Тепловой режим
рекристаллизации и явление возврата. При нагреве наклепанный металл из неустойчивого состояния наклепа переходит в устойчивое равновесное состояние.
Это сопровождается трансформациями в свойствах и структуре металла.
В начальных стадиях нагрева отмечается уменьшение искажений и постепенное снятие напряжений в кристаллических решетках пачек. Данный процесс именуют возвратом металла.
При возврате имеет место частичное восстановление механических и физико-химических особенностей металла.
При предстоящем нагреве из обломков деформированных зерен появляются новые зерна, имеющие верную (неискаженную) кристаллическую решетку. Данный процесс образования новых зерен именуют рекристаллизацией, а температуру, при которой начинают появляться новые небольшие зерна, — температурой рекристаллизации.
Акад. А. А. Бочвар установил, что температура рекристаллизации чистых металлов образовывает примерно 0,4 от безотносительной температуры плавления (отсчитанной не от 0 °С, а от —273 °С):
Рис. 1. Диаграмма рекристаллизации стали, содержащей 0,3% С
Пользуясь данной формулой, возможно выяснить, что температура рекристаллизации железа приблизительно 450 °С, меди 280 °С, алюминия 100 °С, цинка —0°, свинца —30 °С, олова — 80 °С и т. д.
Необходимо не забывать, что при температуре рекристаллизации лишь начинается уничтожение наклепа, и процесс рекристаллизации идет очень медлительно. Для повышения скорости процесса рекристаллизации нужна более высокая температура.
Приведенные значения температуры говорят о том, что низкоплавкие металлы (олово, цинк и свинец) не смогут иметь наклепа при комнатной температуре. В случае если создавать обработку давлением этих металлов при комнатной температуре, то наклеп скоро уничтожается без нагрева.
При предстоящем увеличении температуры размер зерен возрастает. Рост зерна зависит от температуры нагрева наклепанного металла и от степени его деформации.
На рис. 1 приведена диаграмма рекристаллизации мягкой стали. Эта диаграмма высказывает зависимость величины зерна от двух степени — температуры деформации и факторов нагрева, предшествовавшей нагреву, исходя из этого она выстроена в пространстве.
По оси X откладывается степень деформации в процентах, по оси У — температура нагрева в °С, а по оси Z — величина зерна.
Из диаграммы видно, что рост зерна зависит не только от температуры нагрева, но еще более от величины предшествовавшей деформации. По окончании громадных обжатий зерно растет незначительно; громаднейший же рост зерна отмечается по окончании маленькой деформации (10%).
Деформация, по окончании которой при нагреве отмечается громаднейший рост зерен, именуется критической деформацией.
Крупнозернистое строение приводит к ухудшению механических особенностей металлов, исходя из этого при обработке давлением в холодном состоянии необходимо использовать деформации больше критических, дабы при последующем отжиге взять мелкозернистую структуру.
Иначе, на практике время от времени требуется получение крупнозернистого металла (к примеру, трансформаторной стали). В этих обстоятельствах металл подвергают критическому обжатию, а после этого отжигу.
нагревательные устройства и Нагрев. На рис. 2 приведены кривые трансформации механических особенностей отожженной стали в зависимости от температуры нагрева.
Эти кривые говорят о том, что при нагреве до 300° прочность возрастает, а пластичность значительно уменьшается; при предстоящем нагреве, напротив, прочность быстро значительно уменьшается, а пластичность очень сильно возрастает. Следовательно, чем больше нагрета сталь, тем меньше энергии необходимо затрачивать на ее деформацию.
Исходя из этого нагрев стали для обработки давлением должен быть высоким.
Рис. 2. Кривые трансформации механических особенностей отожженной стали при нагревания
Рис. 3. Область нагрева углеродистой стали для обработки давлением
Но нельзя допускать пережога, что отмечается при нагреве, близком к линии солидуса.
На рис. 3 приведена схема, на которой продемонстрирована область рекомендуемого нагрева углеродистой стали для обработки давлением (заштрихованный участок).
Нагрев заготовок в печах основан на свойстве теплопроводности металлов: он начинается от поверхности и неспешно распространяется вовнутрь заготовки. Чрезмерно стремительный нагрев в печи (от поверхности) приводит к благодаря неравномерного теплового расширения внешних и внутренних частей заготовки, в особенности при переходе через критические точки, в которых изменяются объём и структура металла.
Дабы подсчитать время, нужное для нагрева заготовок, пользуются эмпирическими формулами, созданными советским ученым Н. Н. Доброхотовым.
Нагрев железных изделий для тёплой обработки давлением производится в горнах либо печах.
Кузнечные горны помогают для нагрева маленьких кусков металла и разделяются на стационарные и переносные; они используются для оборудования кустарных и ремонтных мастерских, и Небольших цехов фабрик.
Печи для нагрева заготовок делятся на пламенные и электрические.
Пламенные печи смогут нагреватьсятвердым, жидким либо газообразным горючим.
По характеру распределения температуры в рабочем пространстве печи разделяются на камерные и методические.
На рис. 4 приведена камерная пламенная печь с рекуператором. В рекуператоре воздушное пространство, нужный для горения, подогревается, проходя по каналам, омываемым снаружи тёплыми газами, отходящими из печи (схема перемещения воздуха продемонстрирована несложной стрелкой, схема перемещения продуктов горения — двойной стрелкой).
Все рабочее пространство камерной печи имеет приблизительно однообразную температуру. Такие печи используют для нагрева маленьких заготовок, каковые допускают высокие скорости нагрева.
Необходимо следить, дабы заготовки нагревались раскаленными продуктами полного сгорания, а не языками пламени, кбторые содержат избыток кислорода и оказывают окислительное воздействие на поверхности заготовок.
Камерные печи имеют довольно малые размеры: площадь пода, к примеру до 2,5 м2.
В методических печах нагрев заготовок осуществляется неспешно. Эти печи имеют удлиненное рабочее пространство, температура в разных частях его неодинакова.
Заготовки, поступающие в печь через окно 1 (рис. 133), неспешно передвигаются на протяжении рабочего пространства навстречу продуктам горения. В зону больших температур заготовки поступают уже достаточно подогретыми.
Выгрузка нагретых заготовок производится через окно 2. Передвижение заготовок по поду в современных печах осуществляется механическими толкателями.
Для подогрева воздуха методические печи оборудуются регенераторами (подобно мартеновским печам) либо рекуператорами.
Рис. 4. Камерная нефтяная печь с рекуператором: 1 — рекуператор; 2 — рабочее пространство; 3 — форсунка
Методические печи имеют меньший удельный расход горючего, чем камерные печи, и используются при массовом производстве.
Колодцевая печь (колодец) используется для нагрева слитков (6—18 шт. в один момент), поступающих на обжимные гидравлические прессы и прокатные станы. выгрузка и Загрузка слитков производится через отверстие в своде печи (свод находится на уровне рабочей площадки цеха), закрываемое отодвигающейся в сторону крышкой.
С увеличением температуры металл окисляется стремительнее. Заготовки в ходе обработки, и при охлаждении и нагреве, покрываются коркой окислов; толщина таковой корки (окалины) у больших заготовок из стали может достигнуть нескольких миллиметров за одну операцию.
Утраты металла от окисления именуют угаром. При многократном нагреве утраты стали от угара очень громадны (5% и более).
Нормально допускается не более 2—3 нагревов заготовок.
Рис. 5. Методическая печь
Безокислительный нагрев создают в электрических и муфельных печах, рабочее пространство которых заполняется защитным газом. При обработке с таким нагревом утраты от угара уменьшаются в 4—5 раз.
Электрический нагрев (индукционный и контактный) осуществляется не от поверхности, а по всей массе заготовки в один момент либо действием индукционных токов (индукционный нагрев), либо от сопротивления самой заготовки прохождению в ней тока (контактный нагрев). Исходя из этого электрический нагрев разрешает достигать нужных температур в 10—20 раз стремительнее, чем нагрев от поверхности.
Так как тёплая обработка производится при температурах, существенно превышающих температуру рекристаллизации, то наклеп, приобретаемый от механического действия, скоро уничтожается благодаря образования и рекристаллизации новых зерен. При обжатии зерна дробятся, после этого из обломков зерен растут новые , пока они не будут раздроблены новым обжатием и т. д. Это значит, что при тёплой обработке давлением в один момент происходят два процесса — рекристаллизация и измельчение зёрен.
В ходе тёплой обработки давлением уменьшаются либо уничтожаются пороки литого металла: в следствии механического действия металл уплотняется (к примеру, пустоты и газовые пузыри с неокисленными поверхностями завариваются); в следствии диффузии при большой температуре происходит частичное выравнивание состава металла. При верном температурном режиме проведения обработки получается мелкозернистая струк: тура, подобная структуре по окончании отжига.
Исходя из этого самые ответственные изделия в большинстве случаев изготовляют методом тёплой обработки давлением.
Но горячеобработанная сталь благодаря собственного волокнистого строения может иметь неодинаковые механические особенности в различных направлениях: на протяжении волокон они существенно выше, чем поперек волокон (как у дерева). Для частичного устранения этого недочёта при ковке заготовки переворачивают и последовательно подвергают проковке все части заготовки.
