Цель лабораторного исследования

Исследование процессов нагрева металла на физических моделях, изготовленных из материала образца

Методические указания к лабораторной работе

Редактор С. А. Мартынова Корректор И. В. Тарасова

Сдано в набор 18.01.79.                                     Подписано к печати 11.09.79.

Формат бумаги бОхЭО'/ш-        Бумага тип. № 3.         Усл. печ. л. 1,5.

Уч.-изд. л. 1,25.               Заказ 65.             Тираж 800.             Бесплатно.

Издание ЛПИ имени М. И. Калинина. 195251, Ленинград, Политехническая ул., 29.

Лаборатория полиграфических машин Ленинградского ордена Ленина

политехнического института имени М. И. Калинина,

195251, Ленинград, Политехническая ул., 29.

Постановка задачи исследования

_Цл<я разработки технологических процессов термообра­ботки и пластической обработки металлов необходимо иметь надежную информацию о температурных полях в изделияк при их нагреве, пластической обработке и охлажденниу При обработке давлением и термообработке тепловой режим определяющим образом влияет на производительность техно­логических агрегатов, качество и себестоимость продукции. Непрерывно повышаются требования к точности и качеству нагрева слитков и заготовок, так как в практику внедряются новые, более сложные и ответственные марки специальных сталей и сплавов, которые характеризуются узким диапазо­ном температур прокатки, ковки и термообработки.

^Лучшими методами решения задач по определению темпе­ратурных полей в изделиях с целью установления рациональ­ных режимов их нагрева, безусловно, являются методы мате­матического моделирования, основанные на решении диффе­ренциального уравнения теплопроводности при соответствую­щих условиях однозначности с учетом изменения всех тепло-физических свойств сталей в зависимости от температуры.

Приходится, однако, признать, что в настоящее время чисто математическое исследование является, как правило, только.принципиальной возможностью, фактически нереали­зуемой из-за большой сложности возникающих задач, огра­ниченности данных об изменении твплофизических свойств сталей с температурой и высоких требований к точности и детальности решения. Положение осложняется еще и тем, что в настоящее время в машиностроительной промышленности применяется много новых.марок сталей и 'материалов, дан­ные о теплофизичесжих свойствах которых отсутствуют.

|_При разработке режимов нагрева изделий из.материалов с неизвестными теплофизическими свойствами применение математических методов расчета температур наталкивается на непреодолимые трудности.

Все это приводит «тому, что при установлении производ­ственных режимов часто приходится пользоваться не теоре-

1*                                                                                                                          3

тически'ми, а эмпирическими методами, основанными на экс­периментальных исследованиях нагрева и охлаждения ме­талла/^

" Экспериментальное исследование температурных полей внутри натурных образцов.в процессе натрева и особенно в крупных стальных слитках и заготовках сложно, дорого; а часто и вообще невозможно. Поэтому каждое такое иссле­дование.становится событием в научной жизни металлургов-теплотехников и технологов и находит отражение в специаль­ной литературе.

Говоря о перспективах таких исследований, нужно ска­зать, что,вряд ли когда-либо будет возможно и экономически целесообразно их /проведение на слитках развеса 200, 300 и более тонн, осваиваемых нашей промышленностью.

/Эффективным средством, 'исследования температурных полей в крупных стальных слитках являются методы физиче­ского моделирования, основанные на теории лодобвйу

Обычно.исследователями использовались модели, изготов­ленные из другого материала, чем натурные образцы. В.этом, случае для разработки модели и пересчета данных (модель­ных исследований на натуру необходимо знать теплофизиче-ские свойства материалов модели и образца, что далеко не всегда, как уже отмечалось выше, имеется в распоряжении исследователя.

На наш_ взгляд для получения наиболее достоверных.ре­зультатов/при моделировании процессов нагрева и охлажде­ния изделий целесообразно применение физического (тепло­вого) моделирования, когда модальный слиток будет изго­товлен из той же марки стали, что и образец, причем темпе­ратурные условия для модельного слитка должны быть такими же, как и для натурного. Все это позволит наиболее полно имитировать процессы внешнего и внутреннего тепло­обмена в модели и н'атур^р

При использовании такой методики модельный слиток будет, по выражению Ордынцева В. М., той естественной «вычислительной машиной», которая даст нам решение урав­нения теплопроводности для данных условий нагрева (точно таких же, как и в натурной лечи) с учетом изменения всех теплофизйческих свойств стали в зависимости от темпера­туры. А расчетные зависимости, найденные с помощью тео­рии подобия, дадут нам возможность распространить это ре­шение на натурный слиток любого размера (геометрически подобный слитку-модели), изготовленный из той же марки стали и нагреваемый в таких же условиях.

В этом случае появится возможность:

—_: прогнозировать температурные поля при нагреве изде­лий, изготовленных из материала, данные о теплофизичеЪких.

4:

свойствах которых отсутствуют, чего не могут обеспечить тео­ретические методы расчета;

• — вести расчеты температурных полей в изделиях, изго­товленных из материалов, имеющих структурные и фазовые превращения, чего не всегда удается достичь,.применяя.. существующие математические методы расчета;

- с помощью модельных испытаний отрабатывать и наг.,
значать оптимальные ре^жймы нагрева и охлаждения из­
делий;

- сократить затраты материальных средств и времени на
проведение исследований и получить значительный экономи­
ческий эффект.

Цель лабораторного исследования

Цель данной работы — исследование возможности опреде­ления температурных полей по сечению крупногабаритных слитков и заготовок <с помощью методики физического моде­лирования, отличительной особенностью которой является то, что модель и образец изготавливаются,из одного материала я нагреваются в идентичных условиях. Для получения по­добия температурных полей /в модели и образце в процессе их нагрева необходимо выполнение ряда ограничительных условий.