Спосіб рівномірного контактного електронагріву зразків змінного перерізу

Реферат: UA 83151 U UA 83151 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель стосується способів забезпечення рівномірного контактного електронагріву при термообробці стальних виробів змінного перерізу, зокрема, стандартних зразків для втомних випробувань. Відомий спосіб підготовки зразків для випробувань полягає у тому, що спочатку (попередньо) нагрівають та піддають термообробці заготовку сталого перерізу, з якої пізніше обточуванням виготовляють зразки необхідної форми [1]. Недоліком способу є те, що в процесі обточування знімається верхній шар металу, характеристики якого за рахунок зневуглецювання можуть відрізнятися від характеристик об'єму металу і наявність якого суттєво впливає на втомну міцність зразка. Близьким до запропонованого способу є електроконтактний нагрів безпосередньо стандартного п'ятикратного зразка з галтелями [2], суть якого полягає у почерговому нагріві окремих його частин. Для цього на ділянці з найменшим перерізом (робочій частині) зразка встановлюють дві мідні трубчасті накладки, які виконують роль шунта, тому за рахунок значно кращої електропровідності міді більша частина струму проходить через накладки. Внаслідок цього, у першу чергу прогріваються ділянки з більшим перерізом (неробочі частини). Коли їх температура досягає необхідного рівня, мідні накладки знімають, у колі проходження струму з'являється високоімпедансна робоча частина, яка швидко нагрівається до температури неробочих частин. Недоліком способу є те, що за рахунок різної тривалості нагріву частин зразка після охолодження (термообробки) виникає неоднорідність (гетерогенність) структури металу, що може зумовити руйнування зразка під час втомних випробувань не в робочій, а в неробочій частині (в галтельних переходах або під захватами випробувальної частини). Крім цього, внаслідок нещільного прилягання зразка і накладок часто відбувається їх точкове "приварювання". Задача запропонованого способу - забезпечення рівномірного прогріву зразків зі змінним перерізом за контактного електронагріву при термообробці зі збереженням поверхневого шару. Запропонована задача досягається тим, що, як і у випадку відомого способу, нагрівають безпосередньо зразок змінного перерізу. Однак, у запропонованому способі нагрів його частин, різних за перерізом (неробочої та робочої), здійснюється одночасно завдяки збільшенню опору неробочих частин зразка та зменшенню струму, що протікає у робочій частині. Нерівномірність прогрівання ділянок різного перерізу за електроконтактного нагріву пов'язана із тим, що кількість виділеного на них тепла залежить від їх електричного опору, який, у свою чергу, прямо пропорційний довжині і обернено пропорційний площі поперечного перерізу цих ділянок. Таким чином, робоча (тонша) частина зразка завжди нагрівається швидше і більше. Окрім цього, у неробочій частині зразка, значна частина тепла відбирається масивними мідними контактами (тримачами) електроустановки внаслідок більшої їхньої теплоємності та теплопровідності. Збільшення електроопору неробочих ділянок досягається їх подовженням (після термообробки зайвий метал відрізається), що також зменшує відвід тепла мідними контактами внаслідок їх віддалення від робочої частини. Зменшення струму, що пропускається через робочу частину досягається шляхом встановлення на межі перехідних зон П-подібної сталевої пластини, яка, відгалужуючи частину струму, що пропускається через зразок, зменшує швидкість та температуру нагріву його робочої частини, таким чином вирівнюючи швидкість та температуру нагріву робочої і неробочих частин. Величина подовження неробочої частини зразка визначається конструктивними обмеженнями установки нагріву та збільшенням довжини зразка під час нагрівання, а геометричні розміри сталевої пластини-шунта залежать від співвідношення розмірів частин зразка різного перерізу. На фіг. 1 представлено схему стандартного 5-кратного зразка для випробувань на втому в затискачах установки електроконтактного нагріву. На фіг. 2 представлено схему стандартного 5-кратного зразка для випробувань на втому в затискачах установки електроконтактного нагріву з подовженими неробочими частинами та Пподібною пластиною-шунтом. Розглянемо приклад реалізації запропонованого способу для нагріву під гартування стандартних 5-ти кратних зразків для випробування на витривалість зі сталі 60С2. її використовують для виготовлення пружних елементів, які працюють за циклічного згину, де важливу роль відіграють приповерхневі шари матеріалу. При нагріві стандартного зразка (фіг. 1) до температури гартування сталі 60С2 (870 °C) різниця температур між робочою (ділянка А) та неробочою (ділянка В) частинами становить 300…350 °C (T=ТА-ТВ=300…350 °C). При збільшенні довжини неробочих частин із 25 до 80 мм (фіг. 2) вдалося досягти зменшення різниці температур до 140…150 °C (T=ТА-ТВ=140…150 °C). 1 UA 83151 U 5 10 Встановлення П-подібної стальної пластини (довжина: 120-130 мм, ширина: 25 мм, товщина: 4 мм) дозволило зменшити різницю температур до 5…10 °C, а інтервал часу між прогріванням різних ділянок становив 8…10 сек. Завдяки запропонованим модифікаціям досягається рівномірність прогріву усього зразка та, відповідно, гомогенність його мікроструктури після термообробки. Джерела інформації: 1. Кукляк М.Л. Методи підвищення довговічності пружних елементів машин. - Львів: "Світ".1997. - С. 206. 2. Zhang F., Lv Bo, Zhang J., Cao G. Application of electrical contact heating in grain refining of ultra-pure 42CrMoVNb steel // Journal of Materials Processing Technology.-2007. - № 183. - P. 33-37. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 1. Спосіб рівномірного контактного електронагріву зразків змінного перерізу при термообробці, який полягає у забезпеченні однакової температури у частинах зразка з різним перерізом (неробочих та робочої), який відрізняється тим, що нагрів цих частини до необхідної температури здійснюється одночасно. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що за рахунок подовження неробочих частин зразка збільшується їх опір, прискорюючи нагрівання. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що на межі перехідних зон зразка встановлюється Пподібна сталева пластина, що призводить до зменшення кількості струму, який проходить по робочій (з меншим перерізом) частині зразка, сповільнюючи швидкість нагрівання. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що регулюючи розміри П-подібної пластини досягається однакова швидкість нагріву частин зразка, різних за перерізом, і гомогенність їх мікроструктури після охолодження. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2