Лекция 5 (1005567), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Температура печи.2. Материала заготовки.3. Размеров заготовки.4. Способа укладки заготовки в печь.Температура печи.Возможные значения температуры печи зависят от типа огнеупоракладки печи и обычно не превосходят 1450…1500 °С, причем вбольшинстве случаев tп=1300…1350°С.С ростом температуры печи растет не только температурный напор,но и температурный градиент.Термомеханический режим ковки и штамповкиМатериал заготовкиДифференциальное уравнение нестационарнойтемпературопроводностигде∂2∂2∂2∆= 2 + 2 + 2∂x∂y∂za=∂T= a ∆T∂t- оператор Лапласаλcρ- коэффициент температуропроводности [м2/с]λ– коэффициент теплопроводности [Вт/м °С]с– удельная теплоемкость [Дж/кг °С]ρ– плотность материала [кг/м3]Чем больше коэффициент температуропроводности (коэффициенттеплопроводности) тем быстрее теплота отводится от поверхности итем быстрее нагрев, соответственно скорость нагрева падает сувеличением теплоемкости и плотности материала.Термомеханический режим ковки и штамповкиФорма и размеры заготовки.Чем больше размеры заготовки, тем больше время нагрева, посколькуплощадь поверхности, приходящаяся на единицу объема, будетменьше.Чем короче заготовка, тем быстрее она греется, поскольку сказываетсявлияние прогрева с торцов.При l>3D длина заготовки практически не влияет на время нагрева.Способ укладки заготовки в печьВремя нагрева увеличивается с увеличением плотности расположениязаготовок на поду печи.Чем больше расстояние между нагреваемыми заготовками, темменьше время нагрева.На практике пользуются значениями коэффициента, учитывающеговлияние взаимного расположения заготовок.Термомеханический режим ковки и штамповкиРасчет режима нагрева заготовок в пламенных печах.Допустимая скорость нагрева – такая скорость нагрева, превышениекоторой приводит к появлению микро и макротрещин в нагреваемомматериале вследствие возникновения термических напряжений.Зависит от следующих факторов:1.

Температуропроводность металла – с повышениемтемпературопроводности допустимая скорость нагрева возрастает,т.к. снижается температурный градиент вследствие более быстрогоотвода теплоты от поверхности заготовки..2. Пластичность металла – более пластичный металл можно греть сбольшей скоростью, поскольку термические напряжения приводят кего пластической деформации не доходя до разрушения3. Размеры сечения – чем больше размер сечения, тем большетемпературный градиент и температурные напряжения.Термомеханический режим ковки и штамповки4.

Структура металла – связана с пластичностью. Литая структураменее пластична, чем деформированная, поэтому требуетбольшей осторожности при нагреве.5. Начальная температура слитка.Слитки по начальному состоянию делят на 4 группы:1. «Горячие» слитки и заготовки, поступающие на повторныенагревы(Tпов=700…800°С, Tц=900…1100°С, Tср>800°С).2. «Теплые» слитки и заготовки (Tпов=450…750°С, Tц=800…950°С,Tср=600…800°С).3. «Захоложенные» слитки (Tср=300…600°С).4. «Холодные» слитки (Tср<300°С)Термомеханический режим ковки и штамповкиПри нагреве холодных заготовок надо принимать во внимание двафактора, имеющих противоположное влияние на скорость нагрева.С одной стороны скорость нагрева ограничивается температурныминапряжениями, с другой стороны увеличение времени нагреваувеличивает угар и обезуглероживание материала.Для холодных слитков и заготовок с большими размерами сечений(>200 мм), а также для малопластичных высоколегированных сталейпри любых размерах сечений применяют ступенчатый нагрев внесколько этапов.Термомеханический режим ковки и штамповкиT, °C∆T1∆T2TпечиTц слTпов cлτ1τ2τ3τ,Термомеханический режим ковки и штамповки1 период – медленный нагрев с допустимой скоростью дотемпературы фазовых превращений, когда пластичность металлаеще мала и возможно появление температурных трещин.При температуре фазовых превращений происходит преобразованиекристаллических решеток железа.αFe (со структурой ОЦК) переходит в γFe (со структурой ГЦК).Наружные слои, которые быстрее нагреваются осуществляютфазовый переход раньше, чем внутренние.Решетка ГЦК более плотная и имеет меньший объем, поэтомунаружный слои растягиваются, что приводит к появлению трещин.Структурные напряжения более опасны для литого материала ивозрастают с увеличением массы слитка.Поэтому в 1 периоде иногда дают две дополнительные выдержки приначальной температуре в печи и температуре окончания периода.Термомеханический режим ковки и штамповки2 период – форсированный нагрев с технически возможной скоростьюдо момента нагрева поверхности слитка до верхнего пределаинтервала ковки.После температуры фазовых превращений опасаться термическихнапряжений уже не приходится, поскольку пластичность материалауже высока.3 период – выдержка при постоянной или пониженной температурепечи для выравнивания градиента температуры по сечению слитка.Термомеханический режим ковки и штамповкиРасчет продолжительности периодов1 период:τ1 =Kфs2a1 ∆T Д[TЦ1+ (1 − r )∆T Д − TМ 0 ]Kф – коэффициент формы,0.5 - для пластины, 0.25 - для цилиндра, 0.295 – для квадрата;s – половина толщины или радиус цилиндра, равномерно обогреваемых совсех сторон;a1 – температуропроводность при средней температуре металла в 1периоде;r – поправочный коэффициент, равный 0.5 для цилиндра и 0.33 дляпластины;Tц1 – температура центра слитка в конце 1 периода (500…550°С)Tм0 – начальная температура нагреваемого металла;Термомеханический режим ковки и штамповкиσД∆TД =∆T1 =mαE- допустимый температурныйградиент (перепад температур)между поверхностью и центромслиткаm – поправочный коэффициент(1.05 для пластины, квадрата; 1.9 дляцилиндра),a - коэффициент линейного расширения при температуре Tц1,Е – модуль упругости при температуре Tц1σД =σВ1,5..2– допустимые напряжения при температуре Tц1.Термомеханический режим ковки и штамповки2 период:∆T2 = (1.251.5)∆T Дτ2 =Kфs2a 2 ∆T2[TНК− TЦ 1 − r∆T2 + (1 − r )∆T Д ]- перепад температур в конце 2-го периодаТНК – температура начала ковки – температура поверхности слитка в концевторого периода.а2– значение температуропроводности при среднейтемпературе металла во втором периоде.Температуропроводность стали зависит от температуры.Ориентировочные значения для среднеуглеродистых сталей:20…100°С– 0.05 м2/ч850…900°С– 0.015 м2/ч1200…1250°С – 0.02 м2/чТермомеханический режим ковки и штамповки3 периодs 2  ∆T2τ 3 = ln b2b1  ∆TКb1, b2 – поправочные коэффициенты;b1 = 2.47 для пластин и 5.78 для цилиндров;b2 = 1.03 для пластин и 1.11 для цилиндров.DTК =25…70°С – конечная разность температур между поверхностью ицентром слитка.Термомеханический режим ковки и штамповкиОпределение графика температуры печиТемпература печи в конце периодов назначается на основеэкспериментальных данных.1.

Марка стали;2. Вид слитка (холодный, горячий);3. Размер (масса) слитка.Начальная температура печи при посадке зависит от размеров(массы) слитка (заготовки) и свойств материала и колеблется от 450(для больших слитков массой >10 т из высоколегированных сталей)до 1100°С для малых слитков (<3 т) из малоуглеродистых сталей ивыбирается из справочников.Горячие слитки нагревают по двухступенчатой схеме, аналогичной 2 и3 периодам нагрева холодных слитков.Слитки массой более 16 т обычно куют на металлургическихпредприятиях, и они поступают горячими, сразу из сталеплавильногоцеха.

Горячие слитки предпочтительнее холодных.Более точный расчет можно провести методом конечных элементов.Термомеханический режим ковки и штамповкиТри группы сталей:1. низкоуглеродистые;2. углеродистые и легированные;3. Высокоуглеродистые, инструментальные, специальные.Для 1 группы 1 период отсутствует. Масса до 14т.Охлаждение поковок.Охлаждение слитков начинается сразу после выдачи их из печи ипродолжается как при транспортировке к ковочному агрегату, так инепосредственно во время ковки.Скорость охлаждения поковок во время ковки выше, чем на воздухеввиду плотного контакта металла заготовки и инструмента.Так скорость охлаждения 45 т слитка на воздухе составляет около3 °С/мин, а охлаждение такого же слитка во время ковки – 10°С/мин.Более точные данные можно получить из справочников.Термомеханический режим ковки и штамповкиРежим охлаждения поковок после обработки имеет такое жезначение, как и режим нагрева.

При быстром охлаждении могутпоявиться термические трещины, а при переходе через температуруфазовых превращений – структурные напряжения.Применяют следующие способы охлаждения поковок:1. На воздухе одиночные;2. На воздухе в штабелях;3. В термоизолирующих материалах (ящик с песком)4. В специальных термостатах5. В неотапливаемых колодцах6. В отапливаемых колодцах7.

Охлаждение вместе с печью.Для поковок из конструкционных сталей диаметром <300 ммприменяют 1 и 2 способы, а для более крупных поковок – остальные.Чем крупнее поковка, тем осторожнее ее надо охлаждать. Еще болееосторожно нужно охлаждать легированные стали (если их диаметр >50 мм то применяют охлаждение в песке, а более 150 мм – вместе спечью). Режимы охлаждения заготовок из различных сталейнормализованы.Термомеханический режим ковки и штамповкиРяд сталей (хромовые и хромоникелевые и ряд других) склонны кфлокенообразованию.Флокены – малые трещины, на изломе имеющие вид блестящихкруглых или овальных пятен.Появление флокенов вызвано выделением водорода при охлаждениипоковок (≈2000С), что приводит к появлению больших внутреннихнапряжений.Для предупреждения флокенообразования применяют специальныережимы охлаждения, связанные с выдержкой при постояннойтемпературе для выхода водорода(200, 2500С), и даже к чередованиюнебольших нагревов и охлаждений.Термическая обработка поковок.1.

Промежуточный отжиг – применяют для предохранения отобразования флокенов, размельчения зерна, снятия остаточныхнапряжений. Применяют для крупных поковок (диаметром более 500мм) при ковке за несколько нагревов. Заготовка предварительноохлаждается до 50 °С, затем следует выдержка, нагрев до 850 °С,выдержка и охлаждение до 700 °С, с последующим нагревом под ковку.Термомеханический режим ковки и штамповки2. Гомогенизационный отжиг применяют для выравниванияструктуры заготовки по сечению.

Такой отжиг осуществляют притемпературе 1200 °С.3. Полный отжиг производят путем нагрева поковок до температуры770…800 °С, а затем дается выдержки и медленное охлаждение.Влияние степени деформацииСтепень деформации в значительной степени влияет натермомеханический режим ковки.Исходный слиток обычно деформируется таким образом, чтопоперечное сечение его уменьшается, а длина увеличивается.Сама операция, при которой длина слитка увеличивается,называется протяжкой.Общая степень деформации определяется уковом.Уковом называется отношение площадей поперечного сечения до ипосле деформации.Термомеханический режим ковки и штамповкиСуммарный уков является произведением уковов за каждую операцию.yΣ = y1 ⋅ y2 ⋅ ⋅ yn =Fз F1FF××  × n −1 = зF1 F2FnFnВеличина укова влияет на макроструктуру и механические свойства детали.Влияние на макроструктуру металла заключается в постепенномдроблении первичной литой дендритной структуры слитка ипостепенном вытягиванием дендритов в длину в направлениимаксимальной деформации.

Характеристики

Список файлов лекций