Термический режим обработки заготовок

Металлы и сплавы перед обработкой давлением нагревают до определённой температуры для повышения их пластичности и уменьшения сопротивления деформации. Эту температуру называют температурой начала горячей обработки давлением. Однако в процессе обработки температура металла понижается. Минимальная температура, до которой можно производить обработку, называется температурой окончания обработки давлением. Область температур между началом и окончанием обработки, в которой металл или сплав обладает наилучшей пластичностью, наименьшей склонностью к росту зерна и минимальным сопротивлением деформации, называют температурным интервалом горячей обработки давлением. Температуру начала и конца горячего деформирования определяют в зависимости от температуры плавления и рекристаллизации: начальная температура должна быть ниже температуры плавления, а конечная — выше температуры рекристаллизации. Например, для углеродистой стали температуру начала горячего деформирования выбирают по диаграмме состояния железо-углерод (рис. 2.3) на 150...200°С ниже температуры начала плавления стали заданного химического состава (температуры, соответствующей линии со- лидус). Температуру конца деформирования углеродистых сталей принимают на 25...50°С выше нижней критической точки (линия S-Е'). На диаграмме конец горячего деформирования обозначен штриховой линией, ограничивающей снизу область горячей обработки давлением. Данная область на рисунке 2.3 заштрихована.

2.3. Схема выбора температурного интервала ковки стали но диаграмме состояния железо-углерод

Температура конца деформирования может быть принята на 50...100°С выше температуры рекристаллизации или определена по эмпирической формуле tR = 100 (9,1...1,1 С) °С, где С — содержание углерода в процентах.

Цветные металлы и сплавы имеют меньшие температуры плавления, чем у сталей и соответственно ниже, чем у них расположенные критические точки. Температурные интервалы горячего деформирования цветных металлов и сплавов находятся в области более низких температур. Например, медь имеет температурный интервал от 1000 до 800 °С; для латуни ЛС 59-1 он составляет от 800 до 650 °С; для бронзы Бр АЖ 9-4 — от 900 до 700 °С; для алюминиевого сплава АК — 8 от 450 до 350 °С; для магниевого сплава МА 2 — от 450 до 350 °С.

Желательно, чтобы в температурном интервале обработки давлением металл находился в однофазном состоянии. В двух- или многофазном состоянии при низкой пластичности одной из фаз при обработке давлением возможно образование трещин. Исключение составляют углеродистые доэвтек- тоидные стали, которые при температурах двухфазного состоянии между линиями GS и PS обладают достаточной пластичностью. Достаточную пластичность имеют и заэвтекто- идные стали при температуре выше 750 °С, имеющие в своей структуре в диапазоне температур между линиями ES и SE' аустенит и вторичный цементит. Вторичный цементит располагается по границам зёрен аустенита и поэтому снижает пластичность. Однако при обработке давлением эта сетка разрушается и пластичность повышается.

Температурный интервал обработки сплавов зависит от их химического состава. По диаграмме железо-углерод видно, что с увеличением количества углерода в стали температурный интервал обработки сужается. Особенно резко при этом снижается температура начала обработки. При нагреве металлов и сплавов выше температуры начала горячей обработки происходит интенсивный рост аустенитного зерна, которое становится тем больше, чем длиннее выдержка при ьысокой температуре. Сталь с такой крупнозернистой структурой называют перегретой, и она имеет пониженную пластичность при обработке давлением.

Перегрев является исправимым дефектом нагрева. Его можно устранить до обработки давлением отжигом или нормализацией. При дальнейшем повышении температуры нагрева происходит расплавление легкоплавких компонентов сплава, расположенных по границам зёрен, и их усиленное окисление. Окисление этих границ кислородом, содержащимся в составе печных газов, вызывает явление, называемое пережогом. Пережог представляет собой — неисправимый брак. Он приводит к полной потере пластичности металла.

На поверхности металла образуется окалина, состоящая из окислов железа. Угар металла при нагреве в пламенных печах составляет 2,5...3 % и 1,5% при каждом подогреве. Окалина, являясь твёрдым веществом, увеличивает износ инструмента. Одновременно с окалинообразованием протекает процесс обезуглероживания — выгорание углерода в поверхностном слое заготовки. Обезуглероженный слой металла необходимо полностью удалять при обработке резанием.

Нагрев должен обеспечить равномерное распределение температуры по сечению и длине заготовки, минимальные обезуглероживание и образование окалины. Холодные слитки и заготовки, загруженные в печь, нагреваются неравномерно. Вначале нагревается их наружный слой, а затем за счёт теплопроводности металла — все сечение. Наружные слои, нагретые до более высокой температуры, расширяются больше, чем внутренние, поэтому в наружных слоях появляются температурные напряжения сжатия, а во внутренних — растяжения. Если напряжения растяжения достигнут предела прочности металла, то в нём возникнут трещины. С повышением температуры пластичность металла повышается и опасность появления трещин исчезает, так как термические напряжения приводят к пластической деформации металла, а сами напряжения уравновешиваются.

Во избежание образования трещин металл необходимо нагревать с определённой скоростью. Скорость нагрева представляет собой величину повышения температуры металла в градусах Цельсия за единицу времени. Скорость нагрева до заданной температуры зависит от теплопроводности и теплоёмкости металла, размеров и формы заготовок, характера их расположения в печи. Теплопроводность стали зависит от температуры, химического состава и состояния металла. Легированные стали имеют меньшую теплопроводность, чем железоуглеродистые сплавы, но теплопроводность их в литом состоянии ниже, чем в деформированном, поэтому легированные стали и стали в литом состоянии (слитки) нагревают обычно медленнее.

Теплоёмкость зависит от температуры и вида металла (например, железо, медь и т.п.), а для сплавов — от их химического состава. Легированные стали имеют более высокую теплоёмкость, чем углеродистые. С повышением температуры теплоёмкость металлов и сплавов возрастает и достигает наибольшего значения в области температур структурных превращений. Чем больше теплоёмкость, тем длительнее процесс нагрева.

Заготовки из проката, а также кованые заготовки с диаметром или стороной квадрата до 100 мм из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей загружают в печи, рабочее пространство которых может иметь температуру на 100...150°С более высокую, чем требуемая температура нагрева металла. Такие заготовки нагревают с максимальной скоростью, допускаемой печью.

Крупные стальные слитки и заготовки поступают на нагрев либо в холодном, либо в горячем состоянии. Холодными считают слитки, имеющие температуру на поверхности ниже 650 °С, а горячими — выше 650 °С. Режим нагрева холодных слитков и заготовок состоит из двух периодов. Первый период — нагрев в области низких температур (до 700...800 °С), второй — нагрев в области высоких температур (выше 700...800 °С). В первом периоде нагрева сталь обладает малой пластичностью, и во избежание образования трещин нагрев производят медленно. В конце первого периода в наружных слоях слитков или заготовок, достигших температуры критической точки для данной стали, происходят структурные превращения, сопровождающиеся уменьшением объёма. Благодаря этому в наружных слоях снимаются температурные напряжения. Для обеспечения полноты структурных превращений по сечению слитка или заготовки в конце первого периода даётся выдержка. Во втором периоде нагрева теплопроводность и пластичность металлов и сплавов увеличиваются, и нагрев ведут с максимальной скоростью, допускаемой печью. Горячие слитки и заготовки нагревают также с максимально возможной скоростью. Первый период — нагрев в области низких температур (до 700...800 °С), второй — нагрев в области высоких температур (выше 700...800 °С). В первом периоде нагрева сталь обладает малой пластичностью, и во избежание образования трещин нагрев производят медленно. В конце первого периода в наружных слоях слитков или заготовок, достигших температуры критической точки для данной стали, происходят структурные превращения, сопровождающиеся уменьшением объёма. Благодаря этому в наружных слоях снимаются температурные напряжения. Для обеспечения полноты структурных превращений по сечению слитка или заготовки в конце первого периода даётся выдержка. Во втором периоде нагрева теплопроводность и пластичность металлов и сплавов увеличиваются, и нагрев ведут с максимальной скоростью, допускаемой печью. Горячие слитки и заготовки нагревают также с максимально возможной скоростью.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >