SU847528A1

SU847528A1 - Method of heat treatment of metallic articles in inductor

Info

Publication number: SU847528A1
Application number: SU792757642A
Authority: SU
Inventors: Лев Сергеевич Зимин; Эдгар Яковлевич Рапопорт; Олег Николаевич Турпак
Original assignee: Куйбышевский Политехнический Институтим. B.B.Куйбышева; Институт Металлургии Им. A.A.Байковаан Cccp
Priority date: 1979-04-23
Filing date: 1979-04-23
Publication date: 1981-07-15

Description

Изобретение относится к электро- термин и может быть использовано в высокопроизводительных технологических процессах для сквозного нагрева _ металлических изделий перед обработ- ⁵кой давлением.The invention relates to electro-term and may be used in manufacturing processes for high-through heating of metal products before _ obrabot- ⁵ Coy pressure.

Известен способ ускоренного индукционного нагрева, при котором производят нагрев изделий на полной мощности индуктора до достижения поверхностью максимально возможной температуры. Затем к индуктору подводят мощность, необходимую для поддержания температуры поверхности на указанном уровне до выравнивания 15 по сечению изделия. При этом частота тока индуктора выбирается из условия достижения достаточно высокого КПД [1] . 'A known method of accelerated induction heating, in which the products are heated at full power of the inductor until the surface reaches the maximum possible temperature. Then, the power necessary to maintain the surface temperature at the indicated level until leveling 15 over the product cross section is brought to the inductor. The current frequency of the inductor is selected from the condition of achieving a sufficiently high efficiency [1]. ''

Недостатком данного способа являет-20 ся невозможность достижения минимального времени цикла нагрев - выдержана.The disadvantage of this method is the inability to achieve the minimum heating cycle time - sustained.

Наиболее близким к изобретению пр _ технической сущности является способ 25 термообработки металлических изделий в индукторе, при котором производят нагрев изделий, подключением индуктора на полное напряжение питания на заданное время, затем отключают ин- 30 дуктор и выдерживают изделие в течение времени, необходимом для выравнивания температуры по сечению, причем нагрев ведут с изменением частоты питания и поддерживают при этом cosM¹ близким к единице [2] .Closest to the invention, pr_ technical essence is a method 25 for heat treatment of metal products in an inductor, in which the products are heated by connecting the inductor to the full supply voltage for a specified time, then the inverter 30 is turned off and the product is held for the time necessary to equalize the temperature along the cross section, moreover, heating is carried out with a change in the supply frequency and at the same time maintain cosM ¹ close to unity [2].

Однако этот способ не обеспечивает минимального времени цикла нагрев - выдержка, что снижает производительность установки.However, this method does not provide a minimum heating-shutter cycle time, which reduces the productivity of the installation.

Цель изобретения -увеличение производительности процесса.The purpose of the invention is to increase the productivity of the process.

Для достижение этой цели нагрев проводят в три этапа, на первом из которых частоту питания поддерживают на уровне на втором этапе плавно снижают частоту до величины · на третьем частоту поддерживают на уровне f_m;_n, при этом ί^_ηвыбирают из соотношения frniri-fc J · f_WQXопределяется по формуле ' (5·503)^α·ΡTo achieve this goal, heating is carried out in three stages, at the first of which the power frequency is maintained at the second stage, the frequency is gradually reduced to a value of · at the third frequency, it is maintained at f _m ; _n , while ί ^ _{η is} chosen from the relation frniri-fc J · f _WQX is determined by the formula '(5 · 503) ^α · Ρ

We* ’ где Λ - радиус изделия;We * ’where Λ is the radius of the product;

Д- магнитная проницаемость металла изделия;D is the magnetic permeability of the metal product;

f>- удельное сопротивление металла изделия.f> is the specific resistance of the metal product.

На фиг. 1 изображена программа изменения мощности P(t) во времени; на фиг. 2 - программа изменения частоты f(t) во времени; на фиг. 3 зависимость электрического КПД системы индуктор - изделие от частоты; на фиг. 4 - кривые изменения вО-времени температур поверхности и центра изделия при регулировании частоты Т_п (t) и T₄(t) и при постоянной частоте T_n' (t) и Ц (t); на фиг. 5 - распределение температуры по радиусу нагреваемого изделия Т(г) в конце оптимального процесса.In FIG. 1 shows a program for changing the power P (t) in time; in FIG. 2 - a program for changing the frequency f (t) in time; in FIG. 3 dependence of the electrical efficiency of the inductor - product system on frequency; in FIG. 4 - curves of changes in O-time of the surface temperature and the center of the product when controlling the frequency T _p (t) and T ₄ (t) and at a constant frequency T _n '(t) and C (t); in FIG. 5 - temperature distribution along the radius of the heated product T (g) at the end of the optimal process.

Оптимальный процесс цикла организован следующим образом.The optimal cycle process is organized as follows.

На протяжении определенного нагрева потребляется максимальная мощность ^ртсг* На этом интервале частота питающего тока изменяется по трем участка I , II, III. На участке I частота f = ~ c<?nst , где целесообразно выбирать из соотношения ^ 5- 503^ ВDuring a certain heating, the maximum power ^p tsg is consumed * At this interval, the frequency of the supply current changes over three sections I, II, III. In section I, the frequency f = ~ c <? Nst, where it is advisable to choose ^ 5-503 ^ B from the relation

т.е. когда обеспечивается достаточно высокий электрический КПД. При этом желательно работать на частоте, соответствующей нижнему пределу этого соотношения, так как чем ниже частота, тем более равномерно прогревается изделие. Однако выбор f_molx ниже рекомендуемого уровня резко снижает КПД и тем самым уменьшает мощность, выделяющуюся в изделии, что увеличивает время нагрева. На участке I нагрева кривые Тц(О, T_n(t) .и η (t) и Т)) (t) температур в центре изделия и на поверхности совпадают. На участке I I при t > , где - время начала уменьшения частоты, частота плавно’ снижается ^от где f^^|f_mdX.npH этом перепад температур поверхности и центра Т_п — -ТцВ предлагаемом способе снижается по сравнению с известными способами. Это объясняется более интенсивным прогревом глубинных слоев изделия. В момент времени частота достигает своего, нижнего значения f_m'_n и на третьем этапе поддерживается на этом уровне. Перепад температур поверхности и центра продолжает уменьшаться. В момент времени t_R нагрев прекращается и начинается этап выдержки, длительность которого t$. Этот этап заканчивается, когда температура поверхности и центра сравниваются.those. when a sufficiently high electrical efficiency is provided. It is advisable to work at a frequency corresponding to the lower limit of this ratio, since the lower the frequency, the more uniformly the product warms up. However, choosing f _molx below the recommended level sharply reduces the efficiency and thereby reduces the power released in the product, which increases the heating time. In the heating section I curves Tij (G, T _n (t) .i η (t) and T)) (t) the temperature in the center of the product and on the surface of the same. In section II, at t>, where is the start time of the decrease in frequency, the frequency gradually decreases ^from where f ^^ | f _mdX .npH this difference in temperature of the surface and center T _n - -TsV of the proposed method is reduced in comparison with known methods. This is due to more intense heating of the deep layers of the product. At a point in time, the frequency reaches its lower value f _m ' _n and is maintained at this level in the third stage. The temperature difference between the surface and the center continues to decrease. At time t _R, heating ceases and the holding step begins, the duration of which is t $. This step ends when the surface and center temperatures are compared.

В этом случае температуры всех промежуточных слоев попадут в заданный допуск температур по сечению заготовкиIn this case, the temperatures of all the intermediate layers will fall within the specified temperature tolerance over the workpiece section

Закон изменения частоты на участке I I зависит от геометрических, теплофизических и электромагнитных параметров и может быть рассчитан известными методами. Посколькуоегулированйе частоты в процессе нагрева приводит к изменению cos¹/ системы индуктор - изделие, необходима автоматическая стабилизация требуемой величины cos^. Рассмотрим процесс нагрева цилиндрического слитка из титанового сплава диаметром 960 мм до 1050°С. На первой стадии процесса поддерживается максимальная мощность нагрева Ртах= 100 кВт/м² и частота ^παχ= 50 Гц. Эта стадия заканчивается*в момент t-f достижения температуры поверхности слитка, равной 0,8 T_3cJ. и составляющей 840°С. Соответствующее значение е_и= 61 мин. Затем при Р_тсАХ=100 кВт/м² частота снижается по закону f = 4 ( 58 exp)-0,08 (t—11)-15²'* до значения ^^=12 Гц в течение t2 ~ Ά ⁼ 16,2 мин, после чего частота выдерживается на уровне f= 12 Гц по-прежнему при полной мощности нагрева PTnc(1t=100 кВт/м'²· на протяжении tH - t^=4,6 мин. Момент фиксируется по достижению температуры поверхности слитка равной 1,1 ЪаА⁼^150°С. На этом заканчивается интервал нагрева, длительность которого t_H = 61 + 16,2 + 4,6 = 81,8 мин. На втором интервале выравнивания температур длительностью 11,6 мин источник питания полностью отключается. Момент окончания всего процесса фиксируется при достижении равенства температуры поверхности и центра слитка на уровне 1000°С. Длительность процесса нагрева t_H + t._B= 81,8 + + 11,6 = 93,4 мин при точности нагрева! 45°С. Минимальное время процесса нагрева при постоянной частоте f = 50 Гц = const составляет для той же точности (±45°С) 99,5 мин. Таким образом, использование предлагаемого способа сокращает время процесса на 6%.The law of frequency variation in section II depends on geometric, thermophysical and electromagnetic parameters and can be calculated by known methods. Since frequency regulation during heating leads to a change in cos ¹ / inductor-product system, automatic stabilization of the required cos ^ value is necessary. Consider the process of heating a cylindrical ingot of titanium alloy with a diameter of 960 mm to 1050 ° C. At the first stage of the process, the maximum heating power is Pmax = 100 kW / m ² and the frequency ^ παχ = 50 Hz. This stage ends * at the moment tf of reaching the surface temperature of the ingot equal to 0.8 T _3cJ . and component 840 ° C. The corresponding value of e _and = 61 min. Then, at P _tsAX = 100 kW / m ^{2, the} frequency decreases according to the law f = 4 (58 exp) -0.08 (t-11) -15 ² '* to the value ^ ^ = 12 Hz for t2 ~ Ά ⁼ 16, 2 min, after which the frequency is maintained at f = 12 Hz, as before, at full heating power PTnc (1t = 100 kW / m ² · for tH - t ^ = 4.6 min. The moment is fixed upon reaching the surface temperature of the ingot equal to 1.1 aA ⁼ 150 ° C. At the end of heating interval whose duration t _H = 61 + 16.2 + 4.6 = 81.8 min. In the second temperature range equalization duration 11.6 min pack is completely turns off. The moment of the end of everything the process is fixed when the surface temperature and the center of the ingot are equal at the level of 1000 ° C. The duration of the heating process is t _H + t. _B = 81.8 + + 11.6 = 93.4 min with a heating accuracy of! 45 ° C. The minimum process time heating at a constant frequency f = 50 Hz = const for the same accuracy (± 45 ° C) 99.5 minutes Thus, the use of the proposed method reduces the process time by 6%.

Использование предлагаемого способа позволяет снизить общее время всего цикла нагрев - выдержка в среднем на 10% при сохранении точности распределения температур по сечению изделия.Using the proposed method allows to reduce the total time of the entire heating cycle - exposure by an average of 10% while maintaining the accuracy of temperature distribution over the product cross section.

Claims

p is the resistivity of the metal product. FIG. 1 shows a program for varying the power P (t) over time; in fig. 2 - program for changing the frequency f (t) with time; in fig. 3 depending on the efficiency of the electrical system CI | darka inductor - the product of frequency; naf, ig. 4 - curves of the variation of the BC., Bgemeni-temperature of the surface and center of the product when adjusting the frequency Tp (t) and Tu, (t) and at constant TD (t); at the frequency T, FIG. 5 - temperature distribution along the radius of the heated product T (g) at the end of the optimal process. The optimal cycle process is organized as follows. During a certain heating, the maximum power is consumed. In this interval, the frequency of the power of a current varies in three sections I, II, ill. In section I, the frequency f fma-n is cpnst, where fma% it is advisable to choose from the ratio 5-503Я-R, ie, when a sufficiently high electrical efficiency is achieved. It is desirable to operate at a frequency corresponding to the lower limit of this ratio, since the lower the frequency, the more uniformly the product warms up. However, the choice below the recommended level dramatically reduces the efficiency and thereby decreases the power released in the product, which increases the heating time. In the heating section, the curves TC (1), Tn (t). And TL | (t) and Tf, (t) the temperature in the center of the product and on the surface coincide. In section II at t t where t is the time of the beginning of the frequency reduction, the frequency smoothly decreases ml p. Where f / | ffndX-nPH is the temperature difference between the surface and the T-TCV center temperature of the proposed method is reduced compared with the known methods. This is due to more intense heating of the deeper layers of the product. At the time tg, the frequency reaches its lower value and at the third stage is maintained at this level. The temperature difference between the surface and the center continues to decrease. At the time point t, the heating stops at and the soaking phase begins, the duration of which is tg. This stage ends when the surface and center temperatures are compared. In this case, the temperatures of all the intermediate layers will fall within the specified temperature tolerance over the cross section of the workpiece Tgad ± € The law of frequency variation in section I depends on the geometric, thermal and electromagnetic parameters and can be calculated using known methods, since frequency adjustment during heating causes a change in cos inductor systems are products, automatic stabilization of the required cosif value is necessary. Consider the process of heating a cylindrical titanium alloy ingot with a diameter of 960 mm to. In the first stage of the process, the maximum heating power of Pnicix is 100 kW / m and the frequency f is 50 Hz. This stage ends at the moment t- (reaching an ingot surface temperature of 0.8 Tz. And 840 .. The corresponding t value is 61 minutes. Then, at Vnc (kW / m, the frequency decreases according to the law (58 exp) -O, 08 {tt) -15 to the value of f, 12 Hz for t - t 16.2 min, after which the frequency is maintained at the level f, -, 12 Hz is still at full power of heating Рт, s (kW / m-per flow t -, 6 minutes. The moment t is fixed when the surface temperature of the ingot is equal to 1.1 T-per; y И О C. This ends the heating interval, the duration of which is ty, 61 + 16.2 + 4.6 1.6.88 minutes on the second interval of temperature equalization with a duration of 11.6 minutes, the power source is completely turned off. The end of the whole process is fixed when the surface temperature and the center of the ingot are equal to the level. The duration of the heating process is t + tg 81.8 + 11.6 93.4 minutes with accuracy The minimum heating process at a constant frequency of 50 Hz const is for the same accuracy () 99.5 minutes. Thus, the use of the proposed method reduces the process time by s; 6%. The use of the proposed method makes it possible to reduce the total time of the whole heating cycle by an average of 10% while maintaining the accuracy of temperature distribution over the cross section of the product. The invention The method of heat treatment of metal products in an inductor, in which products are heated by connecting an inductor to the full supply voltage for a specified time, then disconnecting the inductor and holding the product for the time necessary to equalize the temperature over the cross section, and the heating

the power frequency is changed and maintained at an etot cos if close to one, characterized in that, in order to increase the productivity of the process, heating is carried out in three stages, at the first of which the frequency of power 1 is maintained at the second stage level; to the value of fmVn at the third frequency is maintained at the level, while f, is chosen from the ratio

rnan is determined by the formula

man

(5-503) - /

mcjui 2-e.RCl

where R is the radius of the product;

And magnetic permeability. metal products;

P is the resistivity of the metal product.

Information sources,

taken into account in the examination

1 -YAITSKOV S.A. Accelerated isothermal induction heating

forging blanks. M.-L., Mashgie 1962, p. 5-8.

2. Shamov A.N. and others. Design and operation of high-frequency installations. L., Mechanical Engineering,; i974, p. 86-114.

f tats

Jffmcl

I

.fsconst ilrar J ..