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

решений для типового участка

/ /

п

графикам,

аналогичным

показанным на рис. 36—38;

переносят

начало

координат

в

точку

т і + Т 2 + т 3 + Х 4

с

рас­

четной

начальной температурой

tm,

tn4

и

определяют

темпе­

ратуру

охлаждения

заготовки

на воздухе

за

время

ts

по

г р а ф и к а м решений для типового

участка

/ /

и

г р а ф и к а м

на

рис. 33—35 и

г. д.

явлено во время экспериментов (например,

при

ковке на

молотах или прокатке), необходимых д л я разработки

графиков

критериальной зависимости Fo — Ві. В этих

графиках крите­

деформации)

критерии Ві, чем при отсутствии

теплового э ф ­

фекта. При

использовании этих критериальных

зависимостей

критериальных зависимостей

Fo — Ві

исходили

из

продолжи ­

тельности ковки и среднего диаметра

слитка. При этом было

условно принято,

что диаметр

слитка

(заготовки)

не изменяется

в процессе ковки. При использовании

указанных

критериальных

зависимостей д л я

расчета температуры

погрешностей

не будет

ковки

для к а ж д о й группы слитков

по

массе

и для

пресса

данного

усилия примерно одна и так

же .

Так,

одной и

той ж е

углеродистых

и

легированных конструкционных

сталей

при

одной и

той

ж е

начальной температуре металла

и

при

оди­

наковых

условиях

ковки соответствует один и тот

ж е

диаметр

разница размеров

сечений от временной зависимости составляет

не более чем 20%. При этом погрешность в расчете

темпера­

туры составляет

25—27°. Такой погрешностью можно

прене­

бречь.

Расчет

температуры

охлаждения

заготовок

при обкатке (биллетнровке).

Пример

33. Слиток

массой

3

т,

нагретый

до 1200° С,

транспортировали

к ковочному прессу в течение

2

мин, а

затем

обкатывали

в

течение

2 мин.

Определить

температуру

блока в

конце

обкатки.

Температура

в

цехе

.20° С.

К моменту начала обкатки при т=2,0

мин = 0,0333 ч, #=0,288

м, г| = 0,9.

Критерий

Фурье

для

транспортировки

0,02-0,0333

= 0,00895.

Fo T P = —

р

0,2882-0,9

По

графику,

показанному

на

рис. 34,

В і т р = 0 , 5 7

для

FoT P =0,00895 и

слитка

массой

3 т, на рис. 14 и 15 0^р

=0,955, 0 Ц = 1 .

Температура

слитка

в момент

начала обкатки

t„ = 0,955 (1200 — 20) +

20 =

1150 °С;

/ ц =

1200 °С.

За

период

обкатки при т = 2

мин = 0,0333 ч, # = 0,288 м,

т]=0,9

Fo o c =

0,02-0,0333 = 0,00892.

0

0 ,2882.0,9

Суммарное

значение

критерия

Fo = F o r p

+ Fo o 6

=

0,00895 +

0,00892 я

0,0179.

По

графику,

приведенному

на

рис. 37,

Bi0 c =0,81

для Fo=0,0179,

темпе­

ратуры

начала

обкатки 1150° С и слитка

массой

3 т.

По

графикам,

данным на рис. 14 и

15, для

Fo0 o=0,00892

и

B i o 6 = 0 , 8 1 :

2 П 1

=

0,917;

2 Ц 1 =

1.

Знаком 2і обозначено первое слагаемое относительной температуры [см.

формулы (120)

и (121)] для поверхности

и центра

блока.

По

графикам,

показанным на рис. 22 и 23 для FoO 6=0,00892 и

Bi0 o=0,81,

находим второе слагаемое относительной температуры

2 П 2 =

0,616

и 2 Ц 2 = 0,887

[см. формулы (120) и (121)].

Определяем температуру блока после обкатки.

блока

Относительная температура

на поверхности

и в центре

«л

= ;

г і Вц = :

г •

Неравномерность

температуры

по

сечению

слитка в момент

начала

обкатки

'ц — 2 ( 1 2 0 0 — 1150)

6 = 2

~г

' =

, г п

г - ^

= 0,088.

/ п

— / с

1150 — 20

5*

131

в ц = 1 ( 1 — " о ~ ^ ~ ) +0,887.2-0,088 =

1,047;

' ц =

1,047 (1150 — 2 0 ) + 20 =

1200 °С.

Пример

34.

На сколько ниже будет температура

блока (при условиях,

аналогичных

условиям

предыдущего' примера),

если продолжительность об­

катки увеличится

в 2 раза, т. е. будет составлять -1 мин.

ченной в примере

33, будет на 50° ниже.

Пример 35.

Два

слитка

массой

10 т

нагреты до

1200° С. Один

из них

транспортировали к ковочному прессу 3 мни и обкатывали

3

мни,

другой

транспортировали

6

мин и обкатывали 6

мин. Температура

в

цехе

20° С.

Определить температуру на поверхности блоков после обкатки.

Для

периода

транспортировки

обоих

слитков при т, = 3

мин, Тг=6 мин,

R = 0,448

м, 11 = 0,875

F o T P 1 =

0,02-3

— =

0,0057;

Т

Р

0,4482-0,875-60

¥ОгРЗ

= 0,0114.

рис.

По

графику,

показанному

на

рис. 34,

В і т р і = 0,515,

В і т р і = 6,585, по

14 0,,І=О,955, /пі = П50°, 0„2=О,932, / „ . = 1120°.

Для

периода

обкатки

первого

блока

Foofii =

0,02-3

=

0,0057.

0

6 1

0,4482-0,875-60

Суммарное значение

критерия

FO! =

0,0057 +

0,0057 =

0,0114.

По

графику,

приведенному.на

рис. 37, по суммарному значению критерия

Fo

при температуре

1150° С для слитка массой

10 т находим, что Bio c=0,98.

По

графикам, данным на рис. 14 и 15, 2 п і =0,92, 2 щ = 1 для Fo0 o=0,0057

и Bi„=0,9S, на рис. 22 и 23 £ „ 2 = 0 , 5 ,

2 ц 2 =0,78 .

Температура

первого

блока

в момент

конца обкатки

0, =

2(1200 — 1150)

0,0884;

—

=

=

1

1150 — 20

/

0,0884\

0пі = 0,920 ll — -^-jjg-J

+0,500-2-0,0884 = 0,925;

/ п 1

=

0,925 (1150 — 2 0 ) + 20 = 1066 °С;

в щ =

f

0,0884\

1,048;

1,0 М - -

^

-

J

0,78-2-0,0884 =

/ ц 1

=

1,048 (1150 — 2 0 ) + 20 и 1200 °С.

Рассчитаем температуру

второго блока. Обкатка его начинается при

1120° С. Для этой температуры

на рис. 37 нет кривых

Fo—Bi. Поэтому нахо­

Для

обкатки

F o 0 6 2 = 2-0,0057

= 0,0114.

Суммарное

значение

критерия

для

транспортировки

н

обкатки

при

1150° С

Foofiiibo =

0,0057 + 0,0114 = 0,0171.

По

графику,

приведенному

на рис. 37, Bi0 ouon= 1,25

для

Foo eu50=0,0171

п слитка массой

10 т. При

продолжительности

транспортировки,

соответст­

вующей

началу

обкатки

при

г п = П О 0 ° С

(см. рис. 37)

FOT P HOO=0,015. Сум­

марное

значение

критерия

Фурье

для транспортировки и обкатки

при 1100°С

F o o 6

U 0

0

=

0,015 + 0,0114 =

0,0264.

Для

Fo0 6iioo=0,0264 и слитка

массой

10 т

Ві<,опоо= 1,155

(см. рис.

37).

Для

обкатки

при температуре

1120° С

Ri

_

в :

( П 5 0 - 1120) ( В І Ц 5 В - В І 1 Ш )

В , П

2

° ~

В ' 1

Ш

1 1 5 0 - 1100

=

( 1 1 5 0 - 1 1 » )

( 1 , 2 5 - 1,155)

1150 — 1100

'

'

По

рис. 14 и

15 2 П 1 = 0,88,

2ц, = 1 для B i M 2 o = 1,193

и

Foo 6 2=0,0114. По

рис, 22 и рис. 23 2п2=0,410,

2ц 2 =0,695.

Температура

блока в конце

обкатки

2(1200— 1120)

6

=

— 1120 — 20

=

0,145;

tn =

0,881 (1120 — 20) + 2

0 = 990° С;

9

f

0,145 \

+ 0,695

-2.0,145=

1,068;

Ц = 1,0 М

- ^ J

tu. =

1,068 (1120 — 20) + 20 =

1190° С.

Пример 36.

Слиток

массой 27,6

м, нагретый

до

температуры 1240° С,

ратуре его поверхности

1150° С. Продолжительность обкатки

6 мин. Опреде­

лить температуру на поверхности блока в момент окончания обкатки.

Для

периода

обкатки при т = 6 мнн = 0,1

ч, /?=0,611

м, т]=0,9

FOOB =

0,02-0,1

= 0,006.

•—

0

6

0,611*.0,9

По

графику,

приведенному

на рис. 37, для

температуры

нагрева 1200° С

и слитка массой 10 т

критерий Foi2oo, при котором слиток

охладился до

1150° С, составляет 0,0055;

по графику,

данному

на рис. 38, для температуры

1300° С Fo,3oo = 0,0218.

Суммарное значение критерия

F ° i 2 0 0

=

F o 1 2 0 0

+

Fo o 6

=

0,0055 +

0,006 =

0,0115;

F o ^ J 0

=

F o 1 3 0 0

+

Fo o 6

=

0,0218 +

0,006 =

0,0278.

По графикам,

приведенным

на

рис. 15 и 23

2ці = 0,963,

2цг = 0,595

для

F o n = 0,109 и

В і П Р = 1 , 1 2 ;

0ц =

0,963 Л

+ 0,595-2.0,185 = 1,025;

*ц = 1,025 (1192

— 2 0 ) + 2 0 =

1220° С.

Пример 3S. Из

слитка

массой 7,0 т ковкой

получают ступенчатый вал.

прибыли 6 мин, протяжки

донной части слитка

на диаметр

380 мм — 10 мин.

Температура

нагрева

слитка

1300° С,

продолжительность

транспортировки

4 мин, температура

в

цехе

20° С. Определить

температуру

донной части

по­

ковки вала в момент окончания протяжки.

Для

периода

охлаждения

донной

части

слитка

на

воздухе

при

Л = 0,38

м, т)=0,9

т =

т т р +

т п

р 1 =

4 +

6 = 1 0

мин,

получим

0,02-10

Fo T P

=

я

0,0257.

п

п п

п п

п

р

0

,382-0,9-60

По

графику,

приведенному

на

рнс. 35, В і т р =0,7 2

для

Fo=0,0257.

донной

По

графику,

показанному

на

рнс. 14,

температура

поверхности

части слитка

в момент

начала

ее протяжки для Fo=0,0257

и В і т р =0,7 2

0П ~= 0,875;

tn =

0,875 (1300 — 20) и

1150° С.

Для

продолжительности

протяжки

донной

части

слитка

и суммарного

времени

продолжительности

протяжки

и

транспортировки

Fon<,2 =

0,02-10

=

0,0257;

0,382 -0.9.60

п

р 2

'

'

F o c y M

=

F o n p 2

+

FOTJ, = 0,0257 +

0,0257 =

0,0514.

По

графику,

приведенному

на рнс. 38, ВіП р2=Т,25 для Foc y Bt=0,0514,

температуры

поверхности 1150° С и слитка

массой

7,0 т.

Определяем температуру поверхности донной части поковки вала

в мо­

мент окончания

протяжки. По

графикам,

показанным

на

рис. 14 и рис. 22,

2 П ,=0,795 и 2П 2 = 0,370 для Fo=0,0257

и

B i = l ,25:

2 (1300— 1140)

0'

=

—

1140 — 20

- =

0,286;

/

0,286\

0П =

0,795 I

1 — у—-

J +

0,370-2.0,286

= 0,826;

/„ = 0,826 (1140 — 2 0 ) + 20 =

945° С.

от

0,02-10

Fonp2 =

=

= 0,1025.

п р 2

д 2 „

0,1902.0,9-60

Расчеты охлаждения заготовок при осадке.

Пример

39.

Блок, полученный

при обкатке слитка

массоіі

7 т

и

нагретый

до

1300° С.

транспортируют

в течение 5 мин, а затем

за 2,5

мин

осаживают

на

половину

высоты. Определить

температуру

на поверхности

и в центре за­

готовки после осадки. Температура

в цехе 25° С.

Определяем

критерий Fo за период транспортировки:

FoT P

0,02-5

= 0,0137.

= — — г -

т р

0,3642-0,92-60

Температуру

в момент

начала

осадки при Bi = 0,65

(см. рис. 35)

находим

по рис. 14 и 15:

е п

= 0,915, /„ =

0,915(1300 — 2 5 ) + 25 = 1195 « 1200° С;

0,02-2,5

Fooc =

•— = 0,0068;

суммарный критерий

0 0

0,3642-60

FocyM =

0,0137 +

0,0068 =

0,0205.

По

рис. 40

Ві=1,42

для F o c y „ = 0,0205,

температуры

начала осадки

1200° С и слитка

массой 7 т.

По

рис. 14,

15 и 22,

23

Г „і = 0,872,

2 „ i = l , 0 ,

£П 2=0,35,

2 ц 2 =0,63 для

Fooc =0.0068 и Bi=l,42 .

Температура

после осадки

9' =

2 (1300—1195)

n

„

— — :

-г-1- = 0,18;

1195 — 25

6

П = 0,872!

('-т£)

+

0,35-2

0,18 = 0,886;

I

— - 1 —

Для —

- = г — = 1,98 по рис. 30 находим

Г) = 0,83, тогда

о,

оии

Fo T P =

0,02-3

= 0,018.

•

Р

0,0625-0,83-60

По

графику,

приведенному

на

рис. 34,

находим

Ві=0,65

для слитка

массой 3 т (что соответствует заготовке диаметром

500 мм).

Температура

заготовки

(см. рис. 14 и 15):

0П

=

0,902;

0ц = 1 , 0 ;

іп

=

0,902 (1200 — 30) + 30 =

1085° С;

tu. =

1200° С.

Для

периода

осадки

0,02-0,0167

F O

o

C

=

0,0625

= ° - ° 0

5 3 -

Суммарный критерий

FoC Y M

= 0,018 +

0,0053 =

0,0233.

По

графику,

приведенному

на

рнс. 39,

В і о с = 0 , 9 8

для Foc y M=0,233,

/ п = 1100° С,

слитка

массой

3

т

(что

соответствует

заготовке

диаметром

W0 мм).

Начальная относительная

температура

0 , _

?

/ о ц - * . л

_

2 ( 1 2 0 0 - 1085)

_

о

tD„ — tc

_

1085 — 30

' " '

По

графикам,

данным

на

рис.

14,

15. 22

и

23,

£ п і = 0 , 9 2 ,

£ п 2 = 0 , 5 0 .

2„! = 1Д 2 ц 2 =0,78, для Fooс = 0,0053 и B i o c

= 0.98.

Температура

заготовки

в момент окончания

осадки

0

П =

/

l -

0,220\

0,5-2-0,220 =

0,923;

О,92 (

- ^ - 1

+

0

Ц =

/

0,220\

0,78-2-0,220= 1,118;

1 , 0 ( 1 - —

1 +

/ п

=

0,923 (1084 — 3 0 ) + 30 =

1000° С;

* ц

=

1,118 (1084 — 3 0 ) + 30 =

1200° С.

Пример

41. Стальную

цилиндрическую

заготовку

диаметром

350 н вы­

сотой 600 мм, равномерно

нагретую до 1100° С, осаживают

на гидравлическом

прессе в течение

1 мин до

половины

первоначальной

высоты.

Определить

температуру в середине осаженной заготовки, а также

на ее торце

в момент

конца осадки. Температура

в цехе 25° С.

Определим средние

значения

диаметра

и высоты

поковки при

с/о=350мм,

Л0 =600

мм, /гк = 300 мм:

При

осадке

цилиндра

т = 1

мин, Цпл

= - ^ - = 0,212

м, Ііал = —^- =0,225 м;

0,02-0,1

Р ° " " л =

0,212°-

60

= ° ' ° 0 7

3 5 ;

0,02-

1

0,2252-60 = 0,0065.

По

графику,

приведенному

на

рнс. 39, для слитка

массой

2 т

и по гра­

фику на рис. 42 Віццп =0,475 и

В і п л = 3 , 2 .

I I ,

14 и

15)

составляет

Температура

в конце

осадки

(см. рис. 10,

&1™ = 0,95, 0 £ н л

=1,0, 0 £ л = 0,49,

0™ = I ,

протяжкой

Пример

42.

Блок, полученный

от

обкатки

слитка

массой

19,5 т

и нагре­

тый

в печи

до

1300° С, осаживали

при температуре

1250° С

на его

поверхно­

сти.

Продолжительность

осадки 1,5

мин. Затем

осаженную заготовку подвер­

гали

протяжке

в течение 23 мин для

получения

вала диаметром

550 мм.

Определить

температуру поковки

вала

в

конце

ковки.

Температура в

цехе

25° С.

Для

периода осадки

при т = 5 мин и /? = 0,49 м

0,02-1,5

F o - = - o ^ o - =

0 ' 0 0 2 0 8 -

Для

начала

осадки

при 1250° С F o T P = 0,0047

(см. рис. 40).

Суммарное

значение

критерия

F o c y M = 0,00208 +

0,0047 =

0,0068.

Для F o c y M = 0,0068 и слитка

массой

19,5 т B i o c

= l,37

(см. рис. 40).

По рис. 14, 22 и 15,23

2 П 1 = 0,923,

2п 2 =0,363,

2 щ = 1 , 0 , 2ц 2 =0,648 для

Foo c =0,00208 и B i o c = l,37.

после

осадки

Температура

заготовки

0' =

2 (1300— 1250)

—

— ^ = 0,0816,

1250 — 25

0П =

0,923 ^1 —

+ 0,363-2-0,0816 = 0,927;

В ц = 1,0

+

0,648-2.0,0816 =

1,052;

t„ =

0,927 (1250 — 25) +

25 =

1160° С;

<и =

1,052 (1250 — 25) +

25 =

1300 °С.

Д л я периода

протяжки

при т = 2 3 мин и # = 0,49 м

0,02-23

F o n p =

—

= 0,032.

п р

0,492.60

Если принять, что температура

поверхности

заготовки

в

конце

осадки

равна 1150° С, то Fo„ p = 0,021 (см. рис. 38).

Тогда суммарное значение

критерия

F o c y M =

0,021 + 0 , 0 3 2 = 0,053.

По

графику,

приведенному

на

рис. 38. Ві=1,25 для F o c y M

= 0,053;

по гра­

фикам,

приведенным на рис. 14 н

22, S n i = 0,718,

£„2 = 0,348.

Температура поверхности поковки после протяжки

„,

2 (1300— 1160)

6' = — 1160 — 25

-

= 0,247;

Є п

(

0,247

\

= 0,718 ( l — - y - ^ - J

+ 0 , 3 4 8 - 2 - 0 , 2 4 7 = 0,747;

t„ =

0,747 (1160 — 25) +

25 =

867° С.

Температура

в центре поковки после протяжки

•^расч =

Кпок — 0,275 м;

от

0,02-23

F o n p =

60-R2

= — •

= 0 , 1 0 1 .

60-0,2752

ч расч

Суммарное

значение

критерия

F o c y M =

0,021 + 0,101 = 0,122.

По

рис. 38

В і = 1.162

для

F o c y M = 0,101,

температуры

начала

протяжки

1150° С и слитка массой

19,5 т. По

рис. 15 и 23 2 ц і = 0 , 9 7 3 ,

2ц 2 =0,595;

/

0,247\