Лекция 5 (1005567), страница 2
Текст из файла (страница 2)
На микрошлифах виден в виде темных полос,являющихся сечениями графитовых лепестков.Перлит – эвтектоид (механическая смесь) мелких пластинокцементита в ферритной основе. Чем грубее и крупнее выделенияцементита, тем хуже механические свойства перлита. Содержаниеуглерода – 0.8%. Стали с содержанием С<0.8% - доэвтектоидные,>0.8% - заэвтектоидные, ≈0.8% - эвтектоидные.Термомеханический режим ковки и штамповкиНижнюю границу интервала ковки определить несколько сложнее.Ковку по возможности следует заканчивать в области однофазнойструктуры аустенита. При ковке среднеуглеродистых сталей областьковочных температур совпадает с однофазной аустенитной областью(аустенит пластичен).
При t>727С0 наклеп (для сплавов с однофазнойструктурой, где нет фазовых превращений).IV-IV – допустимая температура окончания ковки для эвтектоидных(среднеуглеродистых сталей).При высокой температуре конца ковки есть возможность получениякрупного зерна.Для низкоуглеродистых (до 0.3%С) сталей область ковочныхтемператур может распространяться и на двухфазную область, гдесвободной структурной фазой является феррит, поскольку ферритпрактически также пластичен, как и аустенит.IV-V – допустимая температура окончания ковки для доэвтектоидныхсталей.Термомеханический режим ковки и штамповкиДля заэвтектоидных сталей с температура окончания ковки такженаходится в двухфазной области, где свободной фазой являетсявторичный цементит.Но в этом случае ковка оказывает только благоприятное влияние наструктуру стали, дробя сетку цементита.Для сталей с большим содержанием углерода рекомендации овозможно более низкой температуре окончания ковки оказываютсянеприемлимыми в связи с возможностью графитизации(образования свободного графита).
Такой брак называется «черныйизлом».IV-VII – допустимая температура окончания ковки длязаэвтектоидных сталей с большим содержанием углерода.Термомеханический режим ковки и штамповкиВ каждом частном случае для выбора интервала ковки напредприятии проводят комплекс испытаний.Из слитка в трех взимноперпендикулярных направлениях (осевом,тангенциальном и радиальном) вырезают образцы длямеханических испытаний из различных зон слитка (столбчатой,равноосной и осевой).Механические испытания проводят на растяжение, кручение иударный изгиб для построения зависимостей показателейпластичности, прочности и ударной вязкости от температуры.По ним находят область температур наиболее высокойпластичности и наиболее низкого сопротивления деформации.Склонность металла к рекристаллизации, и в частности кобразованию крупного зерна выявляют путем построения диаграммрекристаллизации.Различают три вида диаграмм рекристаллизации.Термомеханический режим ковки и штамповкиДиаграммы рекристаллизации I рода строят в координатах F( или D) eф – T при температуре отжига.
Здесь F – средняя или максимальнаяплощадь зерен, D – диаметр зерна. ДРI рода используются главнымобразом в листовой штамповке.ДРII рода строят в тех же координатах, но при температурахдеформации. Цель построения таких диаграмм – определить условиядля получения требуемого размера зерна в поковке или детали.Недостаток диаграмм I и II рода – усредненность показателейразмера зерна.
Применяются также диаграммы рекристаллизации IIIрода, на которых дополнительно с помощью условных обозначенийуказывают характеристики микроструктуры в процессерекристаллизации. Геометрическая форма знака отражает формумикроструктуры, видимой под микроскопом. По таким диаграммамможно не только определить критические степени деформации, прикоторых начинается катастрофический рост зерен (как подиаграммам II рода), но и этапы рекристаллизации (первичная,собирательная, вторичная). Особенно важно построение диаграммрекристаллизации III рода для высоколегированных сталей исплавов, у которых служебные свойства сильно зависят от структуры.Термомеханический режим ковки и штамповкиДиаграмма рекристаллизации II рода малоуглеродистой сталиFср, мкм 2t, C1200200001100160001000120009008000800400070001020304050ε, %Термомеханический режим ковки и штамповкиПервый максимум роста зерен происходит для большинства сталейи сплавов обычно в зоне критических степеней деформации,составляющих 5-15%.Это объясняется тем, что при больших деформациях образуетсябольшое количество центров кристаллизации, расположенныхравномерно, поэтому образуются мелкие однородные зерна, безконтраста в размерах.Критическая степень деформации создает неоднородностьраспределения центров кристаллизации и, следовательно, условиядля интенсивного роста зерна.Для малоуглеродистой стали зона критических степенейдеформации лежит в пределах 8-15%, а критическая температура впределах 750-850°С.Характерной особенностью малоуглеродистых сталей является то,что температуре конца горячей обработки (900-950°С) зерна имеютмалые размеры независимо от степени деформации.Термомеханический режим ковки и штамповкиВ большинстве случаев желательно получить мелкозернистуюструктуру поковки, обладающую лучшими механическими свойствами.Поэтому следует создавать такие термомеханические условия ковки иштамповки, которые исключают образование крупных зерен.
Т.е.избегать критических степеней деформации и завышеннойтемпературы конца обработки.При ковке трудно избежать критических степеней деформации,особенно в последних переходах, где для обеспечения точностиназначают малые степени деформации.Избежать роста зерна в этом случае можно повысив нижний пределинтервала ковочных температур выше критической.В сплавах с фазовыми превращениями, аналогичными превращениямв стали, крупнозернистая структура в дальнейшем может бытьизмельчена термической обработкой (нормализация).В металлах и сплавах без фазовых превращений (хромоникеливыекорозионностойкие стали типа 12Х18Н10Т) мелкие зерна могут бытьполучены только правильно подобранным термомеханическимрежимом обработки давлением.Термомеханический режим ковки и штамповкиТемпературный режим нагреваНагрев должен обеспечить:1. Требуемую температуру слитка.2. Равномерное распределение температуры по поверхности и посечению.3.
Минимальное окисление и обезуглероживание поверхности.4. Целостность материала (отсутствие макро и микротрещин,вызванных термическими напряжениями).Термомеханический режим ковки и штамповкиОкалинообразование и обезуглероживание при нагревев пламенных печахОкисление – процесс химического взаимодействия кислорода сжелезом и легирующими элементами.В результате окисления происходит образование окалины – окисловжелеза.Образование окалины уменьшает массу обрабатываемого металла.Окалина портит штампы и режущий инструмент, поэтому должнабыть удалена с поверхности поковок.Поэтому процесс окалинообразования иногда называют угаром.Массу окалины определяют либо по эмпирическим формулам, либона основе практических данных.Ориентировочно угар при нагреве холодных слитков - 2-3%.Угар, образующийся при подогреве слитков- 1,5%.Термомеханический режим ковки и штамповкиНа величину угара влияют следующие факторы:1.
Состав газовой атмосферы:Наличие серы и паров воды в атмосфере печи значительно (до 2 раз)увеличивают окалинообразование. Нейтральный газ N2 иливосстановительных газов CO, H2, CH4 снижается скорость окисления.2. Химический состав нагреваемого металла:Наличие Cr, Al, Si, Mo и др. элементов приводит к образованиюплотной пленки на поверхности, предохраняющей сталь от окисления.С увеличением содержания углерода скорость окисленияпонижается.3. Температура и продолжительность нагрева:Для стали при температурах ниже 650°С окисления практически непроисходит.
С повышением температуры угар резко возрастает.Увеличение времени нагрева увеличивает количество окалины.Если интенсивность образования окалины при 900°С принять за 1, топри нагреве до 1100°С она увеличивается в 3 раза, а при нагреве до1300°С - в 7 раз.Увеличение времени нагрева увеличивает количество окалины.Термомеханический режим ковки и штамповки4. Соотношение между площадью поверхности и массой материала.Чем больше относительная величина поверхности, тем большеугар.Обезуглероживание – процесс химического взаимодействия газовпечной атмосферы с углеродом стали.Процесс обезуглероживания начинается при температурах выше700°С и замедляется после появления на поверхности окалины.При температурах до 1000 °С более интенсивно происходитобезуглероживание, а при температурах выше 1000 °С окалинообразование.Обезуглероживание приводит к снижению твердости поверхностныхслоев, ухудшая механические свойства готового изделия.Термомеханический режим ковки и штамповкиСпособы борьбы с окислением и обезуглероживанием:1.
Увеличение скорости нагрева2. Применение нагрева в специальных контролируемых атмосферах,нагревом в продуктах неполного горения газообразного топлива (т.н.печи малоокислительного нагрева).3. Нагрев в расплавленных солях (обычно BaCl2 и NaCl2).4. Нагрев в расплавленном стекле или с применением защитныхобмазок (часто также на основе стекла). Обмазки при этом играютположительную роль в качестве смазки штампов.Термомеханический режим ковки и штамповкиТермические напряжения при нагреве и охлаждении металлаПри нагреве температура внутренних частей слитка всегда меньше,чем температура наружных, а при охлаждении наоборот.Температурный градиент - разность между температуройповерхностных и внутренних слоевПри нагреве металл расширяется и более холодные внутренние слоиудерживают более горячие внешние слои от растяжения, поэтому вовнешних слоях появляются сжимающие тангенциальные напряжения,а во внутренних растягивающие (рисунок).При превышении тангенциальными напряжениями предела прочностивозможно появление микротрещин во внутренних слоях при нагреве иво внешних при охлаждении.Походы к расчету температурных напряжений могут бытьприближенными – на основе задачи Ламе и более и точными –решение нестационарной задачи теплопроводности численнымиметодами конечных элементов и конечных разностей.Термомеханический режим ковки и штамповкиσρНагревОхлаждениеt нар > t внt нар < t внσθt внt нарσσρθt внt нарσρσθσθσρТермомеханический режим ковки и штамповкиРазличают технически возможную и допустимую скорости нагреваТемпературный напор - разность между температурой печи (Tп) итемпературой заготовки (T).Технически возможная скорость нагрева зависит от:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
