Перейти к публикации

Изменен п. 12 раздела "Другие ограничения", просьба ознакомиться. Расшифровка и пояснения - тут

andrew.1975

термообработка в вакуумной печи

Рекомендованные сообщения

Здравствуйте хочу спросить .Возможна ли закалка стали например 40х13 в вакуумной печи .Илья Ильич утверждает что закалка в безвоздушном пространстве невозможна .я с ним в корне не согласен.

Берём  за основу слова Ильича , что в безвоздушной среде нельзя нормально закалить.Если я вправе регулировать скорость охлаждения .Могу остудить за 10 минут .могу за два часа .это решает программа которую я задам .

Изменено пользователем andrew.1975

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Вы не правильно поняли слова ИльиИльича. 

Есть два способа забрать тепло у детали: 

1. Конвективный теплообмен.

В этом случае холодный газ(или жидкость) взаимодействует с горячим телом. Забирать много энергии конвекцией можно:

- подняв давление газа(чтобы больше частиц взаимодействовало с телом)

- подняв скорость движения газа(включив вентилятор или обдув).

- охлаждая дополнительно этот газ(пропуская его через холодильник)

2. Излучение

 Тело само отдает свою энергию, излучая ее. Так вот эта энергия пропорциональна четвертой степени температуры. Забирать много энергии излучением можно:

- На высоких температурах, так как чем выше температура тем быстрее тело отдает энергию.

- На деталя с большой площадью. Так как, чем выше площадь тела, тем больше энергии отдает тело.

- На деталях с низкой массой. Так как, чем меньше масса тела, тем меньше в ней это энергии которую надо отдать, чтобы охладиться.

Когда мы нагрели детали в вакууме а потом начали охлаждать ее в газе, то работают оба эти способа забрать тепло. В результате даже не очень мелкие детали охлаждаются достаточно быстро, чтобы аустенит перешел в мартенсит. Если охлаждать деталь в вакууме, без газовой среды(ну или жидкости), но работает только излучение. Так как излучение ОООЧЕНЬ СИЛЬНО зависит от температуры и формы детали. То попасть в мартенситрую зону сможет маленькая деталька, с большой площадью отдачи энергии и низкой массой. Хорошо остынет пластинка толщиной 1-2 мм, с вероятностью 50 на 50 закалится небольшой болтик. А вот шарик размеров 5-10 сантиметров уже точно пролетит мимо.  

Вы охлаждаете деталь в своей печи в газовой среде(раз говорите что можете контролировать скорость охлаждения) и для вас понятно, что сталь 40Х13 калится в вакуумной печи. Но Илья Ильич говорит о том, что в безгазовой среде(то есть в вакууме) закалить что то невозможно. Я не согласен с ним, что это невозможно. Может быть тот болтик закалить в вакууме и правда будет сложно. Но в принципе закалить в вакууме возможно. Главное использовать подходящую садку - это должна быть сетка из проволоки, которая не задержит охлаждение детали своим собственным излучением.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Средней прожарки, я перекалил кучу ножей из стали 40х13 в вакууме без принудительного охлаждения .тобиш с остыванием с печью .результат нормальный .твёрдость на верхнем пределе .сталь 40х13 калиться в безвоздушном пространстве даже с остыванием с печью  да это касается не всех деталей так как размер детали влияет на закалку .я просто не понимаю Ильича .он не видел на чём я работаю .с какой скоростью это остывает .какие детали я закаливаю в вакууме .но он смело утверждает что это НЕВОЗМОЖНО .он ведь он не делал это в практике .он исходит из теории ..я вообще когда автор написал что хочет получить закалку без окисления понял что ему нужна *светлая закалка * .ведь как не крути а в вакууме окисление исключено .да и поводки будут минимальные.

Изменено пользователем andrew.1975

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

  Отдельную тему не сразу "разглядел"

что важно для закалки 40Х13 на мартенсит?  

Пройти, при охлаждении, участок минимальной устойчивости аустенита к распаду  ранее чем этот распад должен начаться.

При каких температурах у 40Х13 минимум устойчивости? 

ответ: 630-660 градусов

каков интервал минимальной устойчивости при этой температуре?

ответ: не менее 300с (по факту более, думаю что за 500с ... так как в литературе есть стали только с содержанием хрома около 7%) 

а окончание распада при 650С заканчивается через какое время?

ответ: точного ответа на этот вопрос нет, но окончание лежит за пределами 10ч.

 

А теперь рассмотрим ситуацию: охлаждение болванки ф50 L=200 излучением.  За какое время она остынет с 660 до 630с?  (сразу спросите, почему мы не рассматриваем температуры выше и ниже этого диапазона .... ответ: а на кой черт их рассматривать когда устойчивость аустенита там в разы выше ... при более высоких температурах (до начала распада аустенита после закалки) скорости охлаждения больше).

Считаем S(болванки) = 0,035м^2

Мощность излучения, при 645С (918К) = 40620 Вт/м^2  (ого-го себе ... тепловое излучение со стороны помещения, или холодного участка камеры печи, куда в вакууме может переместится деталь на закалку - ничтожно мало)

Болванка теряет тепла за 1 с: 1420Вт

Вес болванки: 3,1кг,  удельная теплоемкость при таких температурах в районе 600Дж/кг*К

Делением этих двух чисел, получаем на сколько градусов за 1с остывает заготовка только излучением

1420/600/3,1 = 0,8град/сек

А теперь ни для кого не составит труда оценить, успеет ли остыть ли заготовка весом 3кг из 40Х13 за 300сек с 660 до 630 градусов цельция?  (ответ, успеет ... так как пройдет этот интервал менее чем за 45сек).

 

Илья Ильич - на пересдачу Вам надобно, подучить материал.

Изменено пользователем ycnokou

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
26.07.2019 в 06:28, andrew.1975 сказал:

.он ведь он не делал это в практике .он исходит из теории ..

Андрей, Вы уверенны в этом?

26.07.2019 в 06:28, andrew.1975 сказал:

я вообще когда автор написал что хочет получить закалку без окисления понял что ему нужна *светлая закалка *

Почему Вы так решили и какое отношение это имеет к теме?

26.07.2019 в 06:28, andrew.1975 сказал:

ведь как не крути а в вакууме окисление исключено .да и поводки будут минимальные.

Без комментариев.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

andrew.1975

Подскажите, с какой максимальной скоростью можно принудительно охладить камеру Вашей вакуумной печи? (с "вакуумом" внутри камеры)

Изменено пользователем ycnokou

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Сегодня засёк (ориентировочно) скорость охлаждения маленькой медной садочки (поддон  массивнее садки) при следующих условиях: Тнагр.=650°С в азоте 0,25бар; охлаждение в среде азота 0,6бар; принудительная конвекция. Снятие показаний с термопары в садке. Скорость охлаждения составила в интервале 650-400°С примерно 1°/сек.

P.S. Печь Secowarwick.

Изменено пользователем ilia-ilich

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

 Не уж то!

Илиьч решился провести эксперимент, чтобы проверить опытным путем то, до чего он не мог "додумать" заранее! 

Вот только пока не в том интервале засекает 

12 часов назад, ilia-ilich сказал:

Скорость охлаждения составила в интервале 650-400°С

Диаграмму внимательно смотреть надо! (у 40Х13 при температуре ниже 620С - нет превращений вплоть до мартенситного интервала температур, для каких целей они измерял в этом интервале температур - остается загадкой  )  

до чего ж упертый человек. :dash1:

При снижении давления в его случае

12 часов назад, ilia-ilich сказал:

охлаждение в среде азота 0,6бар

, результат сильно не изменится (на температуре 600С и выше).

 

Примечание: это дело (эксперименты вещь полезная - глядишь образумится) - плюсануть репутацию ... а вот с рассмотрением чертежей у Ильича пока проблемы (жду на пересдачу). 

В ближайшее время, разложу по "полочкам" еще одну тему где блудит Илья Ильич  (касаемо остывания излучением). 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Итак, поехали....

вспомним недавние слова "знатока"

25.07.2019 в 14:46, ilia-ilich сказал:

Она может в небольших печах подкалиться, т.е. приобрести мартенситную структуру на поверхности.

25.07.2019 в 16:31, ilia-ilich сказал:

Тогда если теплопроводность стали выше скорости теплоотвода, то  охлаждение затормозится, из аустенита полезут карбиды, что приведёт к увеличение Vкр. и нарушению условия 1). Если теплопроводность стали ниже скорости теплоотвода, то условие 1) не будет выполнено для сердцевины детали и мартенсит будет только на поверхности.

по которым явно видно, что человек, написавший данные утверждения - далеко не в теме происходящего (блудит).

Пояснения.

Есть закон теплопроводности Фурье image.png.cc49491a41ab04549aa6385aa1427ab2.png

 В невекторной форме, данное выражение переписывается q = - X*(dT/H), где Н - параметр (толщина слоя), вдоль которого происходит максимальное изменение функции (в данном случае происходит изменение температуры от толщины слоя, через который идет тепловой поток).

Из которого, в нашем случае (медленное охлаждение излучением) - можно сделать первый вывод:

1) Чем сильнее отводится тепло, тем больший перепад температуры по сечению (больше значение функции grad(T)).

Для простоты понимания (дабы не углубляться за пределы школьной программы) рассмотрим частный пример - задачку:

оценка скорости охлаждения материала пластины 30х300х300мм (по сечению ... вес заготовки - 20,7кг) из стали 40Х13 в вакууме излучением (со всех сторон) после нагрева под закалку; при этом температура окружающего пространства "стенок" камеры - 100С (принудительное охлаждение водой).

Дано: 

коэффициент теплопроводности Х (при температурах 600-800С) 28Вт/(м*К)

удельная теплоемкость (c) (при температурах 600-800С) 675Дж/(кг*К)

критическая точка начала распада аустенита (из диаграммы от Ильи Ильича, в которой он пока фиги разглядывает) - 790С

температура конца превращений - 620С.

Решение: для начала, проведем оценку перепада температуры между поверхностью пластины и ее сердцевиной. Будем рассматривать зону, расположенную по центру квадрата (300х300) и удаленную от его плоскости на глубину 14мм (то есть, почти центр заготовки).

Так как мы ведем речь об охлаждении пластины, то можно рассматривать охлаждение одной плоскостью (300х300) пластины толщиной 15мм (вторая половина охлаждается с другой стороны).

Поскольку охлаждение столь массивной детали идет медленно, то можно сделать предположение о том, что поток тепла внутри материала (по глубине) - равномерный и постоянный на всей глубине 15мм (от плоскости до центра).

Оценим площадь поверхности части пластины (300х300х15), через которую идет отдача тепла излучением:

S = 0,3*0,3 + 0,015*1,2 = 0,108 м^2.  (здесь следует отметить, что все значения в формулы необходимо подставлять в единицах измерения утвержденных системой Си, так например, вместо миллиметров - ставим метры; 1мм=10^(-3)м)

Масса этой части пластины (300х300х15) = 10,35кг

1) Оценим перепад температур между поверхностью и слоем на глубине 14мм, когда температура поверхности 790С (что соответствует температуре начала распада аустенита).

  Для этого посчитаем мощность излучения (закон Стефана больцмана .... температуру подставляем в Кельвинах)

  790С = (790+273)К = 1063К

image.thumb.png.38f1c7c7fa1745048b245ffeab505deb.png (немаленькая такая величина, не правда?  но посмотрим к чему она приведет).

Так как мы хотим оценить перепад температур по глубине, то нам надо незначительно изменить формулу закона теплопроводности:

image.thumb.png.fb6a91efbc1c3c577b17f16244cfc237.png (перепад температур между поверхностью пластины и ее "сердцевиной" - составляет 36градусов => когда на поверхности пластины достигнута Аr1, в ее центре - горячее (охлаждение идет с отставанием, а значит и превращения начнутся с задержкой).

Умозаключение: как видно из выражения для перепада температур: чем выше отвод тепла от поверхности пластины - тем больше перепад температур по сечению (о чем я писал ранее) => при остывании поверхности детали (уменьшение отвода тепла излучением), перепад температур по сечению будет уменьшаться.

Примечание: тут Вы можете спросить, а почему не учитывается температура теплопоглощающего слоя камеры печи? (которая по условиям задачи составляет 100С).

Ответ на вопрос: действительно, поверхность нагретая до 100С тоже излучает в сторону детали, но мощность этого излучения (из-за низкой температуры) - мала (всего то 1100Вт/м^2 ... по сравнению с 72400Вт/м^2), что вносит незначительную корректировку в получаемые результаты. 

По аналогии считаем перепад температуры по сечению (охлаждение только излучением), при других температурах поверхности. Далее указаны цифры (первая - температура поверхности, в скобках - перепад температуры):

780С (34,85); 770С (33,55); 760С (32,22) - задержка, по достижению температуры Ar1 сердцевиной пластины; 750С (31); 740С (29,85); 730С (28,7); 720С (27,6); 710С (26,5); 700С (25,4); 690С (24,4); 680С (23,4); 670С (22,4); 660С (21,5); 650С (20,6); 640С (19,7); 630С (18,9); 620С (18,0);

Наглядно видно снижение градиента (перепада) температур при уменьшении отвода тепла.

Можно определить температуру поверхности, когда сердцевина достигнет 620С (линии конца превращений) - это 603С (мощность отвода тепла при этом составит - 33400Вт, снижение более чем в два раза относительно температуры 790С).

2) Второй этап расчета заключается в оценки скорости охлаждения поверхности пластины. Для упрощения расчетов (чтобы не выходить за пределы школьной программы) - разобьем интервал температур (с 790 до 620) на 18 отсечек (кратно 10 градусам), и посчитаем скорость охлаждения поверхности на каждом участке. Таким образом определим суммарную скорость охлаждения.

 Скорость охлаждения будем считать, по аналогии с цилиндрической заготовкой (через теплоемкость и массу полупластины), из следующего соотношения:

image.thumb.png.9d0ca60ea836d0f9975985728df46d83.png

определим скорость охлаждения полупластины (300х300х15мм) при температуре поверхности 790С,

image.thumb.png.ab4c5504da4856a6ecbf806410796193.png

Далее, по аналогии определим скорости охлаждения при других температурах. По тексту в скобках для каждой температуры указана скорость охлаждения (градус в секунду):

780С (1,08); 770С (1,04);  760С (1,00) - в это время сердцевина достигает температуры Аr1;  750С (0,96) ....  640С (0,61);  630С (0,58);  620С (0,56).

Средняя скорость охлаждения поверхности пластины (300х300х30 - 20,7кг) с 790С до 620С получается: 0,82(град/сек). Пластина "пройдет" этот интервал температур за 207сек. Вывод: поверхность однозначно успеет обойти зону начала распада аустенита на перлитные структуры - на поверхности будет мартенсит.

Сердцевина пластины охладится до 790С через 28-30 сек, после того как поверхность "пройдет" температуру 790С. 

Как уже было отмечено выше, сердцевина пластины остынет до 620С, когда на поверхности будет 603С. Оценим за какое время поверхность охладится с 620 до 603С.  Если подставить все значения в формулы, то получим среднюю скорость охлаждения: Vохл(620->603) = 0,54град/сек.

Соответственно сердевина "дойдет" до 620С на 31-32сек позднее поверхности.

Ответ: остывание сердцевины пластины (300х300х30мм) из стали 40Х13, весом 20,7кг с 790С до 620С при охлаждении излучением в вакууме займет 210-211сек (+5...+10секунд на потери теплоотвода, вызванные излучением от подогретой до 100С оснастки камеры печи), что всего лишь на 3-4сек больше чем охлаждение её поверхности на аналогичный интервал температур.

=> по сечению все пластины мартенсит закалки.

  Примечание: еще раз хочу обратить внимание на диаграмму распада 40Х13 (которую нам любезно предоставил любитель фигур - Илья Ильич): 

а) согласно диаграмме, минимальная устойчивость аустенита при 660С (350сек);

б) согласно диаграмме, устойчиовость аустенита при больших температурах возрастает (так уже при 700С - порядка 700сек, что очень много).

Сравнивая а) и б) приходим к выводу, что при оценке влияния скорости охлаждения заготовки на возможность распада аустенита надо смотреть на температуры от 660С (устойчивость 350сек) до 620С (где происходит приостановка распада).  Критическая скорость охлаждения на этом интервале - не менее 0,2градуса/сек (указана с запасом).

 

Отдельно про "знатока" Илью Ильича ... у него в профиле написано гордо "к.т.н". 

Поэтому на пересдачу должен прийти подготовленным, хотя бы на уровне первого курса нормального вуза, по предмету "Математический анализ".  Для проверки его знаний, на пересдаче, будем оценивать то, как он решит следующую задачу:

 Оценка перепада температуры во времени, при закалке шарообразных и цилиндрических заготовок из сталей типа Х13, путем их охлаждения излучением в вакууме.

Для этого "к.т.н." должен знать как берутся неопределенные интегралы, с последующим определением констант на граничных условиях.

Подсказка для решения задачи. Для оценки объема слоев цилиндра - использовать полярные координаты, для объема слоев шара - сферические. При расчетах не забывать про матрицу Якоби.

image.png.186d8d12023c54fd20801cef5ed8dd1a.png

Если б к.т.н практиковал думать головой (расчетами заниматься между преподаванием), то не писал бы ерунды (какая у него иногда проскакивает от незнания). А раз незнание (непонимание сути) присутствует, то за это надобно ответить (чтобы не было "неисправимо по жизни").

 

Примечание:  очень буду рад, если Ильич разберет для себя данный вопрос и подготовится к "пересдаче" основательно (но есть определенные подозрения в том, что МатАн ему не прорубить).

  

 

 

 

image.png

image.png

Изменено пользователем ycnokou

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас

  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу.


×