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鍛造鍛件時(shí)熱傳遞的基礎(chǔ)知識(shí)
一、傳導(dǎo)傳熱
熱量直接由物體的一部分傳至另一部分,或由一物體直接傳至與其接觸的另一物體,而物體的質(zhì)點(diǎn)沒有移動(dòng)(指宏觀的物質(zhì)移動(dòng))的傳熱現(xiàn)象,稱為傳導(dǎo)傳熱。例如,熱處理爐中的熱量由爐墻內(nèi)表面直接通過爐墻傳至爐墻外表面;工件在爐底板上加熱,爐底板的熱量直接傳給工件而將工件加熱。在這種傳熱方式中,爐墻、爐底板和工件的質(zhì)點(diǎn)并沒有移動(dòng),僅熱量發(fā)生了轉(zhuǎn)移,成于傳導(dǎo)傳熱。 傳導(dǎo)傳熱方式在固體、液體和氣體中都存在,尤其在固體中明顯,而流體(液體或氣體)的傳導(dǎo)能力一般較弱,有的常忽略不計(jì)。
二、對(duì)流傳熱
流體中不同部分的相對(duì)位移,使不同部分的質(zhì)點(diǎn)相互混合,或者流體質(zhì)點(diǎn)與固體表面碰撞而進(jìn)行的熱交換現(xiàn)象,稱為對(duì)流傳熱。對(duì)流傳熱只有在流體運(yùn)動(dòng)時(shí)才能發(fā)生。鹽浴爐中利用電磁力使熔融鹽液與工件相對(duì)流動(dòng)、在回火爐中熱風(fēng)循環(huán)流經(jīng)鍛件表面時(shí)的傳熱過程都是對(duì)流傳熱。
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大型筒類鍛件多應(yīng)用于壓力容器,壓力容器的發(fā)展趨勢(shì)是大型化和整體化,設(shè)備的大型化使鍛件尺寸越來越大,有些鍛件尺寸已超過現(xiàn)有壓機(jī)的鍛造能力。
筒體鍛件的主要制造過程包括煉鋼→鍛造→鍛后熱處理→性能熱處理→性能檢驗(yàn)。其中熱加工工藝過程對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量均有影響,因此可通過控制熱加工工藝過程來控制產(chǎn)品質(zhì)量。
筒節(jié)鍛件所用鋼錠采用精選的原材料和鐵合金,電爐冶煉加爐外精煉。鋼水經(jīng)合理控制化學(xué)成分、真空冶煉并真空澆注,保證得到高純凈度的鋼。
由于筒體鍛件尺寸超過現(xiàn)有水壓機(jī)的尺寸,無法利用水壓機(jī)直接鍛造出成品。筒體鍛件的鍛造在 150MN水壓機(jī)和筒體軋機(jī)上完成。先利用水壓機(jī)鍛造出半成品,然后在筒節(jié)軋機(jī)上軋制出成品。筒節(jié)的鍛造過程為:鐓粗、沖孔→芯棒、拔長(zhǎng)→馬杠擴(kuò)孔→軋制出成品。
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大型鍛件的缺陷有很多種,但是常見的并對(duì)工件安全性造成嚴(yán)重威脅的則主要有以下幾種:裂紋、白點(diǎn)、縮孔、氣泡、夾雜物等。
裂紋內(nèi)含物多有空氣存在,空氣的聲阻數(shù)量級(jí)約為102,而金屬材料的聲阻抗數(shù)量級(jí)約為106,可見空氣和金屬材料的聲學(xué)特性相差很大。由前述結(jié)論可知,裂紋與基體材料的邊界是“軟”邊界。
白點(diǎn)一般認(rèn)為是由于工件熱處理過程中氫逸散不充分,殘留在基體中而形成的。由于氫氣的聲學(xué)特性阻抗約為1. 15 & 102,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于金屬材料的聲學(xué)阻抗。因此,由前述結(jié)論可知,白點(diǎn)缺陷與基體材料的邊界屬于“軟”邊界。
縮孔與氣泡這2種缺陷的內(nèi)含物均為氣體,氣體的聲特性阻抗數(shù)量級(jí)為102,遠(yuǎn)小于金屬材料的聲特性阻抗,所以這種缺陷與基體材料邊界亦屬于“軟”邊界。
非金屬夾雜物主要是指鋼中的鐵及其他元素與氧、硫、氮等作用形成的化合物,合金鋼異型鍛件定制,以及在煉鋼和澆注過程中混入鋼中的耐火材料碎片。由于這些碎片的成分主要是S IA l Fe等的氧化物,故可說鋼中的非金屬夾雜物是氣體在鋼中存在的一種形式。這類材料的聲特性阻抗小于金屬基體的聲特性阻抗,所以這類缺陷與基體材料的邊界可被認(rèn)為是“軟”邊界。
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