Как определить время выдержки детали в печи

Обновлено: 18.05.2024

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Послесварочная термическая обработка узлов, аппаратов и трубопроводов должна производиться по технологическим процессам или производственным инструкциям, разработанным предприятием-изготовителем или монтажной организацией в соответствии с требованиями настоящей технологической инструкции.

1.2. Сварные соединения деталей, узлов и аппаратов из сталей перлитного класса и двухслойных сталей на их основе, выполненные дуговой и электрошлаковой сваркой, подвергают высоким отпускам, которые в зависимости от этапа проведения, а также температуры и продолжительности выдержки подразделяются на промежуточные и окончательные.

1.3. Для сварных соединений, подлежащим высоким отпускам, обязательным является проведение окончательного отпуска (одного или нескольких) вне зависимости от проведения промежуточных отпусков.

1.4. Промежуточные отпуска проводят в случаях, предусмотренных ПТД, после выполнения сварных соединений, которые в процессе дальнейшего изготовления аппаратов подлежат окончательному отпуску.

1.5. Рекомендуемые в настоящей технологической инструкции оптимальные режимы высокого отпуска - температура и продолжительность выдержки, установлены на основе экспериментальных исследований, выполненных в ОАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры», по релаксации остаточных напряжений при нагреве в широком диапазоне температур углеродистых и низколегированных сталей и их сварных соединений, а также анализа опыта применения нормативных требований Правил ASME на послесварочную термообработку сварных сосудов и аппаратов, РД котлостроения и атомного машиностроения, материалов Международного Института Сварки.

Другие режимы высокого отпуска (температура печи при посадке в нее сварных узлов и аппаратов, скорость нагрева, условия охлаждения и др.) устанавливаются, как правило, технологическими производственными процессами, составленными с учетом требований настоящей технологической инструкции и РТМ 26-44-82.

1.6. Послесварочная термообработка аппаратов из двухслойных сталей производится по режимам отпусков, рекомендуемых в настоящей технологической инструкции для марки стали основного слоя, если нет специальных требований в рабочем проекте на аппарат. За толщину сваренных деталей и узлов принимается номинальная толщина двухслойной стали. При этом следует, по возможности, избегать многократного нагрева.

1.7. При высоком отпуске сварных соединений деталей и узлов из теплоустойчивых хромомолибденовых сталей типа 12ХМ скорость нагрева в температурном интервале от 550 до 700 °C должна быть не менее 60 °C/ч.

1.8. Сварные соединения из разнородных сталей в сочетании между собой, углеродистые, кремнемарганцовистые, хромомолибденовые подлежат отпуску, если, согласно табл. 2.1 марка стали и толщина хотя бы одной детали входящей в сварное соединение определяет необходимость его проведения. Режим отпуска устанавливается по более легированной марке стали.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЪЕМНОМУ ОТПУСКУ СВАРНЫХ УЗЛОВ И АППАРАТОВ

2.1. Объемный высокий отпуск сварных деталей, узлов и аппаратов производится в камерных и шахтных печах. В отдельных случаях, например, отпуск негабаритных аппаратов, производится посредством нагрева изнутри теплоносителем по режиму высокого отпуска.

2.2. Печные агрегаты, в которых аппараты проходят послесварочную термообработку, должны обеспечивать распределение температуры по рабочей части печи в пределах допуска на нее, указанного в режиме высокого отпуска.

При нагреве аппарата в пламенных печах недопустимо прямое попадание пламени на изделие. Температура в печи во время загрузки в нее узлов и аппаратов не должна превышать 350 °C.

2.3. При объемной термообработке - отпуске скорость нагрева узла, аппарата до 350 °C не регламентируется. Выше 350 °C любая скорость нагрева при толщине стенки до 30 мм, но не более 200 °C/ч. При большей толщине - скорость нагрева не более 150 °C/ч. Скорость охлаждения - до 300 °C с печью, затем на воздухе. При температуре окружающего воздуха выше 18 °C допускается охлаждение с температуры отпуска производить на воздухе.

2.4. Все печные агрегаты, в которых аппараты проходят послесварочную термообработку, должны обеспечивать необходимое распределение температуры по поду и высоте печи.

2.5. После ремонта печи, а также при замене нагревателей, производят регулировку ее с контрольной проверкой распределения температуры в нагревательной камере. На основании проверки устанавливается рабочая зона, в пределах которой нужно располагать узлы и аппараты при проведении высокого отпуска.

2.6. Объем контроля качества деталей, узлов и аппаратов, прошедших послесварочную термообработку, устанавливается ТУ на изделие.

2.8 Минимальная продолжительность выдержки, при проведении объемного высокого отпуска аппарата, устанавливается по сварным соединениям деталей, узлов наибольшей номинальной толщины (независимо от номинальной толщины деталей других сварных соединений).

2.9 Минимальную продолжительность выдержки при проведении высокого отпуска угловых, тавровьтх и нахлесточньих сварных соединений допускается устанавливать по расчетной высоте углового шва (по суммарной расчетной высоте двухстороннего углового шва), принимая указанную высоту за номинальную толщину сваренных деталей.

2.10. Максимальная продолжительность выдержки при проведении высокого отпуска сварных узлов, аппаратов и трубопроводов из углеродистых и низколегированных сталей не должна превышать рекомендуемую продолжительность выдержки более чем на один час.

Таблица 2.1 - Рекомендуемые режимы высокого отпуска при объемной и местной термообработке сварных деталей, узлов и аппаратов.

Расчет продолжительности закалки

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Важная информация

Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.

Детальный маршрут термообработки сталей.

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Важная информация

Время выдержки при термообработке стали

Величина τ_н зависит от нагревающей способности среды, от размеров и формы деталей, от их укладки в печи; τ_в зависит от скорости фазовых превращений, которая определяется степенью перенагрева выше критической точки и дисперсностью исходной структуры.

Нагрев обычно проводят в газовой среде (воздух, продукты сгорания топлива), в расплавленных солях и расплавленных металлах. Соотношение времени τ_н в этих средах примерно таково: в газовых средах 1, расплавленных солях 0.5 и расплавленных металлах 0.25.

Чем крупнее изделие, тем больше τ_н. Если сравнивать время нагрева (τ_н) шара, цилиндра, параллелепипеда и пластины при условии, что D_шара = d_цил = a_пар = δ_пл (рис. 230), то соотношение времени нагрева следующее: для шара 1, параллелепипеда 2,5, цилиндра 2, пластины 4.

Рис. 230. Фактор формы при нагреве изделия
Шар диаметром D
Цилиндр диаметром сечения d
Параллелограмм с квадратным сечением a×a
Пластина толщиной δ

Расчет проводят по формуле (1). Пусть τ равно 1 или 2 мин:
τ_н = 0.1D₁K₁K₂K₃, (2)

Пример. Определить время нагрева детали, изображенной на рис. 231. Нагрев всесторонний, осуществляется в печи, сталь легированная.

Рис. 231. Изделие сложной формы. Нахождение размерной характеристики для определения времени нагрева под закалку

Максимальное поперечное сечение 30 × 40, следовательно, D₁ = 30. Находим τ_н, подставляя значения коэффициентов в формулу (2):
τ_н = 0.1×30×2×2.5×1 = 15 (мин), а
τ_общ = 15 + 2 = 17 (мин).

Естественно, что все рассмотренные случаи относятся к таким, когда нагревающий агрегат (печь, ванна) достаточно мощный и внесенные в него холодные детали заметным образом не снижают температуры рабочего пространства.

Технология закалки и отпуска стали

Термическая обработка сталей – одна из самых важных операций в машиностроении, от правильного проведения которой зависит качество выпускаемой продукции. Закалка и отпуск сталей являются одними из разнообразных видов термообработки металлов.

Тепловое воздействие на металл меняет его свойства и структуру. Это позволяет повысить механические свойства материала, долговечность и надежность изделий, а также уменьшить размеры и массу механизмов и машин. Кроме того, благодаря термообработке, для изготовления различных деталей можно применять более дешевые сплавы.

Термообработка стали заключается в тепловом воздействии на металл по определенным режимам ля изменения его структуры и свойств.

К операциям термообработки относятся:

Термообработка стали: закалка отпуск – зависит от следующих факторов:

температуры нагрева;
времени (скорости) нагрева;
продолжительности выдержки при заданной температуре;
скорости охлаждения.

Закалка

Закалка стали – это процесс термообработки, суть которого заключается в нагреве стали до температуры выше критической с последующим быстрым охлаждением. В результате этой операции повышаются твердость и прочность стали, а пластичность снижается.

При нагреве и охлаждении сталей происходит перестройка атомной решетки. Критические значения температур у разных марок сталей неодинаковы: они зависят от содержания углерода и легирующих примесей, а также от скорости нагрева и охлаждения.

После закалки сталь становится хрупкой и твердой. Поверхностный слой изделий при нагреве в термических печах покрывается окалиной и обезуглероживается тем более, чем выше температура нагрева и время выдержки в печи. Если детали имеют малый припуск для дальнейшей обработки, то брак этот является неисправимым. Режимы закалки закалки стали зависят от ее состава и технических требований к изделию.

Охлаждать детали при закалке следует быстро, чтобы аустенит не успел превратиться в структуры промежуточные (сорбит или троостит). Необходимая скорость охлаждения обеспечивается посредством выбора охлаждающей среды. При этом чрезмерно быстрое охлаждение приводит к появлению трещин или короблению изделия. Чтобы этого избежать, в интервале температур от 300 до 200 градусов скорость охлаждения надо замедлять, применяя для этого комбинированные методы закалки. Большое значение для уменьшения коробления изделия имеет способ погружения детали в охлаждающую среду.

Нагрев металла

Все способы закалки стали состоят из:

нагрева стали;
последующей выдержки для достижения сквозного прогрева изделия и завершения структурных превращений;
охлаждения с определенной скоростью.

Изделия из углеродистой стали нагревают в камерных печах. Предварительный подогрев в этом случае не требуется, так как эти марки сталей не подвергаются растрескиванию или короблению.

Сложные изделия (например, инструмент, имеющий выступающие тонкие грани или резкие переходы) предварительно подогревают:

в соляных ваннах путем двух-или трехкратного погружения на 2 – 4 секунды;
в отдельных печах до температуры 400 – 500 градусов по Цельсию.

Нагрев всех частей изделия должен протекать равномерно. Если это невозможно обеспечить за один прием (крупные поковки), то делаются две выдержки для сквозного прогрева.

Если в печь помещается только одна деталь, то время нагрева сокращается. Так, например, одна дисковая фреза толщиной 24 мм нагревается в течение 13 минут, а десять таких изделий – в течение 18 минут.

Защита изделия от окалины и обезуглероживания

Для изделий, поверхности которых после термообработки не шлифуются, выгорание углерода и образование окалины недопустимо. Защищают поверхности от подобного брака применением защитных газов, подаваемых в полость электропечи. Разумеется, такой прием возможен только в специальных герметизированных печах. Источником подаваемого в зону нагрева газа служат генераторы защитного газа. Они могут работать на метане, аммиаке и других углеводородных газах.

Если защитная атмосфера отсутствует, то изделия перед нагревом упаковывают в тару и засыпают отработанным карбюризатором, чугунной стружкой (термисту следует знать, что древесный уголь не защищает инструментальные стали от обезуглероживания). Чтобы в тару не попадал воздух, ее обмазывают глиной.

Соляные ванны при нагреве не дают металлу окисляться, но от обезуглероживания не защищают. Поэтому на производстве их раскисляют не менее двух раз в смену бурой, кровяной солью или борной кислотой. Соляные ванны, работающие на температурах 760 – 1000 градусов Цельсия, весьма эффективно раскисляются древесным углем. Для этого стакан, имеющий множество отверстий по всей поверхности, наполняют просушенным углем древесным, закрывают крышкой (чтобы уголь не всплыл) и после подогрева опускают на дно соляной ванны. Сначала появляется значительное количество языков пламени, затем оно уменьшается. Если в течение смены таким способом трижды раскислять ванну, то нагреваемые изделия будут полностью защищены от обезуглероживания.

Степень раскисления соляных ванн проверяется очень просто: обычное лезвие, нагретое в ванне в течение 5 – 7 минут в качественно раскисленной ванне и закаленное в воде, будет ломаться, а не гнуться.

Охлаждающие жидкости

Основной охлаждающей жидкостью для стали является вода. Если в воду добавить небольшое количество солей или мыла, то скорость охлаждения изменится. Поэтому ни в коем случае нельзя использовать закалочный бак для посторонних целей (например, для мытья рук). Для достижения одинаковой твердости на закаленной поверхности необходимо поддерживать температуру охлаждающей жидкости 20 – 30 градусов. Не следует часто менять воду в баке. Совершенно недопустимо охлаждать изделие в проточной воде.

Недостатком водяной закалки является образование трещин и коробления. Поэтому таким методом закаливают изделия только несложной формы или цементированные.

При закалке изделий сложной конфигурации из конструкционной стали применяется пятидесятипроцентный раствор соды каустической (холодный или подогретый до 50 – 60 градусов). Детали, нагретые в соляной ванне и закаленные в этом растворе, получаются светлыми. Нельзя допускать, чтобы температура раствора превышала 60 градусов.

Пары, образующиеся при закалке в растворе каустика, вредны для человека, поэтому закалочную ванну обязательно оборудуют вытяжной вентиляцией.

Следует остерегаться попадания воды в масляную ванну, так как это может привести к растрескиванию изделия. Что интересно: в масле, разогретом до температуры выше 100 градусов, попадание воды не приводит к появлению трещин в металле.

Недостатком масляной ванны является:

выделение вредных газов при закалке;
образование налета на изделии;
склонность масла к воспламеняемости;
постепенное ухудшение закаливающей способности.

Стали с устойчивым аустенитом (например, Х12М) можно охлаждать воздухом, который подают компрессором или вентилятором. При этом важно не допускать попадания в воздухопровод воды: это может привести к образованию трещин на изделии.
Ступенчатая закалка выполняется в горячем масле, расплавленных щелочах, солях легкоплавких.
Прерывистая закалка сталей в двух охлаждающих средах применяется для обработки сложных деталей, изготовленных из углеродистых сталей. Сначала их охлаждают в воде до температуры 250 – 200 градусов, а затем в масле. Изделие выдерживается в воде не более 1 – 2 секунд на каждые 5 – 6 мм толщины. Если время выдержки в воде увеличить, то на изделии неизбежно появятся трещины. Перенос детали из воды в масло следует выполнять очень быстро.

Вам нужно быстро и качественно нарезать металл? Воспользуйтесь плазменной резкой! Как правильно ее выполнять, читайте в этой статье.

Процесс отпуска

Отпуску подвергаются все закаленные детали. Это делается для снятия внутренних напряжений. В результате отпуска несколько снижается твердость и повышается пластичность стали.

В зависимости от требуемой температуры отпуск производится :

в масляных ваннах;
в селитровых ваннах;
в печах с принудительной воздушной циркуляцией;
в ваннах с расплавленной щелочью.

Температура отпуска зависит от марки стали и требуемой твердости изделия, например, инструмент, для которого необходима твердость HRC 59 – 60, следует отпускать при температуре 150 – 200 градусов. В этом случае внутренние напряжения уменьшаются, а твердость снижается незначительно.

Быстрорежущая сталь отпускается при температуре 540 – 580 градусов. Такой отпуск называют вторичным отвердением, так как в результате твердость изделия повышается.

Изделия можно отпускать на цвет побежалости, нагревая их на электроплитах, в печах, даже в горячем песке. Окисная пленка, которая появляется в результате нагрева, приобретает различные цвета побежалости, зависящие от температуры. Прежде чем приступать к отпуску на один из цветов побежалости, надо очистить поверхность изделия от окалины, нагара масла и т. д.

Обычно после отпуска металл охлаждают на воздухе. Но хромоникелевые стали следует охлаждать в воде или масле, так как медленное охлаждение этих марок приводит к отпускной хрупкости.

Расчет времени нагрева, выдержки и охлаждения при проведении термической обработки , страница 6

Примечание. Общее время нагрева штанги t_общ с учетом времени выдержки составит 36 мин + 12 мин = 48 мин, а с учетом выбранной схемы укладки (например по схеме 3 таблица 9 приложения):

t_общ = 36 × 2 + 12 = 84 мин = 1 ч 42 мин.

4 Расчет времени охлаждения

4.1 Расчет времени охлаждения в среде с постоянной температурой

Пример 4. Определить продолжительность охлаждения центра вала из стали 40Х, диаметром 600 мм, длиной 3 м с температурой 850ºС до температуры 200ºС в различных охлаждающих средах (вода, масло, воздух).

По таблице 3 приложения принимаем коэффициент теплоотдачи.

a_воды = 1163 Вт/м 2 ºС;

a_масло = 348,9 Вт/м 2 ºС;

a_воздух = 98,9 Вт/м 2 ºС.

Средний коэффициент теплопроводности l_ср(от температуры нагрева до температуры охлаждения) будет равен » 37,75 Вт/м 2 °С (по таблице 5 приложения). Зная l и R находим критерий Био по формуле (13):

при охлаждении в воде:

при охлаждении в масле:

при охлаждении на воздухе:

Определяем температурный критерий q(для случая охлаждения):

Для случая охлаждения в воде или на воздухе:

Для случая охлаждения в масле:

Тогда критерий Фурье, определенный по рисунку А.1, б (приложение):

при охлаждении в воде Fo= 0,4 (Bi = 9,03; θ = 0,21);

при охлаждении в масле Fo = 0,68 (Bi = 2,77; θ = 0,19); при охлаждении на воздухе Fo = 1,4 (Bi = 0,79; θ = 0,21).

Коэффициент теплопроводности взят для аустенитного состояния при 800ºС, λ = 26,7 Вт/мºС (таблица 5, приложение), теплоемкость С = 687 Дж/кгºС (таблица 6, приложение) и γ = 7830 кг/м 3 .

Определим коэффициент температуропроводности по формуле (21):

Критерий Фурье по формуле (20):

Подставляя значения Foдля различных сред охлаждения, находим: при охлаждении в воде:

при охлаждении в масле:

при охлаждения на воздухе:

4.2 Расчет времени охлаждения в среде о переменной

температурой

4.2.1 Расчет времени охлаждения в масле

Пример 5. Определить время охлаждения центра вала диаметром 200 мм, длиной 3 м, весом 700 кг с температурой 800ºС до 200ºС в баке о маслом объемом 4 м 3 при начальной температуре масла 30ºС.

«Водяное число» масла при удельном весе γ_ж = 0,9 кг/л с теплоемкостью С_ж = 2,06 кДж/кгºС определим по формуле:

где V_ж – объем жидкости (масла);

γ_ж – удельный вес жидкости (масла);

С_ж – теплоемкость жидкости (масла).

«Водяное число» вала весом G_м = 700 кг и с теплоемкостью С_м = 0,687 кДж/кгºС (таблица 6, приложение) определим по формуле:

Отношение «водяных чисел»:

Подставляя значения, «водяных чисел» в уравнение (23) получим:

Следовательно, температура масла повысится с 30º до 78ºС, т.е. на 48ºС, а температура охлаждаемого металла снизится с 800º до 800 – 78 = 722ºС.

Принимая a =581,5 Вт/м 2 ºС (см. пункт 1.4), l =34,9 Вт/м 2 ºС (таблица 5, приложение).

Подставляя наеденные значения (для встречного потока) в уравнение (26) получим:

Значение температурного коэффициента θ находим по формуле (19):

По значениям Bi_усл=1,61 и θ=0,17 по рисунку А.1, б (приложение) находим Fo=0,8, что соответствует расчетным данным по формуле (20), которая была преобразована в формулу (22), определяем время охлаждения:

Поскольку охлаждение ведется в баке с маслом, без принудительного охлаждения его происходит постепенное повышение его температуры за счет вносимого металлом тепла. Для того, чтобы при закалке не происходило резкого повышения температуры масла, рекомендуется принимать отношение веса жидкости к весу закаливаемого металла равным:

В нашем примере

4.2.2 Расчет времени охлаждения изделий при душевой закалке

Пример 6: Определить время охлаждения сложных профилей при душевой закалке: швеллера №20 (200×55×3,2 мм), уголка №9 (90×90×6 мм), балки №20 (200×65×3,2 мм) с температуры конца прокатки (1000ºС) до температуры начала самоотпуска 450ºС при закалке изделий обрызгиванием (душевая закалка) для малоуглеродистой и низколегированной сталей.

Расчет времени нагрева, выдержки и охлаждения при проведении термической обработки , страница 5

По таблице 6 приложения, определяем среднюю теплоемкость металла для 800ºС с = 0.687 кДж/кг×ºС = 687 Дж/кг×ºС.

Плотность стали марки ШХ 15, определяем по таблице 5 приложения, g = 7800 кг/м 3 .

Примечание: Дж переводим в Вт×ч, т.е. 1 Вт×ч = 3600 Дж.

По графику (рисунок А.1, приложение) зная q = 0,173 и Bi = 0,39, находим Fo = 2,5.

Определяем время нагрева преобразовав формулу (20):

2.2 Расчет времени нагрева в среде с переменной

температурой (методические печи)

Пример 3. Определить время нагрева штанги из стали марки ШХ15 диаметром 150 мм до температуры 820ºС в методической печи, имеющей температуру у окна посадки 600ºС, а у окна выдачи - 900ºС.

Примем встречный поток движения среды и металла (существует параллельное движение среды и металла) и определим время нагрева по некоторой температуре t_усл. при условном коэффициенте теплоотдачи a_усл.

где - начальная температура печной среды в момент загрузки металла; ºС (а*также темпер тура закалочной среды - воды, масла при закалке);

- отношение "водяных чисел" среды и металла;

t₀-начальная температура металла (или в случае закалки - температура металла перед закалкой).

Под "водяным числом" понимается количество воды в кг/ч ºС, которое по своей теплоемкости соответствует теплоемкости потока газов или нагреваемого в печи металла. При охлаждении водяное число будет соответствовать теплоемкости, охлаждаемой жидкости или охлаждаемого металла.

Водяное число равно:

а) для дымовых газов

где V_о.дым – объем дымовых газов, м 3 /с, при 0 ºС и 760×123,3 Па;

С_эвт - теплоемкость газов, Дж/кг ºС;

С_м - теплоемкость металла, Дж/кг ºС;

Р - производительность печи, кг/ч.

При встречном потоке газов и нагреваемого металла температура дымовых газов понизится на 900ºС - 600ºС = 300ºС, а температура нагреваемого металла на 820ºС - 20ºС = 800ºС.

В этом случае отношение водяных чисел определится как отношение:

Определим t_усл:

Определим a_усл:

где a - коэффициент теплоотдача, рассчитывается по формуле (см. ниже);

К - коэффициент, учитывающий форму изделия (для пластины К = 3,0; для цилиндра К = 3,5; для шара К = 5,0).

Возьмем с = 3,505 Вт/м 2 ×К 4 (из примера 2).

Критерий Био определяется по формуле (16) :

l_ср = 34,85 Вт/м 2 ºС (см. пример 2)

Определим a_услпри К = 3,5 (для цилиндра).

Определим Bi_усл при a_усл:

Определим температурный критерий, заменив в формуле (19) t_c нa t_усл:

По Bi_усл = 0,12 и q_усл = 0,131 с помощью графика (рисунок А.1, б, приложение) находим Fo = 8,7.

Определим время нагрева по формуле (22):

где a - коэффициент температуропроводности равен 0,023

Примечание. Для параллельного движения среды и металла условный коэффициент теплопередачи a_усл и условная температура t_усл определяется по формулам:

3 Расчет времени выдержки

Выдержка при конечной температуре нагрева необходима для выравнивания температуры между центром и поверхность до требуемой величины.

Если в момент окончания нагрева изделия температура в центре изделия неизвестна, ей необходимо определить. Рассмотрим пример расчета времени выдержки для штанги из стали ШX15 диаметром 150 мм до температуры 830ºС (в печи с температурой 1000ºС) см. пример 2.

В этом примере мы определим Bi = 0,39 и Fo= 2,5, пользуясь полученными значениями определим:

а) по графику (рисунок А.1, б, приложение) температурный критерий q который равен 0,18;

б) температуру в центре изделия можно определить по формуле:

t_центра = 1000 – (1000 - 20) × 0,18 = 823ºС

Dt = 830 – 823 = 7ºC (перепад температур в момент нагрева между поверхностью (t_м.к.) и центром изделия);

в) время выдержки определяют по формулам:

где m - коэффициент пропорциональности;

S – половина толщины детали;

R- радиус детали (при двухстороннем нагреве);

a- коэффициент температуропроводности, м 2 /ч.

где К_ф - коэффициент формы тела;

К_D_t - коэффициент степени выравнивания температур.

Время определится следующим образом. По таблице 7 приложения принимая длину штанги 1 м, находим К_ф = 0,81. К_D_t находим по таблице 8 приложения по соотношению

К_D_t = 1,0; a = 0,023 м 2 /ч(определено в примере 2).

Расчет времени нагрева, выдержки и охлаждения при проведении термической обработки , страница 4

t_м.к_. - конечная температура металла, ºС.

Пример 1. Определить время нагрева нержавеющей ленты толщиной 1,5 мм, шириной 400 мм, весом 5 кг на 1 погонный метр до температуры 1100ºС. Длина печи - 7,5 м, температура рабочего пространства - 1140°С.

Определение веса ленты:

где G_{1 пог.м} - вес одного погонного метра;

l – длина ленты в печи, м.

Определение удельной теплоемкости металла: по таблице 6 приложения для нержавеющей стали марки Х18Н9 находим С₁₀₀₀ = 0,595 кДж/кг×ºС; С₁₂₀₀ = 0,607 кДж/кг×ºС.

Определение коэффициента теплоотдачи:

где С = С_г.к.м. - константа излучения в системе газ-кладка-металл, находим по таблице 1 приложения (С = 1,50Вт/м 2 ×К 4 );

T_с - абсолютная температура среды, ºК (Т_с = t_печи + 273 = 1140 + 273= 1413ºК);

Т_м.ср. - абсолютная средняя температура металла при нагреве его от 20 до 1100ºС.

Еcли начальная температура металла (t₀) не равна 20ºС, то средняя температура металла определяется по формуле (5) с переводом в градусы Кельвина.

Определение активной поверхности металла при нагреве:

где d - ширина ленты, м;

l - длина ленты, находящейся в печи, м;

2 - двухсторонний нагрев.

Определение времени нагрева.

Для начала переведем кДж в Вт: 0,601 кДж/кг×ºС = 601 Дж/кг×ºС, так как 1 Вт×ч = 3600 Дж, тогда 0,601 кДж/кг×ºС = 601/3600 Вт×ч/кг×ºС.

По формуле (14) находим:

Общее время нагрева (t_общ) складывается из времени нагрева ленты до заданной температуры (в нашем случае – 0,032 ч или 1,92 мин) и времени изотермической выдержки при этой температуре. Время выдержки ориентировочно составляет 1/4 от времени нагрева [2].

Примем время изотермической выдержки для нашего случая 1/4×1,92 = 0,48 мин. Тогда t_общ = 1,92 + 0,48 = 2,4 мин.

При этом скорость движения ленты определяется из формулы:

Следовательно: V = 7,5/2,4 = 3,125 мм/мин.

Примечание. При расчете времени нагрева металла в жидких средах ориентировочные значения коэффициента теплоотдачи a приводятся в таблице 3 приложения.

2.1.2 Расчет времени нагрева массивных тел (Bi> 0,25)

Определение времени нагрева деталей, по истечении которого температура поверхности или центра достигла заданной, производят в следующей последовательности:

- вычисляют критерий Био (Bi);

- определяют температурный критерий(q);

- определяют критерий Фурье (Fo) по значениям критериям q и Bi по графикам рисунок 1 и 2 приложения;

- определяют время нагрева (t ) по значению критерия (Fo).

Время нагрева для данных условий можно определить и по формулам для тонких тел с поправкой на массивность:

где т - поправочный коэффициент;

для пластины

для цилиндра

для шара

Пример 2. Определить продолжительность нагрева штанги диаметром 150 мм из стали ШХ 15 до температуры 830ºС в газопламенной печи о температурой рабочего пространства 1000ºС.

Определение критерия Био осуществляется по формуле (13), при условии l за цикл нагрева от 20 до 830ºС, а коэффициент теплоотдачи (a) складывается из a_луч и a_конв.

С = С_г.к.м. = 5,6987 × e_м × m

где e_м - степень черноты металла, принимаемая по таблице 1 приложения для окисленного железа при нагреве в газопламенных печах без защитной атмосферы - 0,82;

т -множитель, определяемый по кривым рисунок 1.

Если принять w - степень развития кладки равной 3 - 5, a e_г -степень черноты печных газов 0,3 - 0,35,то при w = 4; e_г = 0,3; m = 0,75.

a_конв находим по таблице 2 приложения, если принять W - скорость дымовых газов при их естественном движении 2 м/с, для шероховатой поверхности:

Теплопроводность определяется как средняя за цикл нагрева:

Принимая l₂₀ = 43,0 Вт/м 2 ×ºС и l₈₀₀ = 26,7 Вт/м 2 ×ºС (таблица 5, приложение), находим l_ср = 34,85 Вт/м 2 ×ºС.

По найденным значениям a, l и известному R определим коэффициент Био:

Технология закалки и отпуска стали

Как закалялась сталь

К операциям термообработки относятся:

отжиг;
нормализация;
старение;
закалка стали и отпуск стали (и пр.).

температуры нагрева;
времени (скорости) нагрева;
продолжительности выдержки при заданной температуре;
скорости охлаждения.

Закалка

Нагрев металла

Все способы закалки стали состоят из:

нагрева стали;
последующей выдержки для достижения сквозного прогрева изделия и завершения структурных превращений;
охлаждения с определенной скоростью.

в соляных ваннах путем двух-или трехкратного погружения на 2 – 4 секунды;
в отдельных печах до температуры 400 – 500 градусов по Цельсию.

Защита изделия от окалины и обезуглероживания

Охлаждающие жидкости

При закалке изделий сложной конфигурации из конструкционной стали применяется пятидесятипроцентный раствор соды каустической (холодный или подогретый до 50 – 60 градусов). Детали, нагретые в соляной ванне и закаленные в этом растворе, получаются светлыми. Нельзя допускать, чтобы температура раствора превышала 60 градусов.

Закалку легированной стали производят в минеральных маслах. Кстати, тонкие изделия из углеродистой стали также проводят в масле. Главное преимущество масляных ванн заключается в том, что скорость охлаждения не зависит от температуры масла: при температуре 20 градусов и 150 градусов изделие будет охлаждаться с одинаковой скоростью.

Недостатком масляной ванны является:

выделение вредных газов при закалке;
образование налета на изделии;
склонность масла к воспламеняемости;
постепенное ухудшение закаливающей способности.

Стали с устойчивым аустенитом (например, Х12М) можно охлаждать воздухом, который подают компрессором или вентилятором. При этом важно не допускать попадания в воздухопровод воды: это может привести к образованию трещин на изделии.
Ступенчатая закалка выполняется в горячем масле, расплавленных щелочах, солях легкоплавких.
Прерывистая закалка сталей в двух охлаждающих средах применяется для обработки сложных деталей, изготовленных из углеродистых сталей. Сначала их охлаждают в воде до температуры 250 – 200 градусов, а затем в масле. Изделие выдерживается в воде не более 1 – 2 секунд на каждые 5 – 6 мм толщины. Если время выдержки в воде увеличить, то на изделии неизбежно появятся трещины. Перенос детали из воды в масло следует выполнять очень быстро.

Процесс отпуска

В зависимости от требуемой температуры отпуск производится :

в масляных ваннах;
в селитровых ваннах;
в печах с принудительной воздушной циркуляцией;
в ваннах с расплавленной щелочью.

Читайте также:

Как определить время выдержки детали в печи

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЪЕМНОМУ ОТПУСКУ СВАРНЫХ УЗЛОВ И АППАРАТОВ

Расчет продолжительности закалки

Войти

Последние посетители 0 пользователей онлайн

Главная

Активность

Важная информация

Детальный маршрут термообработки сталей.

Войти

Последние посетители 0 пользователей онлайн

Главная

Активность

Важная информация

Время выдержки при термообработке стали

Технология закалки и отпуска стали

К операциям термообработки относятся:

Закалка

Нагрев металла

Защита изделия от окалины и обезуглероживания

Охлаждающие жидкости

Недостатком масляной ванны является:

Процесс отпуска

В зависимости от требуемой температуры отпуск производится :

Расчет времени нагрева, выдержки и охлаждения при проведении термической обработки , страница 6

Расчет времени нагрева, выдержки и охлаждения при проведении термической обработки , страница 5

Расчет времени нагрева, выдержки и охлаждения при проведении термической обработки , страница 4

Технология закалки и отпуска стали

К операциям термообработки относятся:

Закалка

Нагрев металла

Защита изделия от окалины и обезуглероживания

Охлаждающие жидкости

Недостатком масляной ванны является:

Процесс отпуска

В зависимости от требуемой температуры отпуск производится :