Совершенствование анодной термической обработки на основе повышения однородности нагрева с помощью распределенного обтекания изделия раствором электролита

• Автор: Комаров, Артем Олегович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Кострома
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНОДНЫЙ НАГРЕВ КАК СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Г1, Теплофизические особенности анодного нагрева и механизм проводимости
парогазовой оболочки
1Л Л. Влияние условий нагрева на температуру анода
1 Л.2. Распределение температуры и тепловых потоков в системе деталь - парогазовая оболочка - раствор электролита
1.2. Методы выравнивания температуры обрабатываемого изделия
1.3. Особенности термической обработки при анодном нагреве
1.3.1 У словия закалки
1.3.2. Особенности диффузионного насыщения
1.4. Постановка задач и цели исследования
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Экспериментальные установки
2.2. Выбор образцов и составов электролитов
2.3. Методы измерений температуры, электрических и гидродинамических характеристик нагрева
2.4. Методы анализа структуры и свойств образцов после цементации и закалки
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ В УСЛОВИЯХ СОСРЕДОТОЧЕННОГО ПРОДОЛЬНОГО ОБТЕКАНИЯ РАСТВОРОМ ЭЛЕКТРОЛИТА
3.1. Характеристики температурного поля нагреваемого изделия
3.2. Влияние напряжения и скорости циркуляции раствора на особенности и характеристики распределения температуры в цилиндрических образцах
3.3. Влияние размеров образца на характеристики температурного поля
Выводы по главе
ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ В УСЛОВИЯХ РАСПРЕДЕЛЕННОГО ПРОДОЛЬНОГО ОБТЕКАНИЯ РАСТВОРОМ ЭЛЕКТРОЛИТА
4.1. Влияние скорости циркуляции раствора и напряжения на характеристики температурного поля цилиндрического образца
4.2. Влияние взаимного расположения отверстий и образца на характеристики температурного поля цилиндрического образца
4.3. Влияние размеров образца на характеристики температурного поля
4.4. Влияние количества отверстий на распределение температуры по поверхности образца
Выводы по главе

ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ ЗАКАЛКИ И ЦЕМЕНТАЦИИ В УСЛОВИЯХ ПРОДОЛЬНГО
ОБТЕКАНИЯ
5.2. Цементация в условиях распределенного и сосредоточенного обтекания
5 3 Разработка технологии упрочнения колонок и фиксаторов пресс-форм из стали У8А "
Выводы по главе
ГЛАВА 6. СНИЖЕНИЕ ЗАТРАТ ЭНЕРГИИ ПРИ АНОДНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ ИЗМЕНЕНИЕМ СОСТАВА РАСТВОРА ЭЛЕКТРОЛИТА
Выводы по главе
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
с - удельная теплоёмкость, Дж/(кг/К);
С - концентрация, вес. %, ат. %;
С$ - поверхностная концентрация ионов;
Е - энергия, Дж; к - глубина погружения, м;
НЯС, НЕ-твёрдость;
/ - сила тока, А;
У — плотность тока, А/см2;
К- скорость коррозии, мг/см ч; т - масса, кг;
q - плотность теплового потока, Вт/м2;
(2 - величина расхода раствора электролита, л/мин; г - радиальная координата, м;
- радиус, м;

5 - площадь поверхности, м ; ґ - время, с;
Т - температура, °С; и - напряжение, В;
V- объём, м3;
V - скорость, м/с; со - удельная мощность источников тепла, Вт/м ; х - горизонтальная координата, м;
г - вертикальная координата, м; а - коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/м К;
8- толщина, м;
Л - коэффициент
теплопроводности, Вт/(м К); ц- подвижность, м2/(В с);
коэффициент трения; и- кинематическая вязкость, м2/с;
р- плотность, кг/м3; а- среднее квадратичное
отклонение температуры от ее среднего значения, °С;
|/ - теплота парообразования, Дж/кг;
<Т> - средняя температура, °С.

Температурный максимум несколько смещается в сторону меньших координат, вероятно, за счет действия основного источника тепла в нижней части стержня, где толщина парогазовой оболочки минимальна. Согласно решению координата второго максимума равна
Естественным развитием рассмотренных выше приемов выравнивания температуры оказалось совмещение радиального и вертикального потоков. Для этого раствор после охлаждения в теплообменнике подают не только в осевой патрубок, расположенный на дне нагревательного устройства, но и в патрубки, формирующие радиальные потоки. Их конструкции и компоновка могут быть различными. Одно из таких устройств было опробовано при закалке цилиндрического образца из стали 45 диаметром 10 мм, погружённого в электролит на 50 мм. Нагрев осуществлялся при напряжении 240 В в течение 3 мин с охлаждением в том же растворе, температура которого составляла 20 °С. Состав раствора электролита - хлорид аммония и глицерин [51]. Оси патрубков, формировавших радиальные струи, размещались на высоте 35 мм от нижнего торца нагреваемого анода.
Дополнение вертикального обтекания радиальным положительно отразилось и на распределении твёрдости по поверхности образца после его закалки, рис. 8. Отметим, что закалочная твёрдость представляет собой достаточно чувствительную характеристику распределения температуры по