История и направления развития исследований и технологий индукционного нагрева в Беларуси

П. С. Гурченко, 2015

Показаны основные этапы внедрения технологий индукционного нагрева на минских тракторном и автомобильном заводах, других предприятиях республики начиная с 1940-х годов. С 1950-х годов научные основы нагрева сталей и сплавов токами высокой частоты разрабатывались в Физико-техническом институте Академии наук БССР, где была создана одна из главных научных школ СССР этого направления. Наиболее масштабное внедрение таких технологий велось в 80–90-е годы ХХ в. на Минском автозаводе, продолжается в настоящее время в Физико-техническом институте НАН Беларуси, где образован Научно-исследовательский центр индукционных технологий и проблем термической обработки. Названы фамилии многих крупных ученых и инженеров – энтузиастов скоростного нагрева деталей и полуфабрикатов из сталей, чугунов, цветных сплавов; приведены некоторые примеры эффективных отечественных разработок; сформулированы направления развития технологий индукционного нагрева. Предназначена для ученых и инженеров, работающих в области технологий скоростного нагрева металлов и сплавов, а также для тех, кто интересуется историей развития таких технологий в Республике Беларусь.

© Астапчик С. А., Гурченко П. С., Шипко А. А., 2015

© Оформление. РУП «Издательский дом «Беларуская навука», 2015

* * *

Введение

Оборудование и технологии нагрева деталей токами высокой частоты (под закалку, отпуск, обработку давлением, пайку) относятся к наиболее энергозатратному виду производства на предприятиях машиностроения — термическому. На заводах машиностроения Беларуси насчитывается около 2000 нагревательных и термических печей, их коэффициент полезного действия редко превышает 10 %, а возраст «средней» печи составляет более 30 лет. Темп же ввода в эксплуатацию более современных печей составляет около 10 шт. в год. Вместе с тем индукционные технологии термической обработки и нагрева под обработку металлов давлением — эффективное средство модернизации термических производств.

Индукционный нагрев токами высокой частоты стальных и чугунных изделий с каждым годом занимает все более важное место в технологии современного машиностроения благодаря своим неоспоримым преимуществам. При нагреве под ковку и штамповку решающие преимущества индукционного нагрева заключаются в возможности значительного повышения скорости нагрева и отсутствии длительного периода разогрева оборудования (первые заготовки разогреваются до заданной температуры уже через 3–5 мин после включения оборудования без необходимости разогрева многотонной массы печей, так как нагреву подвергаются только сами обрабатываемые изделия). По этой же причине нет ограничений и потерь, связанных с жаропрочностью, жаростойкостью и теплопроводностью материалов нагревательных устройств. При индукционном нагреве благо даря высоким скоростям нагрева отсутствуют окалина и угар металла на обрабатываемых изделиях.

Поверхностная закалка при индукционном нагреве более экономична и менее трудоемка и по качеству упрочнения не уступает, а в ряде случаев и превосходит процессы печной обработки. При закалке ТВЧ (токами высокой частоты) вместо цементации в сотни раз сокращается длительность процесса, резко уменьшаются термические деформации, трудоемкость и стоимость упрочнения, в десятки раз снижаются затраты электроэнергии, отпадает необходимость использования природного газа, минеральных масел, асбеста, жаропрочных и жароупорных материалов, устраняются выбросы в окружающую среду вредных веществ и продуктов их распада. Загрузка и выгрузка изделий в индукционных нагревателях автоматизируются, и они встраиваются в автоматизированные комплексы при высокой культуре производства.

Об истории развития технологий индукционного нагрева в нашей стране авторы уже рассказывали в статьях [1, 2] и в докладе на Международной научно-технической конференции «Со временные методы и технологии создания и обработки материалов» в Физико-техническом институте НАН Беларуси [3]. В настоящей работе мы постарались обобщить ранее опубликованные материалы, назвать имена замечательных людей — первопроходцев освоения индукционных технологий, рассказать о годах расцвета их деятельности в республике, привести хронологию развития исследований и разработок, сформулировать направления дальнейших работ.