Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Золотухин Н.М. Нагрев и охлаждение металла

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

8.26 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 2010 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

Д л я моментов текущего времени нагрева, соответствующих расчетной температуре, определяли критерий Fo, при этом за радиус слитка брали его средний радиус.

Коэффициент температуропроводности, ВХОДЯЩИЙ в критерий Fo, примерно одинаков д л я большинства конструкционных и углеродистых инструментальных сталей [40]. Исходя из зна чений относительной температуры, рассчитанной по эксперимен тальным графикам нагрева, и-значений критерия Fo, на графи

ках д л я соответствующего типового участка нагрева находили численное значение критерия Ві. Результаты обработки экспе риментальных замеров температуры заготовки в критериальном виде представлены на рис. 31 для типовых участков / — / / / на грева в виде графической зависимости критерия Ві от темпе ратуры поверхности и от диаметра слитка. С помощью этого графика можно рассчитать температуру на поверхности и в центре массивных кузнечных слитков, нагреваемых яри по стоянной температуре печи,

В случае равномерного повышения температуры печи ре зультаты опытных нагревов обработаны в виде зависимости критерия Ві от температуры печи и критерия Pd. Результаты обработки опытных данных представлены в виде графиков,

показанных на рис. 32. Графики		построены д л я	начальной
температуры печк	(температура	всада), равной	700, 800 и
900° С. С помощью	этих графиков	рассчитывают	температуру

на поверхности и в центре слитков, нагреваемых по р е ж и м а м

типовых участков		IV—VI	(см.	гл. V I ) .
Примеры	расчетов нагрева			кузнечных			"слитков		и	заготовок
в пламенных печах даны в гл. V I .
Охлаждение кузнечных			слитков		и заготовок			на	воздухе		во
время их транспортировки от				печи	к	ковочному		оборудованию.
Заготовки	перед	ковкой	нагревают			в	кузнечных			печах	до

ковочной температуры. Если предположить, что в конце нагрева

(в	конце	выдержки	при	ковочной температуре) разность тем
ператур		поверхности	и	центра заготовки	пренебрежимо мала,
то	можно	рассчитать,	на сколько градусов охладилась заготовка
на	воздухе во время		ее	транспортировки	к ковочному агрегату.

31]

iff

3,6

3,1

2,8

2,0

>Л

0,8

0.6

Pt=b

				'
		у	//	''//
		у	//
/ґ$\		І			\
ff		І		s
ff	ч"\			s
ч	in	V*/		ь
f	ці	Ы
1i!i і				\ X	\ \
І1		1
II

	700	800	300	1000	1100	1200	tne4U°C
Рис. 32.		Зависимость критерия			Ві от	температуры печи
и	критерия		Pd для типовых участков нагрева				IV—VI
Д л я этого	нужно		применить	формулы		классического решения

дифференциального уравнения теплопроводности д л я типового участка / теплообмена (теплопередача в среде с постоянной температурой при начальном равномерном распределении тем

пературы

по сечению).

Д л я расчетов

температуры

на

поверхности

и в центре заго

товки

за

время

ее

транспортировки

по

цеху

были обработаны

в критериальном

виде эксперименты в виде зависимостей

между

критериями В і и

Fo.

Обработке

подвергали эксперименты,

проведенные

автором

данной книги

Ц Н И И Т М А Ш е ,

на

Н К М З им. В. И.

Ленина,

на

К З Т С

им.

В.

Я. Ч у б а р я

и других заводах . Кроме того,

были

обработаны

результаты

экспериментов,

опубликованные

специальной

литературе.

П р и м е ры		обработки экспериментальных кривых охлаждения
в критериальную зависимость				Fo — Bi даны		в табл .	4.
							Таблица	4
Расчет температуры охлаждения неограниченного цилиндра по графику
охлаждения		образца 0	120 ;-< 180 мм (tH =		1100 Ю С, / с = 20; г, = 0,77)
				Температура / п , "С
Параметры рлс-
чо га
		1050	1000	930	900	S50	800"	750
		0,955	0,908	0,862	0,815	0,77	0,723	0,677
	с	15,0	37,5	75,0	137,5	220	330	445
	А,	0,00541	0,0135	0,027	0,0497	0,0795	0,119	0,16
0,77		0,00541	0,0135	0,027	0,0497	0,0795	0,119	0,16
0,77
Fo		0,0298	0,0745	0,149	0,274	0,438	0,657	0,884
Bi		0,24	0.29	0,28	0,27	0,245	0,215	0,20
Уц		1,0	0,998	0,973	0,925	0,867	0,79	0,7525
ч ,	'С	1100	1097	1070	1020	956	875	833
ч	• 1 -	1100	1095	1075	1020	950	880	820
-гЭКСП
Погрешность, °С		0	4-2	—5	0	4-6	—5	4-13

Методика обработки следующая . В головку таблицы вписы вают температуру поверхности заготовки через к а ж д ы е 50° С. В первую строку колонки слева заносят относительную темпе ратуру поверхности

			e =	^ L	^
				' о - ' с
	Во вторую и третью строки просіавляшт					время охлаждения
поверхности ло соответствующей					температуры.
	Если	заготовка представляет			собой ограниченный		цилиндр,
то	время	охлаждения	приводится		к неограниченному		делением
его	на коэффициент		уменьшения		времени охлаждения, взятый
из	графика, показанного на			рис. 30. З а т е м		находят	критерий

Fo = "Р". Числовое значение коэффициента температуропровод ности а дл я конструкционных и углеродистых инструменталь ных сталей при ковочных температурах (1200 —750 3 С) при мерно одинаково и равно в среднем 0,02 м2 ,'ч [40] . По ранее рассчитанным значениям относительной температуры поверх ности 6П и полученному критерию Fo находим по одному из графиков на рис. 12—12,11 или 14 критерий Ві. По критерию Bi и рассчитанному критерию Fo по графикам на рис. 13—13, I I или на рис. 15 и 15, I определяем относительную температуру 0Ц

в центре	заготовки. Д а л е е	из формулы определяем		температуру
в центре заготовки £ц :
При	расчете за длину слитка принимали длину				его тела
плюс половину длины прибыльной н донной частей; за					средний
диаметр	слитка — диаметр	окружности,	вписанной	в	восьми
гранник	среднего поперечного сечения тела		слитка.

Ц 0,01 - 0,03 0,05

0,1 р,1Т 0,1

0,4

0,0

0,8

1,0. 2,0 3,0

4,0 Fa •

Рис. 33. График Fo—Bi для охлаждения заготовок и слитков при транспор тировке. Температура нагрева 1100°С

После	сравнения рассчитанной		температуры		центра заго
товки с	температурой,	замеренной	в ее	центре,	определяли в
градусах	погрешность,	полученную	при	расчете	температуры .

ІЬійЛунные :->пьисіі»и.'Сіи — Bi для неограниченных ци линдров различных диаметров и слитков разной массы, о х л а ж

дающихся с разной начальной температуры,

нанесены

на

графики, показанные на рис. 33—35.

Ка к видно из графиков,

все

слитки

массой 3

более

имеют

одну

обобщенную

кривую

Fo — Bi . Это

означает,

что'

такие

слитки

охлаждаютс я

подобно

образуют

группу

подоб

ных кузнечных

слитков, о х л а ж д а ю щ и х с я

на воздухе.

помощью

приведенных

выше

графиков

решения

д л я

неограниченных

цилиндров

коэффициента влияния

торцов

(рис.

30)

можно рассчитать,

на

сколько

охладятся

на

воздухе

кузнечные

заготовки и

слитки

разной

массы

за

время

их

транспортировки к ковочному оборудованию. Конкретные при меры расчетов температуры слитков и заготовок будут приве дены в следующей главе.

0,01 0,03 0,05 0,1 0,15 0,1

0,0

0,6

0,6. 1,0

2,0

Jfl Fo

Рис. 34. График Fo—Ві для охлаждения заготовок и слитков при транспор тировке. Температура нагрева 1200° С

0,01 0,03 0,05 0,1 0,15 0,2 О,0 0,6 0,6 1,0 2,0 3,0 9,0. Fo

Рис. 35. График Fo—Ві для охлаждения заготовок и слитков при транспортировке. Температура нагрева 1300° С

Необходимо отметить, что на графика х Fo — Ві все слитки приведены к неограниченным цилиндра м путем деления крите рия Fo на коэффициент т). Это необходимо для того, чтобы

можно было использовать указанные графики для расчетов

охлаждения	слитков	с разными		отношениями длины к среднему
диаметру, т.	е. д л я	расчетов	о х л а ж д е н и я слитков,		отливаемых
по нормалям	разных	заводов,	а	т а к ж е удлиненных,	бесприбыль
ных и других	слитков.

Значения критерия Bi, полученные при обработке экспери ментальных данных, могут быть использованы д л я расчета коэф фициента теплоотдачи при охлаждении нагретых заготовок на воздухе.

18. ГРАФИКИ КРИТЕРИАЛЬНОЙ ЗАВИСИМОСТИ Д Л Я ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ КУЗНЕЧНЫХ ЗАГОТОВОК в о ВРЕМЯ и х к о в к и НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ КОВОЧНЫХ ПРЕССАХ

Обработке были подвергнуты экспериментальные данные по

замеру температуры слитков при их ковке на			гидравлических
прессах,	установленных в	кузнечно-прессовых	цехах Н К М З
им. В. И. Ленина .
Охлаждение кузнечных		слитков при обкатке. К началу		об
катки (биллетировки) температура поверхности слитка				сни
жается	(за время транспортировки к прессу),		вследствие	чего

в поперечном сечении слитка наблюдается неравномерная тем пература, т. е. появляется температурная разность. Поэтому экспериментальные данные по замеру температуры слитка при обкатке необходимо обрабатывать с помощью графиков д л я

типовых участков / / и / / / ,

решение

дифференциального урав

нения

теплопроводности

которых

з а л о ж е н а

неравномерность

распределения

температуры

по сечению

начальный

момент.

Результаты

обработки

представлены

критериальном

виде

на рис. 36—3S. Н а

этих

графиках

нижняя

кривая, идущая в на

правлении

оси

Fo,

представляет

собой

изменение

критерия

B i

в процессе

охлаждения

на

воздухе

всех

слитков массой

от

п более. Отходящие от

нее

вверх

семейства

кривых

характери

з у ю т изменения

критерия Ві в процессе обкатки слитков

разной

массы. П р и этом д л я семейства кривых

указана

температура

поверхности слитка в начале обкатки.

Одной

и той

ж е

температуре

поверхности

слитков

началь

ный момент обкатки соответствует одно

то

ж е

значение

критерия Fo, так как слитки массой

3 т

более

о х л а ж д а ю т с я

подобно.

К а к видно из графиков,

заготовки

при обкатке

о х л а ж д а ю т с я

интенсивнее, чем на воздухе.

Это объясняется тем, что при нажатии бойками на поверх

ность

нагретой

заготовки

нее

слетает

окалина,

вследствие

чего

металл

остается

не

защищенным

теплоизоляционным

слоем.

Тепловой ж е эффект

деформации

при

ковке

на

гидрав

лических ковочных прессах, имеющих небольшую скорость деформирования, пренебрежимо мал.

Охлаждение кузнечных слитков при протяжке. Ка к показала

обработка

экспериментов

по

замер у

температуры

слитков,

семейство кривых Fo -— Bi при протяжке

без обкатки

совпа

дает

семейством

таких

ж е

кривых при обкагке.

Кривые

при

п р о т я ж к е

после

обкатки

н а к л а д ы в а ю т с я

на продолжение

этих

ж е

кривых при

обкатке.

Н а рис. 36—38

показаны семейства

кривых

Fo -— Bi,

соответствующие

обкатке,

протяжке

без

об

катки

протяжке

после

обкатки.

помощью

этих

кривых

•->

0,008

0,016

О,02</ 0,03Z 0.0W

0,046 0,056

ОЩ

0,072 0,080 Fo.

Рис.

36. График

Fo—Bi

для

обкатки

(бнллетнровкп)

протяжки.

Температура нагрева

1100°С

можно

рассчитать

температуру

поверхности

центра

слитков

и заготовок

процессе указанных кузнечных операций.

Охлаждение

кузнечных

слитков

при осадке.

Интенсивность

о х л а ж д е н и я металла при осадке немного выше,

чем

при

об

катке п протяжке . Это объясняется тем,

что

при

осадке

отличие

от

обкатки

протяжки

деформируется

весь

объем

заготовки, и окалина слетает во всей свободной

(неконтактной)

поверхности заготовки. Кроме того, при осадке

значительно

больше поверхность контакта м е т а л л а с осадочными

плитами.

Поэтому кривые

Fo — B i , показанные

на

рис.

и 40,

круче

кривых,

показанных на рис. 36—38. Кривые (рис. 39,

40)

дают

возможность рассчитать температуру слмгков при осадке.

Охлаждение

контактной

поверхности

заготовки

при

ковке.

Все приведенные зависимости критерия Ві от

критерия

Fo,

массы

слитков

и температуры

начала

ковки

д а ю т

возможность

рассчитывать температуру свободной поверхности металла при ковке. Однако в практике обработки металлов давлением часто необходимо определять температуру поверхности контакта ме

талла .	К а к правило, температура поверхности контакта заго
товки	значительно ниже температуры ее свободной поверхности.

Вследствие этого при ковке часто возникают трещины в пере ходных зонах от поверхности контакта к свободной поверхности заготовки, так как в указанных зонах металл деформируется

при пониженной температуре. На рис. 41 дан график изменения температуры контактной поверхности и в центре кузнечной заготовки при ее ковке на гидравлическом ковочном" прессе.

~Т~~	10пі іболе

			/у		5 ^
			/у
					-
0,9	' 1			7 3	J/77	s
0,9	' 1		J	7 3
0.7	Щ У		J
	г/	Ю50\
0,5\ /то	1100°	Ю50\
0,5\ /то	с
0,3
Рис. 37. График Fo—Ві				для обкатки и протяжки. Температура нагрева 120'0° С
	Ві,
				•J	10m и 'алееі
	0			•J
	0	(	/4	' _
		(	/4	' _
			//
					'5

* / '

1,0

//3m

0,8 /!/}{//

Ш-

0,б\	//1200"
	w	і
	11250 °С
	0,016 0,032		0,0<t8	0,064	0,080 0,096 0,112 ОД8._ 0,M	Fo
Рис.	3S.	График	Fo—Ві	для обкатки и протяжки. Темпера
			тура	нагрева 1300° С
В начальный момент (т = 0)					кузнечный слиток равномерно
нагрет до ковочной температуры					t0. В течение времени т,	слиток

транспортируют от печи к прессу, ковка начинается при тем

пературе tu.1{ (температура		начала ковки)	на поверхности. П р и
этом	температура в центре	слитка соответствует точке а'. В те
чение	времени Т2 металл	деформируется	бойками на первой

А Н. М. Золотухин

кузнечной	операции — обкатке.-		Вследствие	соприкосновения с
бойками	пресса	контактная	поверхность	слитка	интенсивно
о х л а ж д а е т с я по		кривой ab. В	это время	благодаря	тепловой

инерции металла температура в центре слитка медленно пони жается по кривой а'Ь'. В течение времени тз подъема траверсы

' 0,008 0,016 • 0,02*	0,031 0,00 0,08 0,056 Fo
Рис. 39. График Fo—Ві для осадки. Температура нагре
ва	1200°С

пресса температура поверхности слитка быстро поднимается по


кривой be, т а к как после отхода				бойка от металла		в момент т ц
интенсивность охлаждения			резко уменьшается.			Температура
в центре	заготовки	продолжает		медленно	понижаться		по кри
вой Ь'с'.	В течение	времени	т 4	и TS цикл	теплопередачи		повто

ряется. Цикл времени т6 —те соответствует второй кузнечной

операции — протяжке			заготовки,		а тю—тіг — отделочным куз
нечным	операциям .
Вся	поверхность		заготовки,	а	т а к ж е ее	деформированные
участки	через	очень	небольшой		промежуток	времени	после
подъема	бойка	о х л а ж д а ю т с я		в	процессе ковки по		кривой
t0acefhl,	а после ковки — по кривой				1т. Пр и ковке это изменение

температуры поверхности металла оптическим пирометром не замеряется . Поэтому з а д а н н а я в технологическом процессе наи меньшая допустимая температура поверхности металла в конце

ковки tK.K регистрируется	в	точке	/, тогда	ка к действительная
наименьшая температура	в	конце	ковки	к значительно н и ж е

и соответствует точке k. Несоответствие замеренной и действи тельной температур в конце ковки приводит к возникновению больших напряжений и к появлению трещин в местах кон тактных зон, где происходит пластическая деформация, и в

прилегающих к ним областям свободных поверхностей.	О х л а ж
дение поверхности металла в периоды н а ж а т и я бойками	зависит
от продолжительности н а ж а т и я и разности температур	металла

BI			15,91			I
			15,91
2,0					•л и более
2,0
18			— —			15,3nти 6імее
18			У			-to	— с	15,9)77 U Lолее
1,6			У	V		-to	— с	15,9)77 U Lолее
		tip		V		s		*Ч0
		tip				s		*Ч0
	—и				—	- Ef	e ' —	'--	'
	r hі
		/./
		' /								3m
	Іf									3m
1,0
BJ>\			//SO'
0,6	wo	0	//SO'
0,6	wo	0
IZSl
OfiOb I 0,012 • 0,020				0,028		0,036	0,0Щ		0,052	0,060 Fa
Рис. 40.	График	Fo—В і		для		осадки.	Температура			нагре
				ва	1300° С
и бойков. О х л а ж д а ю щ е е влияние бойков								зависит т а к ж е от			пло
щади контакта горячего металла с бойками и времени, в											тече
ние которого	этого	контакта			нет. Так, например,					за период Т 5

температура поверхности металла успевает подняться до тем пературы поверхности заготовки (точка е) , а за более короткий

Рис. 41. Схематический график изменения температуры заго товки при ковке

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 2010 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ