Главная >> Применение >> Типовые примеры >>

Индукционный нагрев вала при поверхностной закалке

индукционный нагрев ТВЧ, поверхностная закалка

Пример подготовили Теплухин Василий Гельевич, Ильин Юрий Сергеевич,
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Институт машиностроения, материалов и транспорта, г. Санкт-Петербург

Производится поверхностная закалка вала токами высокой частоты (ТВЧ) непрерывно-последовательным способом. Требуется определить продолжительность нагрева, при которой закаленный слой имеет заданную глубину.

Тип задачи
Осесимметричная мультифизичная задача магнитного поля переменных токов и теплопередачи.

Геометрия

Дано
Частота тока f = 22 кГц,
Сила тока в индукторе I = 1.1 кА (амплитудное значение).
Материал вала — сталь 40Х.
Плотность ρ = 7800 кг/м³
Электропроводность, магнитная проницаемость, теплопроводность и теплоемкость стали зависят от температуры.
Выше точки Кюри 760 °C относительная магнитная проницаемость принимается равной единице.
Температура аустенитизации при скорости нагрева 100 °C/с находится в диапазоне 950–1100 °C.

Задача
Определить продолжительность нагрева, обеспечивающую достижение температуры аустенитизации в поверхностном слое требуемой глубины.
Требуемая глубина закаленного слоя — 2,0–2,5 мм.

Решение
В модели вал исскуственно разбит на концентрические слои. Расчет выполнен поэтапно: на каждом временном шаге мощность объемных источников тепла из электромагнитной задачи передается в тепловую, а полученное температурное поле используется на следующем шаге.
Слоям, которые нагреваются до точки Кюри, задается относительная магнитная проницаемость, равная единице.
Такой подход учитывает изменение свойств материала во времени и по сечению вала.

№	Длительность интервала, с	Суммарное время нагрева, с	Не ферромагнитные слои
	2	2	-
1	1	2	-
2	0,5	2,5	1-3
3	0,25	2,75	1-9
4	0,25	3,0	1-10
5	0,5	3,5	1-11
6	1	4,5	1-12
7	2	6,5	1-13
8	2	8,5	1-14
9	2	10,5	1-15

Результат
После 11,5 с нагрева глубина слоя, достигшего температуры аустенитизации, составляет 2,4 мм. Полученный результат соответствует требуемому диапазону 2,0–2,5 мм.

• Скачать файлы задачи