Разработка технологии термической обработки и конструкций водокапельных охлаждающих устройств

• Автор: Майсурадзе, Михаил Васильевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 177 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.1 Термическая обработка сварных соединений бурильных труб

1.1.1 Виды термической обработки сварных соединений

1Л .2 Режимы термической обработки сварных соединений

1Л.З Термическая обработка сварных соединений,

выполненных сваркой трением

1Л.4 Основные требования, предъявляемые к бурильным

трубам
1.2 Особенности закалочного охлаждения
1.3 Требования к закалочным средам
1.4 Основные параметры работы форсунок
1.5 Охлаждающая способность закалочных сред
1.5 Л Методы определения охлаждающей способности
1.5.2 Теплоотдача при спрейерном охлаждении
1.6 Постановка задачи исследования
2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Материал исследования
2.2 Методика исследования гидравлических параметров форсунок
2.3 Теплотехнические испытания форсунок
2.4 Дилатометрические исследования
2.5 Численное моделирование процесса закалки стальных изделий
2.6 Дюрометрические исследования
2.7 Металлографические исследования
2.8 Определение погрешности проведенных экспериментов
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНО ДОРИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЦЕНТРОБЕЖНО-СТРУЙНЫХ ФОРСУНОК
3.1 Зависимость плотности орошения от конструктивных параметров форсунок
3.2 Влияние давления воды и расположения форсунок на их гидравлические характеристики
3.3 Исследование охлаждающей способности форсунок в зависимости от давления воды
3.4 Влияние расположения форсунок относительно охлаждаемой поверхности на коэффициент теплоотдачи
3.5 Зависимость коэффициента теплоотдачи от плотности орошения центробежно-струйных форсунок
3.6'Выводы по главе

4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОДОКАПЕЛЬНЫХ ФОРСУНОК
4Л Определение критических точек, исследование
микроструктуры стали 25ХГМ
4.2 Расчетная оценка температурных и структурных полей при закалке сварного шва
4.3 Разработка компоновочного решения закалочного устройства
4.4 Оптимизация параметров технологии термообработки и конструкции охлаждающего устройства
4.5 Исследование влияния температуры отпуска на твердость стали 25ХГМ
4.6 Промышленные испытания технологии закалки с помощью охлаждающего устройства
4.7 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Закалочное охлаждение стальных изделий является решающим фактором, определяющим тип структуры и повышенный уровень механических свойств. Получение требуемых свойств стали достигается быстрым переохлаждением возможно большего объема метастабильного аустенита до температур ниже 400..450 °С.
Интенсивно охлаждающие среды обеспечивают высокую прокаливаемость и закаливаемость сталей, позволяют в некоторых случаях заменять высоколегированные стали более дешевыми. В отличие от полимерных сред, интенсивно охлаждающие закалочные среды являются более стабильными по своей закаливающей способности. К их числу можно отнести минеральное масло, воду, водные растворы щелочей и солей. Интенсивный теплоотвод также обеспечивает душевое и струйное охлаждение, направленные потоки воды в баках, закалка деталей в воде под давлением и т.д. Однако данные закалочные среды, обладая высокой охлаждающей способностью, не в состоянии обеспечить переменную интенсивность охлаждения в различных температурных интервалах в процессе закалки, что зачастую необходимо для получения оптимального комплекса механических и технологических свойств.
Представляют большой практический интерес закалочные среды с регулируемой охлаждающей способностью. Особенно это касается водокапельного охлаждения, позволяющего осуществлять
регламентированное охлаждение деталей по заданному режиму.
Однако водокапельные закалочные устройства имеют ряд недостатков, препятствующих их широкому использованию в промышленности, главным из которых является неудовлетворительная воспроизводимость получаемых свойств термообработанных изделий. Это связано с практически полным отсутствием детальных исследований, направленных на изучение охлаждающей способности таких устройств в зависимости от технологических параметров режимов и конструктивных характеристик.
Охлаждающая способность водокапельных закалочных устройств определяется, главным образом, обеспечиваемой ими плотностью орошения. Плотность орошения существенно зависит от геометрии факела распыла отдельных форсунок, расстояния до охлаждаемой поверхности, давления распиливаемой воды и т.п. Практическое применение водокапельных закалочных устройств для закалки стальных изделий определяется не только величиной плотности орошения, но и равномерностью ее распределения по охлаждаемой поверхности. Неравномерное орошение поверхности может привести к появлению «пятнистости» структуры и свойств закаленного изделия вследствие различия скоростей охлаждения разных участков изделия. Оптимальное расположение водокапельных форсунок требуемого типа в закалочном устройстве может значительно уменьшить неравномерность плотности орошения, повысить однородность структуры после термической обработки и избежать деформации изделия и

4,5±0

Рисунок 1.16. Образец-зонд для определения охлаждающей способности
Английский метод, разработанный фирмой 'У/оШоп. Определение охлаждающей способности проводят с помощью цилиндрического образца диаметром 12,5 мм и длиной 60 мм, изготовленного из сплава, не имеющего фазовых превращений в исследуемом интервале температур (никонель-600 или Х20Н80). Схема сборки представлена на рисунке 1.15 [35].
Недостаток указанных методик состоит в том, что при их использовании фиксируется изменение температуры только в одной точке образца - в центре. Они наиболее эффективны для испытания медленно охлаждающих сред, у которых коэффициенты теплоотдачи а невысокие [44].
Для интенсивно охлаждающих сред используется метод Лишчича, применяющий для исследования охлаждающей способности среды специальный зонд из нержавеющей стали (рис. 1.16). Тонкие термопары толщиной 0,03 мм вмонтированы на поверхности зонда и на расстоянии
1,5 мм от поверхности; ЭДС термопар фиксируется специальным прибором, обеспечивающим построение графиков и таблиц со значениями температуры в указанных точках. Вычисляется градиент температуры и определяется плотность теплового потока в соответствии с законом Фурье [35]:
с помощью метода температурного градиента [35]
(1.8)
где X - теплопроводность материала зонда, Вт/м-К, сН7с1х - градиент температуры, Т|-5К - температура в /с-тый момент времени на расстоянии 1,5 мм от поверхности, °С, Тпк - то же на поверхности, °С, Ах - расстояние, мм.