Нагрев металлов
При нагреве наклепанный металл из неустойчивого состояния наклепа переходит постепенно в устойчивое равновесное состояние. Это сопровождается изменениями в структуре и свойствах металла. Образование новых зерен называют рекристаллизацией, а температуру, при которой начинают возникать новые зерна, - температурой рекристаллизации.
При температуре рекристаллизации начинается только ослабление наклепа, и рекристаллизация идет очень медленно. Для ускорения процесса необходима большая температура.
Нагрев и нагревательные устройства. Установлено, что чем больше нагрета сталь, тем меньше энергии нужно затрачивать на её деформацию. Поэтому нагрев стали перед обработкой давлением должен быть достаточно высоким. Однако нельзя допускать пережога, который наблюдается при нагреве, близком к температурам линии солидуса.
На рис. 26 схематично показана область рекомендуемого нагрева углеродистой стали (заштрихованный участок). Нагрев заготовок в печах начинается от поверхности и постепенно распространяется внутрь. Чрезмерно быстрый нагрев в печи ведет к появлению трещин в заготовке, вследствие неравномерного теплового расширения внешних и внутренних частей.
Рис.26. Область нагрева углеродистой стали для обработки давлением
Время необходимое для нагрева заготовки под обработку давлением может быть определено по формуле:
T = KDD, ч
где Т - минимальное время нагрева заготовки, ч;
- коэффициент, учитывающий способ укладки заготовок в печи;
К - коэффициент, учитывающий легирование стали;
D - диаметр, (или сторона квадрата) заготовки, м.
Заготовки для обработки давлением нагревают в горнах или печах. Кузнечные горныслужат для нагрева небольших заготовок в условиях экспериментального и мелко серийного производства. Печи для нагрева подразделяются напламенные и электрические. По распределению температуры печи подразделяются накамерные и методические.
На рис.27приведена камерная пламенная печь с рекуператором. В рекуператоре воздух для горения подогревается,уходящими дымовыми газами. В камерной печи температура примерно одинаковая. В таких печах нагревают небольшие заготовки, которые допускают скоростной нагрев.
Рис.27. Камерная печь на жидком топливе с рекуператором:
1 - рекуператор, 2 - рабочее пространство, 3 - форсунка
В методических печах, имеющих удлиненный под, температура меняется в по длине печи. Заготовки, поступающие в печь через окно 1(рис.28), постепенно передвигаются вдоль пода под действием механических толкателей. В зону высоких температур заготовки поступают уже достаточно прогретыми. Нагретые заготовки выгружают через окно 2.
Методические печи имеют более высокую производительность и экономичность.
Для нагрева крупных заготовок - слитков, поступающих на прокатные станы используют вертикальные колодцевые печи.Они располагаются на уровне рабочей площадки цеха.
С повышением температуры металл окисляется быстрее, покрываясь коркой окислов (окалина); толщина которой достигает нескольких миллиметров; потери металла от окисления называютугаром. При многократном нагреве потери стали от угара весьма велики (5% и более). Допускается 2 - 3 нагрева заготовок.
Рис.28. Методическая печь
В электрических и муфельных печах с защитным газом производят безокислительный нагрев. При обработке с таким нагревом потери от угара сокращаются в 4 - 5 раз.
Электрических индукционный нагревпроисходит по всей массе заготовки одновременно от действия индукционных токов. Электроконтактный нагрев осуществляется под действием электросопротивления самой заготовки при прохождении по ней электрического тока. Электронагрев позволяет достичь нужных температур быстрее, чем пламенный в 10 - 20 раз.
Так как горячая обработка производится при температурах, значительно выше температуры рекристаллизации, то при обжатии зерна дробятся, затем из обломков растут новые - до тех пор, пока они не будут раздроблены новым обжатием и т.д. Это значит, что при горячей обработке давлением одновременно происходят два процесса - измельчение зерен и рекристаллизация.
Горячая обработка давлением уменьшает или уничтожает пороки литого металла: при обжатии поры, газовые пузыри и пустоты завариваются, металл уплотняется; в результате диффузии при высокой температуре происходит частичное выравнивание химсостава металла. Правильный выбор температур при обработке давлением способствует измельчению структуры, подобно отжигу.