Нагрев металлов перед обработкой давлением

Перед обработкой давлением металл обычно нагревают. Это повышает пластичность металла и уменьшает его сопротивление деформированию.

Для получения металла существует такой температурный интервал, в котором обеспечиваются оптимальные условия горячей обработки давлением. Нагрев металла сопровождается таким рядом явлений, которые необходимо учитывать при выборе температуры нагрева.

1 Окисление металлов.При нагревании стали выше 700 ⁰С происходит интенсивное окисление поверхностного слоя с образованием окалины (Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeO). Потери металла на окалину при однократном нагреве в пламенной печи составляют 1,5…2,5%, при электронагреве – 0,4…0,5%. Образование окалины, которая отличается повышенной твердостью, кроме того, повышает износ деформирующего инструмента.

Наряду с окислением при высоких температурах вследствие выгорания углерода происходит обезуглероживание поверхностного слоя стали.

Для уменьшения окисления металла применяют электронагрев или нагрев в защитной атмосфере.

2 Перегрев и пережог – явления, связанные с нагревом металла до высоких температур. При нагреве стали до температуры, близкой к температуре плавления, наступает пережог, выражающийся в появлении хрупкой пленки между зернами металла вследствие окисления их границ и расплавления легкоплавких межзёренных прослоек. При этом происходит полная потеря пластичности, что приводит к появлению трещин. Пережог исправить нельзя, и такой металл приходится отправлять на переплавку.

Ниже температуры пережога находится температура перегрева. Явление перегрева заключается в интенсивном росте размеров зерен. Перегретая сталь характеризуется более низкими механическими свойствами (уменьшением пластичности до 25%). Структуру перегретой стали в большинстве случаев можно исправить отжигом.

Температурный интервал горячей обработки давлением. Максимальная температура нагрева (температура начала обработки давлением) должна быть возможно более высокой, но не вызывающей перегрева и пережога. Температура окончания обработки давлением должна быть выше температуры рекристаллизации и фазовых превращений. Для углеродистых сталей с 0,2…0,7% С температурный интервал – 1280…800 ⁰С; для сталей с 0,8…1,3% С – 1100…760 ⁰С; дуралюмина – 470…400 ⁰С; титановых сплавов – 1100…900°С.

Режим нагрева. Заготовка должна быть равномерно нагрета по всему объему до заданной температуры. В противном случае в заготовке возникают термические напряжения (вследствие разности температур по сечению) которые могут привести к появлению трещин. Разность температур по сечению заготовки увеличивается с повышением скорости нагрева, поэтому существует допустимая скорость нагрева. Для крупных заготовок из высоколегированных сталей (массой до 40 т) время нагрева составляет более 24 часов. Чаще крупные заготовки нагревают постепенно (методически) в два этапа: медленный нагрев и выдержка при 700…800 ⁰С, а затем нагрев до необходимой температуры с максимально возможной скоростью.

Нагревательные устройства можно подразделить:

1 Нагревательные печи (для нагрева слитков, крупных и иногда средних)

2 Электронагревательные устройства (для нагрева мелких и средних заготовок)

Нагревательные печи (пламенные на мазуте или газообразном топливе и электрические, используемые в основном для цветных сплавов) по их принципу действия делятся на камерные и методические.

Камерная печь – наиболее распространенный вид печи [6, рис.57, 58]. Рабочее пространство печи нагревается при сжигании топлива и имеет одинаковую по всему объему температуру. Заготовки устанавливаются на под печи, загружаются и выгружаются через окно. Продукты сгорания отводятся через дымоход и используются для нагрева поступающего в печь воздуха (это позволяет экономить до 25% топлива).

Для нагрева крупных заготовок используют печи с толкателями, карусельные, конвейерные, с выдвижным подом, т.е. оборудованные устройствами для загрузки и выгрузки заготовок [6, рис. 58].

Разновидностью камерных печей являются нагревательные колодцы, применяемые для нагрева крупных слитков при прокатке и ковке.

Методическая печь [6, рис.59, 60] – предназначена для нагрева крупных заготовок под прокатку в крупносерийном производстве. Заготовки при этом загружают с одной стороны печи, перемещают по поду и выгружаются с другой стороны печи нагретыми. В печи различают три зоны с различной температурой: I – 600…800 ⁰С (зона подогрева); II – 1350 ⁰С (зона максимального нагрева); III – 1200…1300 ⁰С (зона выдержки). В зоне выдержки происходит выравнивание температуры по сечению заготовки.

Электронагревательные устройства по принципу действия подразделяются на индукционные и электроконтактные. Применяют только при необходимости нагрева достаточно большого количества одинаковых заготовок. Скорость электронагрева в 8…10 раз выше, а интенсивность образования окалины в 4…5 раза ниже, чем в печах.

4.4 Изготовление машиностроительных профилей