Файл: Строение и свойства стеклокристаллических материалов на основе горных пород и шлаков (г. Чимкент, 8-10 октября 1974 г.) [сборник статей] 250-летию АН СССР посвящается.pdf

И.И.БЫК&, Б.ХЛАН

К ВОПРОСУ О ВЫБОРЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕКНОЛОГИИ ТЕРМИ­ ЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КАМНЕЛИТЫХ ИЗДЕЛИЙ

Медленное охлаждение (отжиг) занимает около двух третей общего баланса технологического времени получения вамнелнтых изделий. Существующая на камнелитейных предприятиях техноло­ гия термической обработки изделий, подобранная эмпирически, в зависимости от конструкции печей и номенклатуры изделий,

нуждается в коренном усовериенствовании на основе нанопленных данных и исследования превращений, происходящих в литом стцнлокоисталличеоком материале в пропессе кристаллизации и отжига.

Известно, что напояженное состояние твердого тела не ос­ тается неиаиенчыу, а с течением времени и в зависимости от свойств матеомала изменяется / т / . в процессе охлаждения камен­ ное литье проходят ряд температурных областей. Для базальтово­ го литья иожпо выделить три температурных основных интервала: когда упругие сдвиговые деформации в литом материале очень ма­ лы (состояние вязкой жидкости): интервал 90П-600°С - вязко-уп- пуг'ое состояние: ниже *00°С - состояяие, близкое к идеальной упругости /? ,3 /, Четная температурная граница между этими сос­ тояниями материала отсутствует, изменяясь в зависимрсти от скорости охлаждения отлизни и уровня напряженности. Напряжения, действующие в зоне упругого состояния материала, не вызывают остаточных дефлрмаций изделия. Напряжения, действующие в зоне вязко-текучего состояния материала, достаточно быстро снимают­ ся пластичэской деформацией. Для каменного литья большое зна­ чение имеет проявление эластичных свойств стеклообразной фазы, которое обуславливает явление упругого последействия. Эластическио деформации стеклообразной фазы приводят к снижению хруп­ кости литого материала в целом и уменьшают опасность образова­ ния микротрещин в результате температурных напряжений.

Основываясь на перечисленных положениях, с псиояью ЭВМ пиинск-22" произвели расчет температурных напряжений в намнелитых плитах размером 300x300x40 мм, Т80хЧ5х18 мм и трибах диаметром от 200 до 1000 мм и длиной тооо мм, отлитых из ба­ зальтового расплава /4 ,5 /. При этом исследовали температурные поля и напряжения при условии двухстороннего охлаждения плит по базовым плоскостям. Для тоуб основными варьируемыми пара­ метрам.; были скорость изменения температуры рабочего прост­

379

ранства печи (приняли линейный закон изменения) и перепад тем­ пературы по диаметру и длине трубы, ь результате расчета устанолили, что разные условия охлаждения приводят к различной ве­ личине напряженности плит и труб. Ьо всех случаях охлаждения, вплоть до температуры перехода материала в упругое состояние (^ 6 0 0 о0).напряжения по абсолютной величине малы. Это является следствием имеющей место релаксации напряжений в литом мате­ риале за счет неупругих свойств остаточного стекла. Переход

каменного литья на разрыв.

Исследования показали, что интервал температур 700-600°С является наиболее опасным периодом охлаждения отливки. Пере­ ход стеклообразной фазы в этом температурном интервале из вязкоупругого состояния ь упругое сопровождается резким изменением свойств литого материала в целом, что существенным образом увеличивает уровень напряженности в изделии. Поэтому скорость охлаждения отливки в интервале температур 700-500°С (этот-ин­ тервал выбирается с ууетом инерционности процеоса) должна быть невысокой. Расчеты показали, что в плите толщиной 40мм эффект релаксации проявляется наиболее полно, если ее поверхность ох­ лаждается в интервале 70С-500°С со скоростью не выше 70 град/час. Б начальный период о т ж и г е б интервале тоыператур 9007С0°С,когда иатериал отливки обладает значительными неупру­ гими свойствами, скорость охлаждения поверхности плиты может быть увеличена до ISO-ISO град/час. Охлаждение отливки при

температуре ниже 500°С можно производить со скоростью 180-200 град/час. Таким образом, по данным расчета общее время отжига плиты толщиной 400 мы при однослойном продвижении в печи и двухстороннем охлаздепии по базовым плоскостям может соста­ вить 6-7 часов вместо 20-24 часов при существующая технологии.

Расчеты, проведенные применительно к двухстороннему ох-, лаждени» плиты толщиной 13 мм, позволили установить, что скорооть охлаждения ее поверхности может ооставить даже 450 град/час. При этом напряжении растяжения, возника­ ющие в центральных слоях в момент перехода литого материала из вязкоупругого в уярувое состояние, не превышают 40-45 кг/см*'« Поэтому время медленного охлаждения таких изделий мо-

380

может составить около 2-х часов, в то время как на камнелитей­ ных предприятиях при существующей технологии на этот вопрос затрачивают IO-I2 час. /6 / . Такую технологию можно осуществить только в принципиально иных теплотехнических агрегатах, чем - обычные туннельные печи с тележками или поддонами. Предпочти­ тельными для этой цели являются конвейерные печи с роликовым, цепным или сетчатым подом, имеющие небольшой объем рабочего пространства и позволяющие плавно и.достаточно точно регулиро­ вать тепловой режим обработки изделия /7 / . ъоэможность организа­ ции скоростного отжига камнелитых плиточных изделий в печах с роликовым подом подтверждена прямыми экспериментами в лабора­ торных условиях /8 / и на опытно-промышленном агрегате в ус­ ловиях Донецкого комбината камнелитых и керамических изделий.

Новые интересные сведения были получены при изучении про­ цесса термической обработки труб. Расчеты температурных полей и напряжений в трубах при скоростях охлаждения среды *г100 град/час. позволили установить, что возникновение и развитие температурных напряжений связано в основном не с изменением скорости охлаждения, а с той или иной степенью неравномернос­ ти распределения температур по длине и диаметру трубы. Исследо­

вания показали, что при равномерном и одинаковом в течение всего периода отжига распределения температур (данныо получены при

ние температурной неравноме’риости по длине трубы приводит к значительному росту напряжений и несимметричности их распреде­ ления относительно центра стенки изделия. Если же неравномер­ ность распределения температур по длине трубы изменяется с те­ чением времени охлаждения, то уровень напряженности в изделия возрастает до 300-400 кг/сы^. Причиной этого может являться неодновременность протекания фазового превращения в ооседних сечениях вдоль оси трубы. Например, напряжение в камнелит ой трубе диаметром 800 мм и длиной 1000 мм, устанавливаемой в тун­ нельной печи на торец, не превышают 50 кг/сн^ при условии, что температура по высоте печи постоянна. Перепад температур по высоте трубы в пределах 100-200 град, приводит в увеличению напряжений в несколько раз. Уменьшение окорооти охлаждения в интервале 700-600°С до 25 град/час с целью макоимального про­

явления релакоационных овойств литого материала не приводит к

381