индукционный нагрев под отпуск протекает много быстрее обычного печного нагрева, интервал отпускной хрупкости, свойственный ряду сталей, смещается в область более высоких температур ... Кроме того, скоростной индукционный нагрев под отпуск заметно ослабляет эффект отпускной хрупкости, что связано с подавлением процессов выделения карбидов и других твердых фаз по границам феррит ... ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА О возможностях управления свойствами изделий путем комбинирования различных режимов индукционного нагрева и душевого охлаждения было сказано выше ... Применение импульсного охлаждения обеспечивает достаточно быстрый отвод тепла из всех слоев сечения, причем в наружных слоях образуется структура сорбита закалкн, а во внутренних слоях или в центре изделия аустенит переохлаждается до температуры, близкой к началу мартеиситного превращения ... Экспериментально установлено, что при импульсном охлаждении наилучшие результаты по однородности структуры и величине зерна по сечению изделий достигаются, если температура в центре или на внутренней поверхности изделий к моменту прекращения любой серии импульсов находится в пределах от Мн ... Размельчение зерна и повышение однородности структуры приводят к увеличению прочности и заметному возрастанию ударной вязкости изделия, что в конечном итоге приводит к повышению его надежности ... Окончательное же охлаждение может быть различным и обычно выбирается в зависимости от требуемого сочетания прочностных, пластических и вязких свойств обрабатываемых изделий ... Из этой таблицы следует, что применение ЦУНПИОдает существенное повышение ударной вязкости на всех исследовавшихся марках стали, при этом пластические и прочностные свойства оказываются на достаточно высоком уровне ... Ни Один из ныне существующих методов термоциклической обработки не обеспечивает столь значительного повышения прочности стали исследовавшихся марок при одновременном повышении их ударной вязкости более чем вдвое ... Цикличность ускоренного нагрева в межкритическом интервале температур и достаточно высокая интенсивность подстуживания между циклами нагрева, приводящая к некоторому переохлаждению образующегося при нагреве аустенита и его распаду в интервале температур между Аг ... КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА Одним из наиболее простых и часто применяемых видов комбинированной термической обработки является способ, сочетающий пламенный ... Этот способ выгоден тем, что экономия электроэнергии позволяет максимально использовать преимущества и эффективность индукционного нагрева в сочетании с печным ... Способ разработан для заводов, где применяется пламенный нагрев, так как он позволяет существенно повысить производительность процесса термической обработки труб без коренной перестройки производства ... Суть способа заключается в том, что пламенный подогрев ведут таким образом, чтобы наружная поверхность трубы к моменту прекращения нагрева имела температуру на ... Затем производят термостатирование трубы до выравнивания температуры по сечению на уровне точки Кюри и, наконец, быстро догревают все сечение трубы до температуры аустенитизации с помощью индукционных нагревателей, питаемых от генератора с частотой, обеспечивающей одновременный нагрев всего сечения трубы ... Совершенно очевидно, что данный вид обработки особенно выгоден для тех заводов, на которых имеются печные отделения термической обработки труб и для которых необходимо повышение качества труб и производительности процесса термической обработки ... Нанесение покрытий с помощью дуговой плазмы, поверхностное оплавление керамики индукционной плазмой, плазменная обработка полимерных материалов — процессы, получившие довольно широкое распространение в промышленности ... Суть способа заключается в том, что в плазменный поток, образованный с помощью высокочастотного разряда при атмосферном давлении, вводят различные материалы, испаряющиеся в зоне высоких температур ... При использовании различных распыляемых материалов и плазмообразующих газов можно в результате различных плазмохимических реакций получать на поверхности обрабатываемых изделий покрытия различного химического состава ... Кроме того, было замечено, что плазменная обработка может являться чистовой операцией изготовления изделий, так как оиа не портит их поверхности, не ведет к деформации и изменению размеров ... Не вызывает сомнений, что технический прогресс приведет к появлению новых видов комбинированной термической обработки, поскольку обычные ее виды уже не обеспечивают все возрастающих требований к качеству многих изделий, необходимых сегодня различным отраслям промышленности ... ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИНДУКЦИОННОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ Некоторые проблемы, связанные с технологией индукционной термической обработки, рассмотрены в других выпусках библиотечки ... В некоторых случаях паузу создают искусственно для выравнивания температуры при нагреве сложной поверхности или для обеспечения завершения фазовых превращений в легированных сталях ... В настоящее время разработаны и выпускаются промышленностью фотоэлектрические пирометры, которые являются безынерционными и при быстром индукционном нагреве дают достаточно точные показания ... Следует отметить, что выпускаемые нашей промышленностью приборы требуют большую площадь визирования и при поверхностной закалке оказываются неприемлемыми ... Во избежание сквозного нагрева стенки приходится сокращать время нагрева, что влечет за собой увеличение градиента температур в пределах нагретого слоя ... В большинстве случаев поверхностную закалку шеек коленчатых валов производят с самоотпуском, прерывая охлаждение и создавая условия вторичного нагрева поверхностных слоев металла за счет тепла сердцевины ... не имеет сквозного отверстия, то режим самоотпуска отрабатывается сравнительно легко, так как в сердцевине шейки в период начального охлаждения сохраняется достаточное количество тепла ... Если шейка полая, то при резком закалочном охлаждении трудно уловить момент, когда поверхностный слой закалится на заданную глубину, а в незакаленной зоне сохранится при этом достаточное количество тепла для отпуска ... Не исключено, что самоотпуск будет недостаточен для снижения остаточных напряжений, возникающих на границе слоя и могущих оказать влияние как на прочность вала, так и на его рихтуемость ... Можно выделить несколько видов высокочастотной термической обработки шестерен, зависящих от габаритных размеров и формы детали, от материала и условий эксплуатации ... Поэтому применяют наиболее простой и производительный способ высокочастотной термической обработки при нагреве венца шестерен на глубину, захватывающую не только зуб, но и часть обода ... Отрабатывая режим закалки шестерен с самоотпуском, необходимо учитывать, что при самоотпуске нагреву будут подвергаться в первую очередь впадины и основания зубьев ... Последующее превращение аустенита в мартенсит, сопровождающееся увеличением удельного объема, препятствует глубокому проникновению трещин, но шестерни даже с неглубокой трещиной во впадине к работе не пригодны ... При закалке с отводом тепла в толщу изделия следует иметь в виду, что по мере закалки всей шестерни, переходя от одной впадины к другой, тепло в толще изделия накапливается, температура изделия повышается, что приводит к снижению скорости охлаждения поверхностного слоя ... Применение для этой цели индукционного нагрева позволяет существенно снизить производственные площади, расходы на обслуживание и ремонт оборудования, расход охлаждающей жидкости и, следовательно, экономически целесообразно ... Наиболее эффективный способ упрочнения арматурных сталей — термическая обработка с использованием прокатного тепла, электронагрева и индукционного нагрева ... Однако она не обеспечивает требуемого прироста прочности по сравнению с другими способами упрочнения и дает очень высокий разброс свойств между отдельными стержнями внутри каждой партии ... Индукционное улучшение позволяет достичь на стержнях из стали любых марок максимального упрочнения при высоких пластичности и вязкости и практически полной стабильности свойств от стержня к стержню ... Для заводов железобетонных конструкций была разработана технология и создана компактная установка для индукционного улучшения арматурных стержней диаметром от ... Теоретически и экспериментально доказано, что наиболее надежным средством повышения стойкости против коррозионного растрескивания и предела выносливости улучшенных сталей является создание на поверхности стержней тонкого высокоотпущенного слоя ... ИНДУКЦИОННАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Сварка, каким бы методом она не осуществлялась, всегда приводит к образованию в сварном соединении дефектных структур, могущих довести готовое изделие в определенных условиях эксплуатации до разрушения ... Она становится особенно опасной, если образуется в условиях ускоренного охлаждения сварного соединения, так как при этом возрастает ее неравномерность, появляются зерна игольчатой формы, увеличивается количество дефектов по границам зереи н т ... Дефектна структура границы сварного шва с основным металлом, так как в ней сосредоточены различного рода примеси, проникающие как из зоны расплава, так и из основного металла ... Наконец, в зонах термического влияния сварки изделий из некоторых марок стали по границам зерен могут выпадать хрупкие структурные составляющие, снижающие сопротивление разрушению этих зон ... Предварительный нагрев металла позволяет предотвратить образование закалочных структур в сварном соединении малои среднеуглеродистых нелегированных и низколегированных сталей, обеспечивает получение в нем достаточно равновесной ферритоперлитной структуры с минимальной твердостью ... Помимо того что этот способ позволяет отказаться от последующей термической обработки готовых изделий, предварительный нагрев металла заготовок существенно облегчает условия формирования изделия ... Оптимальная температура предварительного нагрева выбиралась по результатам анализа структуры и твердости сварных соединений труб, их испытаний на раздачу конусом, ударную вязкость и разрушение внутренним гидравлическим давлением ... При оптимальных температурах предварительного нагрева штрипса из стали всех исследовавшихся марок обеспечиваются максимальная раздача трубы конусом, разрушение практически всех патрубков по основному металлу, минимальная разница в ударной вязкости всех зон сварного соединения и разрушение натурных образцов труб по основному металлу с превышением разрушающего давления ... Оптимальные температуры предварительного нагрева штрипса из сталей марок, намеченных для производства труб на Северском трубном заводе, имеют следующие значения ... Был предложен и проверен экспериментально способ пластического деформирования сварного соединения в период его остывания после сварки в интервале температур ... Самым простым и широко применяемым в производстве способом исправления структуры является последующая термическая обработка или всего сварного изделия ... Отмечалось, что в результате такой обработки сварное соединение приобретает свойства, достаточно близкие к свойствам основного металла трубы, хотя и не идентичные им ... Она заключается в местном индукционном нагреве сварного соединения и основного металла изделия, непосредственно примыкающего к зоне сварки, до температур нормализации сварного соединения и в последующем охлаждении на воздухе ... При локальной нормализации необходимо, чтобы зона фазовой перекристаллизации перекрывала зону термического влияния сварки по всему сечению сварного соединения ... Поскольку при локальном нагреве распределение температуры по сечению носит трапециевидный характер, ширину зоны нагрева надо выбирать с учетом этого обстоятельства ... Температуру нагрева под локальную нормализацию следует выбирать с учетом скорости нагрева сварного соединения, исходного состояния его структуры, а также последующих условий теплоотвода ... Чем меньше скорость нагрева, чем тоньше н однороднее исходная структура сварного соединения, чем выше скорость теплоотвода из зоны нагрева, тем ниже должна быть температура нормализации, обеспечивающая исправление дефектных структур сварки ... Скорость индукционного нагрева под локальную нормализацию должна быть как можно больше, чтобы процесс был экономически достаточно эффективным, однако она должна обеспечивать сквозной прогрев всего сечения сварного соединения ... В целях обеспечения более глубокого воздействия локального иагрева иа дефектные структуры как сварного соединения, так и основного металла, иепосредствеиио примыкающего к сварному соединению, во ВНИИ ТВЧ разработай и проверен в производственных условиях новый метод локальной ступенчатой нормализации сварных труб ... Суть его в том, что ступенчатый нагрев осуществляется с постепенно расширяющейся от ступени к ступени зоной при одновременном снижении температуры иа каждой ступени, а охлаждение между ступенями иагрева продолжается до температуры ... Если сварное соединение и основной металл трубы особенно дефектны, то можно применять четырехи пятиступенчатый нагрев, причем четвертая и все последующие ступени по ширине зоны нагрева и температуре должны быть идентичны третьей ступени нагрева ... В результате такого многоступенчатого локального нагрева в сварном шве, зоне термического влияния сварки и в основном металле трубы, претерпевшем фазовую перекристаллизацию, возникает равновесная мелкозернистая структура ... |
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