SU1070187A1 - Способ охлаждени крупных деталей с осевым отверстием при термической обработке - Google Patents

Abstract

1,СПОСОБ ОХЛМКДЕНИЯ КРУПНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ОСЕВЫМ ОТВЕРСТИЕМ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ преимущественно прокатных валков при отпуске, включающий охлаждение внешней поверхности с одновременным охлаждением по верхности осевого отверсти , о т ли чающий с   тем, что, с целью повышени  эксплуатационной надежности деталей путем оптимального распределени  остаточных напр жений по сечению,охлаждение поверхности осевого отверсти .осуществл ют путем продувки его воздухом со скоростью 8-16 м/с. 2. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что охлаждение поверхности осевого отверсти  начи (Л нают за 2-20 ч до начала охлаждени  внешней поверхности.

Description

эо

Изобретение относитс  к металлургии и машиностроению и может быть использовано при термической обработке рабочих и опорных валков листовых станов, а также полых осесимметричных деталей различного назначени . Известен способ охлаждени  в печи крупных валков диаметром более 1000 мм при термической обработке после отпуска 400-650с с регламенти руемой скоростью снижени  температур печного пространства 10-25 с/ч C1J« Недостаток способа заключаетс  в том, что несмотр  на ограничение ско рости охлаждени  раст гивающие остаточные напр жени  в осевой зоне валков достигают высоких значений, близ ких к пределу текучести. Такое напр  женное состо ние опасно с точки зрени  образовани  трещин и последующего разрушени  валков в процессе эксплуатации , того, известный спо соб характеризуетс  большой продолжительностью (дес тки часов). Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому  вл етс  способ термической обработки валков холодной прокатки, включающий одновременное принудительное охла хдение валка с внешней стороны и со стороны осевого отверсти , осуществл емое с псмощью спрей ера 2 J. Недостаток известного способа заключаетс  в том, что при высокой интенсивности охлаждени  осевого отверсти  температура его поверхности быстро снижаетс  до уровн , слишком низкого дл  протекани  процессов релаксации. При резком охлаждении по верхности осевого отверсти  (например , спрейером или проточной водой) в прилегавшем слое могут возникнуть временные раст гивающие напр жени , превышающие Предел текучести стали. В этом случае также происход т плас тические деформации, но скорость их накоплени  чрезвычайно высока . При напр ;: ени х, сравнимых с пределом текучести, с учетом возможного наличи  дефектов металла в осевой зоне это может привестик по влению тре щин и разрушению валка. I Цель изобретени  - повышение эксплуатационной надежности деталей за счет благопри тного распределени  остаточных напр жений по,сечению. .Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу охлаждени  крупных деталей с осевым отверстием при термической обработке преимущест венно прокатных валков.при отпуске, включающему охлаждение внешней поверхности с одновременным охлаждением поверхности осевого отверсти , охлаждение поверхности осевого отвер сти  осуществл ют путем продуБки его воздухом со скоростью 8-16 м/с. При этом дл  увеличени  интенсивности процессов релаксации охлаждение поверхности осевого отверсти  начинают за 2-20 часов до начала охлаждени  внешней поверхности. Возника1 цие при продувке в прилегающих сло х раст гивающие напр жени  активно релаксируют при повьлиенных температурах (450-650°С). Происходит накопление пластических деформаций в зоне осевого отверсти , которые при окончательном охлаждении привод т к сжимающим напр жени м в этой зоне. Указанные значени  скорости продувки реально обеспечиваютс  при использовании обычных дутьевых вентил торов и направл ющих воздуховодов . Нижн   граница указанного интервала скоростей продувки (8 м/с/ обусловлена необходимостью достаточно эффективного теплоотбора с поверхности осевого отверсти . В свою очередь, это необходимо дл  создани  заданного температурного Градиента по сечению детали во врем  охла кдени , привод щего в конечном итоге к снижению раст гивающих остаточных напр жений и переходу их в сжимаквдие в зоне осевого отверсти . Верхн   граница интервала скорости продувки (16 м/с) ограничиваетс  величиной допустимых временных раст гивающих напр жений в сечении . Продувку осуществл ют воздухом, забираемьЕУ из цеха, имеющим в зависимости от времени года температуру 10-40°С. Процесс продувки необходимо начинать одновременно Или с некоторьм опережением по отношению к началу охлаждени  наружной поверхности детали. Опережение охлаждени  осевого отверсти  приводит к увеличению интенсивности релаксации, поскольку она протекает при более высоких температурах , чем при одновременном охлаждении внутренней и внешней поверхностей детали. Это способствует большему накоплению пластических деформаций , а следовательно, и большим ос .таточным сжимающим напр жени м в зоне осевого отверсти . Более позднее начало продувки приводит к снижению сжимающих остаточных напр ;: ений на гЮверхности осевого отверсти  из-за менее интенсивного процесса релаксации временных раст гивающих напр жений . Величина опережени  определ етс  уровнем максимальных временных напр жений раст жений и скоростью продувки. Чем выше скорость продувки , тем меньше величина опережени .

так как скорее достигаютс  максимальные временные напр жени . Дл  скорости продувки 8 м/с допустшФ1е .временные напр жени  300 МПа достигаютс  при опережении 20 ч, дл  16 м/с - через 2 ч.

На фиг. 1 приведена зависимость максимальных временных ( 1 о,х и остаточных напр жеТ ш на поверхности осевс5го отверсти  от коэффициента теплоотдачи; на фиг. 2 зависимость ма:ксимальных временных напр жений г сечении валка от времени опережени  начала охлаждени  поверхности осевого отверсти  по сравнению с поверхностью; на фиг. 3эпюры остаточных напр жений.

Пример. На ЭВМ ЕСЮ22 провод т моделирование охлаждени  от темпера .туры отпуска опорного ролика стана ТЛС-5000 из стали 70Х2МФБ по способу-прототипу и по предлагаемому способу. Размеры ролика: диаметр бочки 2100 мм, длина бочки 2100 мм, диаметр осевого отверсти  300 мм. На фиг. 1 приведена зависимость максимальных временных и остаточных напр жений от интенсивности теплоотвода (коэффициент о( теплоотдачи ) дл  случа  охлаждени  с температуры отпуска 540°С опорного ролика стана ТЛС-5000 С увеличением коэффициента теплоот- дачи от воздушного охлаждени  к спрейеру (т.е. к способу-прототипу) максимальные временные напр жени  в сечении увеличиваютс , остаточные напр жени  на поверхности осевого канала уменьшаютс . При охлаждении осевого отверсти  с коэффициентом теплоотдачи более 35 Вт/м -град максимальные временные раст гивающие напр жени  возрастают до уровн  300 МПа что составл ет 90% от предела текучести стали при данной температуре. Таким образом, при увеличении коэффициента теплоотдачи с поверхности осевого отверсти  в процессе охлаж-. дени  крупных прокатных валков свыше

35Вт/м трад и переходе к спрейерному охла одению максимальные временные напр жени  достигают опасных значений . Интенсивность охлаждени  осевог отверсти  не должна превышать

36Вт/м Град, что соответствуетпродувке холодным (2 Ос воздухом со скоростью 16 м/с.

При значени х коэффициента теплоотдачи менее 20 Вт/м -град, что соот ,ветствует скорости продувки менее 8 м/с, максимальные временные напр жени  не превосход т 200 МПа, но из|за слабого протекани  релаксации на поверхности осевого отверсти  после охлаждени  его до комнатной темпера туры формируютс  раст гиваквдне напр жени . При скорости продувки 5,5 м/с остаточные напр жени  6 . 32 МПа, при V 4 м/с 50 МПа. Интенсивность охла д§еии  осевого канала при продувке должна быть .строго регламентирована.

Таким образом, предлагаемыйлспособ охлаждени  по сравнению с иэвестньм позвол ет сформировать благрпри тную эпюру остаточных напр жений и устранить возможность разрушени  депали во врем  охлаждени .

При опережении охлаждени  внешней поверхности при тех же скорост х продувки (16 м/с) возникают более высокие остаточные сжимающие напр жени  на поверхности осевого канала, что приводит к более благопри тной.эпюре распределени  напр жений. Кроме того , в этом случае заданный уровень сжимающих напр жений можно достю1Ь при меньших скорост х продувки.

На эпюрах (фиг. 3) обозначены 1 - одновременное охлаждение наружной и внутренней поверхностей, скорость продувки 16 м/с; 2 - опережение охлаждени  внутренней поверхности 20 ч, скорость продувки 8 м/с; 3 - опережение охлаждени  внутренней поверхности 3 ч, 16 м/с.

За базовый объект прин т способ охлаждени  крупных деталей с осевым отверстием при термической обработке указанный в качестве аналога.

При использовании предлагаемого способа по сравнению с прототипом и базовьм объектом остаточные максимальные раст гивающие напр жени  снижаютс  на 20-25%, максимум напр жений перемещаетс  на О,3-0,5R вглубь сечени  с поверхности осевого отверсти . В последнем образуютс  сжимающие остаточные напр жени  до глубины 0,15R детали.

Таким образом, предлагаемый способ охлаждени  крупных деталей с осевым отверстием преимущественно проканых валков позвол ет предотвратить преждевременное их разрушение из-за высоких остаточных напр жений, повьгсить надежность и долговечность в эксплуатации.

Ожидаемый экономический эффект от использовани  изобретени  составит около 240 тыс.руб. в год. axAfMrdeffue от mef nepermyflbt omnyc/(a

Продолжительность

фиг.2 pexufta BfteffA опережени  , Нагреб на отпуск

Claims (2)

1. (571 1,СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ КРУПНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ОСЕВЫМ ОТВЕРСТИЕМ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ преимущественно прокатных валков при отпуске, включающий охлаждение внешней поверхности с одновременным охлаждением по• верхности осевого отверстия, отличающий с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности деталей путем оптимального распределения остаточных напряжений по сечению,охлаждение поверхности осевого отверстия осуществляют путем продувки его воздухом со скоростью 8-16 м/с.
2. 2. Способ по π. 1, отличающийся тем, что охлаждение поверхности осевого отверстия начинают за 2-20 ч до начала охлаждения

   Sib, 1070187 внешней поверхности.