Способ охлаждения крупных деталей с осевым отверстием при термической обработке

Способ охлаждения крупных деталей с осевым отверстием при термической обработке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1,СПОСОБ ОХЛМКДЕНИЯ КРУПНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ОСЕВЫМ ОТВЕРСТИЕМ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ преимущественно прокатных валков при отпуске, включающий охлаждение внешней поверхности с одновременным охлаждением по верхности осевого отверстия, о т ли чающий с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности деталей путем оптимального распределения остаточных напряжений по сечению,охлаждение поверхности осевого отверстия.осуществляют путем продувки его воздухом со скоростью 8-16 м/с. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение поверхности осевого отверстия начи (Л нают за 2-20 ч до начала охлаждения внешней поверхности.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ЗСд) С 21 В 9/38

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21! 3462180/22-02 (22! 05.07.82 (46! 30.01.84. Бюл. Р 4 (72! Ю. A. Карасюк, Н. П. Морозов, В. Г. Сорокин, tO. В. Юдин, Н. А. Ацамова, Л. A. Троицкая, Ю. A. Грушко, В. 3. Каманов и Ф. Д. Нуриахметов (71! Центральный научно-исследовательский институт материалов и технологии тяжелого и транспортного машиностроения и Производственное объединение "Новокраматорский машиностроительный завод" (53! 621 ° 785.08 (088.8! (56! 1. Сборник технологических инструкций по термической обработке поковок и стального литья. Краматорск, ПО "НКМЗ", 1975,, с. 12-14.

2. Авторское свидетельство СССР

9 153925, кл. С 21 D 9/38, 1962.

„.SU„„1 7. А. (54 (57 1 .СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ КРУПНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ОСЕВЫМ ОТВЕРСТИЕМ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ преимущестненно прокатных валков при отпуске, включающий охлаждение внешней поверхности с одновременным охлаждением по° верхности осевого отверстия, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности деталей путем оптимального распределения остаточных напряжений па сечению, охлаждение поверхности осевого отверстия. осуществляют путем продувки его воздухом со скоростью 8-16 м/с.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что охлаждение щ

C поверхности осевого отверстия начинают за 2-20 ч до начала охлажцения внешней поверхности.

10701 87

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано при термической обработке рабочих и опорных валков листовых станов, а также полых осесимметричных деталей различного назначения.

Известен способ охлаждения в печи крупных валков диаметром более

1000 мм при термической обработке после отпуска 400-650 С с регламенти10 руемой скоростью снижения температуры печного пространства 10-25 c/÷ 1).

Недостаток способа заключается в том, что несмотря на ограничение скорости охлаждения растягивающие оста- 15 точные напряжения в осевой зоне валков достигают нысоких значений, близких к пределу текучести. Такое напряженное состояние опасно с точки зрения образования трещин и последующе- 2р

ro разрушения валков в процессе эксплуатации. Кроме того, известный способ характеризуется большой продолжительностью (десятки часов J..

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ термической обработки валков холодной прокатки, включающий одновременное ,принудительное охлаждение валка с внешней стороны и со стороны осевого отверстия, осуществляемое с помощью спрейера (2 3.

Недостаток известного способа заключается в том, что при высокой интенсивности охлаждения осевого отверстия температура его поверхности быстро снижается до уровня, слишком низкого для протекания процессов релаксации. При резком охлаждении поверхности осевого отверстия (напри- 40 мер, спрейером или проточной водой) в прилегающем слое могут возникнуть временные растягивающие напряжения, превышающие предел текучести стали.

В этом случае также происходят плас-45 тические деформации, но скорость их накопления черезвычайно высокая. При напряжениях, сравнимых с пределом текучести, с учетом возможного наличия дефектов металла в осевой зо- 5р не это может привести к появлению трещин и разрушению валка. !

Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности деталей эа счет благоприятного распределения 55 остаточных напряжений по,сечению.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу охлаждения крупных деталей с осевым отверстием при термической обработке преимущест-60 венно прокатных валкон при отпуске, включающему охлаждение ннешней поверхности с одновременным охлаждени- ем поверхности осевого отверстия, Охлаждение поверхности осевого отвер-65 стия осуществляют путем продувки его воздухом со скоростью 8-16 м/с.

При этом для увеличения интенсивности процессов релаксации охлаждени поверхности осевого отверстия начинают эа 2-20 часов до начала охлаждения внешней поверхности.

Возникающие при продувке в прилегающих слоях растягивающие напряжения активно релаксируют при повышенных температурах (450-650 С). Происходит накопление пластических деформаций в зоне осевого отверстия, которые при окончательном охлаждении приводят к сжимающим напр юкениям в этой зоне.

Указанные значения скорости продувки реально обеспечиваются при использовании обычных дутьевых вентиляторов и направляющих ноздухонодов. Нижняя граница указанного интервала скоростей продувки (8 м/с1 обусловлена необходимостью достаточно эффективного теплоотбора с поверхности осевого отверстия.

В свою очередь, это необходимо для создания заданного температурного градиента по сечению детали но время охлаждения, приводящего в конечном итоге к снижению растягивающих остаточных напряжений и переходу их в сжимающие в зоне осевого отверстия. Верхняя граница интервала скорости продувки (16 м/сt ограничивается величиной допустимых временных растягивающих напряжений в сечении..

Продувку осуществляют воздухом, забираемым из цеха, имеющим в зависимости от времени года температуру

10-40 C. Процесс продувки необходимо начинать одновременно или с некоторьм опережением по отношению к началу охлаждения наружной поверхности детали.

Опережение охлаждения осевого отверстия приводит к увеличению интенсивности релаксации, поскольку она протекает при более высоких температурах, чем при одновременном охлаждении внутренней и внешней поверхностей детали. Это способствует большему накоплению пластических деформаций, а следонательно, и большим остаточным сжимающим напряжениям в зоне осевого отверстия. Более позднее начало продувки приводит к снижению сжимающих остаточных напряжений на поверхности осевого отверстия из за менее интенсинного процесса релаксации временных растягивающих напряжений. Величина опережения определяется уровнем максимальных временных напряжений растяжений и скоростью продувки. Чем выше скорость продувки, тем меньше величина опережения, 1070187 так как скорее достигаются максимальные временные напряжения. Для скорости продувки 8 м/с допустимые .временные напряжения 300 ИПа достигаются при опере>кении 20 ч, для

16 м/с — через 2 ч.

На фиг. 1 приведена зависимость максималь ных эре ленных (6 ) и остаточных (62 J напряжений на ост 2 mqx, поверхности осев8го отверстия от коэффициента теплоотдачи; на фиг. 2 зависимость максимальных временных напряжений Ь2 в сечении валка от

ma ê времени опережения начала охлаждения поверхности осевого отверстия по сравнению с поверхностью; на фиг. 3- 15 эпюры остаточных напряжений.

Пример. На ЭВИ ЕСЮ22 проводят моделирование охлаждения от температуры отпуска опорного ролика стана ТЛС-5000 из стали 70Х2ИФБ по спо- 7р собу-прототипу и по предлагаемому способу. Размеры ролика: диаметр бочки 2100 мм, длина бочки 2100 мм, диаметр осевого отверстия 300 мм. На фиг. 1 приведена зависимость макси- 75 мальных временных и остаточных напряжений от интенсивности теплоотвода (коэффициент о теплоотдачи )для случая охлаждения с температуры отпуска о

540 С опорного ролика стана ТЛС-5000

-30

С увеличением коэффициента теплоот"дачи от воздушного охлаждения к спрейеру (т.е. к способу-прототипу) максимальные временные напряжения в сечении увеличиваются, остаточные напряжения на поверхности осевого канала уменьшаются. При охлаждении осевого отверстия с коэффициентом теплоотдачи более 35 Вт/м -град максимальные временные растягивающие напряжения возрастают до уровня 300 МПа,40 что составляет 90Ъ от предела текучести стали при данной температуре.

Таким образом, при увеличении коэффициента теплоотдачи с поверхности осевого отверстия в процессе охлаж- 45 дения крупных прокатных валков свыше

35 Вт/м град и переходе к спрейерно2 му охлаждению максимальные временные напряжения достигают опасных значений. Интенсивность охлаждения осевого5(} отверстия не должна превышать

36 Вт/м 2.град, что соответствует продувке холодным (20 С) воздухом со скоростью 16 м/с.

При значениях коэффициента тепло- 55 отдачи менее 20 Вт/м град, что соответствует скорости продувки менее

8 м/с,максимальные временные напряжения не превосходят 200 МПа, но из за слабого протекания релаксации на поверхности осевого отверстия после охлаждения его до комнатной температуры формируются растягиваккцие напряжения. При скорости продувки

5,5 м/с остаточные напряжения

32 МПа, при Ч = 4 м/с и 2

50 HIla. Интенсивность охлаяЯения осевого канала при продувке должна быть .строго регламентирована.

Таким образом, предлагаемый;".способ охлаждения по сравнению с иэвестныл позволяет сформировать благоприятную эпюру остаточных напряжений и устранить возможность разрушения де >али во вре ля охлаждения.

При опережении охлаждения внешней поверхности при тех же скоростях продувки (16 м/c) возникают более высо" кие остаточные сжимающие напряжения на поверхности осевого канала, что приводит к более благоприятной, эпюре распределения напряжений. Кроме того, в этом случае заданный уровень сжимающих напряжений можно достичь при меньших скоростях продувки.

На эпюрах (фиг. 3) обозначены

1 — одновременное охлаждение наружной и внутренней поверхностей, скорость продувки 16 м/с; 2 - опережение охлаждения внутренней поверхности 20 ч, скорость продувки 8 м/с

3 — опережение охлаждения внутренней поверхности 3 ч, 16 м/с.

За базовый объект принят способ охлаждения крупных деталей с осевым отверстием при термической обработке, указанный в качестве аналога.

При использовании предлагаемого способа по сравнению с прототипом и базовым объектом остаточные максимальные растягивающие напряжения сии>каются на 20-25%, максимум напряжений перемещается на 0,3-0,5R вглубь сечения с поверхности осевого отвер- . стия. В последнем образуются сжимающие остаточные напряжения до глубины 0,15 R детали.

Таким образом, предлагаЕмый способ охлаждения крупных деталей с осевым отверстием преимущественно прокатных валков позволяет предотвратить преждевременное их разрушение из-за высоких остаточных напряжений, повы. сить надежность и долговечность в эксплуатации.

Ожидаемый экономический эффект от использования изобретения составит около 240 тыс.руб ° в год.

10701 37

< опт

ЯУ

РфОР аиамдюмию

1070187

4 р

Выдержка

Фиг.2

Вралю сю оежеиия, вас муса

Пу30домнюlое.вьмоета усама

1070187 фиг 5

Составитель И. Липгарт

Редактор А. Курах Техред Т.дубинчак Корректор В.Гирняк

Заказ 11б48/28 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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