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中国材料显微镜网:卷尺钢带热处理工艺及设备研究

2011-9-26 16:33| 发布者: editor04| 查看: 13922| 评论: 0|原作者: 杨信 王惠

摘要: 本研究工作以卷尺钢带为例,对带状工件的热处理工艺及设备的特点作了深入的分析和探讨.对于象尺带这样较薄的工件,注意到其热处理的特点是快速加热 ...
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摘要:本研究工作以卷尺钢带为例,对带状工件的热处理工艺及设备的特点作了深入的分析和探讨.对于象尺带这样较薄的工件,注意到其热处理的特点是快速加热.运用钢在加热时的相变理论,将TTA曲线及加热速度的计算作为制定淬火加热工艺参数的依据.
通过工艺试验,考察了淬火加热速度对回火时间的影响.设计了专门用于卷尺钢带的热处理自动生产线.
关键词:薄件热处理,快速加热,自动生产线
1概述
     钢卷尺是日常生活和工作中广泛使用的一种测量工具.卷尺钢带的热处理成型工序是钢卷尺生产中的关键工序,其热处理质量的好坏直接关系到钢卷尺的质量.卷尺钢带是典型的带状工件,与其类似的工件还有带锯,包装用钢带,电视及显示器莹光屏防爆钢带等.因此卷尺钢带的热处理工艺及设备的研究工作具有一定的重要性和普遍意义.
     卷尺钢带分为尺带和尺簧两种系列,尺带的材质一般为50A,尺笼的材质一般为65Mna钢带的宽度从6mm到25mm分为几种规格,钢带的厚度范围为0. 1-0. 3mm.热处理后的硬度要求为:尺带HV550-620;尺筱HV620-680.根据生产单位的要求,生产线可同时处理12条钢带,运行速度不低于lom/min,并可分别进行调整,以适应不同的热处理工艺要求.炉温分两部分控制,可同时处理硬度要求和材质不同的钢带,淬火采用冷却板,淬火冷却的同时完成尺带的成型工序.(尺带的断面形状为弧形.见图1 ),加工前生产线总体结构及运行方式
     根据工件几何形状的特点,所需完成的工序及操作上的要求,较合理的生产线结构如(1)放带机构(2)钢带盘(3)予处理机构((4)淬火加热炉(5)淬火冷却及成型模具(6)回火加热炉((7)收带机构 
   盘状钢带由放带机构经过予处理机构时,表面被抹上乙醇(可防止钢带在加热时被氧化),由穿带机构将钢带穿入淬火加热炉,钢带在炉内运行过程中被加热.当到达炉子出口端时,钢带加热完毕,进入淬火冷却及成型模具淬火,成型.然后进入回火炉加热,回火后由收带机构将尺带缠绕成盘,完成热处理成型工序.
3工艺特点
     由生产线的结构可知,钢带是在一定的速度下通过一定长度的加热炉时被加热.设钢带的运行速度为V,加热炉的长度为L,则钢带的加热时间t=L/V.由公式可知,当炉子的长度一定时,钢带的加热时间是通过调节钢带的运行速度来控制的,钢带运行的速度越快,加热时间就越短,因此在设计炉子时必须注意,炉子的长度必须保证规格最大的钢带以不低于所要求的运行速度通过炉子时,在炉中获得足够的加热时间.
     钢带在炉中的加热过程如图3所示,图中曲线工为沿炉子的长度方向炉温的分布曲线.曲线2为考查钢带上任一小段的温度随时间变化的加热曲线,也可以认为是任一瞬间,加热炉中钢带的温度分布曲线.
1 2℃800600
400
2w入口保沮层加热区
     从图中可以看出,炉子的两端温度较低,中间逐渐升高到加热钢带所需的温度,钢带的升温过程类似于随炉升温的情况.由于热隋性的作用,在炉子的入口端钢带的温度低于炉温,但升温的速度很快,在炉子的中间部分接近炉温,升温的速度下降,在炉子的出口处钢带的温度略有降低,但高于炉子出口处的温度.
值得注意的是,由于钢带很薄,加热速度很快.根据加热时间计算公式川
t p,=k,ksk,k h kdw+t g
t加为加热时间;
K:为工件的形状系数.
K.为加热介质系数.
K.为加热炉次系数.
K,为表面状态系数.
Kd为工件尺寸的系数.
砰为工件几何指数.
(B为板厚):
对于板状工件,kg 1^-1.2,取K,=1. 1;
对于800900℃的空气,Kg 3.5^4取k=3. 7;
在稳定加热状态下,K,=1;
在保护气氛状态下,Kn=1. 1^-1. 3取除1. 2;
对于薄件,Kd=1;
对于板状工件,W=B/6-B/2取W=B/4e
t保为加热保温时间.对于碳钢,t保=.
当钢带厚度B=O. lram时,t M= 7. 3sec
B=O. 3mm时,t m=22.Osec.
当加热温度T, =880℃时加热速度V }=T * / t } v
当钢带厚度B=O. lmm时,V M=120'C/sec;砚
B=O. 3mm时,.V 1,=40'C/sec:
     试将钢带加热速度与感应加热速度作一比较.从感应加热曲线(见图4 (2))可知,感应加热的速度在磁性转变温度以下可达85"C/sec,当工件温度超过磁性转变温度,感应加热的速度为14.4'C/sec.对相变过程发生影响的是失磁后的加热速度.目前对快速加热尚无明确定义,但感应加热一般被认为是快速加热...1-0. 3mm的钢带热速度超过工件失磁后的感应加热速度,显然也应属快速加热,对钢带的奥氏体化温度,过冷奥氏体转变温度都将产生一定的影响.从曲线(图5 Jai)可知,在此加热速度下钢带的组织转变成不均匀奥氏体时的温度大约在850^900℃之间,因此加热温度应选在此范围内.
     工艺试验内容及结果见表1.试验结果表明,淬火加热温度在840-680 *C之间时,加热12秒钟后仍有少碳化物未完全溶解,加热时间以18秒左右为宜.
     加热速度的大小对过冷奥氏体等温转变曲线的位里有一定影响.快速加热时,奥氏体的稳定性差,容易发生分解,因此应注愈淬火冷却的速度越快越好.
     试验结果还表明快速加热时,回火时间也相应缩短,并基本与加热时间接近.
  • 淬火加热温度(℃)
  • 淬火加热时间(sec)
  • 回火加热温度(℃)
  • 回火加热时间(sec)
  • 显微硬度CHVa,)
  • 显微组织M
 4。1加热装置
     由于目前常用电加热元件的使用寿命很难保证连续运行一年不出问题,为了满足生产单位对生产线一年不停机的要求,加热炉采取备用加热元件的措施.加热元件采用真空成型镶嵌式板状加热元件(以下简称加热板),如图6所示.加热板分上下两层布置,上层为备用加热元件,下层为工作加热元件.所有加热板可以从炉子的两侧如抽屉般装入或取出.(如图7所示)加热板均并联在供电线路上.每块加热板的功率以不超过总功率的5%为宜,以免某一加热板损坏时对炉
1.真空型成耐火纤维板
2.电热元件
3.引线温产生太大的影响.为了能够及时排除加热板的故障,加热系统应有加热元件断丝报鳌,由于加热元件的数量较多,在每块加热板上设置断丝检测装置不经济,河以将几块加热板分为一组,每组设一断丝检测装置.当某组加热元件发出断丝报替信号时,再用钳形电流表找出该组中的断丝加热元件,然后接通该加热元件上面的备用加热元件,并在适当的时候更换加热板.断丝检测装置为一逻辑电路,当炉温控制仪表输出供电信号,而加热元件中无电流通过时,该装置即发出报瞥信号,有些温控仪表具有此功能,该装置也可自制.
4.2机械传动
     由于钢带的加热时间是通过控制运行速度实现的,为了保证钢带的加热时间一致必须保证钢带运行速度的均匀.当电机的转速.一定时,随着收带轮上缠绕的钢带越来越多收带轮的直径r越来越大,钢带的运行速度V=wr越来越快.钢带轮蕊的半径r. =50mm,当缠满钢带时,钢带轮的半径为r=250mm
     钢带开始时的运行速度V.=50 w,缠满钢带时运行的速度V=250.即运行速度提高了5倍.为了使钢带保持匀速运行,必须把收带机构的倒带功能和绕带功能分开.倒带机构的转速不变,用于牵引钢带.绕带机构靠摩擦传动装置传递动力,其摩擦力小于倒带机构的牵引力.收带开始时,绕带的速度基本上接近钢带的运行速度.随着钢带盘直径越来越大,绕带的速度越来越快,绕带机构的摩擦传动装置产生滑动,保证了钢带的均速运行.
4.3自动控制
     在自动控制方面,主要解决了冷却成型模具自动避让接头的问题,由于每盘钢带都是由几段钢带连接起来,当接头通过冷却成型模具时会划伤模具,有时还会被拉断,影响生产.为此专门研制了一种电磁涡流传感器,当接头通过传感器时,传感器发出信号,通过PLC机,电磁阀驱动气缸,使模具抬起,让接头通过,然后模具再落下,接头从传感器到模具的时间和接头从模具中通过的时间,可以通过修改PLC机中的计时器参数进行调整,以适应不同规格钢带的运行速度.
     参考文献1热处理手册,机械工业出版社,第2版第一卷P182热处理手册,机械工业出版社,第2版第一卷P1943林慧国,付代直,钢的奥氏体转变曲线—原理,测试与应用机械工业出版社,1998.2

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