Способ электроконтактного нагрева металлических деталей Советский патент 1988 года по МПК C21D1/40 

4 4

О5

Изобретение относится к способу электроконтактного нагрева металлических изделий, причем температурное воздействие производят перпендикуляр но направлению протекания тока.

При электроконтактном нагреве нагрев происходит благодаря непосред- cтвeннo fy превращению электрической энергии в тепло в детали, по кото- рой протекает ток. Распределение температуры в нагреваемой детали, как известно, зависит от силы тока, плотности, удельного тепла и от удельной электрической теплопровод- ности соответствующего материала относительно преобразователя электрической энергии в тепло, от коэффициента теплопроводности, коэффициента теплопередачи, плотности и от удель- ного тепла соответствующего материал относительно условий излучения тепла в окружающую среду.

Для определения электрических 51араметров принципиально используетс устанавливающаяся поверхностная темпратура детали, при этом не принимается во внимание распределение температуры перпендикулярно направлению протекания тока, которое является результирующим из условий нагревания и излучения.

Это относится ко всем известным способам электроконтактного нагрева металлических деталей.

Известен (патент ФРГ № 1262320, кл. 18 С 1/40, 1968) способ электроконтактного нагрева металлических деталей с дополнительным воздействием на температуру по сечению детали пер пендикулярно к направлению протекания тока. Дополнительное воздействие осуществляют водой или паром.

Недостатком при этом является то, что исключается установление требуе- мого распределения температуры по поперечному сечению и не может быть получен определенный температурный градиент.

В результате условий нагревания и излучения постоянно происходит определенное распределение температуры п поперечному сечению, которое принимается как данное. Это является ка,к раз недостатком нагревания, так как получающееся распределение температуры перпендикулярно направлению протекания тока является в большин5

0

0 5

5

стве случаев не таким, которое обеспечивает оптимальное решение проблемы.

Целью изобретения является повышение качества нагрева за счет обеспечения неравномерного распределения температуры в поперечном сечении металлической детали.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу электроконтактного нагрева металлических деталей с дополнительным воздействием на температуру по сечению детали перпендикулярно к направлению протеканию тока осуществляют дополнительное воздействие путем создания температурного градиента по сечению детали, тем- пературньм градиент создают путем нагрева и/или охлаждения, температурный градиент создают путем предварительного нагрева и/или охлаждения, температурньй градиент создают путем одновременного нагрева и/или охлаждения с электроконтактным нагревом, температурньй градиент создают путем предварительного и одновременного нагрева и/или охлаждения с электроконтактным нагревом.

Пример 1. Стальная проволока М 45 диаметром 4 мм, длиной 500 мм с исходной температурой, например, нагревается электрически посредством наложения двух контактов.

Перед началом нагревания током поверхность детали до глубины 0,5 мм нагревают внешним нагревательным устройством в виде цилиндрической электрически нагреваемой печи высокой мощности до температуры 200 С. После включения блока питания для электроконтактного нагрева с напряжением 40 В и временем воздействия 40 с получается конечное распределение температуры от 950 С в зоне поперечного сечения, первоначально не подвергшейся тепловому воздействию, до 720°С в предварительно нагретой краевой зоне.

Пример 2. Стальная проволока М 78 диаметром 5,5 мм, выходящая из разматьтателя со скоростью 20 м/мин, нагревается электроконтактным спосо- бом посредством контактирования в металлическом расплаве на длине 2000 мм (длине нагрева). Длина первой контактной ванны должна составлять 1000 мм и ее температура 400 С. При таких условиях во время прохождения проволоки через первую контактную

31

ванну происходит безконтактный нагрев ее поверхности на глубину 0,2 мм до 120°С, вследствие чего устанавливается равномерное распределение тока перпендикулярно оси проволоки, которое ведет к равномерному распределению температуры в конце термической обработки. Равномерное распределение температуры перпенди- кулярно оси проволоки является нежелательным, например, для последующего изотермического превращения на стадии образования перлита. Для того чтобы создать требуемые условия пре- вращения, ядро проволоки должно иметь температуру 930°С, а ее приповерхностная зона - 840°С. Для этого на расстоянии 300 мм от места входа проволоки во вторую контактную ван- ну должно быть установлено всесторонне охватывающее проволоку дополнительное устройство нагрева длиной 200 мм и мощностью 0,45 кВт, которое нагревает проволоку бесконтактным способом так, что благодаря увеличенному таким образом удельному электрическому сопротивлению проволоки до глубины 0,5 мм ее ядро имеет тем пературу на 80-100 К вьше, чем темпе ратура приповерхностной зоны, что приводит к созданию хороших изотермических условий превращения касательно равномерности превращений на стадии образования перлита.

П р и м е р 3. Стальная проволока М 78 диаметром 5,5 мм, выходящая из разматывателя со скоростью 10 м/мин, нагревается электроконтактным способом посредством контактирования в ме- таллическом .расплаве на длине 2000 мм (длине нагрева). Длина первой контактной ванны должна составлять 1000 мм и ее теьтература 400 С. При таких условиях при прохождении прово локи через первую контактную ванну происходит ее бесконтактньй нагрев до 150°С на глубине 0,5 мм и до 330 С на глубине 0,15 мм, вследствие чего к началу процесса нагрева устанавли- вается неравномерное распределение тока перпендикулярно оси проволоки. Это приводит к тому, что сначала яд- .ро проволоки нагревается быстрее, чем ее приповерхностная зона, затем на расстоянии 120 мм от места выхода проволоки из первой контактной ванны обусловленная температурой разница величин удельного электрического

704

сопротивления ядра проволоки и ее приповерхностной зоны так велика, что приповерхностная зона имеет значительно более высокую плотность ток и тем самым более высокую скорость нагрева. Этот процесс повторяется периодически (черные пятна) до входа проволоки во вторую контактную ванну и приводит к случайному распределению температуры перпендикулярно оси проволоки, которое ведет к образванию неоднородностей структуры, например, для послед тощей закалки. По зтой причине перед входом проволоки в первую контактную ванну она должна быть проведена через дополнительное ус7т)ойство нагрева мощностью 0,60 кВт, которое предварительно нагревает проволоку до на глубине 0,5 мм. Благодаря этому при выходе из первой контактной ванны температура ядра проволоки и ее приповерх лостной зоны отличаются лишь незначительно, что делает возможным равно- мерньй нагрев при термической обработке.

П р и м е р 4. Проволока М 45 диаметром 4 мм, выходящая из разматывателя со скоростью 30 м/мин,нагревается электроконтактным способом посредством контактирования в металлическом расплаве на длине 2000 мм (длине нагрева). Длина первой контактной ванны должна составлять 1000 мм и ее температура . При таких условиях при прохождении через первую контактную ванну проволока нагревается до на глубине 0,11 мм. Благодаря установке дополнительного нагрева длиной 200 мм и мощностью 0,3 кВт, которая всесторонне охватьюает проволоку, посредством бесконтактного нагрева достигается повышение температуры приповерхностной зоны глубиной 0,2 мм до 140 К, Тем самым на выходе первой контактно ванны получается распределение температуры перпендикулярно оси проволоки до до глубины 0,18 мм, что приводит к более быстрому нагрев ядра проволоки. Это. может быть необходимо при нагреве проволоки, изготовленной холодньй волочением, для того, чтобы обеспечить начинающуюся в тот же -момент рекристаллизацию, которая при обычном злектроконтакт- ном нагреве по причине различных коэффициентов деформации (в приповер5

ностной зоне вьше чем в ядре) начинется сначала в ядре и вызьюает неравномерные аустенитные превращения После рекристаллизации по всему попречному сечению может быть достигнуто требуемое для изотермического превращения на стадии образования перлита температурное распределение (в приповерхностной зоне ниже чем в ядре) посредством установки охлаждающего устройства длиной 250 мм и мощностью охлаждения 0,35 кВт,которое полностью охватьшает проволоку и расположено на расстоянии 300 мм от места входа проволоки во вторую контактную ванну.

На выходе охлаждающего устройства приповерхностная зона проволоки на глубину 0,25 мм имеет темпе- ратуру на 195 К ниже, чем температура ядра, что вследствие меньшего удельного электрического сопротивления ведет к увеличению плотности тока в приповерхностной зоне, кото- рое в течение 0,25 с (120 мм) посл выхода проволоки из охлаждающего устройства повьпиает температуру приповерхностной зоны проволоки на 200 К по сравнению с температурой ядра. В течение следующих 0,25 с наоборот, температура ядра вьше температуры приповерхностной зоны. Таким образом к моменту входа во вторую контактную ванну проволоки имеет же лаемьш температурный профиль.

Пример 5. Проволока М 65 диаметром 6 мм, выходящая из разматыв теля, нагревается электроконтактным способом посредством контактировани в металлическом расплаве по длине 2000 мм. Длина первой контактной ваны составляет 1000 мм и ее температ . Во время нагрева проволока двремя

жна иметь более высокую температуру ядра по меньшей мере в течение 2 с, причем в качестве приповерхностной зоны принимается глубина 0,3 мм. Пр соответствующем выборе скорости протягивания первая контактная ванна н ряду с функцией передачи электроэнегии может одновременно выполнять функции дополнительного устройства нагрева.

При названных условиях проволока на глубине 0,3 мм в течение 4 с имеет температуру 260°С, что соответстет скорости прохождения проволоки 15 м/мин. Сразу же после выхода про

волоки из первом контактной ванны она должна быть проведена через охватывающее ее со всех сторон дополнительное устройство нагрева длиной 50 мм и мощностью 0,62 кВт, которое в течение 2 с увеличивает удельное электрическое сопротивление приповерхностной зоны и тем самым повьшшет ее температуру. При выходе из дополнительного устройства нагрева в проволоке возникает периодическое изменение распределения температуры приповерхностная зона - ядро, которое приводит к тому, что при названных условиях в момент погружения проволоки во вторую контактную ванну температура ее приповерхностной зоны выше температуры ядра.

П р и м е р 6. Проволока из МК 73 диаметром 4 мм, сматываемая с бунта со скоростью 20 м/мин, при контактировании в одном солевом растворе (1я контактная ванна) и в расплаве соли (2-я контактная ванна) нагревается электроконтактным нагревом по длине 1500 мм. Длина 1-й контактной ванны tOOO мм. Температура в ней устанавливается на -5°С с помощью холодильных труб, по которым пропускается сжиженный воздух, проложенных в контактном растворе. Проволока находится в первой контактной ванне в течение 3 с и приобретает температуру -5 с до глубины 0,5 мм. За счет этого проволока на первых 120 мм участка отжига нагревается в краевой зоне на 120 К/с быстрее, чем в зоне

сердцевины. При 500 С это обуславливает постоянство температуры в краево зоне в течение 0,8 с. На расстоянии 150 мм до входа во вторую контактную ванну проволока проходит через окружающее, ее устройство охлаждения (воз- духообдувка и т.п.), вследствие чего на время 0,5 с удельное электрическое сопротивление проволоки понижается настолько, что температура краевой зоны при входе во вторую контактную ванну как минимум на 50 К превышает температуру в зоне сердцевины.

П р и м е р 7. Проволока из М 55 диаметром 4 мм, поперечное сечение которой в ходе холодного волочения уменьшается до 75-80%, после последней протяжки имеет температуру 165- . В устройстве охлаждения длиной 1 м при прохождении со скоростью 15 м/мин проволока охлазкдается на

7.

глубину до 0,5 мм до комнатной температуры. Затем проволока подвергается кондукционному нагреву с помр- п;ью механических роликовых контакто Длина участка отжига 2,0 и. Вследствие устанавливающегося низкого сопротивления в краевой зоне в начале участка отжига и благодаря дополнительному охлаждению на участке кон- дукционного нагрева, который оказывает действие на проволоку по длине 0,3 м на глубину до 0,3 мм до конца участка кондукционного нагрев устанавливается такое распределение температуры по поперечному сечению проволоки, что температура в зоне сердцевины оказьшается ниже Ас (2/3 поперечного сечения проволоки)

8

контактную ванну, в которой происходит фазовое превращение.

П р и м е р 9. Проволока из М 45 диаметром 4,5 мм после волочения через волоку из твердого сплава имеет температуру 180-200°С. Со скоростью 60 м/мин проволока проходит затем через устройство охлаждения длиной 0,5 м, где охлаждается на глубину 0,2 мм до 30°С. На последующем участке электроконтактного нагрева длиной 0,5 мм проволока попадает в дополнительный участок подогрева, который состоит из кольцевой горелки, начинается через 0,3 м за первым контактированием, имеет длину 0,05 м и развивает мощность 1,1 кВт. Благодаря этому достигается почти равномер

Изобретение относится к способу электроконтактного нагрева металлических деталей, причем производится направленное воздействие на температурное поле детали перпендикулярно направлению протекания тока в ней. Целью изобретения является по- вьшение качества нагрева за счет распределения температуры в поперечном сечении металлической детали. Для этого сначала нагреваемая деталь проводится через устройства нагрева и/или охлаждения, которые создают в детали неравномерное распределение температуры перпендикулярно направлению последующего протекания тока, затем деталь нагревается способом электроконтактного нагрева и/или дополнительно во время электроконтактного нагрева посредством известных устройств нагрева и/или охлаждения определенной энергетической мощности, одновременно или последовательно действующих на деталь, в ее поперечном сечегаи создается температурный градиент. 4 з.п. ф-лы. (Л

25

30

в ней поддерживается на -5°С помощью холодильных труб, по кото35

а температура краевой зоны - вьше АС. 20 конечная температура по попереч- Это позволяет создать для последующего охлаждения такой профиль температур, которьй обеспечивает закалку краевого слоя (1/3 общего поперечного сечения).

Примере. Сматьюаемая с бунта проволока из М55 диаметром 3,5мм при контактировании в водном солевом растворе и в расплаве металла нагревается электроконтактным нагревом по длине 1800 мм. Длина первой контактной ванны составляет 800 мм. Температурас

рым течет жидкий азот. При скорости прохождения 24 м/мин проволока находится в 1-й контактной ванне в течение 2 с и приобретает при этом температуру -3°С на глубину до 0,8 мм. За счет этого проволока на первых 200 мм участка отжига нагревается в краевой зоне на 100 К/с быстрее, чем в зоне сердцевины. Вследствие этого при температура остается постоянной в течение 0,5 с. На расстоянии 200 мм до входа во вторую контактную ванну проволока проходит через окружающее ее устройство дополнительного нагрева длиной макс. 50 мм и мощностью 0,5 кВт, в результате чего на время 0,5 с удельное электрическое сопротивление проволоки повьш ается и тем самым создается повьшгенная температура зоны сердцевины. С таким распределением температуры проволока поступает во 2-ю

40

45

50

55

ному сечению проволоки в конце участка злектроконтактного нагрева, что позволяет создать при последующем охлаждении равномерную однородную структуру по поперечному сечению проволоки. Формула изобретения

конечная температура по попереч-

ному сечению проволоки в конце участка злектроконтактного нагрева, что позволяет создать при последующем охлаждении равномерную однородную структуру по поперечному сечению проволоки. Формула изобретения

5.Способ по ПП.1 и 2, отличаю щ и и с я тем, что температурный градиент создают путем предварительного и одновременного нагрева и/1ти охлаждения с электроконтактным нагревом.