SU1446170A1 - Способ электроконтактного нагрева металлических деталей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способу электроконтактного нагрева металлических деталей, причем производитс  направленное воздействие на температурное поле детали перпендикул рно направлению протекани  тока в ней. Целью изобретени   вл етс  по- вьшение качества нагрева за счет распределени  температуры в поперечном сечении металлической детали. Дл  этого сначала нагреваема  деталь проводитс  через устройства нагрева и/или охлаждени , которые создают в детали неравномерное распределение температуры перпендикул рно направлению последующего протекани  тока, затем деталь нагреваетс  способом электроконтактного нагрева и/или дополнительно во врем  электроконтактного нагрева посредством известных устройств нагрева и/или охлаждени  определенной энергетической мощности , одновременно или последовательно действующих на деталь, в ее поперечном сечегаи создаетс  температурный градиент. 4 з.п. ф-лы. (Л

Description

4 4

О5

Изобретение относитс  к способу электроконтактного нагрева металлических изделий, причем температурное воздействие производ т перпендикул р но направлению протекани  тока.

При электроконтактном нагреве нагрев происходит благодар  непосред- cтвeннo fy превращению электрической энергии в тепло в детали, по кото- рой протекает ток. Распределение температуры в нагреваемой детали, как известно, зависит от силы тока, плотности, удельного тепла и от удельной электрической теплопровод- ности соответствующего материала относительно преобразовател  электрической энергии в тепло, от коэффициента теплопроводности, коэффициента теплопередачи, плотности и от удель- ного тепла соответствующего материал относительно условий излучени  тепла в окружающую среду.

Дл  определени  электрических 51араметров принципиально используетс устанавливающа с  поверхностна  темпратура детали, при этом не принимаетс  во внимание распределение температуры перпендикул рно направлению протекани  тока, которое  вл етс  результирующим из условий нагревани  и излучени .

Это относитс  ко всем известным способам электроконтактного нагрева металлических деталей.

Известен (патент ФРГ № 1262320, кл. 18 С 1/40, 1968) способ электроконтактного нагрева металлических деталей с дополнительным воздействием на температуру по сечению детали пер пендикул рно к направлению протекани  тока. Дополнительное воздействие осуществл ют водой или паром.

Недостатком при этом  вл етс  то, что исключаетс  установление требуе- мого распределени  температуры по поперечному сечению и не может быть получен определенный температурный градиент.

В результате условий нагревани  и излучени  посто нно происходит определенное распределение температуры п поперечному сечению, которое принимаетс  как данное. Это  вл етс  ка,к раз недостатком нагревани , так как получающеес  распределение температуры перпендикул рно направлению протекани  тока  вл етс  в большин5

0

0 5

5

стве случаев не таким, которое обеспечивает оптимальное решение проблемы.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества нагрева за счет обеспечени  неравномерного распределени  температуры в поперечном сечении металлической детали.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу электроконтактного нагрева металлических деталей с дополнительным воздействием на температуру по сечению детали перпендикул рно к направлению протеканию тока осуществл ют дополнительное воздействие путем создани  температурного градиента по сечению детали, тем- пературньм градиент создают путем нагрева и/или охлаждени , температурный градиент создают путем предварительного нагрева и/или охлаждени , температурньй градиент создают путем одновременного нагрева и/или охлаждени  с электроконтактным нагревом, температурньй градиент создают путем предварительного и одновременного нагрева и/или охлаждени  с электроконтактным нагревом.

Пример 1. Стальна  проволока М 45 диаметром 4 мм, длиной 500 мм с исходной температурой, например, нагреваетс  электрически посредством наложени  двух контактов.

Перед началом нагревани  током поверхность детали до глубины 0,5 мм нагревают внешним нагревательным устройством в виде цилиндрической электрически нагреваемой печи высокой мощности до температуры 200 С. После включени  блока питани  дл  электроконтактного нагрева с напр жением 40 В и временем воздействи  40 с получаетс  конечное распределение температуры от 950 С в зоне поперечного сечени , первоначально не подвергшейс  тепловому воздействию, до 720°С в предварительно нагретой краевой зоне.

Пример 2. Стальна  проволока М 78 диаметром 5,5 мм, выход ща  из разматьтател  со скоростью 20 м/мин, нагреваетс  электроконтактным спосо- бом посредством контактировани  в металлическом расплаве на длине 2000 мм (длине нагрева). Длина первой контактной ванны должна составл ть 1000 мм и ее температура 400 С. При таких услови х во врем  прохождени  проволоки через первую контактную

31

ванну происходит безконтактный нагрев ее поверхности на глубину 0,2 мм до 120°С, вследствие чего устанавливаетс  равномерное распределение тока перпендикул рно оси проволоки , которое ведет к равномерному распределению температуры в конце термической обработки. Равномерное распределение температуры перпенди- кул рно оси проволоки  вл етс  нежелательным , например, дл  последующего изотермического превращени  на стадии образовани  перлита. Дл  того чтобы создать требуемые услови  пре- вращени ,  дро проволоки должно иметь температуру 930°С, а ее приповерхностна  зона - 840°С. Дл  этого на рассто нии 300 мм от места входа проволоки во вторую контактную ван- ну должно быть установлено всесторонне охватывающее проволоку дополнительное устройство нагрева длиной 200 мм и мощностью 0,45 кВт, которое нагревает проволоку бесконтактным способом так, что благодар  увеличенному таким образом удельному электрическому сопротивлению проволоки до глубины 0,5 мм ее  дро имеет тем пературу на 80-100 К вьше, чем темпе ратура приповерхностной зоны, что приводит к созданию хороших изотермических условий превращени  касательно равномерности превращений на стадии образовани  перлита.

П р и м е р 3. Стальна  проволока М 78 диаметром 5,5 мм, выход ща  из разматывател  со скоростью 10 м/мин, нагреваетс  электроконтактным способом посредством контактировани  в ме- таллическом .расплаве на длине 2000 мм (длине нагрева). Длина первой контактной ванны должна составл ть 1000 мм и ее теьтература 400 С. При таких услови х при прохождении прово локи через первую контактную ванну происходит ее бесконтактньй нагрев до 150°С на глубине 0,5 мм и до 330 С на глубине 0,15 мм, вследствие чего к началу процесса нагрева устанавли- ваетс  неравномерное распределение тока перпендикул рно оси проволоки. Это приводит к тому, что сначала  д- .ро проволоки нагреваетс  быстрее, чем ее приповерхностна  зона, затем на рассто нии 120 мм от места выхода проволоки из первой контактной ванны обусловленна  температурой разница величин удельного электрического

704

сопротивлени   дра проволоки и ее приповерхностной зоны так велика, что приповерхностна  зона имеет значительно более высокую плотность ток и тем самым более высокую скорость нагрева. Этот процесс повтор етс  периодически (черные п тна) до входа проволоки во вторую контактную ванну и приводит к случайному распределению температуры перпендикул рно оси проволоки, которое ведет к образванию неоднородностей структуры, например, дл  послед тощей закалки. По зтой причине перед входом проволоки в первую контактную ванну она должна быть проведена через дополнительное ус7т)ойство нагрева мощностью 0,60 кВт, которое предварительно нагревает проволоку до на глубине 0,5 мм. Благодар  этому при выходе из первой контактной ванны температура  дра проволоки и ее приповерх лостной зоны отличаютс  лишь незначительно , что делает возможным равно- мерньй нагрев при термической обработке .

П р и м е р 4. Проволока М 45 диаметром 4 мм, выход ща  из разматывател  со скоростью 30 м/мин,нагреваетс  электроконтактным способом посредством контактировани  в металлическом расплаве на длине 2000 мм (длине нагрева). Длина первой контактной ванны должна составл ть 1000 мм и ее температура . При таких услови х при прохождении через первую контактную ванну проволока нагреваетс  до на глубине 0,11 мм. Благодар  установке дополнительного нагрева длиной 200 мм и мощностью 0,3 кВт, котора  всесторонне охватьюает проволоку, посредством бесконтактного нагрева достигаетс  повышение температуры приповерхностной зоны глубиной 0,2 мм до 140 К, Тем самым на выходе первой контактно ванны получаетс  распределение температуры перпендикул рно оси проволоки до до глубины 0,18 мм, что приводит к более быстрому нагрев  дра проволоки. Это. может быть необходимо при нагреве проволоки, изготовленной холодньй волочением, дл  того, чтобы обеспечить начинающуюс  в тот же -момент рекристаллизацию, котора  при обычном злектроконтакт- ном нагреве по причине различных коэффициентов деформации (в приповер5

ностной зоне вьше чем в  дре) начинетс  сначала в  дре и вызьюает неравномерные аустенитные превращени  После рекристаллизации по всему попречному сечению может быть достигнуто требуемое дл  изотермического превращени  на стадии образовани  перлита температурное распределение (в приповерхностной зоне ниже чем в  дре) посредством установки охлаждающего устройства длиной 250 мм и мощностью охлаждени  0,35 кВт,которое полностью охватьшает проволоку и расположено на рассто нии 300 мм от места входа проволоки во вторую контактную ванну.

На выходе охлаждающего устройства приповерхностна  зона проволоки на глубину 0,25 мм имеет темпе- ратуру на 195 К ниже, чем температура  дра, что вследствие меньшего удельного электрического сопротивлени  ведет к увеличению плотности тока в приповерхностной зоне, кото- рое в течение 0,25 с (120 мм) посл выхода проволоки из охлаждающего устройства повьпиает температуру приповерхностной зоны проволоки на 200 К по сравнению с температурой  дра. В течение следующих 0,25 с наоборот , температура  дра вьше температуры приповерхностной зоны. Таким образом к моменту входа во вторую контактную ванну проволоки имеет же лаемьш температурный профиль.

Пример 5. Проволока М 65 диаметром 6 мм, выход ща  из разматыв тел , нагреваетс  электроконтактным способом посредством контактировани в металлическом расплаве по длине 2000 мм. Длина первой контактной ваны составл ет 1000 мм и ее температ . Во врем  нагрева проволока дврем 

жна иметь более высокую температуру  дра по меньшей мере в течение 2 с, причем в качестве приповерхностной зоны принимаетс  глубина 0,3 мм. Пр соответствующем выборе скорости прот гивани  перва  контактна  ванна н р ду с функцией передачи электроэнегии может одновременно выполн ть функции дополнительного устройства нагрева.

При названных услови х проволока на глубине 0,3 мм в течение 4 с имеет температуру 260°С, что соответстет скорости прохождени  проволоки 15 м/мин. Сразу же после выхода про

волоки из первом контактной ванны она должна быть проведена через охватывающее ее со всех сторон дополнительное устройство нагрева длиной 50 мм и мощностью 0,62 кВт, которое в течение 2 с увеличивает удельное электрическое сопротивление приповерхностной зоны и тем самым повьшшет ее температуру . При выходе из дополнительного устройства нагрева в проволоке возникает периодическое изменение распределени  температуры приповерхностна  зона -  дро, которое приводит к тому, что при названных услови х в момент погружени  проволоки во вторую контактную ванну температура ее приповерхностной зоны выше температуры  дра.

П р и м е р 6. Проволока из МК 73 диаметром 4 мм, сматываема  с бунта со скоростью 20 м/мин, при контактировании в одном солевом растворе (1  контактна  ванна) и в расплаве соли (2-  контактна  ванна) нагреваетс  электроконтактным нагревом по длине 1500 мм. Длина 1-й контактной ванны tOOO мм. Температура в ней устанавливаетс  на -5°С с помощью холодильных труб, по которым пропускаетс  сжиженный воздух, проложенных в контактном растворе. Проволока находитс  в первой контактной ванне в течение 3 с и приобретает температуру -5 с до глубины 0,5 мм. За счет этого проволока на первых 120 мм участка отжига нагреваетс  в краевой зоне на 120 К/с быстрее, чем в зоне

сердцевины. При 500 С это обуславливает посто нство температуры в краево зоне в течение 0,8 с. На рассто нии 150 мм до входа во вторую контактную ванну проволока проходит через окружающее , ее устройство охлаждени  (воз- духообдувка и т.п.), вследствие чего на врем  0,5 с удельное электрическое сопротивление проволоки понижаетс  настолько, что температура краевой зоны при входе во вторую контактную ванну как минимум на 50 К превышает температуру в зоне сердцевины.

П р и м е р 7. Проволока из М 55 диаметром 4 мм, поперечное сечение которой в ходе холодного волочени  уменьшаетс  до 75-80%, после последней прот жки имеет температуру 165- . В устройстве охлаждени  длиной 1 м при прохождении со скоростью 15 м/мин проволока охлазкдаетс  на

7.

глубину до 0,5 мм до комнатной температуры . Затем проволока подвергаетс  кондукционному нагреву с помр- п;ью механических роликовых контакто Длина участка отжига 2,0 и. Вследствие устанавливающегос  низкого сопротивлени  в краевой зоне в начале участка отжига и благодар  дополнительному охлаждению на участке кон- дукционного нагрева, который оказывает действие на проволоку по длине 0,3 м на глубину до 0,3 мм до конца участка кондукционного нагрев устанавливаетс  такое распределение температуры по поперечному сечению проволоки, что температура в зоне сердцевины оказьшаетс  ниже Ас (2/3 поперечного сечени  проволоки)

8

контактную ванну, в которой происходит фазовое превращение.

П р и м е р 9. Проволока из М 45 диаметром 4,5 мм после волочени  через волоку из твердого сплава имеет температуру 180-200°С. Со скоростью 60 м/мин проволока проходит затем через устройство охлаждени  длиной 0,5 м, где охлаждаетс  на глубину 0,2 мм до 30°С. На последующем участке электроконтактного нагрева длиной 0,5 мм проволока попадает в дополнительный участок подогрева, который состоит из кольцевой горелки, начинаетс  через 0,3 м за первым контактированием , имеет длину 0,05 м и развивает мощность 1,1 кВт. Благодар  этому достигаетс  почти равномер

25

30

в ней поддерживаетс  на -5°С помощью холодильных труб, по кото35

а температура краевой зоны - вьше АС. 20 конечна  температура по попереч- Это позвол ет создать дл  последующего охлаждени  такой профиль температур , которьй обеспечивает закалку краевого сло  (1/3 общего поперечного сечени ).

Примере. Сматьюаема  с бунта проволока из М55 диаметром 3,5мм при контактировании в водном солевом растворе и в расплаве металла нагреваетс  электроконтактным нагревом по длине 1800 мм. Длина первой контактной ванны составл ет 800 мм. Температура с

рым течет жидкий азот. При скорости прохождени  24 м/мин проволока находитс  в 1-й контактной ванне в течение 2 с и приобретает при этом температуру -3°С на глубину до 0,8 мм. За счет этого проволока на первых 200 мм участка отжига нагреваетс  в краевой зоне на 100 К/с быстрее, чем в зоне сердцевины. Вследствие этого при температура остаетс  посто нной в течение 0,5 с. На рассто нии 200 мм до входа во вторую контактную ванну проволока проходит через окружающее ее устройство дополнительного нагрева длиной макс. 50 мм и мощностью 0,5 кВт, в результате чего на врем  0,5 с удельное электрическое сопротивление проволоки повьш аетс  и тем самым создаетс  повьшгенна  температура зоны сердцевины . С таким распределением температуры проволока поступает во 2-ю

40

45

50

55

Claims (5)

1.Способ электроконтактного нагрева металлических деталей с дополнительным воздействием на температуру по сечению детали перпендикул рно к направлению протеканию тока, о тл и ч а ю щ и и с   тем, что дополнительное воздействие осуществл ют путем создани  температурного градиента по сечению детали.

2.Способ.по П.1, о т л и ч а ющ и и с   тем, что температурный градиент создают путем нагрева и/или охлаждени  .

3.Способ по ПП.1 и 2, отличающийс  тем, что температурный градиент создают путем предварительного нагрева и/или охлаждени .

4.Способ по ПП.1 и 2, отличающийс  тем, что температурный градиент создают путем одновременного нагрева и/или охлаждени  с электро контактньм нагревом.

5.Способ по ПП.1 и 2, отличаю щ и и с   тем, что температурный градиент создают путем предварительного и одновременного нагрева и/1ти охлаждени  с электроконтактным нагревом.

конечна  температура по попереч-

ному сечению проволоки в конце участка злектроконтактного нагрева, что позвол ет создать при последующем охлаждении равномерную однородную структуру по поперечному сечению проволоки. Формула изобретени 

1.Способ электроконтактного нагрева металлических деталей с дополнительным воздействием на температуру по сечению детали перпендикул рно к направлению протеканию тока, о тл и ч а ю щ и и с   тем, что дополнительное воздействие осуществл ют путем создани  температурного градиента по сечению детали.

2.Способ.по П.1, о т л и ч а ющ и и с   тем, что температурный градиент создают путем нагрева и/или охлаждени  .

3.Способ по ПП.1 и 2, отличающийс  тем, что температурный градиент создают путем предварительного нагрева и/или охлаждени .

4.Способ по ПП.1 и 2, отличающийс  тем, что температурный градиент создают путем одновременного нагрева и/или охлаждени  с электро- контактньм нагревом.

5.Способ по ПП.1 и 2, отличаю щ и и с   тем, что температурный градиент создают путем предварительного и одновременного нагрева и/1ти охлаждени  с электроконтактным нагревом.