3.2.Нагрев заготовок перед обработкой металлов давлением

3.2.1. Термический режим ковки и объемной штамповки [Семенов е.И. Справочник т.2, 1972, с.20]

Температурный интервал ковки является одним из основных термомеханических параметров, без знания которых невозможна разработка технологического процесса ковки. При повышенных температурах сталь и другие сплавы обладают достаточно высокой пластичностью и низким сопротивлением реформирования: с увеличением температуры диаграмма зависимости падает, а увеличивается. Однако у сталей при температурах до 300 °С и наблюдается некоторое падение пластичности, что объясняется фазовыми превращениями в них при этих температурах (рис. 3.6). Максимальной пластичностью обладают стали с аустенитной структурой. Сталь 15 имеет при 1200 ⁰С.

Рис. 3.6. Изменение временного сопротивления и относительного удлинения стали 15 в зависимости от температуры нагрева

Однако нагревать стали до очень высоких температур не рекомендуется, так как при этом возможен перегрев и пережог металла. Перегрев - явление быстрого роста зерен при высоких температурах, ведущее к ухудшению механических свойств металла. Он может быть исправлен термической обработкой. При пережоге кислород проникает внутрь заготовки и окисляет границы зерен. Металл становится хрупким и при ударе рассыпается. Пережог не исправим. С другой стороны, низкие температуры нагрева не дают достаточного уменьшения сопротивления деформированию и увеличения пластичности. Поэтому ковку и штамповку ведут в определенном температурном интервале. Под температурным интервалом ковки понимается разница между максимальной температурой нагрева металла в печи и температурой окончания ковки. Таким образом, температурный интервал ковки имеет верхний и нижний пределы.

Различают допустимый и рациональный (оптимальный) температурные интервалы ковки.

Допустимый температурный интервал ковки может быть определен двумя путями:1) по диаграмме пластичности; 2) по диаграмме состояния железо-углерод.

Определение температурного интервала горячей обработки металлов давлением сталей по диаграмме состояния Fe- C. Наиболее пластичной структурой для низкоуглеродистых и углеродистых сталей при температурах порядка 1100-1200 ^°С является структура аустенита (рис. 3.7). Поэтому по однородности структуры и повышенной пластичности температуру 1200 ^°С можно принять как верхний предел температурного интервала ковки для углеродистой стали.

Рис. 3.7 Стальной участок диаграммы состояния Fe-C c указанием температурного интервала деформации

У высокоуглеродистой стали при t=1100 ^°С структура двухфазная – аустенит +цементит, причем цементит образует хрупкую сетку по границам зерен. В целях повышения пластичности стали необходимо эту цементитную сетку раздробить с тем, чтобы цементит образовал отдельные зерна в металле поковки. При этом пластичность стали несколько повысится. Верхний предел температур ковки для высокоуглеродистой стали целесообразно принять в 1100 ⁰С, а ковку проводить с предосторожностями, учитывая, что структура двухфазная и пластичность понижена.

Диаграмма состояния Fe-C помогает также выбрать нижний предел температур ковки, который должен лежать выше температур фазовых превращений.

Низкоуглеродистые стали можно ковать и при структурах А+Ф ввиду их относительно высокой пластичности.

Высокоуглеродистые заэвтектоидные стали имеют нижний предел температур ковки при стуктуре А+Ц. Эта температура должна быть по возможности более высокой, чтобы не образовывалась цементитная сетка.

Из диаграммы состояния сплавов Fe – C можно вывести эмпирические формулы для определенной температуры ковки по формуле Т _ковки = λ·Т_пл или

Т _начала= (0,85 - 0,95)·Т_пл; Т _конца= 0,7·Т_пл.

Рациональный температурный интервал ковки устанавливают на основе допустимого интервала и опыта освоения технологического процесса изготовления конкретной поковки в конкретных условиях данного кузнечного производства (оборудования, печи, расстояния от печи до машины, инструменты и т.д.). Температура нагрева зависит также от способа дальнейшей обработки и свойств металла. Так, прокатку ведут при более высокой температуре, чем ковку и штамповку. Следующим параметром является скорость нагрева.

Скорость нагрева стали зависит от ее теплопроводности, теплоемкости, формы и размера поковок, температуры печи и расположения заготовок в печи. Наибольшую теплопроводность проявляют стали близкие по составу к железу, а меньшую – легированные стали. Быстрее нагреваются тонкие заготовки, медленнее - массивные.

Время нагрева заготовки в печи можно приблизительно определить по формуле Доброхотова Н.Н , ч., где Д, мм –Ø или сторона □, - коэффициент, который учитывает расположение заготовок в печи.

, ,

К - учитывает содержание углерода:

-для углеродистой стали до <850^о - К₁=5

850^о – 1200^о –К₂=5

Общее время нагрева до 1200 °С ,час.

- для высокоуглеродистой стали до 850 °С - К₁=13,3;

в интервале температур 850^о – 1200^о - К₂=6,7

, час.

-для углеродистой стали время нагрева время , час.;

-для высокоуглеродистых сталей , час.;

-для легированных сталей , час.

Таким образом общее время нагрева до 1200 °С , час.

Для медных сплавов:

Таким образом к термический режим ковки и объемной штамповки относятся: 10 температурный интервал ковки и штамповки, определяемый по диаграмме пластичности обрабатываемого материала (или по диаграмме состояния сплава), а также температурный интервал ковки (штамповки), рассчитываемый по формуле Доброхотова.