8-1 (Лекции)

НАГРЕВ МЕТАЛЛА В ПЛАМЕННЫХ ПЕЧАХФизические свойства нагреваемого металлаI. ТеплопроводностьКоэффициент теплопроводностиλ[Вт/(м⋅К)]Для стали сильно изменяется в зависимости от химического состава итемпературы заготовкиС повышением содержания углерода λ уменьшаетсяλ0=69,8-10,1C-16,75Mn-33,7SiЛегирующие элементы понижают теплопроводность стали тем больше, чемсложнее сталь по составу.Теплопроводность стали зависит отструктуры, от ее составляющих:ФерритППерлитЦементитλ=77;λ 52λ=52;λ=8Зависимость изменения коэффициентатеплопроводности стали от температуры:1 - низкоуглеродастая сталь;2 – высокоуглеродистая;3 – низколегированная;4 - хромоникелевая (аустенитная)Теплопроводность цветных металлов и сплавов.сплавовМедь λ0=370; λ(t=6000С)=340Легирующие элементы резко снижают λ.λЛ62 (латунь, Cu=62%, остальное Zn) λ0=70.Бронзы алюминиевые λ0=35У титановых сплавовλ0=7…16С повышением температуры λ цветных металлов и сплавов обычноповышаетсяНапример у алюминияλ0=190; λ(t=6000С)=400.2.

Теплоемкость.Теплоемкость стали с мало зависит от ее химсостава и сильно оттемпературы, особенно в области структурных превращенийДля углеродистых сталей (С - содержание углерода).С=0,1%с(t=0)=0.46кДж/(кг⋅К)с(t=12000С)=0.7С=1С1,5%5%с(t=0)=0с(t0) 0.4545Медьс(t=0)=0.39.Алюминий с(t=0)=0.92Температурный интервал ковки и штамповка.Различают интервалы ковки :оптимальный (допустимый)технологически необходимый (используемый).Границамирцоптимального интерваларявляются температурар ур начала ковки итемпература конца ковки.Температура обработки давлением сталиТемпературныйТй интервалковки и штамповкиуглеродистых сталейВерхняя граница t начала ковки - ниже tпережога, расположена ниже линиййсолидуса примерно на 100°.При температурах ниже t пережога, ноПблизких к ней возникает перегрев металла.Происходит непрерывный рост зерен засчёт собирательной рекристаллизации,которая зависит только от температуры.Чем выше t, тем крупнее зерно.У большинства сталей при ковке и штамповке крупное зерно измельчается ипоэтомуу t начала ковки может находиться в зоне перегрева.р рУ некоторых сталей, склонных к перегреву, крупнозернистое строение отперегрева остается и после ковкиковки.Для них t начала ковки должна быть ниже температуры, выше которой идетинтенсивный рост зерен за счёт собирательной рекристаллизации.Для углеродистых сталей верхняя границаинтервала ковочных температурнаходится на 150…200° ниже линиисолидуса при этом структура чистосолидуса,аустенитнаяУ высокоуглеродистых сталей верхний предел t ковки 1100…1500°C, приэтом структура двухфазная.Вторичный цемента образует хрупкую сетку по границам зерензерен, что снижаетпластичность.

При ковки необходимо вначале раздробить цементит наотдельные зерна, поэтому ковку проводят вначале с небольшим обжатием.Ковку ведут при t, которая обеспечивает рекристаллизацию металла придеформировании.ф р рНо завершениерпроцессаррекристаллизациир рзависят нетолько от t, но и от скорости деформации, т.к. рекристаллизация протекает вовремени.Поэтому некоторые низкопластичные сплавы хорошо куются на прессах, апри ковке на молотах разрушаются (рекристаллизация не успевает).Диаграмма состояния помогает выбрать нижний предел интервала ковочныхтемператур.Ковка ниже, линии P-S приводит к наклепу.Поэтому нижний предел для всех углеродистых сталей соответствует ~800°С.Прир большой массе поковки,, поковка будетуд остывать медленноди прир высокойтемпературе конца ковки размельченное деформацией зерно может сновавырасти.Низкоуглеродистые стали (С<0,3%) можно ковать при двухфазной структуреаустенит+феррит (А+Ф) ввиду относительно высокой пластичности.Некоторыйр наклеп можно снять последующейутермообработкойррпоковки.Для высокоуглеродистой стали.

(С≥1%) весь интервал ковка находится вдвухфазной зоне (А+Ц)(А+Ц). Ковка дробит сетку цементитацементита, и улучшаетструктуру стали.Максимальный интервал ковочных температур для низкоуглеродистой сталидостигает 600°С, для эвтектоидной – 400…450°С, а для заэвтектоидной –200…300°С.Д высоколегированнойДляй стали этот интервал еще меньше.Для жаропрочной стали, 50…100°С.Если за время ковки t снизилась до меньше допустимо, а процесс ковкине окончен, то требуется вторичный нагрев.При штамповке, если хотят снизить усилие деформирования и нагрузкуна штампы, температуру окончания обработки устанавливают ближе кверхнему пределу, а структуру стали исправляют последующеййтермообработкой поковки.Если же рост зерна при нагреве под штамповку и после деформированиянежелателен, то штампуют при температуре ближе к нижнему пределу.Температурный интервал ковки и штамповки устанавливается путемкомплекса лабораторных испытаний с последующей проверкой впроизводственных условиях.Обработка стали и сплавов давлением должна производиться воднофазном состоянии, при котором кристаллиты имеют одинаковыесвойства.свойстваСтроятся диаграммы состояния систем сплавов и по диаграммеподбирают такой интервал ковки, чтобы он весь укладывался в пределыодного фазовогофсостояния металла.В настоящее время разработаны таблицы для всех основных сталей исплавовМаксимальнаяа с ал а t нагреваа ре аперед ковкойСт 45Ст.45Температура обработкиТб бдавлением цветныхсплавов1250Минимальная температурав конце ковкислитокзаготовка780750НачалоОкончаниеАМц470-420350АМг2В 96470-420430-400350350Для магниевых сплавов MAI, MA.5 и др.

режимы ковки и штамповкизависят также от того на молоте или прессе идет процесс обработки и лежит впределахр д(400-430)...(300-320),() (), интервал,р , примернорр 100°.Медные сплавыЛ62 (латунь) интервал обработки 800-600800 600при t> 800 резкий рост зерна,при t = 500...600 - зона хрупкостиБраЖ 9-4 (Си-Аl-Fе) интервал работы 800...700.Приt =200...700=200 700- зона хрупкостиδ= 10…15%- резкий рост зернадолжно быть δ > 15%Скорость нагреваСкорость нагрева - это изменение температуры металла по сечениюзаготовки в единицу времени.Передача тепла теплопроводностью при неустановившемся процессе восновном определяется коэффициентом температуропроводности, которыйвходит в уравнение Фурье:⎛ ∂ 2t ∂ 2t ∂ 2t ⎞∂t=α ⎜ 2 + 2 + 2 ⎟∂τ⎝ ∂x ∂y ∂z ⎠где⎤ ⎡ м2 ⎤λ ⎡Вт /( м ⋅ К )α==⎢=⎢ ⎥3⎥c ρ ⎣ Дж /(кг ⋅ К ) ⋅ кг / м ⎦ ⎣ с ⎦Углеродистая стальα= 0,04…0,06 м2/часХромистая стальα = 00,02;02;Никелевая стальα = 0,008;Медьα = 0,353;ББронцаα = 0,04…0,08;0 04 0 08Титановыеα = 0,01…0,02Коэффициент α может резко меняться с температурой, особенно вобласти структурных превращенийДля стали 45Дприрприt =20 °Сt =900 °Сα=0,06,α=0,02Технически возможная и допускаемая скорости нагреваТехнически возможная скорость нагрева зависит от:от конструкции и температуры печи,от размеров и количества заготовок в печи,от их физических свойств и т.д.Чем меньше температуропроводностьр ур ри больше сечение заготовки, чем большезаготовок в печи, тем меньше технически возможная скорость нагрева.Технически возможная скорость нагрева в основном зависит оттемпературного напоранапора, т.е.т е от разницы между температурой печи итемпературой заготовки.р слишком высокой технически возможной скоростирнагрева,р , вследствиедПрибольшого температурного градиента по сечению заготовки в ней могутобразовываться трещины из-за термических и структурных напряжений.Понятия теплотехнически "тонкого" и "толстого" (массивного) тела.Если при нагреве заготовки разность температур по ее сечению будетнебольшая,бто это тонкое тело.

ЕЕсли разница температур большая,бто этомассивное тело.Соотношение между количеством теплатепла, полученным поверхностью иколичеством тепла, отведенным внутрь заготовки характеризуется критериемБио:α л+к sвнутреннее тепловое сопротивлениеs/λВi ===внешнее тепловое сопротивление1/ α л + кλДопускаемая скорость нагрева тонких тел лимитируется условиями внешнеготеплообмена,ба допускаемая скорость нагрева массивных тел лимитируетсявнутренним теплообменом.Режимы и время нагреваХарактер изменения температуры металла в процессе его нагрева называетсярежимом нагрева.Режим нагрева зависит от:- химсостава,- массы и типа заготовок (деформированные или литые),- расположения их в печи,- от температуры заготовок перед нагревом,- от конструкции печи и температуры печных газов за время нагрева.Одноступенчатый нагревРекомендуется для нагрева листов, стальных заготовок (до 200мм) и заготовок из цветных сплавов.Время нагрева зависит от диаметра и от группы стали:I группа.

Углеродистые и низколегированные стала.II группа.группа Среднеуглеродистые и легированныелегированные.III группа. Высокоуглеродистые, и высоколегированные.При неодиночномрасположениизаготовок времянагреваувеличивается навеличинукоэффициентарасположения КраспОдноступенчатый двухпериодный нагревРекомендуется для I группы заготовок сечениемболее 200 мм и небольших холодных слитков Iгруппы диаметром 200…350 мм.Одноступенчатый двухпериодный нагрев сограничением температуры печи при посадкеРекомендуются для заготовок I группыбольших размеров и горячих слитковмассой до 25 т.Двухступенчатый нагревПрименяют для нагрева стальных заготовок диаметромболее 200 мм II и III групп,групп для холодных слитковдо 15 т и для горячих слитков массой более 25 т.Трехступенчатый нагревПрименяется для нагревахолодных слитков.Крупные слитка и слитки сособыми физическими ихимическими свойствамигреются по специальнымграфикам.Классификация конструкций пламенных печей и областьих применениярВсе печи подразделяют на три класса:- с постоянной температурой рабочего пространства (по времени);- с переменнойй температуройй рабочегобпространства- проходные печи.Внутри каждого класса печи классифицируют по конструктивным признакам.Печи с постоянной температурой рабочего пространстваГорныОткрытыегорныЗакрытыегорнырКамерные печи с открытыми окнамиПечи классифицируются по конструктивным признакамОчковаявращающаяся печьЩелевая переносная печьЩелевая стационарнаяЩцрпечьПроизводительность и качествонагрева во многом зависят оторганизациирзагрузкируи рразгрузкирупечи.Рассмотрим 4 варианта организацииработы печи при нагревеодновременно 30 заготовок, времянагрева заготовки 30 мин,мин времяштамповка 1 мин.Камерные печи с закрывающимися окнамиТиповаякамерная печьдля нагревамалогабаритныбх заготовокКамерныерпечи широкорприменяют для нагревакрупных заготовокДвухкамерные печиДвухкамерная печь спеременным режимом работыДвухкамерная печь скомбинированнымрекуператором.