Г.А. Околович - Учебное пособие - Нагрев и нагревательные устройства (1254309), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Значительный рост зерна наблюдается при малыхстепеняхдеформации(8-12%)вследствиенеравномернойдеформации зерен и при высоких температурах (выше 10000C)вследствие собирательной рекристаллизации (объединение зеренмежду собой).Первым основным традиционным требованием к нагревуметалла перед деформированием должно быть требованиеравномерности температуры в его объеме, другим - обеспечениемаксимально возможной скорости нагрева для достижениянаибольшей производительности.Несоблюдение температурного интервала приводит к браку.Часто в производстве бывает, что технологический процессштамповки состоит из одной или двух простых операций, а металлнагревается до температуры верхнего предела.
В этом случаештамповказаканчиваетсяпритемпературе,значительнопревышающей температуру нижнего предела, что неизбежноприводит к получению в изделии (поковке) крупнозернистойструктуры. За счет еще интенсивно протекающего процессарекристаллизации в остывающей поковке.Занижение температуры окончания деформирования можетпри-вести к наклепу или даже к трещинам в поковке.Брак по размеру и форме зерна можно исправить термообработкой: нормализацией или отжигом.Брак по конфигурации поковок (если их размеры в отдельныхместах больше номинальных) может быть исправлен путемперештамповки.Естественно, брак в виде трещин, или по конфигурациипоковки, имеющих размеры меньше минимальных, неисправим.Возникает вопрос: есть ли настоятельная необходимостьсоблюдения температурного интервала? Практика показала, что впоследнее время стала внедряться в производство полугорячаяштамповка, при которой традиционный температурный интервал несоблюдается.
Если учесть, что разработка технологическогопроцесса штамповки должна производиться совместно стехнологией нагрева, то существует возможность за счет снижениятемпературы верхнего предела повысить производительность какнагрева, так и штамповки, снизить расход энергии, инструмента,снизить окалинообразование и улучшить качество поверхности57поковок, и кроме того, за счет уменьшения припусков уменьшитьрасход металла.Для одной и той же стали (сплава) температурные интервалыковки и штамповки могут иметь разные значения. Объясняется этотем, что ковка производится за несколько ударов молота или ходовпресса (дробная деформация), а штамповка на механических прессахили на автоматах (кроме молотов), как правило, за один ход.Тепловой эффект деформации и потери тепла при ковке иштамповке разные.Максимальная температура нагрева металла в печи передковкой, т.е. верхний предел температурного интервала не совпадаетс температурой начала ковки, а всегда выше последней.
Так как припереносе металла из печи к кузнечному агрегату температураповерхностных слоев нагретого тела снижается из-за потери теплаизлучением в окружающую среду, а также теплопроводностью черезинструмент и конвективными потоками. Температура внутреннихслоев массивных слитков и заготовок остается на том же уровне, чтобыла в печи. Нижний предел температурного интервала ковки - этотемпература поверхности поковки в момент последнего хода прессаили удара молота.Температурный интервал ковки зависит от:1 Химического состава стали (сплава).2 Металлургической технологии.3 Структуры (литая или деформированная).4 Скорости деформирования (молот, пресс).5 Степени деформации (дробная или единичная, частная исуммарная).6 Схемы напряженного состояния (осадка, протяжка, отрубка)и массы поковки.Чем сложней химический состав, тем уже температурныйинтервал ковки.
Так, например, у стали 20 температурный интервалковки от 1280 до 700°С, т.е. составляет 580°C, а у стали Р6М5 от1170 до 900°C, т.е. только 270°C. Слитки в зависимости отхимического состава в ряде случаев имеют более узкий илиширокий температурный интервал ковки, чем заготовки. Однаковозможность перегрева металла с литой структурой исключена, адеформированной вполне реальна. При ковке на молотетемпературный интервал деформирования уже, потеря тепла винструмент и окружающую среду меньше, чем на прессе, благодаряменее продолжительному контакту.58Учитывая все перечисленное, следует различать допустимый ирациональный температурные интервалы ковки.
Допустимыйинтервал является универсальной характеристикой данной стали(сплава) для обработки давлением. Он не зависит от размеров иформы поковки, процесса, операции, оборудования и др.Допустимый температурный интервал ковки устанавливают порезультатам исследования на образцах механических свойств(пластичности, сопротивления деформации и упрочнения), а такжерекристаллизации (первичной, собирательной и вторичной) металла,подлежащего деформации.
Рациональный интервал устанавливаютнаосноведопустимогоинтервалаиопытаосвоениятехнологического процесса изготовления в конкретных условияхданного кузнечного цеха (кузнечно-прессовое оборудование, печь,расстояние от печи до машины, инструмент и т.п.) и последующейтермической обработки с учетом требований к металлу поковки поТУ. Если нет ТУ, температурный интервал должен быть таким,чтобы обеспечивались наилучшая структура и свойства металлапоковки.Продолжительность нагрева - это время, которое необходимозатратить для качественного нагрева заготовок в рабочемпространстве печи до конечных температур.
На продолжительностьнагрева влияют несколько факторов: форма и размеры заготовок,требуемая температура нагрева, физические свойства металла,условия нагрева и способ размещения заготовок в рабочей камерепечи.В зависимости от допустимой скорости нагрева определяется иего продолжительность. Для ориентировочного подсчета продолжительности нагрева металла существует много способов и формул.Наибольшее применение находит формула Н.Н. Доброхотова:__τ=α⋅К⋅Д⋅ VД (час),(4.1)где τ - время нагрева, ч.; К - поправочный коэффициент,учитывающий способ укладки заготовок на поду печи; αкоэффициент, принимаемый для углеродистой стали равным 10, длялегированной 20; Д - диаметр или толщина заготовки, м.Зависимость коэффициента К от расположения заготовок показана на рисунке 33.
Практически для определения времени нагрева,особенно для коротких и мелких заготовок, пользуются данныминормативов или справочными таблицами.59Рисунок 33 - Значения коэффициента К расположения заготовокРежим нагрева заготовок большого сечения, а также заготовокиз низкопластичной высоколегированной стали может бытьступенчатым (в несколько этапов). Одноступенчатый - применяютдля заготовок малого сечения.
Двухступенчатый - включает дваэтапа: нагрев при низких температурах возникновения термическихнапряжений (до 650÷8500C) и нагрев при высоких температурах(нагрев до окончательной температуры при наибольшей техническивозможной скоростью, не опасаясь появления трещин).Трехступенчатый – состоит из трех этапов: медленного нагрева принизких температурах, укоренного нагрева при высоких температурахи выдержки при конечной температуре с целью выравнивания ее по60всему сечению заготовки.
Первый и второй этапы вместе занимают ≈80 % общего времени нагрева.Скорость нагрева ограничивается температурными напряжениями, вследствие перепада температур по толщине металла,которые опасны до температур структурных превращений. Схематакого режима приведена на рисунок 34.Допустимый перепад температур в первом периоде: дляпластины∆tдоп = (1,05δдоп)/(αЕ);(4.2)для цилиндра∆tдоп = (1,9δдоп)/(αЕ);(4.3)где δдоп - допустимое напряжение, берут с запасом прочностиδв/(1,5-2,0) при 500-550 0C; α - коэффициент линейногорасширения; Е - модуль упругости при t = 500 0C.1-температура печи, 2-температура поверхности, 3-температурацентра.Рисунок 34 - Схема трехступенчатого режима нагрева заготовок61Продолжительность первого периодаτ1 = (КфS2)/(а1∆tдоп)*[t + (1 - r) ∆tдоп – t0мет],(4.4)где Кф - коэффициент формы,Кф = 0,5 - для пластины;Кф = 0,25 -для цилиндра;Кф = 0,295 - для квадрата;S - половина толщины пластины или радиус цилиндра,равномерно обогреваемых со всех сторон;а - температуропроводность металла при средней температуре впервом периоде;r - поправочный коэффициент, равный 0,5 для цилиндра и 0,33для пластины;t - начальная температура нагреваемого металла.Перепад температур в конце второго периода∆t2 = (1,25 - 1,5) ∆tдоп(4.5)При нагреве металла по режиму методического нагрева вначале определяется время нагрева в методической зоне, затем времявыдержки в этой зоне, время нагрева в сварной зоне и времявыдержки в этой зоне.Продолжительность нагрева до 700-7500C может бытьопределена при одинарном расположении заготовок по формуле:углеродистой конструкционной t = 0,3d1,5и низколегированной τ= 0,4d1,5высоколегированной τ = 0,8d1,5и инструментальной τ = 1,0d 1,5,где d - в см.Для учета влияния длины заготовки продолжительностьнагрева умножают на коэффициент К в зависимости от отношениядлины l за-готовки к размеру сечения α (или а):(l/d)(l/a) < 3/1,0 2/0,98 1,5/0,92 1/0, 71.На практике короткие заготовки нагреваются уложеннымивплотную торцами, т.е.
l/d > 3.Нагрев с учетом температурных напряжений, чтобы избежатьвозникновения трещин, рассчитывается по формуле:δmax= 0,7βЕ∆t,(4,6)где β - коэффициент линейного расширения;Е - модуль упругости;62∆t - разность температур между поверхностью и серединызаготовки.∆t = δmax/(0,7βЕ)≈250 – 300 0С(4.7)Продолжительность нагрева цветных металлов определяется потем же формулам, но с учетом ε.Следует различать нагрев тонких (теплотехнически тонких) итолстых (теплотехнически массивных) заготовок в зависимости откритерия БИО.Bi=α/λ*S=S/λ*1/α,(4.8)где α- коэффициент теплопередачи (теплообмена), ккал/м ч с;λ- коэффициент теплопроводности;S - поперечное сечение тела;S/λ- термическое сопротивление теплопроводности;1/α- термическое сопротивление конвекции.Критерий Bi определяет интенсивность теплообмена между поверхностью тела, сердцевиной и окружающей средой.В тонких телах внутреннее сопротивление мало, поэтомукритерий Bi также имеет малую величину.
В толстых телахвнутреннее сопротивление велико, критерий Bi имеет большеезначение. При Bi < 0,25 тело относится к теплотехнически тонкому,при Bi > 0,5 тело является толстым. При 0,25 < Bi < 0,5 имеетпромежуточная область.При больших перепадах температуры по сечению, которыеимеют место в теплотехнически толстых телах, возникаюттемпературные напряжения, вызванные объемным напряжением принагреве. Эти напряжения могут достигать критических величин, прикоторых происходит образование трещин, как на поверхности (приохлаждении), так и внутри тела (при нагреве).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
