vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2021-66-1-20-27vestift-645Research Article90 ЛЕТ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОМУ ИНСТИТУТУ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИРасчет и моделирование параметров поверхностной высокочастотной термообработки трубCalculation and modeling of surface high-frequency pipe heat treatment parametersВегераИ. И.VegeraI. I.

Вегера Иван Иванович – кандидат технических наук, доцент, заведующий отделом индукционных технологий и термической обработки

ул. Купревича, 10, 220141, Минск, Республика Беларусь

Ivan I. Vegera – Ph. D. (Engineering), Head of the Department of Induction Technologies and Heat Treatments

10, Kuprevich Str., 220141, Minsk, Republic of Belarus

smto@tut.byМаталыгоА. И.MatalygoA. I.

Маталыго Алексей Игоревич – магистр технических наук, младший научный сотрудник лаборатории «Технологии и оборудование индукционного нагрева»

ул. Купревича, 10, 220141, Минск, Республика Беларусь

Aleksey I. Matalygo – Master (Engineering), Junior Researcher of the Laboratory of Induction Heating Technology and Equipment

10, Kuprevich Str., 220141, Minsk, Republic of Belarus

matalyshka@mail.ruСкавышИ. А.SakavyshI. A.

Скавыш Илья Александрович – магистр технических наук, младший научный сотрудник лаборатории «Технологии и оборудование индукционного нагрева»

ул. Купревича, 10, 220141, Минск, Республика Беларусь

Ilya A. Skavysh – Master (Engineering), Junior Researcher of the Laboratory of Induction Heating Technology and Equipment

10, Kuprevich Str., 220141, Minsk, Republic of Belarus

Ilja.skawish@gmail.comЦыкуновП. Ю.TsykunouP. U.

Цыкунов Павел Юрьевич – магистр технических наук, младший научный сотрудник лаборатории «Технологии и оборудование индукционного нагрева»

ул. Купревича, 10, 220141, Минск, Республика Беларусь

 

Pavel Yu. Tsykunov – Master (Engineering), Junior Researcher of the Laboratory of Induction Heating Technology and Equipment

10, Kuprevich Str., 220141, Minsk, Republic of Belarus

zamaranthz@mail.ruФизико-технический институт Национальной академии наук БеларусиPhysical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of BelarusФизико-технический институт Национальной академии наук БеларусиBelarus2021310320216612027Copyright © Вегера И.И., Маталыго А.И., Скавыш И.А., Цыкунов П.Ю., 20212021Вегера И.И., Маталыго А.И., Скавыш И.А., Цыкунов П.Ю.Vegera I.I., Matalygo A.I., Sakavysh I.A., Tsykunou P.U.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/645

Представлен индукционный закалочный комплекс, предназначенный для поверхностной закалки определенной номенклатуры деталей, который разработан и функционирует в Физико-техническом институте НАН Беларуси. Приведен пример последовательности разработки технологии закалки, начиная от момента получения данных о закаленном слое конкретной детали до определения технологии закалки, типа используемого индуктора и необходимых параметров закалки, включая величину зоны нагрева и охлаждения, скорость взаимного перемещения детали и индуктора, а также тип и давление закалочной жидкости. Представлены примеры результатов моделирования различных процессов нагрева и охлаждения деталей с использованием программы UNIVERSAL 2D, предложен пример анализа полученных данных и возможные пути корректировки параметров нагрева с целью получения закаленных слоев деталей нужного размера и твердости. Отмечается важность этапа моделирования режимов нагрева, когда объектом обработки служат крупные заготовки. Так, недостаточная скорость охлаждения таких деталей может приводить к короблению, что имеет место при слишком высокой температуре закалки и глубине нагрева. Самоотпуск значительно влияет на значения твердости глубинных слоев детали. Различные комбинации режимов нагрева для одного вида деталей подбираются индивидуально – согласно требованию заказчика и типу используемого генератора. Показано, что с увеличением глубины зоны нагрева растет влияние процесса самоотпуска на формирование глубинных слоев.

This article describes a device developed and manufactured on the basis of the Physical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of Belarus, an induction hardening complex, and a range of parts suitable for processing. In addition, the article provides an example of the development of a technology for hardening parts from the moment a drawing of a part is obtained, indicating the required parameters of the hardened layer, until the determination of the technology of hardening, determining the type of inductor used and determining the necessary parameters of hardening, such as: size of the heating zone, size of the cooling zone, speed of mutual movement of the part and inductor, as well as the type and pressure of the quenching fluid. The article also presents examples of simulation results, various processes of heating and cooling parts using the UNIVERSAL 2D program, and offers an example of analysis of the data and possible ways to adjust the heating parameters in order to obtain the desired result, which allows to obtaining hardened layers of parts of the desired size and hardness. The importance of the stage of modeling of heating modes, especially in the case of large workpieces, is noted. Thus, the insufficient cooling rate of such parts can lead to warping, especially at a too high quenching temperature and heating depth. Self-tempering significantly affects the hardness values of the deep layers. Various combinations of heating modes for one type of parts are selected individually, according to the requirement of a customer and the type of generator used. The higher the depth of the heating zone, the higher the effect of self-tempering on the deeper layers is.

индукционный нагревповерхностная закалкаглубинная закалкамоделированиетемпературное полеinduction heatingsurface hardeningdeep hardeningmodelingtemperature fieldReferencesDemidovich, V. B. Control of inductors for formation of the required temperature profile in tasks of control and design / V. B. Demidovich, F. V. Chmilenko, I. I. Rastvorova // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. – 2018. – Vol. 194. – Art. 062029. https://doi.org/10.1088/1755-1315/194/6/062029Demidovich V. B., Chmilenko F. V., Rastvorova I. I. Control of inductors for formation of the required temperature profile in tasks of control and design. IOP Conference. Series: Earth and Environmental Science, 2018, vol. 194, art. 062029. https://doi.org/10.1088/1755-1315/194/6/062029Demidovich, V. B. A combined method of simulation of an electric circuit and field problems in the theory of induction heating / V. B. Demidovich, I. I. Rastvorova // Russ. Electr. Engin. – 2014. – Vol. 85, № 8. – P. 536–540. https://doi.org/10.3103/S1068371214080057Demidovich V. B., Rastvorova I. I. A combined method of simulation of an electric circuit and field problems in the theory of induction heating. Russian Electrical Engineering, 2014, vol. 85, no. 8, pp. 536–540. https://doi.org/10.3103/S1068371214080057Головин, Г. Ф. Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева / Г. Ф. Головин, Н. В. Зимин. – Л.: Машиностроение, 1979. – 120 с.Golovin G. F., Zimin N. V. Technology of Heat Treatment of Metals with the Use of Induction Heating. Leningrad, Mashinostroenie Publ., 1979. 120 p. (in Russian)Горбунов, А. Д. Расчет нестационарных температур и термических напряжений при вычислении коэффициента теплообмена, учитывающего излучение / А. Д. Горбунов, С. В. Уклеина // Проблемы региональной энергетики. – 2016. – № 2. – С. 69–76.Gorbunov A. D. Calculation of non-stationary temperatures and thermal stresses in the calculation of the heat-transfer coefficient taking radiation into account. Problemy regional’noi energetiki = Problems of the Regional Energetics, 2016, no. 2, pp. 69–76 (in Russian).Андрушкевич, В. В. Энергоэффективные технологии с применением индукционного нагрева в трубной промышленности: дис. ... канд. техн. наук : 05.09.10 / В. В. Андрушкевич. – СПб., 2016. – 141 л.Andrushkevich V. V. Energy-Efficient Technologies with the Use of Induction Heating in the Pipe Industry. St. Petersburg, 2016. 141 p. (in Russian).Гуль, Ю. П. Современные аспекты закалочного охлаждения стали / Ю. П. Гуль, В. С. Чмелева, В. В. Кириченко // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1989. – № 9. – С. 2–6.Gul Y. P., Chmeleva V. S., Kirichenko V. V. Modern aspects of quenching of steel cooling. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov = Metal Science and Heat Treatment, 1989, no. 9, pp. 2–6 (in Russian).Totten, G. E. Canale L. C. F. Polymer Quenchants / G. E. Totten // Encyclopedia of Materials: Science and Technology. – Elsevier, 2005. – P. 1–11. https://doi.org/10.1016/b0-08-043152-6/02036-2Totten G. E., Canale L. C. F. Polymer Quenchants. Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Elsevier, 2005. Pp. 1–11. https://doi.org/10.1016/b0-08-043152-6/02036-2Особенности возбуждения ПАВ в металлах с поверхностным упрочненным слоем / А. Р. Баев [и др.] // Неразрушающий контроль и диагностика. – 2012. – № 3. – С. 12–16.Baev A. R., Mayorov A. L., Asadchaya M. V., Konovalov G. E. Peculiarities of surfactant excitation in metals with a surface hardened layer. Nerazrushayushchii kontrol’ i diagnostika [Non-Destructive Testing and Diagnostics], 2012, no. 3, pp. 12–16 (in Russian).Особенности распространения поверхностных и подповерхностных волн в объектах со слоистой структурой. Ч. 2. Упрочненный неоднородный поверхностный слой / А. Р. Баев [и др.] // Приборы и методы измерений. – 2019. – Т. 10, № 1. – С. 69–79. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2019-10-1-69-79Baev A. R., Mayorov A. L., Levkovich N. V., Asadchaya M. V. Features of the Surface and Subsurface Waves Application for Ultrasonic Evaluation of Physicomechanical Properties of Solids. Part 2. Strenghtned Inhomogeneous Surface Layer. Pribory i metody izmerenii = Devices and Methods of Measurements, 2019, vol. 10, no. 1, рр. 69–79 (in Russian). https://doi.org/10.21122/2220-9506-2019-10-1-69-79

The authors declare that there are no conflicts of interest present.