Г.А. Околович - Учебное пособие - Нагрев и нагревательные устройства (Г.А. Околович - Нагрев и нагревательные устройства), страница 10

Кроме того,температурные перепады по сечению заготовки не желательны, таккак приводят к неравномерным деформациям при штамповке. Чембольше критерий Bi, тем более жестким должен бытьтемпературный режим нагрева (охлаждения).Время нагрева тонких заготовок определяется по формуле:t = (G*С)/(α*F)*ln*(tп - tн)/(tп - tк);(4.9)где G - масса заготовки;C - теплоемкость заготовки;F- тепловоспринимающая поверхность;tп - температура печи;tн, tк - температура начала и конца нагрева.63В общем случае заготовки из малоуглеродистых ималолегированных сталей, диаметром до 100 мм, можно считать теплотехнически тонкими и нагревать их в печи как можно быстро, слюбой допустимой скоростью нагрева.Рассматриваемые формулы для определения времени нагреваотносятся к одноступенчатому нагреву.

Время для определениярежима методического нагрева определяется раздельно вметодической и сварочной зоне.τ = τ 1 + τ2 ,(4.10)где τ1 и τ2 - соответственно время нагрева в методической исварочной зоне.Если Bi > 0,5, то изделия относятся к массивным, а скоростьнагрева ограничивается перепадом температур поверхности исердцевины. Время нагрева изделий определяется решениемуравнений:О1 = (tп - tкпов)/(tп - tн) = F1 (Fo, Bi),О2 = (tп - tксердц.)/(tп - tн) =F2 (Fo, Bi),где Fo = (aτ)/S2 - критерий Фурье;a = λ/cγ-коэффициент температуропроводности.(4.11)(4.12)Исходя из критерия Фурье, время нагрева поверхностизаготовки до заданного размера определяется по формуле:τ = (Fo*S2)/a;(4.13)Относительная температура О известна по монограмме, определяющей критерий Фурье для поверхности (рисунок 35а).Допустимый предел температур должен быть не более 1000С.Для определения действительного перепада поступают следующимобразом: зная критерий Bi и критерий Фурье по второй номограммеопределяют О2 для сердцевины (рисунок 35б).После этого решается второе уравнение относительно tксердц.Если по определенному значению tк, перепад температуры более1000C, то необходимо произвести выдержку металла приопределенной температуре.На рисунке 36 представлены некоторые режимы нагрева иохлаждения заготовок, которые имеют место в практике обработкиметаллов давлением.

Принимается, что температурное полезаготовки в начальный момент равномерное (t = t0).64а)б)Рисунок 35 - График расчёта нагрева или охлаждения: а) - ось цилиндра, б) - средней плоскости пластины1 Нагрев и охлаждение в среде с постоянной температуройtc (tc > t0 - нагрев, tc0< t00 - охлаждение). Такой режим применяетсядля теплотехнически тонких заготовок (мелких по сечению или длязаготовок, материал которых имеет высокую теплопроводность).Здесь используется полная мощность печи и не ограничиваетсяскорость нагрева.2 Двухступенчатый режим нагрева.

Первая ступень нагревапредназначена для уменьшения температурной разности по сечению65в зоне температур холодного и подстуженного слитка. Такой режимприменяется для средних и крупных слитков, причем, чем большемасса слитка, тем меньше температура садки (tс1).3 Нагрев в среде с экспоненциально изменяющейся температурой. Такой режим по сравнению с режимом 2 обеспечивает болеевысокую скорость нагрева.4 Нагрев в среде с линейно понижающейся температурой.Такой режим применяется для горячих и подстуженных слитков, атакже для теплотехнически тонких заготовок для уменьшениявремени нагрева.Пример расчета: Определить время двустороннего нагревазаготовки толщиной 200 мм до 8500С в средней плоскости припостоянной температуре печи 9000С.

Теплофизические данные: γ =7850кг/м2; коэффициент теплопроводности λ=40,6Вт/м0С; удельнаятепло-емкость с=709Дж/(кг0С). Начальная температура загрузкиtм=200С. Средний коэффициент теплоотдачи a=180 Вт/м2 0С.Находим число Био:Вi;=αR/λ=180*0,1/ 40,6=0,446,затем относительную температуру средней плоскости плиты вмомент окончания нагрева:Qц=tc-t/tc-tц=900-850/900-20=0,0568.На графике (рисунок 35,б) по найденной ординате Qц и числуБио находим абсциссу Fo=9. Определяем коэффициенттемпературопроводности плиты:а=λ/с*γ=40,6/709*7850=0,0728*10-4м2/с,а затем время нагрева плиты из формулы критерия Фурье:τ= F0*R2/a=9*0,12/0,0728*10-4=12320 c ≈ 3 часа 25 минут.66Рисунок 36 - Режимы нагрева заготовок:-нагрев-охлаждениеГЛАВА 5.

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОКОВОККачество поковок и изготовляемых изделий зависит оттермической обработки. По назначению термическую обработкупоковок подразделяют на предварительную и окончательную. Цельпредварительной обработки - предотвращение дефектов (флокенов,трещин) и смягчение металла до уровня, допускающего обработкурезанием.На рисунке 37 показаны температурные интервалы различныхвидов ПТО.При окончательной термической обработке создаетсяструктура, обеспечивающая требуемые свойства готовой детали.671- гомогенизация, 2-низко-температурный (рекристализационный)отжиг; 3-отпуск для снятия напряжения; 4-полный отжиг; 5,6нормализация; 7- сфероидезация; 8-неполный отжигРисунок 37 - Температурные интервалы ПТО5.1 Охлаждение стальных поковокОхлаждение поковок после горячей деформации влияет на качество металла.

При быстром охлаждении могут возникнуть "холодные" трещины.Тот или иной способ охлаждения следует применять в зависимости от химического состава металла и его свойств. В практикенашли применение следующие способы охлаждения: на воздухе, вящиках (термостатах), в колодцах, вместе с печью икомбинированный.Охлаждение слитков и заготовок начинается сразу послевыдачи их из печи и продолжается как при транспортировании их кштамповочному агрегату, так и в процессе ковки, штамповки ипрокатки. Процесс охлаждения заканчивается после обработки68давлением, когда температура постепенно снижается дотемпературы окружающего пространства.Охлаждение цилиндрических заготовок из углеродистых сталейпри транспортировании их от печи к молоту или прессу можнорассчитать по данным графика (рисунок 38). Здесь tохл - средняятемпература по массе заготовки в конце охлаждения, 0C; R и l радиус и длина заготовки; Fo =ατ/R2 - критерий Фурье, где а –температуропроводность; τ - время транспортирования.Рисунок 38 - Зависимость относительной температуры tохл/tн отпроизведения критерия Фурье F0=αt/R2 на относительную толщинузаготовки R/lОхлаждение металла под бойками молота или прессапроисходитбыстрее,чемнавоздухе(рисунок39).Продолжительность охлаждения от начала до конца ковкиобуславливает возможную продолжительность процесса обработкидавлением.

Объем кузнечных работ, выполняемых за один нагрев,можно увеличить путем теплоизоляции частей заготовки,отковываемых в последнюю очередь, а также уже откованных частейпоковки. Теплоизоляции выполняют покрытием кожухами излистовой стали с асбестом.Качество поковок и изготавливаемых из них изделий в значительной степени зависит от термической обработки, которая состоитиз двух стадий - предварительной и окончательной.69Рисунок 39 - Изменение температуры поверхности заготовки приковке в зависимости от массы заготовокТермическая обработка поковок имеет ряд особенностей.

Однаиз них - возникновение значительного перепада температур посечению поковки (особенно у крупных), что приводит кнеоднородности протекания фазовых превращений, а следовательно,к получению различных структур (от мартенситной на поверхностидо перлитной в центре заготовки). Кроме того, перепад температурпо сечению поковки и, как следствие, неодновременностьструктурных превращений приводит к возникновению внутреннихнапряжений, отрицательно сказывающихся на свойствах поковки.Охлаждение поковок, вызывающее фазовое превращение припониженных температурах (ниже 400-3000C), обуславливает Появление высоких растягивающих напряжений в поверхностной зоне,что может привести к образованию трещин. Для предотвращения ихобразования крупные поковки после охлаждения с температурыаустенизации необходимо помещать в печь с температурой 3004000C.

Если отпуску подвергается поковка с структурой перлита, торелаксация напряжений происходит в основном при повышенныхтемпературах нагрева (500-5500С). Учитывать напряженноесостояние поковок из различных сталей необходимо для правильнойразработки оптимального режима термической обработки. Практикаизготовления крупных поковок показывает, что при термической70обработке необходимо добиваться минимальных остаточныхнапряжений, применяя для этого отпуск при высоких температурах иминимальную скорость охлаждения, особенно в области температурупругопластического состояния металла (700-450 0C).5.2 Противофлокенная обработкаВ сталях всегда присутствует водород, ухудшающий ихкачествоивызывающийприопределенныхусловияхраспространенный дефект - флокены.

Поэтому второй особенностьютермическойобработкибольшинствапоковокявляетсянеобходимость противофлокенной обработки.Флокены представляют собой тонкие трещины округлой иовальной формы, возникающие под действием дополнительныхвнутреннихнапряжений(структурных,термическихимеханических). Наиболее склонны к флокенообразованиюподшипниковые, конструкционные (особенно хромоникелевые,хромомарганцевые), а также инструментальные стали и режеуглеродистые стали. Флокены не образуются в стали, непретерпевающей фазового γ=α превращения, т.е.

в сталяхаустенитного и ферритного классов. Ледебуритные стали(быстрорежущие, хромистые высокоуглеродистые типа Х12М),также к флокенам не склонны.Установлено, что возникновение флокенов вызывается растягивающими напряжениями, возникающими в микрообъемахметалла под действием двух факторов. Определяющим являетсядавление водорода, выделяющегося при понижении растворимостииз твердого раствора и ассоциирующегося в молекулы,накапливающиеся в дефектах кристаллической решетки скоплениях вакансий, дислокаций, по граница зерен, где процессыдиффузии происходят быстрее.

Перестройка кристаллическойрешетки γ→α, особенно по мартенситному механизму,сопровождается увеличением удельного объема, вызываетдополнительные растягивающие напряжения. Если суммарныерастягивающие напряжения, превышают временное сопротивлениестали, то в ней возникают флокены.Поэтому возможность образования флокенов в значительнойстепени определяется структурным состоянием, степеньюдефектности структуры, плотностью материала, т.е.