Нагрев металлов, температура и режим нагрева

Для повышения пластичности и уменьшения сопротивления деформированию металлы перед ОМД нагревают до определенной температуры. При нагреве металла возможен ряд дефектов, что учитывают при выборе температуры и режима нагрева.

Окисление металлов. При нагревании стали выше 700 С происходит интенсивное окисление поверхностного слоя с образованием окалины, состоящей из оксидов железа Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeO. Потери металла на окалину (угар) при однократном нагреве в пламенной печи составляют 1,5…2,5 %, при электронагреве  0,4…0,7 %. Кроме этого, окалина в 2 раза повышает износ инструмента, так как твердость ее выше твердости деформируемого металла.

При высоких температурах происходит также обезуглероживание поверхностного слоя стали из-за выгорания углерода. Толщина обезуглероженного слоя составляет обычно 0,2…0,5 мм, достигая иногда 1,5…2,0 мм. Для уменьшения окисления металла применяют электронагрев и нагрев в защитной атмосфере.

Перегрев. При высоких температурах нагрева сильно растет зерно. Это явление называется перегревом и ведет к уменьшению пластичности и ударной вязкости. Структуру перегретой стали можно исправить отжигом.

Пережог. При нагреве стали до температуры, близкой к температуре плавления, происходит интенсивная диффузия в нее кислорода, образование оксидов по границам зерен, что приводит к появлению трещин и потери пластичности. Такое явление называется пережогом. Оно не устраняется термической обработкой, и пережженный металл приходится отправлять на переплавку.

Температурный интервал горячей обработки давлением. Для максимального повышения пластичности металла температура начала обработки должна быть высокой, но не вызывающей перегрева и пережога. Температура окончания обработки должна быть выше температуры рекристаллизации.

* Начальную температуру Т_н выбирают по формуле Т_н = 0,85  0,95 Т_пл

* Конечную температуру деформации определяют по формуле Т_к = 0,7 Т_пл

Режим нагрева. Нагрев заготовок происходит неравномерно. Вначале нагреваются наружные слои, а затем за счет теплопроводности  сердцевина. При большой разности температур поверхности и сердцевины возникают температурные напряжения, которые могут привести к образованию трещин. Опасность появления трещин возрастает с увеличением размеров заготовки. Поэтому заготовки диаметром больше 150 мм нагревают постепенно (методически), в два этапа. Скорость нагрева связана с размером заготовки. Чем больше сечение, тем большее время на нагрев. Форма заготовки также оказывает влияние на продолжительность нагрева. При равных объемах круглая заготовка нагревается быстрее квадратной, т.к. поверхность, воспринимающая тепло, больше. Влияние способа укладки заготовок: заготовки, уложенные плотно друг к другу, требуют в два раза большего времени нагрева, тесно уложенные квадратные заготовки нагреваются в четыре раза медленнее.

Основные типы нагревательных устройств

Устройства для нагрева заготовок перед ОМД, в зависимости от источника энергии, разделяют на пламенные нагревательные печи и электронагреватели. Первые чаще используют для нагрева крупных заготовок. В пламенных печах тепло образуется при сгорании жидкого (мазута) или газообразного топлива. Электронагревательные устройства применяют для нагрева мелких и средних заготовок. В электрических печах тепло образуется при прохождении тока через металлические сопротивления, вмонтированные в стенках камеры. Они используются для нагрева цветных сплавов.

По принципу действия пламенные печи различают камерные и методические.

Электрические устройства. Индукционный нагрев основан на возникновении в заготовке, помещенной в переменное электромагнитное поле, вихревых токов. С ростом частоты тока толщина поверхностного слоя, который нагревается, уменьшается.

Электроконтактный нагрев основан на выделении тепла при прохождении тока через заготовку (по закону ДжоуляЛенца), применяют при нагревании стальных заготовок диаметром до 75 мм. Напряжение  5…15 В, сила тока  до 5000 А. Концы заготовок, зажатые между медными токоподводящими контактами, нагреваются на 200…300 С меньше средней части. Поэтому метод рационально использовать для нагрева стальных заготовок постоянного сечения и значительной длины.

Скорость электронагрева в 8…10 раз выше, а образование окалины в 4…5 раз меньше, чем при нагреве в пламенных печах.