Высокочастотная закалка образцов чугуна ВЧ-50

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема: Высокочастотная закалка образцов чугуна ВЧ-50

1. Обзор литературы

закалочный высокопрочный чугун индуктор

1. Высокопрочный чугун -- чугун, имеющий графитные включения сфероидальной формы. Графит сфероидальной формы имеет меньшее отношение его поверхности к объёму, что определяет наибольшую сплошность металлической основы, а следовательно, и прочность чугуна.

Получают высокопрочные чугуны путем введения в ковш с жидким чугунов специальных присадок, получивших название модификаторов. Модификаторы играют роль искусственных центров кристаллизации и, равномерно распределяясь по объему жидкого металла, приводят к началу кристаллизации не только от стенок литейной формы, но и внутри самого объема этой формы. Поскольку искусственный зародыш в момент кристаллизации чугуна со всех сторон окружен жидким металлом, это создает условия для формирования кристаллов сферической формы.

В качестве модификаторов обычно используется магний, но т.к. введение металлического магния сопровождается сильным пироэффектом, то чистый магний заменяют его лигатурами (например, сплавом магния и никеля). Неплохие результаты дает модифицирование чугуна церием или силикокальцием.

Химический состав чугуна ВЧ-50: C=2,7-3,7; Si=0,8-2,9; Mn=0,3-0,7; S до 0,02; P до 0,1; Cr до 0,15; Fe~94.

Механические свойства высокопрочных чугунов

Чугун ВЧ50 применяется: для изготовления отливок взамен стального литья при массе от 500 до 6000 кг с наименьшей допустимой толщиной стенки 25 мм; деталей паровых стационарных турбин, турбинного оборудования АЭС, элементов паровых котлов и трубопроводов, гидравлических турбин, гидрозатворов и другого оборудования энергомашиностроения: отливок 2 группы, работающих при температурах до 250 °С, подвергающихся повышенным статическим и динамическим нагрузкам и трению (поршней, корпусов редукторов, корпусов подшипников, корпусов червячных колес, втулок, крышек подшипников, патрубков компрессоров, диафрагм, рам фундаментных, рам выхлопных частей, патрубков компрессоров, зубчатых колес, шестерней); отливок 1 группы, работающих при температурах до 350°С и отливок подвергающихся высоким удельным давлениям пара, статическим, динамическим нагрузкам и трению (диафрагм, обойм, деталей компрессоров паровых турбин, арматуры, патрубков компрессоров, диффузоров, отсекателей, корпусов подшипников, колец поршневых).

2. Описание установки

Установка состоит из блока питания - высокочастотного генератора; системы охлаждения, насосов; индуктора с трансформатором, коэффициенты трансформации 17,19, 21, 23, 25, 27 и ёмкости (100мкФ) ; привод ; система удержания заготовки, состоящая из двух стержней с конусами на концах. К нижнему подведён привод, второй свободно вращается на подшипнике. Так же есть система перемещения заготовки вверх-вниз. Цикл закалки программируется. Мощность 40 кВт, частотный диапазон 50…100кГц, выходное напряжение 15 кВ, напряжение питания 380 В, 3 фазы. Вертикальная установка для закалки, изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 Вертикальная закалочная установка

Закаливаемая деталь устанавливается в вертикальном положении на механизме перемещения, с помощью которого термически обрабатываемая деталь движется вдоль продольной оси неподвижного индуктора с одновременным вращением.

1. Режимы закалки

В зависимости от конфигурации детали и мощности генератора применяют следующие способы нагрева деталей с помощью токов высокой частоты (способы закалки ТВЧ):

*Одновременный. Здесь одновременно нагревают всю поверхность обрабатываемой детали, после чего её сразу охлаждают. При одновременной закалке для нагрева крупных деталей требуется генератор большой мощности, поэтому этот способ применяют в основном в термической обработке небольших деталей - мелкомодульных шестерён, валиков, втулок и др. деталей малого сечения, а также при местной закалке части детали. Обычно при такой закалке ширина закалённой полосы детали оказывается примерно на 10…20% меньше высоты индуктора, чем и руководствуются при выборе высоты индуктирующего провода;

* Непрерывно-последовательный. Сначала нагреву подвергается небольшой участок поверхности детали; по мере перемещения детали или индуктора происходит нагрев последующих участков, а ранее нагретые участки детали охлаждаются (закаливаются) с помощью спрейера. Такой способ позволяет осуществлять закалку крупногабаритных изделий при небольшой мощности генератора, в связи с чем, его широко применяют при термической обработке деталей металлургического и горнорудного оборудования. Непрерывно-последовательным способом осуществляют закалку крупных валов и других деталей. Высоту индуктора, определяющую ширину нагреваемой поверхности детали, здесь выбирают в зависимости от мощности генератора.

При одновременном и непрерывно-последовательном нагревах цилиндрические детали центрируются относительно индуктора и им придаётся вращательное движение для обеспечения равномерности зазора между наружной поверхностью детали и внутренней поверхностью индуктора, что обеспечит равномерность нагрева обрабатываемой детали;

* Последовательный. Применяют в основном для крупномодульных зубчатых колёс в тех случаях, когда мощность генератора не позволяет производить одновременный нагрев всех зубьев шестерни. В этом случае закалку осуществляют путём последовательного нагрева и охлаждения отдельных зубьев или группы зубьев;

* Непосредственного включения. Нагрев осуществляют при непосредственном пропускании тока высокой частоты через деталь. Этот метод применяют при закалке деталей сложной формы или закалке отдельной зоны детали у отверстий малого диаметра (звенья цепей, фильеры, матрицы и другие детали).

В нашем случае используется непрерывно-последовательный нагрев, вращается цилиндрическая заготовка, а индуктор перемещается сверху вниз. Для того чтобы определить твёрдость закалки при разных температурных режимах, можно использовать одновременный нагрев, нескольких областей заготовки, то есть чередовать закалённую и не закалённые области («в полску»). При установке детали в индуктор необходимо соблюдать равномерность зазора. Не допускается касание детали и индуктора при нагреве.

3. Эксперименты. Различные мощностные режимы

1. Закалка при статичном индукторе (10х10)

Твёрдость сырого образца - 25 HRC. Видно что, твёрдость образцов отличается несильно, поэтому можно выбрать наименее энергозатратый (первый).

Твёрдость сырого образца - 27 HRC. При небольшом увеличении мощности твёрдость растёт заметно.

Твёрдость сырого образца - 25 HRC.

Твёрдость сырого образца - 17-15 HRC.

2. Сканирующая закалка индуктором (10х10)

Твёрдость образцов в сыром виде - 25 HRC. Охлаждение воздухом.

4. Расчёт индуктора

Используется индуктор, изготовленный из медной трубки диаметром 6х1,5 мм, имеющий ? витка. Высота индуктора 100 мм. =10 мм - диаметр изделия,

rи=rш+r1+r2'

xи=xш+xm1+x2'

zи=

1) Найдём приведённое сопротивление r2'

r2'=с•r2

При частоте f=0.066 МГц глубина проникновения в металл, при удельном сопротивлении =0.5 (Ом•мм2/м)

Д2=503=503=0.31 (мм);

Найдём поправочные коэффициенты А и В

m2===6.4, при m2>6

A=B===0.21

Активное и внутреннее реактивное сопротивление загрузки

r2=xm2= == 0.05 (Ом)

Реактивное сопротивление рассеяния xs, при площади поперечного сечения

Sh= р =3.14• = 376.99 (мм2)

xs= =1.56 (Ом)

xe= , при a2<a1xe=

реактивное сопротивление отрезка индуктора длинной а1:

x10=, при

S1===321.78 (мм2)

x10==1.6 (Ом)

коэффициент сопротивления k1

k1==0.47

xe==1.418 (Ом)

Приведённое сопротивление для 3-х виткового индуктора

r2'=3•с•r2=3•0.1•0.05=0.015 (Ом)

2) Активное и внутреннее реактивное сопротивление провода, для 3-х виткового индуктора

r1=xm1=

коэффициент заполнения g=0.9, удельное сопротивление с1=0.017 Ом•мм2/м, глубина проникновения

Д1=503=503=0.276 (мм)

r1=xm1==1.65 (Ом)

3)Активное сопротивление 3-х виткового индуктора

rи=r1+r2'=1.65+0.015=1.66 (Ом)

4)Найдём приведённое реактивное сопротивление

x'2=c= 0.1=6.45 (Ом)

5)Реактивное сопротивление индуктора

xи=xm1+x2'=1.65 +6.45=8.1 (Ом)

6)Полное сопротивление

zи===8.26 (Ом)

7)Ток индуктора в одном витке и в трёх:

I1'===0.05 (кА)

Iи==0.016 (кА)

8)Напряжение индуктора на одного и трёх витков:

U1'=I1'•zи=0.05•103•8.26=0.41 (кВ)

Uи=U1'•щ=1.23 (кВ)

9)Мощность подводимая к индуктору:

Ри=Uи•Iи=1.23•0.016=0.02(кВт)

10)Электрический КПД индуктора:

з= == 55%

Размещено на Allbest.ru