Разработка технологии и аппаратно-программного обеспечения ступенчатого охлаждения при закалке крупногабаритных деталей
Предложена новая технология ступенчатого закалочного охлаждения стальных изделий, обеспечивающая оптимально высокие прочностные характеристики металла. Режимы охлаждения с изменением интенсивности теплоотдачи получены с помощью моделирования процесса по данным расчета по программе IQLab....
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Schriftenreihe: | Промышленная теплотехника |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61284 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Разработка технологии и аппаратно-программного обеспечения ступенчатого охлаждения при закалке крупногабаритных деталей / А.А. Москаленко, Е.Н. Зотов, Л.Н. Проценко, О.В. Разумцева, Л.Н. Дейнеко, В.В. Добривечер // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 5. — С. 43-49. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-61284 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-612842014-04-30T03:01:30Z Разработка технологии и аппаратно-программного обеспечения ступенчатого охлаждения при закалке крупногабаритных деталей Москаленко, А.А. Зотов, Е.Н. Проценко, Л.Н. Разумцева, О.В. Дейнеко, Л.Н. Добривечер, В.В. Тепло- и массообменные процессы Предложена новая технология ступенчатого закалочного охлаждения стальных изделий, обеспечивающая оптимально высокие прочностные характеристики металла. Режимы охлаждения с изменением интенсивности теплоотдачи получены с помощью моделирования процесса по данным расчета по программе IQLab. Запропоновано нову технологію ступінчастого гартувального охолодження сталевих виробів, яка забезпечує оптимально високі характеристики міцності металу. Режими охолодження при зміні інтенсивності тепловіддачі отримано за допомогою моделювання процесу за даними, розрахованими за допомогою програми IQLab. The new technology of step hardening cooling of the steel products, providing optimum high strength characteristics of metal is offered. Modes of cooling with change of intensity heat exchange are received with the help of modeling of process according to calculation under program IQLab. 2007 Article Разработка технологии и аппаратно-программного обеспечения ступенчатого охлаждения при закалке крупногабаритных деталей / А.А. Москаленко, Е.Н. Зотов, Л.Н. Проценко, О.В. Разумцева, Л.Н. Дейнеко, В.В. Добривечер // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 5. — С. 43-49. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61284 621.78.084:004.424 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Тепло- и массообменные процессы Тепло- и массообменные процессы |
| spellingShingle |
Тепло- и массообменные процессы Тепло- и массообменные процессы Москаленко, А.А. Зотов, Е.Н. Проценко, Л.Н. Разумцева, О.В. Дейнеко, Л.Н. Добривечер, В.В. Разработка технологии и аппаратно-программного обеспечения ступенчатого охлаждения при закалке крупногабаритных деталей Промышленная теплотехника |
| description |
Предложена новая технология ступенчатого закалочного охлаждения стальных изделий, обеспечивающая оптимально высокие прочностные характеристики металла. Режимы охлаждения с изменением интенсивности теплоотдачи получены с помощью моделирования процесса по данным расчета по программе IQLab. |
| format |
Article |
| author |
Москаленко, А.А. Зотов, Е.Н. Проценко, Л.Н. Разумцева, О.В. Дейнеко, Л.Н. Добривечер, В.В. |
| author_facet |
Москаленко, А.А. Зотов, Е.Н. Проценко, Л.Н. Разумцева, О.В. Дейнеко, Л.Н. Добривечер, В.В. |
| author_sort |
Москаленко, А.А. |
| title |
Разработка технологии и аппаратно-программного обеспечения ступенчатого охлаждения при закалке крупногабаритных деталей |
| title_short |
Разработка технологии и аппаратно-программного обеспечения ступенчатого охлаждения при закалке крупногабаритных деталей |
| title_full |
Разработка технологии и аппаратно-программного обеспечения ступенчатого охлаждения при закалке крупногабаритных деталей |
| title_fullStr |
Разработка технологии и аппаратно-программного обеспечения ступенчатого охлаждения при закалке крупногабаритных деталей |
| title_full_unstemmed |
Разработка технологии и аппаратно-программного обеспечения ступенчатого охлаждения при закалке крупногабаритных деталей |
| title_sort |
разработка технологии и аппаратно-программного обеспечения ступенчатого охлаждения при закалке крупногабаритных деталей |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Тепло- и массообменные процессы |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61284 |
| citation_txt |
Разработка технологии и аппаратно-программного обеспечения ступенчатого охлаждения при закалке крупногабаритных деталей / А.А. Москаленко, Е.Н. Зотов, Л.Н. Проценко, О.В. Разумцева, Л.Н. Дейнеко, В.В. Добривечер // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 5. — С. 43-49. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| series |
Промышленная теплотехника |
| work_keys_str_mv |
AT moskalenkoaa razrabotkatehnologiiiapparatnoprogrammnogoobespečeniâstupenčatogoohlaždeniâprizakalkekrupnogabaritnyhdetalej AT zotoven razrabotkatehnologiiiapparatnoprogrammnogoobespečeniâstupenčatogoohlaždeniâprizakalkekrupnogabaritnyhdetalej AT procenkoln razrabotkatehnologiiiapparatnoprogrammnogoobespečeniâstupenčatogoohlaždeniâprizakalkekrupnogabaritnyhdetalej AT razumcevaov razrabotkatehnologiiiapparatnoprogrammnogoobespečeniâstupenčatogoohlaždeniâprizakalkekrupnogabaritnyhdetalej AT dejnekoln razrabotkatehnologiiiapparatnoprogrammnogoobespečeniâstupenčatogoohlaždeniâprizakalkekrupnogabaritnyhdetalej AT dobrivečervv razrabotkatehnologiiiapparatnoprogrammnogoobespečeniâstupenčatogoohlaždeniâprizakalkekrupnogabaritnyhdetalej |
| first_indexed |
2025-07-05T12:16:12Z |
| last_indexed |
2025-07-05T12:16:12Z |
| _version_ |
1836809215918735360 |
| fulltext |
частиц путем механической обработки // Неор;
ганические материалы. – 2001. – Т. 37, №5. – С.
592;595.
6. Я.Де Бур. Динамический характер адсорб;
ции. – М.: Изд;во иностранной литературы,
1962.– 290с.
7. Бугаев А.А., Захарченя Б.П., Чудновский Ф.А.
Фазовый переход металл;полупроводник и его
применение. – Л.: Наука, 1979. – 183 с.
8. Кржижановский Р.Е., Штерн З.Ю. Тепло;
физические свойства неметаллических материа;
лов. – Л.: Энергия, 1973. – 336с.
9. Емельянов А.А., Полубояров В.А., Бурка А.Л.,
Коротаева З.А., Великанов Е.В., Лапин А.Е., Бан
Бонг�Чан. Теплообмен при фазовом переходе и
адсорбции;десорбции кислорода в дисперсном
материале // Промышленная теплотехника. –
2006. – Т.28, №1. – С. 22;30.
10. Аввакумов Е.Г., Ануфриенко В.Ф., Восель С.В.,
Калинина Н.Г., Полубояров В.А. Исследование
структурных изменений в механически активи;
рованных оксидах титана и ванадия методом ЭПР
// Известия СО АН СССР, Сер.хим. – 1987. –
Вып.1. – С.41; 48.
11. Канторович Л.В. О методе Ньютона // Тру;
ды Математического института АН СССР. –
1949. – Т.28. – С. 135;139.
Работа проводилась при поддержке РФФИ по
проекту № 06�08�00361�а.
Получено 20.04.2007 г.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 5 43
ТЕПЛО$ И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Запропоновано нову технологію
ступінчастого гартувального охолод$
ження сталевих виробів, яка забезпечує
оптимально високі характеристики
міцності металу. Режими охолодження
при зміні інтенсивності тепловіддачі от$
римано за допомогою моделювання
процесу за даними, розрахованими за
допомогою програми IQLab.
Предложена новая технология сту$
пенчатого закалочного охлаждения
стальных изделий, обеспечивающая оп$
тимально высокие прочностные харак$
теристики металла. Режимы охлажде$
ния с изменением интенсивности
теплоотдачи получены с помощью мо$
делирования процесса по данным рас$
чета по программе IQLab.
The new technology of step hardening
cooling of the steel products, providing
optimum high strength characteristics of
metal is offered. Modes of cooling with
change of intensity heat exchange are
received with the help of modeling of
process according to calculation under
program IQLab.
УДК 621.78.084:004.424
МОСКАЛЕНКО А.А.1, ЗОТОВ Е.Н.1, ПРОЦЕНКО Л.Н.1,
РАЗУМЦЕВА О.В.1, ДЕЙНЕКО Л.Н.2, ДОБРИВЕЧЕР В.В.3
1Институт технической теплофизики НАН Украины
2Национальная металлургическая академия
3ТОВ “Интенсивные технологии ЛТД”
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И АППАРАТНО$ПРОГРАММНОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТУПЕНЧАТОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИ
ЗАКАЛКЕ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Т – температура;
V – скорость;
α – коэффициент теплоотдачи;
τ – время;
Ф – феррит;
Б – бейнит.
Индексы:
центр – центральная часть изделия;
пов –поверхность изделия.
В металлургии и машиностроении постоянно
осваиваются новые материалы (или оптимизиру;
ются существующие составы сталей и сплавов),
для которых необходимо разрабатывать парамет;
ры технологий их обработки (горячей деформа;
ции, термической обработки и др.). При этом в
промышленности действуют нормативные доку;
менты, определяющие такие параметры как ско;
рость нагрева, время выдержки, скорость охлаж;
дения различных металлоизделий (слитков,
поковок, отливок, металлопроката и т.д.) из раз;
личных сталей при нагреве (охлаждении) в про;
цессе их передела. Такая нормативная докумен;
тация разрабатывалась зачастую в 30;50 годы
прошлого столетия и содержит рекомендации,
которые завышены по параметрам, что в настоя;
щих условиях приводит к большим энергозатратам.
В настоящее время промышленность Украины по
данным [1] является самой энергозатратной, что
требует принятия кардинальных мер, направляе;
мых на создание энергосберегающих технологий
и оборудования. И это направление особенно
важно в металлургических переделах, четвертым
из которых является термическая обработка ме;
таллов и сплавов. В такой ситуации эффективно
применение моделирования указанных процес;
сов, корректировка существующих нормативов
по времени и скорости нагрева, времени выдерж;
ки и других параметров. В этом случае предусма;
тривается использование экспериментальных
данных, которые ранее были получены на таких
изделиях или на их аналогах в процессе промыш;
ленного производства или при постановке их на
производство. При отсутствии таких данных
производится проработка процесса по справоч;
ным данным, и результаты исследований прове;
ряются по контрольным замерам на натурных из;
делиях. Это значительно сокращает время на
создание новых разработок и объем финансовых
и трудовых затрат. Для решения таких достаточно
сложных задач эффективно моделирование процес;
сов термообработки с использованием программы
IQLab [2], которая предусматривает возможность
использования любой термокинетической или
изотермической диаграмм распада аустенита с
наложением на нее кривых охлаждения, обеспе;
чивающих требуемое структурное состояние и
свойства.
Программа IQLab [1] (версии 2.0) предназна;
чена для решения одномерных, нелинейных,
прямых и обратных задач теплопроводности в
твердых телах классической формы: неограни;
ченный цилиндр, шар и неограниченная пласти;
на при симметричных и несимметричных гра;
ничных условиях.
При решении прямой задачи задаются гранич;
ные условия на поверхности 1, 2 или 3 рода в ви;
де функции от времени.
Обратные задачи теплопроводности решаются
методом Ньютона;Гаусса для оценки параметров
нелинейной модели в сочетании с методом регу;
ляризации по Тихонову [3]. Входными данными
для решения обратной задачи служат значения
температуры от времени, полученные в результа;
те эксперимента при помощи термопары, зачека;
ненной внутри охлаждаемого изделия. При ре;
шении обратной задачи восстанавливаются
значения температуры на поверхности изделия, а
также рассчитываются зависимости коэффици;
ента теплоотдачи, плотности теплового потока и
числа Био от времени, рассчитывается темпера;
турное поле по всему сечению изделия. Также
эти результаты можно представить графически и
таблично как функции от времени, температуры
поверхности и других характеристик [4].
По полученным решениям возможно выбрать
требуемую охлаждающую среду и оптимальные
температурно;временные условия режима ох;
лаждения обрабатываемого изделия. Программа
очень проста в эксплуатации и позволяет решать
много вариантов задач. По известным критериям
интенсивности охлаждения металла для имею;
щейся охлаждающей среды (скорость охлажде;
ния, коэффициент теплоотдачи, тепловой поток)
можно определить температурно;временные
пределы ускоренного охлаждения, а при необхо;
димости и параметры прерывания ускоренного
охлаждения с продолжением охлаждения на воз;
духе, т.е параметры промышленного режима тер;
мообработки деталей.
Такой подход использован при разработке тех;
нологии термического упрочнения соединитель;
ных деталей трубопроводов (СДТ), который
представлен в данной работе.
Соединительные детали нефтегазопроводов, в
том числе магистральных (отводы, тройники, пе;
44 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 5
ТЕПЛО$ И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
реходы, днища), диаметром от 530мм до 1420мм
с толщиной стенки от 16 мм до 80 мм испытыва;
ют при эксплуатации значительно большие (в
1,5...3 раза), чем в трубах, напряжения из;за слож;
ной геометрической формы. Поэтому к уровню
комплекса механических свойств металла этих
изделий предъявляются высокие требования, ко;
торые возможно обеспечить при приемлемых за;
тратах за счет применения экономнолегирован;
ных сталей и упрочняющей термической
обработки деталей в готовом виде [5–7].
Из практики изготовления и эксплуатации
сварных металлоконструкций ответственного
назначения известно, что наиболее приемлемой
структурой металла таких изделий является фер;
рито;бейнитная или бейнитная. Получение та;
кого структурного состояния в металле деталей с
различной толщиной стенки при реализации
термического упрочнения готовых изделий при
отдельном нагреве представляет собой весьма
сложную техническую задачу. Это связано преж;
де всего с тем, что интервал температур, при ко;
торых происходит распад переохлажденного аус;
тенита, по бейнитному механизму достаточно
узкий (рис.1) и для получения требуемого струк;
турного состояния детали с различной толщиной
стенки необходимо ускоренно охлаждать с раз;
личной интенсивностью в определенные перио;
ды термического упрочнения [5].
Важнейшими элементами разрабатываемой
технологии термоупрочнения СДТ, требующими
принятия окончательного решения, являлись:
– вид применяемой охлаждающей среды;
– способ реализации ускоренного охлажде;
ния изделий (непрерывное в одном охладителе
или методом купания в нескольких и т.д.).
От выбора этих параметров зависят:
– конструкция закалочного устройства и со;
путствующих систем (системы подъема – опуска;
ния детали в закалочную среду; системы стабили;
зации температурного режима ванны и контроля
охлаждающей способности среды и т.д.);
– объем охлаждающей среды, участвующий
в процессе термоупрочнения изделий;
– конструктивно;технологические парамет;
ры системы контроля температуры металла в
процессе термоупрочнения и управления про;
цессом охлаждения.
Известно [8], что от типа охлаждающей среды,
ее температуры, скорости движения относитель;
но металла и концентрации добавок (в случае ис;
пользования растворов) зависимость охлаждаю;
щей способности сред от температуры
закаливаемого металла существенно различаются.
Следует сразу сказать, что при анализе параме;
тров охлаждающих сред, которые можно было бы
использовать для термического упрочнения СДТ,
масло, солевые растворы, полимерные среды бы;
ли отвергнуты по различным причинам (техно;
логическим, экологическим и экономическим).
Таким образом, одной из наиболее техноло;
гичных, экологически чистых и дешевых зака;
лочных сред является вода, которой присущи
также и недостатки. Общим недостатком для
всех интенсивно охлаждающих металл сред явля;
ется значительный перепад температур – до
500оС (см. рис.2) по сечению закаливаемых дета;
лей, например, стенки СДТ, что приводит к неод;
нородности структурного состояния металла и
его свойств. При проведении экспериментов ав;
торами статьи по закалке металла в горячей воде
(рис.3) абсолютная скорость охлаждения снижа;
ется по сравнению с холодной водой и сущест;
венно уменьшается перепад температур между
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 5 45
ТЕПЛО$ И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 1. Термокинетическая диаграмма распада
переохлажденного аустенита стали 10Г2ФБ после
аустенитизации при 1000 оС, выдержка 5 мин.
поверхностью и центром детали. В связи с тем,
что термическому упрочнению предполагается
подвергнуть соединительные детали диаметром
от 530 мм до 1420 мм, толщина стенок которых
находится в интервале 16...80 мм, целесообразно
было разделить весь сортамент деталей на не;
сколько групп по толщинам стенок и для каждой
из них определить наиболее приемлемую зака;
лочную среду, обеспечивающую минимальный
перепад температур между центром и поверхнос;
тью и, соответственно, однородность структур и
свойств.
Из данных [6] следует, что при температуре ох;
лаждающей воды 85...90 оС происходит смеще;
ние максимума теплосъема (кризиса кипения –
переход от пленочного к пузырьковому кипе;
нию) в область температур приповерхностного
слоя закаливаемого металла 180…160 оС. При этих
температурах металл уже находится в упругом со;
стоянии, и поэтому резкое увеличение коэффици;
ента теплоотдачи (а соответственно и напряже;
ний) приводит к растрескиванию металла или
короблению металлоизделий. Исходя из этого
технология закалки изделий (особенно крупно;
габаритных и сложной формы) в воде с темпера;
турой выше 85…90 оС должна предусматривать
прерывание процесса охлаждения при темпера;
туре поверхности металла ≥ 200 оС.
Таким образом, на основании анализа экспе;
риментов было определено, что наиболее прием;
лемыми охлаждающими средами термического
упрочнения крупногабаритных изделий типа
СДТ являются:
;вода с температурой ≥ 90 oС (для толщин ≤ 40мм);
;вода с температурой до 35...40 оС (для толщин
≥ 40мм).
Для реализации процесса закалки изделий
разнообразной формы и габаритов было спроек;
тировано и изготовлено специальное закалочное
устройство, которое функционирует на ОАО
“Трубодеталь” (г. Челябинск). При апробации
новых технологий термоупрочнения были испы;
таны параметры режимов охлаждения СДТ в во;
де с температурой в интервале 20…90 оС, что
представляется целесообразным по причине вы;
бора определенной скорости охлаждения для
каждой группы деталей с определенным интерва;
лом толщин стенок.
Применение в качестве закалочной среды
холодной воды (достаточно высокая равномер;
ность охлаждения в спокойной воде при ее тем;
пературе до 35…40 оС) усложняет технологичес;
кий процесс термического упрочнения тем, что
повышается в 2...3 раза интенсивность охлажде;
ния металла и это с первых секунд охлаждения
приводит к возрастающей разнице температуры
металла (рис. 2) по сечению (увеличивается с уве;
личением толщины детали). Для уменьшения
перепада температур по сечению охлаждаемого
металла и получения более равномерного струк;
турного состояния на практике реализуют режим
охлаждения “купанием”, т.е. после определен;
ных выдержек в закалочной среде изделие извле;
46 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 5
ТЕПЛО$ И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 2. Расчетные кривые охлаждения пластины
толщиной 50 мм из стали 10Г2ФБ в спокойной
воде при t = 20 oС, полученные с помощью
программы IQLab [2]. Значение коэффициента
теплоотдачи выбрано по данным работ [10, 11,
12], а также по результатам
экспериментальных исследований авторов
статьи, которые удовлетворительно
коррелируются друг с другом.
кается на воздух и выдерживается для выравни;
вания температуры металла по сечению. И весь
процесс закалки состоит в определенном сочета;
нии (для каждой толщины металла) таких интер;
валов интенсивного и замедленного охлаждения.
Для деталей с большой толщиной стенки, кото;
рые при закалке можно быстро погружать в ох;
лаждающую среду и извлекать из нее, процесс
“купания” достаточно технологичен. При этом,
чем больше толщина стенки детали, тем больше
перепад температур по сечению детали при не;
прерывном охлаждении в холодной воде. Поэто;
му режим охлаждения “купанием” наиболее це;
лесообразно использовать для СДТ с толщиной
стенки ≥ 40 мм. Для создания промышленного
режима закалки методом “купания” необходимо
знать такие температурно;временные параметры
процесса, которые помогут максимально сбли;
зить температуру металла центра и поверхности и
при этом не дать возможности переохладить ме;
талл поверхностных слоев ниже критической
температуры Мн (рис. 1).
Следует также особо отметить, что для получе;
ния в металле СДТ оптимального уровня свойств
необходимо получить равномерное по сечению
металла структурное состояние с определенным
соотношением фаз. Для конкретных СДТ это мо;
жет быть феррито;бейнитное структурное состо;
яние при соотношении фаз: Ф – (60...75%) и Б ;
(25…40%), полностью структура игольчатого
феррита (нижнего бейнита). В работах [6, 7] при;
ведены результаты исследования состояния
структуры стали 10Г2ФБ толщиной 19 мм после
термической обработки с использованием раз;
личных закалочных сред.
Согласно результатам исследований [6] режим
непрерывного охлаждения в холодной воде для
этой марки стали толщиной 19 мм (а практика
показывает, что аналогичное состояние наблюда;
ется для толщин до 36 мм) не может быть реко;
мендован для промышленного производства
СДТ в связи с повышенным содержанием в
структуре мартенсита и бейнита.
При этом для каждой марки стали существуют
свои оптимальные температурно;временные па;
раметры распада переохлажденного аустенита,
знание которых может стабильно обеспечивать
указанные структурные состояния. Поэтому для
реализации в промышленных условиях процес;
сов термоупрочнения необходимо, прежде всего,
иметь диаграммы изотермического, термокине;
тического распада переохлажденного аустенита и
структурные диаграммы для всех используемых
сталей (см., например, для стали 10Г2ФБ, рис.1).
На примере сталей 09…12Г2ФБ, являющихся ба;
зовыми в СНГ при производстве труб, было уста;
новлено, что наиболее желательны для металла
СДТ структурные состояния, которые возможно
получить при распаде переохлажденного аусте;
нита в интервале температур от Мн до 550 oС. А
реализовать процесс распада переохлажденного
аустенита в заданном температурном интервале
охлаждаемого металла возможно при наличии
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 5 47
ТЕПЛО$ И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 3. Расчетные кривые охлаждения пластины
толщиной 50мм из стали 10Г2ФБ в горячей
(t ≥ 90 оС) неподвижной воде, полученные с
помощью программы IQLab [2]. Значение
коэффициента теплоотдачи выбрано по данным
работ [10, 12], а также по результатам
экспериментальных исследований авторов
статьи, которые удовлетворительно
коррелируются друг с другом.
непрерывного контроля температурного поля
металла. Такой контроль температуры металла
по сечению в процессе охлаждения возможен
при наличии:
а) математической модели (и программы) для
расчета распределения температуры по сечению
металла, характерной для конкретных условий
(среды, способа охлаждения и др. параметров.
Упомянутая ранее программа (IQLab, версия;2) [2]
эффективно используется для оптимизации пара;
метров технологии термоупрочнения СДТ [3];
б) прибора контроля температуры металла в за;
калочной среде, работающем на принципе анали;
за амплитудно;частотных шумовых характерис;
тик, возникающих на поверхности металла при
смене кризисов кипения (каждая среда имеет свои
особенности). Создание такого прибора ведется в
рамках договора НМетАУ – ИТТФ НАНУ [9];
в) системы контроля температуры металла по;
сле извлечения детали из закалочной среды (при
реализации прерванного охлаждения или режи;
ма “купание”). Для создания такой системы
предложено использовать приборы: чувствитель;
ный инфракрасный пирометр с пределом измере;
ния 20…600 оС; гидроакустический прибор кон;
троля температуры металла в охлаждающей среде.
Разработка такой комплексной системы кон;
троля за температурным полем металла СДТ или
других крупногабаритных деталей в условиях ре;
жима охлаждения методом “купания” ведется
специалистами НМетАУ и ИТТФ НАН Украины.
Только при совмещении указанных разрабо;
ток в единой системе с созданием компьютерной
управляющей программы возможно автоматизи;
ровать процесс термоупрочнения и использовать
его в различных условиях, а также оптимизиро;
вать его параметры за счет возможности модели;
рования процесса.
Реализация вышеизложенных принципов и
конструктивно;технологических параметров ре;
жимов и средств контроля температуры термо;
упрочняемых СДТ возможна при наличии зака;
лочного устройства с механизированным
подъемно;опускным столом, создание которого
осуществлено на базе ОАО “Трубодеталь” фир;
мой LOI по заданию НМетАУ.
На основании анализа результатов экспери;
ментальных исследований, полученных при за;
калке толстых пластин (50 мм) с зачеканенными
термопарами, и обработки этих данных с помо;
щью программы IQLab (версия;2) был получен
ряд диаграмм распределения температурного по;
ля по сечению изделий при различных значениях
интенсивности охлаждения металла и времени
охлаждения в закалочном устройстве и на возду;
хе, т.е. при реализации метода “купания”.
На рис. 3, 4 приведен режим охлаждения круп;
ногабаритной детали, при реализации которого
были использованы оптимальные параметры
процесса охлаждения металла по режиму “купа;
ния”. При таком режиме охлаждения температу;
ра металла центра и поверхности сблизилась и
практически началась изотермическая выдержка
металла при 460…470 оС после определенного
времени от начала процесса закалки.
Как видно из рис.1, при осуществлении прак;
тически изотермической выдержки металла при
температурах 480…500 оС, начиная с 70 секунды
от момента начала процесса закалки и до полно;
го превращения аустенита, металл поверхност;
48 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 5
ТЕПЛО$ И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 4. Кривые охлаждения пластины из стали
10Г2ФБ толщиной 50мм в холодной воде методом
"купания", смоделированного с помощью
программы IQLab (версия#2) на основании
экспериментальных данных, полученных
авторами статьи.
ных слоев детали не переохлаждался ниже мар;
тенситной точки Мн, что гарантирует отсутствие
структуры мартенсита в металле поверхностных
слоев. Последующее охлаждение изделия целе;
сообразно вести методом купания, который при;
водил бы к небольшому градиенту температур по
сечению металла. Осуществление таких режимов
возможно при наличии автоматизированных за;
калочных устройств с подъемно;опускным сто;
лом и регулируемой системой циркуляции ох;
лаждающей среды и при наличии системы
быстрого нагрева;охлаждения закалочной среды
в баке.
Выводы
1. При наличии соответствующего про;
граммного обеспечения и минимума экспери;
ментальных данных возможно смоделировать и
оптимизировать самый сложный режим закалки
металлоизделий с минимальными затратами.
2. В результате выполненных исследований,
используя комплексный подход, были созданы
промышленные технологии термического упроч;
нения крупногабаритных высокопрочных изде;
лий, обеспечивающие металлу уровень прочнос;
ти не менее К60.
ЛИТЕРАТУРА
1. Key world energy statistics. – International
energy agancy, 2004. – P.57.
2. Добривечер В.В., Зотов Е.Н., Кобаско Н.И.,
Моргунюк В.С., Сергеев Ю.В., Программный ком;
плекс “IQLab”, коммерчески распространяемый
ТОВ “Интенсивные технологии ЛТД”
(iqlab@itl.kiev.ua ).
3. Круковский П.Г. Обратные задачи тепло;
массопереноса (Общий инженерный подход). –
К.: Ин;т технической теплофизики, 1998. – 224 с.
4. Зотов Е.Н., Москаленко А.А., Добривечер
В.В., Кобаско Н.И., Дейнеко Л.Н. Использование
программы IQLab для выбора оптимальных ре;
жимов процесса термообработки стальных изде;
лий. – В сб. докладов межд. н.;т. конференции
“Оборудование и технологии термической обра;
ботки металлов и сплавов” (ОТТОМ;6), ч.1. –
Харьков: ННЦ ХФТИ, ИПЦ “Контраст”, 2005. –
С. 106–115.
5. Дейнеко Л.Н., Большаков В.И. Термическое
упрочнение соединительных деталей магистраль;
ных нефтегазопроводов. – Днепропетровск:
Gaudeamus, 2000. – 120 с.
6. Большаков В.И., Дейнеко Л.Н., Бекетов А.В.,
Евсюков М.Ф. Исследование процессов структу;
рообразования в штрипсовых V;Nb;Ti содержа;
щих сталях. – Металознавство та термічна оброб;
ка металів. – 2001. – № 3. – С.62–76.
7. Большаков В.И., Дейнеко Л.Н., Бекетов А.В.,
Евсюков М.Ф и др. Сб. научных трудов: Строи;
тельство, материаловедение, машиностроение ;
Вып.15, “Стародубовские чтения 2002”, часть 1. –
Днепропетровск: ПГАСА, 2002. – С. 250;255
8. Люты В. Закалочные среды. Справочник. –
Челябинск: Металлургия, 1990. – 192с.
9. Москаленко А.А., Зотов Е.Н., Лутов С.Д.,
Симаченко А.В., Дейнеко Л.Н. Разработка и про;
мышленные испытания системы управления и
термоакустической диагностики технологии за;
калки стальных изделий. –Тезисы IV Междуна;
родной конференции “Проблемы промышлен;
ной теплотехники”. – К.: 2005. – С. 354.
10. Коздоба Л.А., Чумаков В.Л. Температурное по;
ле при охлаждении в жидкой среде // Физика и хи;
мия обработки материалов. – 1970. – №5. – С.3–8.
11. Кобаско Н.И. Тепловые процессы при за;
калке стали // Металловедение и термическая
обработка металлов. – 1968. – №3. – С.2–6.
12. Немчинский А.А. Тепловые расчеты терми;
ческой обработки. – М.: Судпромгиз, 1953. – 104 с.
Получено 23.01.2007 г.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 5 49
ТЕПЛО$ И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
|