Высокочастотная закалка образцов чугуна ВЧ-50

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова (Ленина)” (СПбГЭТУ)

Направление140600 - “Электротехника, электромеханика и электротехнологии”

КафедраЭТПТ

Контрольная работа

Тема: Высокочастотная закалка образцов чугуна ВЧ-50

Санкт-Петербург

2014 г.

Обзор литературы

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.

Таблица 1 - 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).

1. 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.

2. 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.

3.1 Закалка при статичном индукторе (10х10)

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

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

Твёрдость сырого образца - 25 HRC.

Твёрдость сырого образца - 17-15 HRC.

3.2 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,

r_и=r_ш+r₁+r₂'

x_и=x_ш+x_m1+x₂'

z_и=

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=x_m2= == 0.05 (Ом)

Реактивное сопротивление рассеяния x_s, при площади поперечного сечения

S_h= р =3.14• = 376.99 (мм²)

x_s= =1.56 (Ом)

x_e= , при a₂<a₁x_e=

реактивное сопротивление отрезка индуктора длинной а₁:

x₁₀=, при

S₁===321.78 (мм²)

x₁₀==1.6 (Ом)

коэффициент сопротивления k₁

k₁==0.47

x_e==1.418 (Ом)

Найдём приведённый коэффициент с:

с===0.1

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

3)

r₁=x_m1=

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

Д₁=503=503=0.276 (мм)

r₁=x_m1==1.65 (Ом)

3)Активное сопротивление 3-х виткового индуктора

r_и=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

x_и=x_m1+x₂'=1.65 +6.45=8.1 (Ом)

6)Полное сопротивление

z_и===8.26 (Ом)

7)Ток индуктора в одном витке и в трёх:

I₁'===0.05 (кА)

I_и==0.016 (кА)

8)Напряжение индуктора на одного и трёх витков:

U₁'=I₁'•z_и=0.05•10³•8.26=0.41 (кВ)

U_и=U₁'•щ=1.23 (кВ)

9)Мощность подводимая к индуктору:

Р_и=U_и•I_и=1.23•0.016=0.02(кВт)

10)Электрический КПД индуктора:

з= == 55%

Размещено на Allbest.ru