Способ электроконтактного нагрева металлических деталей

 

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 повьшение 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН D4 С 21 В 1/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (89) DD 160550 (21) 7772236/23-02 (22) 06 . 01 .82 (31) WP С 21 D/227372 (32) 02. 02. 81 (33) оо (46) 23. 12.88„Бюл. N 47 (71) ФЕБ Драт-унд-Зейлверк Ротенбург (DD) (72) Петцольд Клаус-Михаел, Ширмер

Вернер, Липпманн Роланд, Вертманн Гералд, Мюхе Херберт и Мюллер Грегор (DD) (53) 621. 78. 012: 621. 365. 3 (088.8) (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОГО НАГРЕВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к способу электроконтактного нагрева металлических деталей, причем производится направленное воздействие на температурное поле детали перпендику„„Я0„„1446170 А1 лярно направлению протекания тока в ней. Целью изобретения является повышение 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 охлажде ния определенной энергетической мощности, одновременно или последовательно действующих на деталь, в ее поперечном сечении создается температурный градиент. 4 з.п. ф-лы.

1446170

Изобретение относится к способу электроконтактного нагрева металлических изделий, причем температурное воздействие производят перпендикуляр- 5 но направлению протекания тока.

IIpH электроконтактном нагреве нагрев происходит благодаря непосредственному превращению электрической энергии в тепло в детали, по кото- 10 рой протекает ток. Распределение температуры в нагреваемой детали, как известно, зависит от силы тока, плотности, удельного тепла и от удельной электрической теплопроводности соответствующего материала относительно преобразователя электрической энергии в тепло, от коэффициента теплопроводности, коэффициента теплопередачи, плотности и от удельного тепла соответствующего материала относительно условий излучения тепла в окружающую среду.

Для определения электрических параметров принципиально используется устанавливающаяся поверхностная температура 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. 35

Известен (патент ФРГ Ф 1262320, кл. 18 С 1/40, 1968) способ электроконтактного нагрева металлических деталей с дополнительным воздействием на температуру по сечению детали пер-40 пендикулярно к направлению протекания тока. Дополнительное воздействие осуществляют водой или паром.

Недостатком при этом является то, что исключается установление требуе- 45 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 по поперечному сечению, которое,принимается как данное. Это является как раз недостатком нагревания, так как получающееся распределение тем— пературы перпендикулярно направлению протекания тока является в большинстве 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, температурный градиент создают путем нагрева и/или охлаждения, температурный градиент создают путем предварительного нагрева и/или охлаждения, температурный градиент создают путем одновременного нагрева и/или охлаждения с электроконтактным нагревом, температурный градиент создают путем предварительного и одновременного нагрева и/или охлаждения с электроконтактным нагревом.

Пример 1. Стальная проволока

N 45 диаметром 4 мм, длиной 500 мм с исходной температурой, например, о

0 С 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 о 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 о 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 разматывателя 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

1446170 ванну происходит безконтактный нагрев ее поверхности на глубину

0,2 мм до 120 С, вследствие чего устанавливается равномерное распределение тока перпендикулярно оси про5 волоки, которое ведет к равномерному распределению температуры в конце термической обработки. Равномерное распределение температуры перпенди- 1ð кулярно оси проволоки является нежелательным, например, для последующего изотермического превращения на стадии образования перлита ° Для того, чтобы создать требуемые условия превращения, ядро проволоки должно иметь температуру 930 С, а ее приповерхо ностная зона — 840 C. Для этого на расстоянии 300 мм от места входа проволоки во вторую контактную ван- 20 ну должно быть установлено всесторонне охватывающее проволоку дополнительное устройство нагрева длиной

200 мм и мощностью 0,45 кВт, которое нагревает проволоку бесконтактным 25 способом так, что благодаря увеличен— ному таким образом удельному электрическому сопротивлению проволоки до глубины 0,5 мм ее ядро имеет тем/ пературу на 80-100 К выше, чем темпе- 30 ратура приповерхностной зоны, что приводит к созданию хороших изотермических условий превращения касательно равномерности превращений на стадии образования перлита. 35

Пример 3. Стальная проволока

И 78 диаметром 5,5 мм, выходящая из разматывателя со скоростью 10 м/мин, нагревается электроконтактным способом посредством контактирования в ме- 40 таллическом,расплаве на длине 2000 мм (=длине нагрева). Длина первой контактной ванны должна составлять

1000 мм и ее температура 400" С. При таких условиях при прохождении прово- 45 локи через первую контактную ванну происходит ее бесконтактный 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- 50 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 сопротивления ядра проволоки н ее приповерхностной зоны так велика, что приповерхностная зона имеет значительно более высокую плотность тока и тем самым более высокую скорость нагрева. Этот процесс повторяется периодически ("черные пятка") до входа проволоки во вторую контактную ванну и приводит к случайному распределению температуры перпендикулярно оси проволоки, которое ведет к образованию неоднородностей структуры, .например, для последующей закалки.

По этой причине перед входом проволоки в первую контактную ванну она должна быть проведена через дополнительное устройство нагрева мощностью

О,бО кВт, которое предварительно нагревает проволоку до ЗОООС на глубине 0 5 мм. Благодаря этому при выходе из первой контактной ванны температура ядра проволоки и ее приповерхлостной зоны отличаются лишь незначительно, что делает возможным равномерный нагрев при термической обработке.

Пример 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 400 С. При таких условиях при прохождении через первую контактную ванну проволока нагревается до 90 С на глубине

О, 11 мм. Благодаря установке дополнительного нагрева длиной 200 мм и мощностью 0,3 кВт, которая всесторонне охватывает проволоку, посредством бесконтактного нагрева достигается повышение температуры приповерхностной зоны глубиной 0,2 мм до 140 К, Тем самым на выходе первой контактной ванны получается распределение температуры перпендикулярно оси проволоки до 180 С до глубины 0,18 мм, что приводит к более быстрому нагреву ядра проволоки. Это,может быть необходимо при нагреве проволоки, изготовленной холодньж волочением, для того, чтобы обеспечить начинающуюся в тот же момент рекристаллизацию, которая при обычном электроконтактном нагреве по причине различных коэффициентов деформации (в приповерх1446170 ностной зоне выше чем в ядре) начинается сначала в ядре и вызывает неравномерные аустенитные превращения.

После рекристаллизации по всему попе5 речному 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 охватывает проволоку и расположено на расстоянии 15

300 мм от места входа проволоки во вторую контактную ванну.

На выходе охлаждающего устройства приповерхностная зона проволо— ки на глубину 0,25 мм имеет температуру на 195 К ниже, чем температура ядра, что вследствие меньшего удельного электрического сопротивления ведет к увеличению плотности тока в приповерхностной зоне, кото- 25 рое в течение 0,25 с (=120 мм) после выхода проволоки из охлаждающего устройства повышает температуру приповерхностной зоны проволоки на

200 К по сравнению с температурой ядра. В течение следующих 0,25 с наоборот, температура ядра выше температуры приповерхностной зоны. Таким образом к моменту входа во вторую контактную ванну проволоки имеет желаемый температурный профиль.

Пример 5. Проволока M 65 диаметром 6 мм, выходящая из разматывателя, нагревается электгоконтактным способом посредством контактирования 4О в металлическом расплаве по длине

2000 мм. Длина первой контактной ванны составляет 1000 мм и ее температура

450 С. Во время нагрева проволока должна иметь более высокую температуру 45 ядра по меньшей мере в течение 2 с, причем в качестве приповерхностной зоны принимается глубина 0,3 мм. При соответствующем выборе скорости протягивания первая контактная ванна на- 5О ряду с функцией передачи электроэнергии 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 соответствует скорости прохождения проволоки

15 м/мин. Сразу же после выхода проволоки иэ первой контактной ванны она должна быть проведена через охватывающее ее со всех сторон гополнительное устройство нагрева длиной 50 мм и мощностью 0,62 кВт, которое в течение 2 с увеличивает удельное электрическое сопротивление приповерхностной зоны и тем самым повышает 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.

Пример 6. Проволока из ИК 73 диаметром 4 мм, сматываемая с бунта со скоростью 20 м/мин, при контактировании в одном солевом растворе (1-я контактная ванна) и в расплаве соли (2-я контактная ванна) нагревается электроконтактным нагревом по длине 1500 мм. Длина 1-й контактной ванны 1000 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 K/с быстрее, чем в зоне сердцевины. При 500 С это обуславливает постоянство температуры в краевой зоне в течение 0,8 с. На расстоянии

150 мм до входа во вторую контактную ванну проволока проходит через окружающее.ее устройство охлаждения (воэдухообдувка 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.

Пример 7. Проволока из И 55 диаметром 4 мм, поперечное сечение которой в ходе холодного волочения уменьшается до 75-80Х, после последней протяжки имеет температуру 165215 С. В устройстве охлаждения длиной 1 м при прохождении со скоростью 15 м/мин проволока охлаждается на

144б1 70

ВщВцщ Заказ 6717/31 Тираж 545 Подписное

4 у,кгород, ул. Проектная, Произв.-полигр. пр-тие, r. глубину до 0,5 мм до комнатной температуры. Затем проволока подвергается кондукционному нагреву с помощью механических роликовых контактов, 5

Длина участка отжига 2,0 м. Вследствие устанавливающегося низкого сопротивления в краевой зоне в начале участка отжига и благодаря дополнительному охлаждению на участке кондукционного нагрева, который оказывает действие на проволоку по длине 0,3 м на глубину до 0,3 мм до конца участка кондукционного нагрева, устанавливается такое распределение температуры по поперечному сечению проволоки, что температура в зоне сердцевины оказывается ниже А, (2/3 поперечного сечения проволоки), а температура краевой зоны — выше А . 20

Это позволяет создать для последующего охлаждения такой профиль температур, который обеспечивает закалку краевого слоя (1/3 общего поперечного сечения). 25

Пример 8. Сматываемая с бунта проволока из М55 диаметром 3,5 мм при контактировании в водном солевом растворе и в расплаве металла нагревается электроконтактным нагревом по З0 длине 1800 мм. Длина первой контактной ванны составляет 800 мм. Температура в ней поддерживается на -5 С (" с помощью холодильных труб, по которым течет жидкий азот, При скорости

35 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 40

200 мм участка отжига нагревается в краевой зоне на 100 I(/с быстрее, чем в зоне сердцевины. Вследствие этого при 450"С 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 резуль 50 тате чего на время 0,5 с удельное электрическое сопротивление проволоки повышается и тем самым создается повышенная температура зоны сердцевины. С таким распределением температуры проволока поступает во 2-ю контактную ванну, в которой происходит фазовое превращение.

Пример 9. Проволока иэ 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 равномерная конечная температура по поперечному сечению проволоки в конце участка электроконтактного нагрева, что позволяет создать при последующем охлаждении равномерную однородную структуру по поперечному сечению проволоки.

Формула изобретения

1. Способ электроконтактного нагрева металлических деталей с дополнительным воздействием на температуру ио сечению детали перпендикулярно к направлению протеканию тока, о тл и ч а ю шийся тем, что дополнительное воздействие осуществляют путем создания температурного градиента по сечению детали.

2. Способ.по и.1, о т л и ч а юшийся тем, что температурный градиент создают путем нагрева и/или охлаждения.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что температурный градиент создают путем предварительного нагрева и/или охлаждения.

4. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч аю шийся тем, что температурный градиент создают путем одновременного нагрева и/или охлаждения с электроконтактным нагревом.

5. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что температурный градиент создают путем предварительного и одновременного нагрева и/или охлаждения с электроконтактным нагревом.