Технология нагрева заготовки

Важнейшими показателями процесса нагрева металла являются температура и скорость нагрева. Температурой нагрева называют конечную температуру, при которой металла выдают из печи и которая определяется целями дальнейшей обработки металла. Скорость нагрева – это изменение температуры металла во времени.

При термообработке температуру нагрева выбирают в соответствии с видом термообработки и критическими температурами, характерными для стали данной марки.

Обработка металлов давлением требует такой температуры нагрева, при которой металла обладает необходимыми пластическими свойствами. Температуру нагрева металла следует выбирать с учетом того, какая минимальная температура допустима в конце обработки. На скорость нагрева накладывают ограничения те процессы, которые протекают внутри металла в процессе его нагрева. При термической обработке эти ограничения связаны со структурными изменениями металла; при нагреве перед обработкой давлением в металле возможны большая неравномерность нагрева по толщине металла и как следствие возникновение недопустимых внутренних напряжений. Чем выше скорость нагрева металла, тем больше перепад температур по толщине металла и тем значительнее возникающие при нагреве температурные напряжения.

Температурные напряжения в металле опасны в интервале температур 273-773 К. При температуре выше 773 К напряжения исчезают в результате возникновения пластической деформации. При нагреве малоуглеродистой стали, обладающей высокой пластичностью, возникающие напряжения не опасны даже при температурах ниже 773 К. Если толщина нагреваемого материала незначительна, то значительный перепад температур, а следовательно, и напряжения возникнуть не может.

Таким образом, при нагреве углеродистых и легированных сталей в интервале температур от 273 до 773 К возникающие напряжения не должны превышать максимально допустимые.

Для того чтобы уменьшить перепад температур по толщине металла и прогреть его более равномерно, осуществляют выдержку, при которой температура поверхности металла не повышается, а тепло, поступающее на его поверхность, проникает внутрь и способствует повышению температуры его центра.

От расположения заготовок на поду печи в процессе их нагрева зависит, какая часть поверхности каждой заготовки способна воспринимать тепло. Возможны такие случаи, когда заготовки в той или иной мере экранируют одна другую и тем самым уменьшают общую тепловоспринимающую поверхность металла, что приводит к увеличению времени нагрева.

В некоторых случаях применяют режимы нагрева в несколько ступеней.

Одноступенчатый нагрев применяют тогда, когда в печи поддерживают одинаковую температуру по всему ее объему и металл помещается сразу в среду с весьма высокой температурой. Такой метод нагрева применим для тонкого металла, в котором не могут возникнуть значительные перепады температур и высокие температурные напряжения.

При таком режиме нагрева в случае термической обработки металла иногда делают выдержу для полного завершения внутренних превращений в этом металле.

Двухступенчатый нагрев обычно складывается из периодов предварительного и интенсивного нагревов. Этот режим применяют для изделий из углеродистой и легированной стали значительной толщины.

Зона предварительного нагрева печи характеризуется относительно низкой температурой, что позволяет осуществлять нагрев в интервале 273-773 К с допустимой скоростью, без возникновения чрезмерных температурных напряжений.

В зоне интенсивного нагрева металл нагревается до конечной температуры обязательно при достаточной равномерности нагрева. Если при двухступенчатом режиме достаточная равномерность нагрева не обеспечивается, то необходимо добавить третью ступень нагрева.

В трехступенчатый режим нагрева входит еще и третья ступень период выдержки при нагреве крупных заготовок. Назначение этого периода заключается в том, чтобы, не увеличивая температуры поверхности металла, прогреть его по толщине, т.е. уменьшить температурный перепад, возникший в зоне интенсивного нагрева.

Невыполнение необходимых технологических требований нагрева может привести к неблагоприятным последствиям. Это в первую очередь относится к правильному выбору температуры нагрева. Чрезмерное повышение температуры нагрева металла ведет к излишнему росту зерна, увеличивает угар и может вызвать также перегрев или пережог металла.

Перегрев металла наступает при таком значительном укрупнении зерен, когда связь между ними ослабевает, механическая прочность металла падает и становится возможным образование в нем трещин. Перегретый металл можно исправить нормальным отжигом до температуры несколько превышающей температуру . Пережог исправить нельзя, и такой металл отправляют в переплавку. При пережоге кислород проникает внутрь металла и как следствие этого, происходит окисление и оплавление его зерен. В результате пережога настолько падает прочность металла, что он совершенно не выдерживает механической обработки. Практикой установлено, что температура нагрева при обработке давлением должна быть на 100-150 К ниже температуры, отвечающей кривой солидуса диаграммы Fe-C (рис.2). (3, с.96).

Тепловой и температурный режимы проходных нагревательных печей не изменный во времени. Однако температура по длинне печи может быть и не измена, но может и значительно меняться по зонам.

Рис. 2 – Диаграмма состояния Fe-C

Рис. 3 – График нагрева заготовок