Окалинообразование и обезуглероживание при нагреве в пламенных печах.

Окалинообразование происходит по следующим реакциям:

Окалина состоит из трех слоев: наружный , средний , внутренний (рыхлый) .

С увеличением температуры и времени нагрева Окалинообразование увеличивается. При t<650°C окисление не происходит, при n≈900°C слой окалины мал, при t>900 до1100°С окисление возрастает в 3 раза, при t до 1300°С в 7раз.

Обезуглероживание может протекать по следующим реакциям:

; ;

; ;

Обезуглероживание увеличивается с повышением температуры. Обезуглероженный слой не поддается закалке. При нагреве обезуглероживание связано с окислением. При t>1100°C окисление интенсивнее, чем обезуглероживание, и после удаления окалины обезуглероженного слоя не оказывается.

Для уменьшения образования окалины применяют:

1.Увеличивают скорость нагрева, скоростной нагрев, электронагрев.

2.Защитный газовый слой в печи.

3.Нагрев в защитной атмосфере.( >16%; -карбонат лития)

4.Защитное покрытие заготовок (жидкое стекло).

Режим нагрева заготовок в пламенных печах.

При нагреве стальных заготовок под ковку и штамповку должны быть обеспечены:

-требуемая температура;

-равномерное распределение температуры по поверхности и по сечению;

-минимальное окисление и обезуглероживание поверхности;

-отсутствие микро- и макротрещин.

Различают технически возможную и допустимую скорость нагрева. Технически возможная скорость нагрева зависит в основном от разности температуры печи и конечной температуры нагрева заготовки. С такой скоростью можно нагревать катанные и кованные заготовки с диаметром или стороной квадрата до 200мм.

Нагрев заготовок с размером сечения более 200мм приходится вести не с технически возможной, а с технически допустимой скоростью, которая обусловлена термическими напряжениями и пластичностью нагреваемого металла. При быстром нагреве наружные слои нагреваются быстрее, чем внутренние. Во внутренних слоях возникают напряжения растяжения, что может привести к образованию внутренних трещин. С другой стороны, при медленном нагреве возрастает Окалинообразование. Поэтому производят поэтапный нагрев. Поскольку при низких температурах окисления не происходит, то производят медленный нагрев до температуры ≈800°С. Температура печи во время посадки заготовки для низкоуглеродистых и низколегированных сталей 1250°С; для среднеуглеродистых и низколегированных сталей 1150°С; для высокоуглеродистых, высоколегированных и жаропрочных сталей 700°С. После медленного нагрева температура в печи повышается и производится быстрый нагрев, в конце которого делается выдержка для выравнивания температуры по сечению. Выдержка может производиться и после медленного нагрева, тогда температура печи при посадке ≈800°С.

1-температура печи

2-температура поверхности заготовки

3-температура центра заготовки

Охлаждение и термообработка поковок.

Скорость охлаждения влияет на величину термических напряжений, которые в случае быстрого охлаждения могут вызвать наружные трещины. Кроме того, при переходе через критический интервал температур возникают структурные напряжения. В легированных сталях есть опасность поверхностной закалки, трудно устранимой даже отжигом.

Низкоуглеродистая и низколегированная стали при малых размерах поковок не требуют специальных условий охлаждения.

Чем более легирована сталь и чем больше размеры поковки, тем медленнее должно быть охлаждение.

Способы охлаждения поковок: на воздухе; в теплоизолирующих материалах (доменный шлак, минеральная вата, каменноугольная зола, песок и гравий); в термосах и неотапливаемых колодцах; в подогреваемых колодцах; в специальных печах.

При ковке и горячей штамповке производится промежуточная и последующая термообработка.

Промежуточный отжиг применяют когда крупные поковки изготавливают из слитков за несколько нагревов для размельчения зерна и во избежание образования флокенов. Отжиг снимает остаточные напряжения. Режим: охлаждение до 650°С, выдержка, нагрев до 850°С, выдержка, охлаждение до 700°С, нагрев под ковку.

Гомогенизационный отжиг при t=1200°C применяют для выравнивания структуры по всему сечению. При этом легирующие элементы диффундируют по всему сечению и распространяются более равномерно.

Полный отжиг производят путем нагрева поковок до температуры +30 ÷ 50°С(770÷800°С), затем дается выдержка и медленное охлаждение.

После ковки и штамповки производят также нормализацию, нормализацию с отпуском, улучшение (закалка с высоким отпуском), светлый отжиг и др. виды термообработки.

Поковки из алюминиевых сплавов подвергают закалке с последующим естественным (до 5суток) или искусственным старением. Поковки из магниевых сплавов подвергают отжигу, закалке или искусственному старению. Поковки из магниевых сплавов подвергают отжигу или гомогениизации.