SU981402A1 - Способ нагрева крупных деталей с осевым отверстием - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к термической обработке и может примен тьс , например , при термической обработке рабочих и опорных валков листовых станов, а так же полых валов различного назначени  из высокопрочных сталей. Известен способ нагрева крупньхх деталей , состо щий в посадке холодной детали в печь с температурой 2ОО-250 С, ; повышении температуры печи со скоросдтью 2О-30/ч до заданной температуры .нагрева детали и последующей выдержке при этой температуре длительностью 1,5-2 ч .на 100 мм сечени  l . Недостатками этого способа  вл .ютс  возникновение высоких временных осевых напр жений, опасных с точки зрени  возникновени  трещин, особенно дл  крупных деталей, и больша  длительность. Известен способ предварительного по- догрева рабочих (диаметром более 56Омм и опорных валков хододной прокатки пере поверхностной закалкой ТПЧ. Он включае посадку валка в печь, нагретую до 2ОО- 25О С, выдержку при этой температуре в течение 3-х ч, повышение температуры печи со скоростью ЗО /ч i до требуемой температуры подогрева валка и последующую выдержку до выравнивани  температуры по сечению 2j. Основной недостаток этого способа заключаетс  в том, что, несмотр  на от носите ьно невысокую интенсивность теплоподвода к поверхности валка в процессе подогрева, раст гивающие напр жени  в осевой зоне достигают высоких значений, близких к пределу текучести. Это представл ет значительную опасность с точки зрен;ш возникновени  трещин, с учетом положени  критической температуры хрупкости (дл  заэвтектоиднЫх валт-; ковых сталей +1ОО-2ООс), а также с учетом наличи  в осевой зоне различного рода концентраторов напр жений, в основном дефектов технологичос1кого происхождени  (раковин, рыхлот, несплошностей и т-д.). Кроме того, способ характериэуетс  большой длительностью (более 50 ч). Известен также способ нагрева сталь ных поковок с осевым каналом, включак щий регулирование градиента температур по сечению путем охлаждени  осевого от г -1 Ьарсти  водой или воздухом . Однако и при обработке этим способо раст гивающие напр жени  в осевой зоне достигают высоких значений, которые вызывают возникновение трещин. Целью изобретени   вл етс  предотвр щение трещинообразовани  за счет снижени  временных раст гивающих напр же ний, обеспечени  их благопри тного распределени  по сечентпо, а также сокраще ние общей длительности процесса. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу нагрева крупных деталей с осевым отверстием с регулированием градиента температуры по их сечению путем продувки осевого отверсти  воздухом, продувку осевого отверсти  осуществл ют гор чим воздухом с температурой не ниже температуры нагрзва и: скоростью не менее 10 м/с. Скорость продувки гор чим воздухом с температурой не ниже температуры нагрева и скоростью не менее 10 м/с обусловлена необходимостью эффективного теплоподвода к поверхности осевого отверсти . П р и м 6 р. На ЭВМ ЕС 1022 моделируют процесс подогрева опорного ваЛ1ш стана ТЛС-5000 из стали типа 65 ХЗМФА по предлагаемому и извесо вому способам. Расчет температурных полей и ннпр женно-дефо1мированного состо ни  валка термообработке провод т численно методом конечных элементов с шагом разбиени  по радиусу валка Д Г 35 мм, и разбиением по времени Л 0,05 ч. Размеры валка: диаметр бочки 2100мм длина бочки 48ОО мм; диаметр осевого отверсти  70О мм; температура подогрева валка . . Нагрев по известному способу включаег посадку валка в печь с температурой 540°С, равной заданной температуре вагрева, выдержку с одновременным охлаждением осевого отверсти  проду&кой воздухом с температурой со скоростью 10 м/с. Нагрев по предлагаемому способу: позсадка Bajma в печь с температурой 5 4 , равдай заданной температуре нагрева, выдержка с одновременной продувкой атмосферы печи через осевое отверстие со с соростью 10 м/с. При nocaJuje валка происходит падение температуры печи на 1ОО®С, скорость восстановлени  температуры печи до исходного уровн  . Наибольшего значени  временные наЙр жени  в сечении достигают в момент времени, соответствующий максиь а ьному температурному перепаду по сечению. Дл  известного режима указанный момент времени равен 3,22 ч (перепад температуры по сечениюAt(-Qc(x4224®C). В предлагаемого режтша продолжительность достижени  максимального перепада температуры меньше 3,92 ч при . Дл  указанных моментов времени, применительно к известному и предлагаемому режимам, методом конечных разностей на ЭВМ ЕСЮ22 рассчитано напр женно-дефор 1ированное состо ние в валке. На фиг. 1 представлено распределение временных осевых напр жений и температуры по сечению валка 2100 мм в момент максимального перепада температуры (ДТ ) при нагреве по известному способу; на . 2 - то же, в момент макс1шального перепада температуры (iT«l7O C) при нагреве по предлагаемому способу. При нагреве по известному режиму (фиг. 1)распределение температуры по сечению детали монотонное.Максимальные в сечении раст гивающие напр жени  возникают на поверхности осевого канала,т.е. в наиболее опасной с точки зрени  :возникновени  трещин зоне сечени .Величина напр - . женйй составл ет 20 8 МПа (21 кгс/мм) и достигает 65% предела текучести стали при соответствующей температуре ( ). в случае предлагаемого решени  (фиг.2), с продувкой печной атмосферы через осевое отверстие, распределение температуры но сечению в рассматриваемый момент времени характеризуетс  наличием минимума. Дл  скорости продувки 1О м/с (фиг. 2) величина температурного перепада между поверхностью осевого отверсти  и глубинными сло ми составл ет 15 С. Максимум раст гивающих напр жений в сечении уменьшаетс  по сравнению с известными режимами от 208 МПа до 127 МПа (от 21 кгс/мм до 13 кгс/мм ) и сдвигаютс  с поверхности осевого отверсти  вглубь сечени  на 130 мм. При этом напр жени  на поверхности осевого о- версти  составл ют О7МПа(10,9кгс/мм), т.е. 32% от предела текучести стали при данной температуре (125 С). Обща  длительность процесса нагрева (до выравнивани  температуры по сечению ) дл  предлагаемого способа соста&л ет 40 ч. Дл  известного способа равномерный прогрев по сечению вообще нецостижим вследствие охлаждени  централь 98Г4 02« ной части валка продуваемым воздухом, а динамическое тепловое равновесие с посто нным температурным градиентом дТ 119с между поверхностью бочки и поверхностью осевого отверсти  достихб етс  через 75 ч.. Сравнительные данные по известнсму и предлагаемому способам нагрева валка 02iOO мм приведены в таблице.

Известный10208 (211

Предлагаемый 10107(lO,9t127(13)13038 Временные напр жени  рассчитаны дна моментов времени, соответствующих . достижению . Использование предлагаемого способа нагрева обеспечивает по сравнению с известным следующие преимущества. Максимум временных раст гивающих напр жений (в момент наибольшего тем- пературного перепада по сечению) перемещаетс  из опасной зоны с поверхнос. ти осевого отверсти  на 13О мм вглубь сечени . При этом величина максимума снижаетс  на 38% и составл ет 32% (вместо 65% в известном способе) эт предела текучести стали. Временные рас т гивающие напр жени  на поверхности осевого отверсти  уменьшаютс  на 48%. Таким образом, устран етс  опасность разрушени  валка от высоких временных напр жений при нагреве. При использовании известного способа нагрева неблагопри тное напр женнодеформированное состо ние, реализующее в процессе одностороннего нагрева со стороны бочки валка усугубл етс  при одновременном охлаждении центральных слоев. Это вызывает высокие раст гивающие осевые напр жени  в наиболее дефектной зоне валка - на поверхности осевого канала, что с большой веро тноо тью может привести к разрушению валка

208(21) О

Claims (3)

1.Склюев П. В. Термическа  обр&ботка прокатных валков. М., Машиностроение , 1877, с, 1О9-112.

2.Сборшпс технологических инструкций по термической обработке поковок и стального лить . НКМЗ, Краматорск, 1975, с. 1О-12.

3.Авторское свидетельство СССР № 187063, кл. С 21 t) 1/34, 1965.

са

СЬ

ю

ем

еъ оеь

§

tT

1

A

К

s/

ey

N «b

«O CT

vo cT

4Cs

о

д

см

о

(О

X

ч

Ы 0

I

о

см