Исследование и разработка энергосберегающих индукционных систем прецизионного нагрева титановых заготовок

• Автор: Григорьев, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. ОСОБЕННОСТИ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ЗАГОТОВОК
ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПЕРЕД ОБРАБОТКОЙ ДАВЛЕНИЕМ
1.1. Требования по обеспечению качества нагрева заготовок из
титановых сплавов
1.2. Анализ способов индукционного нагрева заготовок из титановых
сплавов
1.3. Постановка задачи
1.4. Выводы по главе
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ НЕМАГНИТНЫХ ТЕЛ
2.1. Разработка электротепловых моделей индукционных
нагревателей
2.2. Одномерная электротепловая модель для нагрева цилиндров и
тел плоской формы
2.3. Двухмерные электротепловые модели индукционного нагрева
цилиндрических немагнитных тел
2.4. Выводы по главе
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ
ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМЫ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ЗАГОТОВОК ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
3.1. Описание конструктивных особенностей и режимов работы
индукционной системы прецизионного нагрева титановых заготовок
3.2. Исследование различных режимов работы индукционной системы прецизионного нагрева заготовок из титановых сплавов
для повышения производительности и энергоэффективности

3.3. Выводы по главе
4. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ИНДУКЦИОННОГО
НАГРЕВАТЕЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ НАГРЕВА ЗАГОТОВОК ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ РАЗЛИЧНОЙ ДЛИНЫ И ДИАМЕТРА
4.1. Исследование возможности обеспечения предельной
неравномерности распределения температурного поля при нагреве заготовок из титановых сплавов различной длины и диаметра
4.2. Использование различных средств пространственного
управления для получения требуемого распределения температурного поля заготовки
4.3. Численная модель «индукционный нагреватель - ТПЧ»
4.4. Расчет электрических потерь в многослойном индукционном
нагревателе периодического действия
4.5. Выводы по главе
5. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА КОМБИНИРОВАННОГО
НАГРЕВА «ИНДУКЦИОННЫЕ НАГРЕВАТЕЛИ - ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ»
5.1. Численная модель комплекса комбинированного нагрева
«индукционные нагреватели - печи сопротивления» для нагрева заготовок из титановых сплавов различной длины и диаметра
5.2. Оптимизация конструкции индукционного нагревателя и режимов работы комплекса комбинированного нагрева
титановых заготовок различной длины и диаметра
5.3. Организация работы комплекса комбинированного нагрева
титановых заготовок и транспортирования заготовок в пресс
5.4. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В последнее время благодаря комплексу уникальных физико-механических, а также химических свойств титановые сплавы находят все более широкое распространение в современной технике. В связи с повышением требований к качеству, надежности и безопасности техники, непосредственно связанной с жизнью людей (авиакосмическая, автомобильная промышленность) возрастают также требования к материалам, применяемым при ее производстве. Для обеспечения требуемых физико-механических свойств материалов из титановых сплавов предъявляются определенные требования к обработке таких изделий, в том числе и к термообработке. Перед механической обработкой титановая заготовка должна обладать строго определенной температурой с высокой равномерностью по всему объему. Температура слитка не должна выходить за определенные пределы в течение всего процесса нагрева, при этом обязательным условием является непревышение максимально допустимой температуры нагрева. Основной задачей, стоящей перед разработчиками оборудования для нагрева титановых сплавов, является определение возможности достижения максимально точного температурного режима заготовки и обеспечение предельно допустимой неравномерности нагрева.
Кроме того, в промышленных условиях часто приходится подвергать механической обработке заготовки различной длины и диаметра, что вызывает определенные трудности при проектировании установок для термообработки таких изделий. Особенно это касается немагнитных легких сплавов, к которым относятся сплавы титана. Повышенные требования, предъявляемые при этом к качеству нагрева всех заготовок вне зависимости от их геометрических размеров, обуславливает задачу построения таких систем.
При этом немаловажным в тенденции энергосбережения в мировой энергетике является обеспечение максимальной энергоэффективности

Выводы по главе
1. Даны основные требования, предъявляемые к термообработке заготовок из титановых сплавов перед обработкой давлением, для получения изделий роторного качества. Рассмотрены влияние структурных превращений, легирующих и окислительных элементов, а также конечной температуры нагрева на процесс деформации и структуру нагреваемого металла. Основными условиями обеспечения требуемого качества титановых полуфабрикатов является высокая прецизионная точность распределения температурного поля по объему заготовки, недопустимость перегрева выше интервала температур полиморфных превращений и минимизация времени процесса нагрева.
2. Рассмотрены способы индукционного нагрева заготовок из титановых сплавов перед обработкой давлением. Наиболее приемлемым является индукционный нагреватель периодического действия, в котором для уменьшения влияния краевых эффектов индуктора и загрузки необходимо использовать различные пространственные средства управления температурным полем заготовки. Эффективными при нагреве в одном индукционном нагревателе заготовок различных длин и диаметров являются: автотрансформаторное включение индуктора, тепловые торцевые огнеупорные крышки, переменная намотка витков индуктора и правильный выбор величины заглубления заготовки в индуктор и частоты питающего напряжения.
3. В связи с неравномерностью распределения источников теплоты по длине и сечению заготовки при нагреве ее индукционным способом невозможно получить абсолютно равномерное распределение температурного поля по объему заготовки. Кроме того, при нагреве в одном индукционном нагревателе заготовок различной длины и диаметра не удается полностью скомпенсировать краевые эффекты загрузки и индуктора, влияние которых приводит к крайне неравномерному распределению температуры по длине заготовки. Таким образом, роторное качество