Труд проф. В. П. Вологдина посвящён изложению общих оснований метода поверхностной индукционной закалки, разработанного лабораторией автора в Ленинградском электротехническом институте им. В. И. Ульянова (Ленина).

В книге даны теоретические соотношения и формулы для тепловых и электрических явлений, наблюдаемых при поверхностном нагреве, с учётом влияния кривизны закаливаемой поверхности и толщины стенки. Также освещены вопросы зависимости между временем и температурой закалки. В элементарной форме даны описания и расчёты электрических закалочных устройств. Помимо теоретических вопросов, в книге приведены опытные материалы по закалке самых разнообразных деталей.

Книга предназначается для инженеров-производственников и студентов ВТУЗов.

Метод индукционной поверхностной закалки, предложенный и разработанный лабораторией aвтopa, получил в настоящее время всеобщее признание, став основным методом термообработки на заводах с массовым выпуском продукции.

Ещё не так давно высказывалось мнение о неполноценности этого метода, особенно в связи с понижением прочности, главным образом усталостной, при применении этого метода. Практика автозаводов и успешное применение метода во время Отечественной войны на Кировском заводе в значительной степени рассеяли эти опасения.

Работы в лаборатории автора при Ленинградском электротехническом институте, а также интересное исследование в области напряжений и усталостной прочности, проведённое в 1946 г. НИИ Оргавиапром Министерства авиационной промышленности, внесли значительную ясность в этот вопрос.

В настоящее время можно считать, что при правильном использовании метода, если учитывать распределение температуры в закаливаемом теле к моменту охлаждения, после закалки можно получать не понижение, а повышение усталостной прочности.

В предлагаемой книге собран большой теоретический и практический материал за 10 лет работы. За небольшими исключениями это результат работ лаборатории ЛЭТИ и заводов, связанных с этой лабораторией. В большинстве случаев в книге даны окончательные формулы без их выводов. Поэтому книга носит почти справочный характер.

Автор впервые в данной области широко использовал метод подобия, охватив им тепловую, электрическую и металловедческую стороны поверхностной закалки. Благодаря этому во многих случаях без дорогих опытов становится возможным установить режим закалки деталей таких размеров, над которыми до этого времени работ не производилось.

С металловедческой стороны эта попытка находила возражения, как слишком упрощающая явления. Однако автор взял на себя смелость сохранить её, представив на суд читателей и наилучшего судьи в такого рода вопросах — заводской практики.

Такому решению способствовало убеждение автора, что металловедение от чистого эксперимента должно переходить к обобщениям с возможно широким использованием математического аппарата, в чём оно значительно отстаёт от других отраслей техники.

В данной книге автор уделяет значительное внимание форме нагреваемой поверхности и толщине стенки, что в предыдущих его книгах учтено не было. Практика же последних лет выдвигает этот вопрос на первое место в связи с расширением ассортимента закаливаемых деталей.

Приведённые в книге конструкции станков-автоматов для коленчатых валов ЗИС и ХТЗ относятся к довоенному времени. Однако и сейчас они отвечают последним требованиям техники. Второй вариант станка ЗИС был построен лишь в 1946 г.

Хотя все главы книги, за исключением одной, и налисаны автором, однако в них нашёл отражение многолетний труд целого коллектива, в котором значительная часть математической работы выполнена кандидатом физико-математических наук Г. А. Разореновым, внесшим ценный вклад в дело теоретического развития метода. Ещё большее значение имели работы кандидата технических наук А. А. Фогель, проводившего основные экспериментальные работы с самого зарождения метода.

Участниками разработки метода являются также И. И. Контор, А. Е. Слухоцкий, А. Д. Демичев, В. Л. Сергиевич (умер в 1941 г.), М. М. Вербицкий (умер в 1942 г.) и особенно Д. И. Руденко, который оказал помощь при расчётах и составлении графиков.

Графический материал оформлен художником С. П. Светлицким.

Глава IX написана Всеволодом Вологдиным.

В металловедческих вопросах автор пользовался постоянными советами кандидата технических наук М. М. Замятина.

Библиография составлена М. С. Веридарским. Она дана лишь с 1938 г., так как более ранняя помещена в книге автора «Поверхностная закалка индукционным способом» изд. 1939 г.

В вопросах технологии автору помогали советами Ф. И. Крупин и Н. Т. Аносов (умер в 1946 г.), много способствовавшие успешной работе установок ЗИС и ХТЗ.

При этом нельзя не упомянуть директора завода имени Сталина И. А. Лихачёва и Д. В. Голяева, которые дали первоначальный толчок развитию метода.

Всем упомянутым лицам автор приносит глубокою благодарность.

Эта книга создавалась, так сказать, in statu nascendi метода индукционной закалки, чем и объясняются некоторые отступления от строгой системы в изложении материала. Она была написана в 1940 г., подготовлена к печати в 1941 г., но её набор погиб во время Отечественной войны.

Автор надеется, что несмотря на значительное время, прошедшее со дня окончания работы над книгой, и лишь небольшие дополнения, внесённые в неё перед печатью, она всё же окажет значительную помощь в деле развития применения токов высокой частоты на наших заводах и поможет им в выполнении пятилетнего плана.

ПРЕДИСЛОВИЕ
Ленинград,
Электротехнический институт им. В. И. Ленина
Октябрь 1946 г.

Предисловие	3
Принятые обозначения	5

Глава I
Введение

1. Преимущества индукционного метода и вопросы, связанные с ним	11
2. Краткое описание процесса закалки	14
3. Составные части закалочного устройства	16
4. Особенности, характеризующие индукционный метод закалки	18
5. Основные закономерности, использованные лабораторией автора при
разработке метода	19
6. Содержание отдельных глав	19

Глава II
Нагрев под поверхностную закалку индукционным методом.
Типы нагрева. Частота и связь её с типами нагрева

1. Требования, предъявляемые к методу	21
2. Основные параметры, определяющие метод	22
3. Закалочная температура T_k	24
4. Перегрев наружной поверхности ΔT по отношению к закалочной
температуре T_k	25
5. Время нагрева под закалку t_k	25
6. Критическая скорость охлаждения (∂Θ/∂t)_кр	26
7. Термический к.п.д.	26
8. Требования, предъявляемые термической стороной процесса к нагреву
под закалку	28
9. Нагрев с выделением тепла внутри закаливаемого слоя. Глубинный
нагрев ξ ≈ x_k	29
10. Типы нагрева	29
11. Осуществление требуемого типа нагрева и зависимость от частоты	30
12. Прохождение процесса нагрева в действительных условиях без
допущенных ранее упрощений	34

Глава III
Основные вопросы теплопередачи, относящиеся к индукционной закалке

1. Распределение температур и термический к.п.д. при нагреве тела
бесконечной толщины с плоской поверхностью. Чисто поверхностный
нагрев, ξ=0	38
2. Нагрев тела бесконечной толщины с плоской поверхностью при
выделении тепла в активном слое глубиной ξ > 0	45
3. Тело конечной толщины с плоской поверхностью. Поверхностный
нагрев, ξ = 0	48
4. Тело конечной толщины с плоской поверхностью. Глубинный нагрев,
ξ > 0	51
5. Влияние кривизны поверхности на распределение температуры и
величину к.п.д.	52
6. Сплошное цилиндрическое тело. Чисто поверхностный нагрев, ξ = 0	52
7. Сплошной цилиндр. Глубинный нагрев, ξ > 0	55
8. Полый цилиндр. Нагрев внешней поверхности	60
9. Полый цилиндр. Глубинный нагрев внешней поверхности. Активный
слой, ξ > 0	62
10. Полый цилиндр. Нагрев внутренней поверхности, ξ = 0	62
11. Внутренняя цилиндрическая поверхность при глубинном нагреве.
Активный слой, ξ > 0	64
12. Заключение. Общий обзор зависимости распределения температуры Θ
по глубине x от кривизны поверхности, толщины нагреваемого тела h
и от величины активного слоя ξ	66

Глава IV
Скорость охлаждения тела при нагретом поверхностном слое

1. Значение скорости охлаждения в процессе закалки	69
2. Общее решение задачи	70
3. Первый метод числовых расчётов. Поверхностный нагрев	71
4. Второй метод числовых расчётов. Поверхностный нагрев	73
5. Сплошной нагрев, φ(х) = const = Θ₁	75
6. Поименение уравнений скорости охлаждения для определения
глубины закалённого слоя x_k	75

Глава V
Основные законы, связанные с индуктированием и прохождением
электрического тока по проводникам, положенные в основу метода
закалки

1. Закон индукции	79
2. Закон магнитной цепи	81
3. Особенности, связанные с прохождением токов высокой частоты	81
4. Поверхностный эффект	82
5. Взаимное распределение магнитного и электрического полей	85
6. Сопротивление при высоких частотах	86
7. Явление близости	87
8. Кольцевой эффект. Распределение плотности переменного тока
в кольце и спирали	92
9. Выражения упрощённого вида для поверхностных явлений, могущие
служить при решении вопросов поверхностной закалки	93
10. Распределение тока в проводе, окружённом с трёх, сторон
расслоённым железом. Критическая высота провода, помещённого
в расслоённое железо	98
11. Применение выведенных формул при расчёте трансформаторов	104
12. Сравнение влияния, оказываемого поверхностным эффектом, явлением
близости, катушечным эффектом и расслоёнными магнитными экранами
(эффект Фильда), на распределение плотности тока в проводящих
телах	104

Глава VI
Влияние формы закаливаемой поверхности

1. Необходимость учёта формы закаливаемой поверхности и замена
сложной поверхности системой цилиндрических поверхностей	107
2. Решение задачи получения закалённого слоя приблизительно
одинаковой толщины у двух цилиндров различного радиуса чисто
тепловым методом	110
3. Получение закалённого слоя приблизительно одинаковой толщины
у двух цилиндров, находящихся в однородном переменном магнитном
поле, путём использования тепловых и электрических зависимостей,
связанных с кривизной цилиндра и частотой поля	114
4. Закалка тел сложной конфигурации	120
5. Лабораторные работы, подтверждающие метод	121
6. Распределение поля и тока вблизи острых углов между гранями
детали	124

Глава VII
Применение закона подобия для решения вопросов, связанных с
поверхностной закалкой и закалочными устройствами

1. Общие данные о подобии	130
2. Подобие в теплопередаче. Критерий подобия и коэфициенты подобия	130
3. Подобие электрических величин. Специальные единицы	133
4. Коэфициенты подобия для электрических величин R, L и М при
отсутствии поверхностного эффекта	133
5. Коэфициенты подобия для R, L и М при поверхностном эффекте.
Первый случай: ω = 2πf = const. Неполное подобие	13З
6. Коэфициенты подобия для R, L и М при поверхностном эффекте.
Второй случай: ω может меняться. Полное подобие	134
7. Метод подобия при расчёте трансформаторов и индукторов при
наличии поверхностного эффекта	134
8. Коэфициенты подобия для величин, связывающих электрическую и
тепловую задачи	137
9. Примеры использования подобия для определения параметров
закалочного устройства. Первый случай: частота может меняться при
изменении размеров	137
10. Второй случай. Использование метода подобия при постоянной
частоте. Применение в случае расчёта трансформатора	138
11. Метод подобия при моделировании	141
12. Применения подобия в вопросах, связанных со скоростью охлаждения	141

Глава VIII
Применение метода подобия к определению времени нагрева и
температуры, дающих полную закалку без перегрева

1. Два рода процессов, происходящих при нагреве под закалку	144
2. Образование аустенита при нагреве под закалку. Зависимость между
температурой и временем нагрева	146
3. Крупное зерно при перегреве. Время и температура нагрева,
обусловливающие отсутствие перегрева	150

Глава IX
Применение метода подобия к расчёту закалочного трансформатора

1. Воздушный трансформатор. Особенности трансформаторов, применяемых
для закалки индукционным методом	154
2. Расчёт электрических параметров обмоток воздушного трансформатора	156
3. Применение метода подобия для расчёта воздушных трансформаторов	160

Глава X
Основы работы индуктора в закалочных устройствах

1. Система индуктор — нагреваемое тело как трансформатор	167
2. Особенности работы индуктора по сравнению с обычным
трансформатором	168
3. Основания расчёта цилиндрического индуктора большой длины,
приведённого к 1 см высоты	169
4. Изменение параметров индуктора при изменении длины и частоты	173
5. Индуктор для плоских предметов без железа	173
6. Индуктор с железной магнитной цепью	177

Глава XI
Основные параметры закалочных устройств

1. Частота	178
2. Напряжение	180
3. Коэфициент мощности системы: индуктор — закаливаемое тело	180
4. Коэфициент мощности генератора	181
5. Коэфициент полезного действия различных частей закалочного
устройства	181
6. Мощность	186
7. Энергия, потребляемая на закалку	187

Глава XII
Закалочное устройство

1. Схема закалочного устройства	183
2. Генераторы машинного типа	188
3. Замечания о машинных генераторах повышенной частоты	193
4. Ламповые генераторы	193
5. Конденсаторные батареи закалочного устройства	195
6. Трансформаторы, применяемые в закалочных устройствах	197

Глава XIII
Закалка поверхностей простейшей формы

1. Общие замечания	199
2. Цилиндрические поверхности	199
3. Наружная цилиндрическая поверхность	199
4. Цилиндрическая поверхность небольшой длины и диаметра	200
5. Индуктор для одновременной закалки цилиндрических поверхностей	204
6. Цилиндрические поверхности большой длины.
Непрерывно-последовательный метод	205
7. Цилиндрические поверхности большого диаметра и малой высоты	206
8. Цилиндрические поверхности со стенкой ограниченной толщины	207
9. Внутренние цилиндрические поверхности	207
10. Плоские поверхности	209
11. Одновременная закалка плоских поверхностей	209
12. Закалка поверхностей небольшой толщины	211
13. Последовательная закалка плоских поверхностей	211

Глава XIV
Закалка различных деталей

1. Цилиндрические предметы простой формы. Наружные поверхности	215
2. Закалка коленчатых валов	220
3. Последовательная закалка. Цилиндрические поверхности большой
длины	236
4. Цилиндрические поверхности весьма большого диаметра и малой
высоты. Последовательная закалка	241
5. Закалка внутренних цилиндрических поверхностей	246
6. Закалка плоских предметов большой длины	240
7. Закалка тел, имеющих поверхность сложной конфигурации	253
8. Закалка инструмента	259
9. Местная закалка	260
10. Массовая закалка мелких предметов индукционным методом	263
11. Закалка внутренних поверхностей малого диаметра	266
12. Закалка деталей танка	267
13. Применение индукционного метода закалки за границей	268

Приложение. Таблица вспомогательных функций	271
Литература	273
Предметный указатель	283

Книги на ту же тему

Введение в физику поверхности, Оура К., Лифшиц В. Г., Саранин А. А., Зотов А. В., Катаяма М., 2006
Разрушение металлов, Ежов А. А., Герасимова Л. П., 2004
Усталость металлических материалов, Терентьев В. Ф., 2003
Введение в теорию нормальных металлов, Абрикосов А. А., 1972
Физические основы лазерной резки толстых листовых материалов, Ковалёв О. Б., Фомин В. М., 2013
Высокочастотный нагрев диэлектриков и полупроводников, Мазнин А. Н., Нетушил А. В., Парини Е. П., 1950
Сварщику цветных металлов: Справочное пособие, Псарас Г. Г., Ежель А. И., 1982

elapsed time 0.020 sec

/Наука и Техника/Инженерное дело

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему