Главная  Высокочастотная термическая обработка 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [ 29 ] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39]

Таблица 5.3

Зависимость времени иагрева т„ и удельной мощности от диаметра цилиндра D и глубины закаленного слоя Xjf при частоте тока /> 440 кГц [341

а. и

Тк, с

5 10 15 20

0,77 1,47 1,60 1,90

0,85 0,80 0,80 0,80

3,14 4 „53 5,90

0,42 0,4! 0,39

4,25 6,90 8,50

0,33 0,28 0,28

закалке, когда необходимо! максимально исключить яв- ление теплопроводности.

При сквозном нагреве oj постоянным напряжением на индукторе продолжитель-i ность нагрева может быть оп-1 ределена по кривым, приве- денным на рис. 4.1. Ускорен- ный метод приближает условия нагрева к случаю мгновенного достижения поверх-1 ностью температуры закалки и прогрева сечения путем теп-; лопроводности. При этом продолжительность нагрева мо- жет быть сокращена в 2- 3 раза.

При одновременном способе, когда весь участок изделия, подлежащий нагреву, охватывается индуктором, общая электрическая мощность (кВт), подводимая к индуктору, пропорциональна размерам нагреваемой поверхности

Мощность генератора (кВт)

Pv = РКПшГ],р),

где т1„ - КПД индуктора; - КПД трансформатора.

Если принять в среднем tj,, » гр » 0,8, то обший коэффициент полезного действия установки будет равным 0,64. Тогда мощность (кВт), потребляемая от высокочастотного генератора,

Рг = 1,5Р = 1.5р„5.

При непрерывно-последовательном способе нагрева удельная мощность ро, подводимая к индуктору, также может быть получена из графиков на рис. 5.13-5.15. Полная мощность (кВт)

Р =-- ропОа,

где D - диаметр изделия, см; а - ширина индуктирующего провода, см.

Так как ширина индуктирующего провода невелика и обычно находится в пределах 5-30 мм, требуемая мощность при нагреве непрерывно-последовательным способом может быть сравнительно небольшой.

При подборе режима непрерывно-последовательного нагрева изделия можно пользоваться опытными данными, полученными при одновременном нагреве. Для этого участок изделия нагревается неподвижным индуктором при такой удельной мощности, 178

которая обеспечила бы необходимую глубину прогрева. Записывается кривая нагрева, по которой устанавливается необходимое время нагрева элемента поверхности до заданной температуры т. Зная время нагрева, можно определить скорость прохождения изделия через индуктор по формуле

V = а/т.

При нагреве петлевыми индукторами по схеме, приведенной на рис. 5.9, подсчет требуемой мощности должен производиться исходя из выбранной по тем же графикам удельной мощности, е учетом всей нагреваемой поверхности независимо от размеров индуктора.

Контроль режима нагрева. Контроль температуры при термической обработке с индукционным нагревом обычно затруднен вследствие кратковременности процесса и отсутствия выдержки при конечных температурах нагрева. Однако в последнее время разрабатываются методы контроля температуры при быстрых нагревах, и в зависимости от условий их проведения может быть выбран какой-либо из известных способов.

При выполнении исследовательских работ или при разработке технологического процесса термической обработки в условиях производства измерение температуры возможно при помощи термопар, зачеканенных или приваренных к поверхности нагрева. При быстрых нагревах, когда инерционность обычных гальванометров или потенциометров отражается на результатах измерений, показания термопары записываются на пленку или бумагу шлейфного осциллографа. Полученные кривые нагрева типа приведенных на рис. 1.1 дают объективное представление о характере нагрева и позволяют определить температуру нагрева практически с точностью до ±10°. Надежность результатов измерения зависит от тщательности соблюдения методики измерения. Результаты зависят от большого числа факторов: постоянства сопротивления термопары; правильности градуировки термопары с учетом условий индукционного нагрева; надежности контакта в месте зачеканки или приварки термоэлектродов; точности расшифровки осциллограмм и др.

Термоэлектроды должны по отдельности приьариваться или зачеканиваться на расстоянгии 3-5 мм друг от друга. Во избежание влияния наведенного тока высокой частоты на показания прибора параллельно с термопарой включается конденсатор. При градуировке термопар и измерениях сопротивление термопары и соединительных проводов должно поддерживаться постоянным с точностью ±0,2%. Если градуировка производится с нагревом в печи, то сопротивление термопар больше, чем при нагреве ТВЧ, так как прогревается значительная часть термопары. Большое значение имеет постоянство сопротивления шлейфа осциллографа, которое зависит от температуры. Температура осциллографа Во время опытов должна быть постоянной и находиться в пре-



делах ±Г. Для отсчета по осциллограммам рекомендуется использовать измерительный микроскоп.

Несмотря на сложность, метод записи температуры находит применение при разработке технологии, так как этот метод является наиболее объективным.

После подбора электрического режима нагрева, обеспечивающего нагрев с заданной скоростью, записывают кривую нагрева с заведомым перегревом по сравнению с оптимальной температурой закалки. По полученной кривой нагрева можно определить необходимое время нагрева до нужной температуры. При повторении нагрева уже по оптимальному режиму необходимо учитывать продолжительность действия отключающих устройств, так как от момента нажатия кнопки или срабатывания реле времени до момента действительного отключения энергии может пройти 0,2-0,3 с. За этот промежуток времени изделие продолжает нагреваться, и температура может возрасти на несколько десятков градусов в зависимости от скорости нагрева. Действительная температура изделия должна быть проверена повторной записью кривой пагрева. Так как приварку или зачеканку термопары в большинстве случаев нельзя осуществить при закалке производственных деталей, этот метод в производстве находит ограниченное применение.

Во многих случаях удовлетворительные результаты дает применение иигпческого гпюомстра с этало/пюй нитью накала. Им можно пользоваться как при одновременном, так и при последовательном пйгреве изнелии. При одновременном способе закалки лля измерении температуры обгектнв оптического пирометра должен Г)Ы!ь п.лр.нлен !(л з.).!. члкспмалыпн температуры. Перед вк иочсп!!! V- Hrirpra п,-\ цесп.к.пот предварительный накал эталонной пит." (о залаино1[ телгпературы, н, когда яркость нагреваемой поверхности coiuianeT с яркостью накала нити, нагрев отклюпанГ,

При непрерывно послодовательиом нагреве стационарная тем-перагура устанавливается иа л,1ительпое время. Наблюдая в окуляр пирометра за яркостью поверхност!!, можно на ходу корректировать температуру нагрева регулированием электрического режима или скорости шпження закаливаемой детали. Таким способом можно Н1лдержпвать заданный режим с достаточной точностью - !0-20С. Особенно удобно пользоваться оптическим пирометром при медленных нагревах, например при нагреве для сквозной закалки, когда процесс длится несколько секунд.

В производственных условиях наиболее удобным для контроля температурного режима является применение фотоэлектрического пирометра. В настоящее время разработаны системы фотоэлектрических пирометров!, как прямо показывающих, так и действующих в схеме автоматики как фотореле.

Преимушеством фотоэлектрических пирометров по сравнению с оптическими является объективность измерения температуры,

так как результаты измерения фиксируются по показаниям стрелочного прибора или записываются на пленку шлейфного оспил-лографа, в то время как результаты измерения оптическим пирометром зависят от контролера. Кроме того, некоторые конструкции оптической головки фотоэлектрического пирометра предусматривают возможность визирования участков, очень небольших по площади. Визирная трубка может иметь диаметр в несколько миллиметров, что позволяет укреплять контрольный прибор непосредственно к индуктору и наблюдать за температурой в зоне максимальной интенсивности нагрева.

В настоящее время в промышленности находят применение несколько типов фотоэлектрических пирометров [6].

Фотоэлектрические пирометры, так же как и другие оптические пирометры, Имеют общие недостатки, затрудняющие получение истинных результатов измерения. На показаниях оптических и фотоэлектрических пирометров сказывается в первую очередь степень нечерНоты излучаемой поверхности, которая зависит от многих факторов и не может быть точно учтена на практике. Приближенные поправки могут быть определены по графикам. При этом поправки к показаниям для фотоэлектрических пирометров на 15-20% больше, чем для оптических пирометров с нитью накаливания, В производственных условиях при разработке технологии определяется так называемая кажущаяся температура, при измеиеньи которой ие учитываются погрепп10Сти нечерноту и.<лучения. Кажущаяся температура н.чже дей-I !вительной.

Показания фотопирометппв могут оказаться неверными при ••ллнчии на поверхно \к ."-л /taicuicio нз.>,с;кя слоя oviuunui. 1оНкий слой окалины ..быч..о прочно связан с [югч--рх10< тьк1 изделия, и температура его соответствует температур-: поперхппсти, однако коэффициенть- излучательной способности окалины и стали разные, поэтому показания прибора будут неверными. Тотстый ой окалины отслаивается от n);;,p.v.(ioc ч изделия и охлаждается, 4.i изделии появляются темные пя1на. Поп попадании темных п<;те.н и поле зрения пирометра показааня прибора сильно искаж;аются.

На показания фотопирометров оказывает также влияние при-, vTCTBHe в атмосфере паров воды, М£;сла н дьила.

В производственных условиях можно воспользоваться контактными термопарами, дающими при относительно медле!шых нагревах, свойственных низкому отпуску, удовлетворительную точность показателей. Также применяют термокарандаши, меняющие цвет при определенной температуре. Следует иметь в виду, что приведенные в сертификате данные о характере изменения лгзета карандаша относятся к медленному нагреву и выдержкам рп заданных температурах. Применение термокарандатей в усло-г<!ях высокочастотной термообработки требует корректировки гих значений: изменение цвета карандаша вследствие быстрого нагрева происходит при температурах более высоких.



кроме температуры фактором, характеризующим режим вы-] сокочастотного нагрева, является скорость нагрева. Скорость! нагрева проще всего и наиболее точно определяется по кривым! нагрева, показанным на рис. 1.1. Расшифровка осциллограмм] позволяет рассчитать скорость нагрева в любой момент процесса, i Практически подсчитывают среднюю начальную скорость на от-"" резке от начала нагрева до точки перегиба кривой, в которой начинаются фазовые превращения, и среднюю скорость в области фазовых превращений от точки перегиба до температуры максимального нагрева. Если эвтектоидное превращение в стали хотя бы частично происходит при неизменной температуре и на кривой нагрева появляется изотермическая площадка, то при расчете скорости нагрева площадку включают в отрезок кривой, относящейся к области фазовых превращений.

При отсутствии возможности произвести осциллографическую запись кривой нагрева при расчете скоростей нагрева пользуются способами, дающими приближенные результаты.

Момент достижения нагреваемой поверхностью температуры начала фазовых превращений при одновременном нагреве может быть установлен по показаниям приборов, контролирующих электрический режим нагрева. Магнитное превращение, сопровождающее образование аустенита, вызывает изменение параметров колебательного контура высокочастотной установки, и показания приборов изменяются в ту или другую сторону. Таким образом, может быть приближенно определено время нагрева до температуры магнитного превращения т. Тогда начальная скорость нагрева (°С/с) будет приближенно равна

Для расчета скорости нагрева в области фазовых превращений должна быть дополнительно замерена конечная температура нагрева /к, а также зафиксировано время нагрева (°С) до этой температуры Чк. Тогда

* Тк-т-

Поскольку температурный режим нагрева зависит от суммарного времени аустенитизации стали, необходимо контролировать период времени от момента достижения сталью температуры начала фазовых превращений до момента подачи охлаждающей среды на закаливаемую поверхность.

Суммарное время аустенитизации может быть подсчитано как разность между общим временем нагрева т,, (до начала искусственного охлаждения) и временем т, необходимым для достижения температуры потери сталью магнитных свойств,

aycт

= т„ - т.

Оно может быть также определено по опытной кинетической кривой нагрева и охлаждения, записанной на осциллографе. 182

5.3. ВЫБОВ СПОСОБА И СРЕДЫ ОХЛАЖДЕНИЯ

Применение индукционного метода нагрева обычно влечет за собой максимальную механизацию и автоматизацию технологического процесса, поэтому для закалки по возможности применяют душевое охлаждение, как наиболее интенсивное и технологически легко осуществимое. Душевое охлаждение дает, кроме того, определенные качественные преимущества.

Наиболее распространенной охлаждающей средой является вода. Она остается незаменимой при сквозной термической обработке углеродистой и малолегированной сталей, для закалки которых необходима высокая интенсивность охлаждения. Вода находит наибольшее применение и при поверхностной закалке, при которой охлаждающую жидкость подают через спрейеры, конструктивно совмещенные с индуктором (см. рис. 5.8). Благодаря жидкотекучести и невоспламеняемости воды можно создать простые конструкции спрейеров, обеспечивающие удовлетворительную равномерность охлаждения.

К качеству воды предъявляют определенные требования. Вода не должна быть очень жесткой. С точки зрения закаливающей способности наличие солей в водном растворе играет положительную роль. Соли увеличивают скорость охлаждения в интервале 650- 550 °С, предотвращая преждевременный распад аустенита и возможную пятнистость твердости закаленного слоя. В то же время скорость охлаждения в интервале температур 300-200 °С увеличивается незначительно. Однако наличие повышенного количества солей в водном растворе способствует быстрому засорению душевых отверстий и охладительных каналов (накипь). Накипь трудно удаляется, и закалочное устройство быстро выходит из строя. То же относится и к воде со взвешенными тонкими глинистыми и песчаными частицами.

Охлаждающая способность водяного душа зависит от температуры: чем ниже температура воды, тем больше скорость охлаждения. Нагрев воды до 20-30 °С вызывает заметное снижение скорости охлаждения в интервале температур 200-250 С, при этом сохраняется достаточная интенсивность охлаждения в интервале температур 600-700 "С. Дальнейшее повышение температуры воды заметно снижает скорость охлаждения в верхнем интервале температур и, по-видимому, нeжeлafeльнo, за исключением тех случаев, когда производится закалка с целью получения промежуточных структур - сорбита, троостита. При закалке гладких поверхностей допустимо применение воды с температурой ниже 15 X. Закалка деталей сложной формы с выточками, отверстиями, буртами и т. п. холодной водой опасна из-за большой вероятности образования трещин. Практически при разработке технологии в условиях завода устанавливают допустимый интервал колебания температуры воды в пределах 20-35 °С. При таких колебаниях температуры свойства меняются незначительно.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [ 29 ] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39]

0.0008