Файл: Несенчук А.П. Пламенные печи для нагрева и термообработки металла учеб. пособие.pdf

ты, связанные с короблением и надрывами, а в других эти напряже­ ния носят остаточный характер. Чтобы возникающие температурные напряжения носили временный характер (временные напряжения, которые с уменьшением или исчезновением температурного пере­ пада исчезают либо снижаются) нагрев средины заготовок или из­ делий на начальном его этапе (примерно до 500° С) следует выпол­ нять вполне определенным образом. При этом возникающие напря­ жения ни в коем случае не должны превосходить предел упругости.

Как известно, малоуглеродистые и низколегированные стали, обладая пластичностью во всем диапазоне температур, включая и интервал 0—500° С, позволяют осуществлять нагрев с любыми скоростями, которые можно реализовать в существующих печах. Для таких сталей не опасно появление температурных напряжений, превосходящих предел упругости материала, и, как правило, учиты­ вать температурные напряжения при составлении технологии нагре­ ва, разработке температурных и тепловых графиков нет необходи­ мости.

При нагревании массивных заготовок (в тонких напряжения не возникают) из высокоуглеродистой и легированной сталей в интер­ вале температур 0—500° С имеют место очень большие температур­ ные напряжения, величину которых всегда нужно сопоставлять с допустимой. Дальнейший нагрев средины заготовки (выше 500° С) сопровождается снижением напряжений, так как при этом струк­ тура материала переходит в пластическое состояние. Поэтому мож­ но считать, что если на первом этапе нагрева (до 500° С) металл не получил дефектов, обусловленных температурными напряжениями, то при дальнейшем его нагреве такая опасность исключается.

Для учета возникающих температурных напряжений при наг­ реве высокоуглеродистых и легированных сталей целесообразно сопоставить их с пределом упругости сгу.

Зависимость между температурным напряжением и перепадом

где ß — коэффициент линейного расширения, 1/°С (1/°К); Е — модуль нормальной упругости, кГ/мм2 (кГ/м2) ;

V и k — коэффициенты;

At — температурный перепад на некотором участке контроль­ ного сечения в направлении теплового потока, 0 С (° К ); X — характерный размер заготовки или изделия (при симмет­ ричном нагреве для пластины и цилиндра в качестве х принимаются соответственно половина толщины и ра­

диус) , м.

Анализируя выражение (1.2), можно сказать, что величина а принимает максимальное значение, если в эту формулу в качестве At взять разность температур поверхности и средины нагреваемых заготовки или изделия (симметричный нагрев). Иными словами,

14

когда Х і = х . Для этих условий уравнение (1.2) перепишется в виде

пластины и цилиндра), выражение (1.3) принимает вид

и

Формулы (1.4) и (1.5) записаны соответственно для пластины и цилиндра.

Как было уже отмечено, технология нагрева высокоуглеродис­ тых и легированных сталей разрабатывается с учетом возникающих в сечении температурных напряжений. Причем температурный на­ пор в металле на начальной стадии его нагрева должен удовлетво­ рять условию

Аi А^допі

где Ді'доп — допустимый перепад температур в сечении:

Оу — напряжение, соответствующее пределу упругости.

Возникающий перепад At определяется в соответствии с темпе­ ратурным графиком для момента времени Тсгтах, который (рис. 1.1)

соответствует моменту наступления регулярного режима. Для цилиндра и пластины соответственно имеем:

*2.

где X— характерный размер, для цилиндра и пластины — это со­ ответственно радиус и половина ее толщины (при симмет­ ричном нагреве), м;

а — коэффициент температуропроводности металла, мг/ч (м2/сек).

15

Оценка возникающих вследствие неравномерного нагрева сече­ ния напряжений выполняется в такой последовательности.

Приняв среднюю температуру металла в зоне, находят коэффи­ циенты теплопроводности и температуропроводности. Затем опреде­ ляется величина Вц для первой зоны и сравниваются между собой Віі и Вііф. Тем самым выполняется классификация заготовки.

Рис. 1.1. Температурный график нагрева металла в первой зоне печи:

а — при tr = c o n s t; б — при g = c o n s t

іб

Используя At, находим возникающее напряжение а. С этой целью применяем выражения (1.4) и (1.5). Наконец сопоставляем величины а и сгу.

Резюмируя сказанное, нужно заметить, что температура на по­ верхности заготовки в конце первого этапа нагрева (первая зона)

а б

Рис. 1.2. Допустимый перепад в центре и на поверхности в зависимо­ сти от температуры газов и термического сопротивления:

а — пластина; б — цилиндр; 1—11— соответственно для - у - =0,001; 0,002; 0,003;

0,004; 0,005; 0,007; 0,01; 0,015; 0,02; 0,025 и 0,03

всегда выбирается с учетом возникающего в сечении перепада тем­ ператур. Первый период нагрева высокоуглеродистой или легиро­ ванной стали заканчивается при достижении на поверхности метал­ ла температуры 500+Д^дОП.

Второй период — при достижении на поверхности заготовки или изделия температуры операции Сковка, штамповка, прокатка.

библиотека С ГС

ЭКЗЕМПЛЯР

термообработка). Нагрев во второй зоне печи ведется с максималь­ ном скоростью. Последнее справедливо для всех сортов сталей.

(ЭЯ1Т)

Рис. 1.7. Зависимость коэффициента ß от температуры для сталей:

Помимо расчета, допустимый температурный перепад Д^доп может быть выбран по графикам (рис. 1.2).

Значения величин <ту, ß и Е принимаются по графикам (рис. 1.3— 1.10).

18

9*