Способ нагрева крупных деталей с осевым отверстием

 

< 981402

Союз Советсиии

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ABTOPCNOhAY СВИДЕтаЛЬСтВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (5! )М. Кл.

С 21D9/38 (22) Заявлено 25.09.80 (21) 2986606/22 02 с присоединением заявки № (23) Приоритет

9вудорстоаииый комитет

СССР

IIo долом «зооретоиий и открытий

Опубликовано 15.12.82. Бюллетень № 46

Дата опубликования описания 17.12.82 (53) УДK 621.785. .014 (088.8) ъ»-,.„

Ю.А.Карасюк, В.Г.Сорокин, Ю.А.Грушко, С.Н.Солршенко,,.

Н.П.Морозов, Ю.В.Юдин, В.Б. Дядюк и Е.Г.Гасилова (72) Авторы изобретения центральный научно-исследовательский институт материалов, и технологии тяжелого и транспортного машиностроения;;. -. и Производственное объединение Новокраматорский машиностроительный завод" (7l) Заявители (54) СПОСОБ НАГРЕВА КРУПНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ОСЕВЫМ

OTBEPCTMEM

Изобретение относится к термической . обработке и может применяться, например, при термической обработке рабочих и опорных валков листовых станов, а также полых валов различного назначения

5 из высокопрочных сталей.

Известен способ нагрева крупных деталей, состоящий в посадке холодной детали в печь с температурой 200-250 С, а .повышении температуры печи со скорос тью 20-30 /ч до заданной температуры нагрева детали и последующей выдержке при атой температуре длительностью

1,5-2 ч.на 100 мм сечения (1) . !

Недостатками этого способа являются возникновение высоких временных осевых напряжений, опасных с точки зрения возникновения трещин, особенна для крупных деталей, и большая длительность. 2о

Известен способ предварительного по догрева рабочих (диаметром более 560мм) и опорных валков хододной прокатки перед поверхностной закалкой ТПЧ. Он включает

2 посадку валка в печь, нагретую до 200-.

250 С, выдержку при этой температуре в течение 3-х ч, повышение температуры печи со скоростью 30 /ч до требуемой о температуры подогрева валка и последующую выдержку до выравнивания температуры по сечению P).

Основной недостаток этого способа заключается в том, что, несмотря на относительно невысокую интенсивность теплоподвода к поверхности валка в процессе подогрева, растягивающие напряжения в осевой зоне достигают высоких значений, близких к пределу текучести.

Это представляет значительную опасность с точки зрения возникновения трещин, с учетом положения критической температуры хрупкости (для заэвтектоидных вал . ковых сталей +100-200 С), а также с учетом наличия в осевой зоне различного рода концентраторов напряжений, в основном дефектов технологического происхождения (раковнн, рыхлот, неснлошностей и т.д.). Кроме того, способ характеризуется большой длительностью (более 50 ч).

Известен также способ нагрева стальных поковок с осевым каналом, включаю щий регулирование градиента температуры по сечещпо путем охлаждения осевого отверстия водой или воздухом j3$.

Однако и при обработке этим способом растягивающие напряжения в осевой зоне, достигают высоких значений, которые 30 вызывают возникновение трещин.

Целью изобретения является предотвра щение трещинообразования за счет cmжения временных растягивающих напряжьний, обеспечения их благоприятного распределения по сечению, а также сокращение общей длительности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу нагрева крупных деталей с осевым отверстием с регули- 20 рованием градиента температуры по их сечению путем продувки осевого отверстия воздухом, продувку осевого отверстия осуществляют горячим воздухом:с температурой не ниже температуры на- 25 грева и; скоростью не менее 10 мlс.

Скорость продувки горячим воздухом с температурой не ниже температуры нагрева и скоростью не менее 10 м/с о6условлена необходимостью эффективного теплоподвода к поверхности осевого отверстия.

Пример. На ЭВМ EC 1022 моделируют процесс подогрева опорного валка стана ТПС-5000 из стали типа

65 ХЗМФЛ по предлагаемому и извесь ному способам.

Расчет температурных полей и ннпряженно-деформированного состояния валка при термообработке проводят численно

40 методом конечных элементов с шагом разбиения по радиусу валка Ьг =35 мм, и разбиением по времени Ьь 0,05 ч.

Размеры валка: диаметр бочки 2100мм;,: длина бочки 4800 мм; диаметр осевого отверстия 700 мм; температура подогрева валка 540 С. . Нагрев по известному способу включает посадку валка в печь с температурой 540 С, равной заданной температуре нагрева, выдержку с одновременным охлаждением осевого отверстия продувкой воздухом с температурой 200С со скоростью 10 м/с.

Нагрев по предлагаемому способу: по,садка валка в печь с температурой 540 С, равной заданной температуре нагрева, выдержка с одновременной продувкой а б2 4 мос реры печи через осевое отверстие со скоростью 10 м/с.

При посадке валка происходит падение температуры печи на 100 С, скорость восстановления температуры печи до исходного уровня 50 С/ч.

Наибольшего значения временные напряжения в сечении достигают в момент времени, соответствующий максимальному температурному перепаду по сечению, Для известного режима указанный момент времени, Д„„з„равен 6,22 ч (перепад температуры йо сечению61 рд Ф224 С).

В случае предлагаемого режима продолжительность достижения максимального перепада температуры меньше - 3,92 ч при А ТО,, „=170@C.

Для указанных моментов времени, применительно к известному и предлагаемому режимам, методом конечных разностей на ЗВМ ЕСЮ22 рассчитано напряженно-деформированное состояние в валке.

На фиг. 1 представлено распределение временных осевых напряжений и температуры по сечению валка ф2100 мм в момент максимального перепада температуры (ОТ=224 С) при нагреве по известному способу; на фиг. 2 — то же, в момент максимального перепада температуры (Т=170оС) при нагреве по предлагаемому способу.

При нагреве по известному режиму (фиг.1) распределение температуры по сечению детали монотонное. Максимальные в сечении растягивающие напряжения возникают на поверхности осевого канала,т.е. в наиболее опасной с точкизрения возникновения трещин зоне сечения. Величина напряжений составляет 208МПа {21 кгс/мм )

2. и достигает 65% предела текучести стали при соответствующей температуре (100 С).

В случае предлагаемого решения (фиг.2)> с продувкой печной атмосферы через осевое отверстие, распределение температуры цо сечению в рассматриваемый мо» мент времени характеризуется наличием минимума.

Для скорости продувки 10 м/с(фиг.2) величина температурного перепада между поверхностью осевого отверстия и глубинными слоями составляет 15 С. Максимум

8 растягивающих напряжений в сечении уменьшается по сравнению с известными режимами от 208 МПа до 127 МПа (от

21 кгс/мм до 13 кгс/мм ) и сдвига2. 2 ются с поверхности осевого отверстия вглубь сечения на 1 30 ьел. При этом

5 . 981402 6 напряжения на поверхности осевого о ной части валка продуваемым воздухом, верстия составляют107МПа(10,9кгс/мм), а динамическое тепловое равновесие с т.е. 32% от предела текучести стали при постоянным температурным градиентом данной температуре (125 С).

О

АТ 119 С между поверхностью бочки и

Общая длительность процесса нагрева 5 поверхностью осевого отверстия достига (до выравнивания температуры по сече- ется через 75 ч. нию) для предлагаемого способа состав ляет 40 ч. Для известного способа рав- Сравнительные данные по известному номерный прогрев по сечению вообще не- и предлагаемому способам нагрева валка достижим вследствие охлаждения централь4Е 42100 мм приведены в таблице.

Известный

208(23.) 208(21 ) 0

Предлагаемый 10 107(10,91 1 27(1 3) 1 30

Формула изобретения

Способ нагрева крупных деталей с осевым отверстием, преимущественно прокатных валков, с регулированием градиента температуры по ик сечению пуВременные напряжения рассчитаны для моментов времени, соответствующих, 5© достижению Тп,ак.

Испольэовайие предлагаемого способа нагрева обеспечивает по сравнению с asвестным следующие преимущества.

Максимум временных растягивающих напряжений (в момент наибольшего тем-. пературного перепада по сечению) перемещается иэ опасной зоны с поверхнас ти осевого отверстия на 130 мм вглубь сечения. При этом величина максимума снижается на 38% и составляет 32% (вместо 65% в известном способе) or предела текучести стали. Временные рас тягивающие напряжения на поверхности осевого отверстия уменьшаются на 48%, Таким образом, устраняется опасность разрушения валка от высоких временных напряжений при нагреве.

При использовании известного способа нагрева неблагоприятное напряженно50 деформированное состояние, реализующее в процессе одностороннего нагрева со стороны бочки валка усугубляется при одновременном охлаждении центральных слоев. Это вызывает высокие растягивающие осевые напряжения в наиболее дефектной зоне валка - на цоверхности осевого канала, что с большой вероятностью может привести к разрушению валка.

При реалиэапии известного способа нагрева невозможно равномерно прогреть валок по сечению, так как при достаточ но большой выдержке устанавливается тепловое равновесие с постоянным значительным температурйым градиентом между поверхностью бочки и поверхностью осевого отверстия. Кроме того, такой вид нагрева по сравнению с предлагаемым не экономичен из-аа повышенного расхода топлива и увеличения рабочего. времени использования термически к печей.

Предлагаемый способ нагрева крупных деталей с осевым отверстием, в частности прокатных валков, позволяет предотвратить трещины и разрушения деталей за счет снижения временных напряжений, повысить их надежность и долговечность в эксплуатации, сократить длительность процесса.

Жономический эффект от использования предлагаемого изобретения составляет около 202 тыс. руб.в год.

ЭФО

7, С бх,кве)н зао эа

Фиа у

7 9814д. В тем продувки осевого отверстия возду l. Склюев П.В. Термическая обрехом, отличающийся тем, ботка прокатных валков. М„"Машиночто, с целью предотвращения трещино строение, 1877, с. 109-112. образования за счет снижения временных растягивающих напряжений и сокращения 2. Сборник технологических инструиобщейдлительностипроцесса,пропувку.осе- пий по термической обработке поковок и ного отверстия осуществляют горячим воз- стального литья. НКМЗ, Краматорск, духом с температурой не ниже температуры 1975, с. 10 12. нагрева и скоростью не менее 10 мlс.

Источники информации, ie 3. Авторское свидетельство СССР принятые во внимание mph экспертизе Ж 187063, an. С 21 9 1/34, 1965.

981402

СЪ

СЪ

Сэ Сэ сч й

М к

Заказ 9638/39 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель И. Липгарт

Редактор.А. Гулько Техред 3.Палий Корректор М. Шароши