Термический режим

 

Цель нагрева:

1. Уменьшить сопротивление металла деформированию (предел текучести);

2. Повысить технологическую пластичность;

3. В крупных слитках устранить химическую неоднородность (ликвацию).

В зависимости от целей и конструкции нагревательных устройств, используются 3 вида нагрева:

1. Одноступенчатый режим

Температура нагрева металла обусловлена температурным напором.

∆Т = Т_п – Т_н , где Т_н – температура начала деформирования; Т­_п – температура печи.

 

Недостатки: невозможность регулирования температуры по сечению. Используется для мелких заготовок.

 

 

Рис . 29. Одноступенчатый

режим

 

2. Двухступенчатый режим

Нагрев и выдержка температуры печи меняется в зависимости от разности температур по сечению.

 

Распространенный режим для слитков и заготовок в камерных и методических печах (печи с зонным нагревом).

Рис. 30. Двухступенчатый

режим

3. Трехступенчатый нагрев

 

Температурный режим фиксирует температуру начала (Т_н) и температуру конца (Т_к) деформации.

Т_н = Т_к + ∆Т;

∆Т =∆Т_л + ∆Т_к + ∆Т_с + ∆Т_д ,

где ∆Т_л – температурные потери при лучеиспускании; ∆Т_к – температурные потери при конвекции; ∆Т_д – температурные потери, обусловленные скоростным эффектом деформации.

 

При высоких скоростях деформации,

возможно повышение температуры заготовки.

В общем случае следует помнить, что температура горячей обработки металлов давлением:

Т_ГОМД = (0,7…0,9)Т_пл; Т_{ГОМД >} Т_РЕКР

Т_РЕКР = 0,4 Т_пл (основы сплава, например железа) - температура рекристаллизации.

Рис. 31. Трехступенчатый

режим:

Т_кр – температура

фазовых и структурных

превращений.

 

Если температура начала деформации близка к Т_пл , то происходит потеря пластичности сплава, ввиду пережога (т.е. окисления и оплавления по границам зерен => деформирование невозможно).

При высоких температур нагрева возможен перегрев структуры – рост зерен ввиду рекристаллизации деформированной структуры, за счет слияния границ мелких зерен =>деформирование – возможно. Эффект добавления крупных зерен регламентируется степенью деформации или коэффициентом укова (рис.32).

Скорость деформации должна «подавить» скорость рекристаллизации, тогда произойдет дробление крупных зерен и обеспечивается упрочнение.

 

Температура начала деформирования может быть несколько снижена с целью уменьшения процента угара.

 

Обоснование Т_к :

1) Химический состав;

2) Критическая степень деформации (ε_кр = 2÷12%), которая вызывает резкое увеличение зерна при данной температуре;

3) Масса поковки;

4) Наличие (или отсутствие) ТО (влияние на размер зерна);

5) Способы охлаждения поковок (воздух, отжиг, нормализация);

6) Стойкость инструмента;

7) Энергоемкость оборудования;

8) Предотвращение трещинообразования ввиду снижения пластичности (углеродистая сталь Т_н = 1280°С, Т_к = 750°С; легированная сталь Т_н = 1180°С, Т_к = 900°С).

 

Время нагрева зависит от химического

состава, механических и физических свойств.

τ = (S²·С·γ / К·λ)·f(∆Т_доп) ,

где S – расчетная толщина слитка (или заготовки), теплофизическая величина; С – теплоемкость сплава; γ – плотность; К – коэффициент формы (шар, пластина); λ – теплопроводность; f(∆Т_доп) – функция от допускаемого градиента температур (по

сечению заготовки).

Рис.32. Зависимость Ку от

температуры ковки

 

σ_темп = α·Ε·∆Т_доп < σ_в ,

где α – коэффициент линейного расширения; Ε – модуль упругости.

Расчетные формулы для нагрева написаны для нагрева одной заготовки. В зависимости от укладки в печи, время может быть увеличено. Также время нагрева зависит от температуры нагрева печи.

 

Наиболее опасна неравномерность нагрева по сечению крупных кузнечных слитков, особенно из малопластичных сплавов. В связи с этим необходимо уменьшать скорость нагрева на первой ступени до Ткр (рис.31).

На практике крупные слитки предварительно нагревают в накопительных печах перед посадкой в печи нагрева под ковку.