Sposób przeprowadzania obróbki cieplnej, zwlaszcza wyrobów walcowanych, tloczonych, gietych i ciagnionych z aluminium lub stopu aluminium oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób prowadze¬ nia ciaglej elektrycznej obróbki cieplnej, zwlasz¬ cza wyrobów walcowanych, tloczonych, gietych i ciagnionych z aluminium luib ze stopu alumi¬ nium oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu. 5 Wyroby i pólwyroby z aluminium lub ze stopiJ aliurminiiutm sa obrabiane cieplnie zgodnie z ich dalszym obrabianiem lufo zastosowaniem. Cel ob¬ róbki cieplnej moze byc bardzo rózny. Przykla- io dowo obróbke cieplna. przeprowadza sie w celu wyzarzenia), odpuszczenia, zmniejszenia naprezen, utwardzenia lufo tez jako sztuczne starzenie.Obróbka cieplna powoduje równiez zmiany w strukturze materialu. Alby otrzymac te zmiany 15. potrzebna jest energia, która zazwyczaj jest prze¬ noszona do materialu w postaci energii cieplnej.Mówi sie wtedy o pobudzaniu cieplnym mate¬ rialu. Proces dokonywany pod wplywem ciepla zalezy od temperatury i czasu. Obróbka cieplna 20 jest zwykle przeprowadzana konwencjonalnie w piecach. W trakcie obróbki cieplnej w piecu prze¬ noszenie energii cieplnej dokonywane jest zwykle za pomoca czynnika takiego jak powietrze, gaz lub ciecz. Obróbka cieplna za pomoca takiego czyn- 25 nika moze byc podzielona na faze nagrzewania powierzchni zewnetrznej materialu, faze ogrze¬ wania czesci wewnetrznej, okres inkubacyjny i faze podtrzymywania przez ogrzewanie odpo¬ wiedniej temperatury. Czas trwania calego proce- 30 su jest stosunkowo dlugi. Nawet najkrótszy pro¬ ces obróbki cieplnej trwa 30 minut.Konwencjonalne piece do obróbki cieplnej sa typu nieprzelotowegOi Aby zwiekszyc wydajnosc produkcyjna ostatnio stosowane sa piece o pracy ciaglej. Podczas obróbki cieplnej wyrób prze¬ chodzi wzdluz takiego pieca. Predkosc przejscia jest funkcja dlugosci pieca i czasu obróbki. Wy¬ dajnosc produkcyjna jest zwiekszana.przez zwiek¬ szenie dlugosci pieca. Dlugosc najnowoczesniej¬ szych pieców do pracy ciaglej wynosi do stu metrów. Wraz ze wzrostem dlugosci pieca maleje, jego sprawnosc energetyczna, przez co pobór mo¬ cy staje sie nadmiernie duzy. Utrzymanie stalej temperatury na calej dlugosci pieca jast bardzo trudne i usiluje sie to uzyskac przez odpowied¬ nia wentylacje. Ze wzgledu na duza dlugosc ta¬ kiego pieca wystepuje znaczny wzrost wymiarów materialu przechodzacego przez piec w wyniku zmian wymiarowych spowodowanych rozszerzal¬ noscia cieplna;, przy czym kompensacja tych zmian jest bardzo skomplikowana. Jest to szcze¬ gólnie trudne w przypadku metali o tempera¬ turze topnienia mniejszej niz 1000°C, poniewaz maja one mala wytrzymalosc cieplna. Prowadze¬ nie i latwe przesuwanie metali nie jest zatem jeszcze zapewnione. Koszty instalacji oraz dzia¬ lania i konserwacji pieca ciaglego dzialania sa bardzo duze.Nowa tendencja rozwojowa w dziedzinie urzar 76 4203 76 420 4 dzen do prowadzenia obróbki cieplnej w sposób ciagly jest stosowanie urzadzen wielkiej czestotli¬ wosci. W konsekwencji ich natury sa one zwykle stosowane tylko do utwardzania powierzchniowe¬ go, a nie sa odpowiednie do jednorodnego ogrze¬ wania calego :materialu w duzych przekrojach.Piece takie moga byc z zadowalajacymi wyni¬ kami stosowane jedynie do powierzchniowej ob¬ róbki cieplnej materialów o silnej histerezie cieplnej. Sprawnosc takiego pieca nie jest wiek¬ sza niz kilka procent, zatem nie jest odpowied¬ nia do obróbki cieplnej calego przekroju wyro¬ bów z aluminium i stopów aluminium.Podczas .badan..sjfewiertizono, ze znane procesy obróbki .- cieplnej \. nie \ moga byc rozwijane tech¬ nicznie i ekonomicziie przy materialach takich jak aluminium i stopy aliuminium. Dlatego szu¬ kano innych rozwiazan. Stwierdzono', ze energia ci«pJna potrzebna -do procesów zachodzacych w aluminium lub stopie aluminium pod wplywem ciepla powinna byc przenoszona do czasteczek i atomów lub jonów materialu w taki sposób, by okres dyfuzji byl znacznie zmniejszony i by u- mozliwione bylo utrzymanie wlasciwosci jako¬ sciowych materialu i ich korzystne polepszenie.Tostalo to osiajgniete wedlug wynalazku przez ciagle i jednorodne przenoszenie energii cieplnej wzdluz dlugosci przekroju obrabianego cieplnie materialu. Energiia potrzebna do obróbki cieplnej jest dostarczana w postaci energii elektrycznej.W przypadku wyrobów krótkich^ o dlugosci kila¬ ku centymetrów lub kilku metrów, przesuwa¬ nych z jednakowa predkoscia ogrzewanie jest powodowane podczas przesuwu w. calym prze¬ kroju materialu dzieki efektowi termi-cznemu pradu elektrycznego przewodzonego przez ma¬ terial. Na skutek szybkiego przenoszenia energii cieplnej w calym przekroju okresy podgrzewa¬ nia powierzchni, nagrzewania wnetrza i pod¬ trzymywania temperattury sa znacznie skrócone, a ponadto czas indukcji staje sie praktycznie równy zeru dzieki szybkiemu przenoszeniu energii cieplnej. DaSIisza zaleta sposobu wedlug wynalaz¬ ku polega tym tym, ze oprócz aktywnosci cieplnej wyrób jest czynny elektrycznie, co znacznie zmniejsza rzeczywisty okres obróbki cieplnej i okres podtrzymywania.Istota sposobu wedlug wynalazku jest to, ze obrabiany cieplnie wyrób z aluminium lufo ze stopu aluminium korzystnie przeprowadza sie przez elektrody umieszczone w cieczy, przy czym do wyrobu tego doprowadza sie prad elektrycz¬ ny o ustalonej gestosci, o natezeniu bardzo du- zym przykladowo 10 000 A i o napieciu bardzo malym, przykladowo 1 V, przez co wyrób ogrze¬ wa sie szybko, w czasie 1—tl&O sekunda do tem¬ peratury potrzefoneij do obróbki cieplnej, korzy¬ stnie do temperatury 40O^60O°C, po czym wyrób sie chlodzi, przez co zmienia on swe wymiary, zwlaszcza dlugosc, gdyz ogrzewanie jest prze¬ mieszczane z predkoscia proporcjonalna do zmia¬ ny wymiarowej w czasie fazy ogrzewania pomie¬ dzy elektrodami i fazy chlodzenia a nastepnie wyrób juz ochlodzony przez ciecz drugiej elek¬ trody jest w kierunku ruchu chlodzony przez inna ciecz, korzystnie za pomoca strumienia wody.Istota urzadzenia wedlug wynalazku do stoso¬ wania opisanego sposobu polega na tym, ze u- rzadzenie to ma przeznaczone do przesuwania i prowadzenia wyrobu mechanizmy prowadzace, umieszczone w okreslonych odleglosciach jeden od drugiego i posiadajace regulowana predkosc oraz zapobiegajace powstawaniu naprezen me¬ chanicznych w wyrobie w czasie ogrzewania i nastepnie ochladzania przykladowo w postaci rolek, a pomiedzy nimi urzadzenie ma elektrody umieszczone w regulowanych odleglosciach, ko¬ rzystnie w strumieniu cieczy* na przyklad wody, a ponadto ma zasilacz i ewentualnie urzadzenia chlodzace, na przyklad natrysk wodny.(Przedmiot wynalazku jest dokladniej opisany na podstawie rysunku, który przedstawia schema¬ tycznie przyklad wykonania urzadzenia wedlug wynalazku.Wyrób 1 jest prowadzony przez sekcje obróbki cieplnej za pomoca par rolek 2 i 7, pomiedzy którymi sa umieszczone elektroda 3 w zbiorniku 4 z ciecza i elektroda 5 w zbiorniku 6 z ciecza.Obszar pomiedzy elektrodami 3 i 5 stanowi sek^ cje ogrzewania, natomiast obszar pomiedzy elek¬ troda 5 a para rolek 7 stanowi sekcje chlodze¬ nia. Elektrody 3 i 5 sa zasilane poprzez kabel z zasilacza 8. Pary rolek 2 i 7 stanowia mecha¬ nizmy prowadzace, które sluza do przesuwania wyrobu 1 bez powstawania w nim naprezen me¬ chanicznych. Obie pary rolek pracuja praktycznie synchronicznie to jest idh predkosci obrotowe sa takie same lecz srednice rolek 7 sa wieksze, przez co ich predkosc jest rózna, mianowicie pro¬ porcjonalnie do stalej zmiany wymiarowej lub do zmiany wymiarowej spowodowanej histereza.Elektrody 3 i 5 sa typu rolkowego, slizgowego i tak dalej i sluza do dostarczania pradu elek¬ trycznego z zasilacza 8 do wyrobu 1 podczas fa¬ zy ogrzewania. Ich zadaniem jest przenoszenie pradu o duzym natezeniu,, przykladowo 10 000 A przy niewielkiej stalej opornosci. Strumien cie¬ czy w zibiornikadh 4 i 6, przykladowo wody, za¬ pewnia przenoszenie pradu bez zapalania luku elektrycznego, nawet w przypadku uszkodzenia styków. Przeplywajaca ciecz ochladza równiez wyrób znajdujacy sie przy elektrodzie 5. Zasto¬ sowanie przeplywajacej cieczy umozliwia reali¬ zacje rzeczywiscie wysoko wydajnej sekcji ogrze¬ wania. Przy zastosowaniu chlodzenia powietrzne¬ go podane powyzej zalety sa stracone, a ponadto ze wzgledu na wystepowanie luku w wyniku uszkodzenia styków elektrod, zachodzi opalanie powierzchni elektrod i wyrobu. Smarowanie elek¬ trod jeszcze bardziej zwieksza opalanie.Zasilacz 8 urzadzenia wedlug wynalazku sta¬ nowi przetwornik czestotliwosci sieci, sluzacy do przetworzenia napiecia i natezenia pradu sieci w prad grzejny o bardzo malym napieciu, na przyklad 1 V i o bardzo duzym natezeniu, na przyklad 10 000 A. Przy stosowaniu pradu stale¬ go na wyjsciu zasilacza 8 wlaczony jest równiez prostownik.Dlugosc sekcji chlodzenia pomiedzy elektroda 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6076 420 7 5 6 5 a para rolek 7 moze, jesli potrzeba, byc zimniej - szona do irm^nimurrii, to jest para rolek 7 moze byc umieszczona bezposrednio przy zbiorniku 6.W takim przypaidku jedynie grzanie elektrody 5 jest praktycznie skuteczne. Jesli w sekcji chlo¬ dzenia potrzebne jest intensywne chlodzenie, wówczas chlodzenie jest przeprowadzane za po¬ moca cieczy zwlaszcza wody, kierowanej na ogrzany material juz czesciowo ochlodzony przeiz elektrode 5. Intensywne chlodzenie ma miejsce korzystnie w sekcji chlodzenia, lecz w szczegól¬ nych przypadkach jest równiez przeprowadzane za rolkami 7, Predkosc przesuwu w kierunku pokazanym strzalka i odpowiednio predkosc robocza wyrobu 1 jak równiez natezenie pradu doplywajacego do elektrod 3 i 5 sa dokladnie okreslone. Regu¬ lacja podczas dzialania urzadzenia jest przepro¬ wadzana dla stalego natezenia pradu w przy¬ padku stalej predkosci roboczej. Temperatura jest wylbrana przez przerywana lub ciagla, korzystnie automatyczna regulacje natezenia pradu. Tempe¬ ratura moze byc regulowana z dowolna doklad¬ noscia. Jesli zna sie opornosc wlasciwa, przekrój i ogrzewana dlugosc wyrobu, regulacje tempera¬ tury mozna przeprowadzic regulujac odpowied¬ nio gestosc pradu. Przez sterowanie zasilaniem mozna w szerokim zakresie uniezaleznic od sie¬ bie predkosc obróbki cieplnej,, predkosc przesu¬ wu materialu i dlugosc sekcji ogrzewania.Przestrzen sekcji ogrzewania jest wylozona warstwa ochronna, odbijajaca promieniowanie ciepilne i jest izolowana cieplnie od zewnatrz, przez co straty ciepla sa ograniczone do mini¬ mum, a w wyniku sprawnosc urzadzenia jest znacznie polepszona.Wyrób wykonany z aluminium lub ze stopu aluminium jest przesuwany przez mechanizmy prowadzace w sekcje ogrzewania ograniczona przez -dwie elektrody i jest tam ogrzewany. Me¬ chanizm prowadzacy umieszczony za sekcja ogrze¬ wania nadaje wyrobowi taka predkosc, ze za¬ równo w sekcji ogrzewania jak i w sekcji chlo¬ dzenia nie wystepuja naprezenia mechaniczne pomimo zmiany wymiarów; spowodowanej przez wplyw ciepla. Zadana wartosc temperatury jest regulowana w czasie dzialania przez sterowanie gestoscia pradu. Sterowanie to jest korzystnie automatyczne. Gestosc pradu jest regulowana przez regulacje transformatora sieciowego zasi¬ lacza. Mechanizmy prowadzace zapewniaja rów¬ nomierne predkosci wejsciowa i wyjsciowa wy¬ robu. Predkosci te sa okreslone przez zmiane wy¬ miarowa materialu spowodowana wplywem ciep¬ lo;.. Ich wielkosc jest podczas dzialania stala, "pomiedzy elektrodami ograniczajacymi sekcje ogrzewania wyrób tworzy polaczenie elektryczne 4 tych elektrod. Za pomoca pradu o natezeniu przykladowo 10 000 A i napieciu 1 V, plynacego przez* elektrody; wyrób jest szybko ogrzewany podczas* vW7ftxranego krótkiego okresu od 1 do 120 sekund; do temperatury przykladowo 400—600°C.Wyrób jest ogrzewany pradem stalym lub pra¬ dem przemiennym o czestotliwosci sieciowej. Za pomoca regulacja temperatury obróbki cieplnej gestoscia pradu mozna uzyskac z duza dokladnos¬ cia rzedu ±2°C, dowolna temperature w zakresie od 100 do 600°C. Bardzo maly okres obróbki Ciep¬ lnej,, przykladowo 10 sekund, umozliwia utrzy¬ manie bez pogorszenia wlasciwosci mechanicz¬ nych i fizycznych wyrobu i uzyskanie wysokich temperatur przejscia. Dzieki stosunkowo krótkiej sekcji ogrzewania, przykladowo o dlugosci kilku centymetrów lub ewentualnie kilku metrów zlik¬ widowane sa trudnosci w przesuwaniu obrabiane¬ go cieplnie materialu o zniniejszonej pod wply¬ wem ciepla wytrzymalosci.Ciecz przeplywajaca przez elektrode umieszczo¬ na na koncu sekcji ogrzewania oznacza równo¬ czesnie poczatek sekcji chlodzenia. W sekcji chlodzenia zapewniona jest stabilizacja stanu wytworzonego przez obróbke cieplna i dokladne sterowanie predkosci chlodzenia.Jesli zadane jest osiagniecie intensywnego chlo¬ dzenia w sekcji chlodzenia, chlodzenie powinno byc przeprowadzone za pomoca cieczy, korzyst¬ nie za pomoca natrysku wodnego na wyrób.W urzadzeniu wedlug wynalazku odleglosc po¬ miedzy dwoma mechanizmami jak równiez po¬ miedzy dwiema elektrodami moze byc latwo zmieniana odpowiednio do warunków procesu obróbki cieplnej. Predkosc kazdego z mechaniz¬ mów prowadzacych jest regulowana niezaleznie.W przypadku konwencjonalnego procesu ob¬ róbki cieplnej czas trwania procesu wynosi przy¬ kladowo 30 do 40 minut, natomiast w przypadku prowadzenia obróbki cieplnej sposobem wedlug wy¬ nalazku czas trwania procesu wynosi przykladowo tylko 0,5 do 1 minuty.Krótki czas trwania procesu oraz mala dlugosc sekcji ogrzewania umozliwiaja przeprowadzanie obróbki cieplnej w najwyzszej mozliwej w zada¬ nych granicach temperaturze, przez co czas trwa¬ nia procesu zmniejsza sie do minimum. W pew¬ nych przypadkach optymalnych czas trwania okresu podtrzymywania mozna zmniejszyc tak, ze sama obróbka cieplna stanowi jedynie poje¬ dynczy krótki okres czasu. Jest to korzystne, poniewaz krótki okres obróbki cieplnej praktycz¬ nie eliminuje niebezpieczenstwo powstania struk¬ tury gruboziarnistej.Obróbka cieplna zachodzi nagle i jednorodnie wzdluz dlugosci przekroju materialu, co umozli¬ wia wytwarzanie obrobionych cieplnie materia¬ lów o wskaznikach jakosciowych zawartych w scislych granicach tolerancji. Obróbki ciepdne o bardzo malym czasie trwania, przykladowo uderzenie cieplne, obróbka ciepOina zapobiegawcza, starzenie wstepne i tak dalej, poprawiaja znacz¬ nie wlasciwosci materialu, których polepszenie bylo dotychczas mozliwe jedynie w skali labo¬ ratoryjnej.Sposób i urzadzenie wedlug wynalazku nadaja sie zwlaszcza do prowadzenia obróbki ciaglej wyrobów i pólwyrobów wykonanych przez wal¬ cowanie w postaci dlugich pasów, ksztaltek bez konca, przez tloczenie, ciagnienie lub walcowa¬ nie odlewów takich jak prety, ksztaltki, rury, tasmy, druty i tak dalej.W ostatnich latach coraz czesciej stosowane sa 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6076 420 8 takie sposoby wytwarzania pólwyrobów, w któ¬ rych ksztaltowanie pólwyrobów na goraco lub na zimno jest przeprowadzane w sposób ciagly ze stosunkowo duza predkoscia. Powstaje przy tym trudnosc polegajaca na tym, ze koniecznosc przeprowadzenia obróbki cieplnej w srodku pro¬ cesu wytwarzania pólwyrobu przerywa ciaglosc produkcji. Zasadnicza zaleta sposobu prowadze¬ nia obróbki cieplnej wedlug wynalazku polega na tym, ze dzieki swej duzej wydajnosci pro¬ dukcyjnej obróbka cieplna moze byc wstawiona pomiedzy procesy formowania w taki sposób, ze ciaglosc procesu pozostaje nieprzerwana. PL PL