книги / Технология металлов

700° С (;но ниже температуры расплавления на 100—150° С) медь

Алюминий хорошо обрабатывается давлением в области те*м- ператур от 500 до 310° С.

Температурный интервал обработки углеродистых сталей давлением устанавливается на основании диаграммы состояний системы железо — цемент (рис. 125). На диаграмме состояний Fe—Fe3C линии АЕ (солидуса) характеризует температуру окончания расплавления стали. Предельная температура на­ грева при обработке давлением принимается ниже температуры солидуса для следующих, сталей: малоуглеродистых (примерно на 200°С), среднеуглеродистых (на 100—200°С) и высокоугле­ родистых (на 100° С).

Температурный интервал обработки давлением легирован­

В нагреваемом металле происходит процесс непрерывного роста зерен. Интенсивность роста зависит от температуры. Чем выше температура нагрева, тем крупнее образуются зерна. Обычно такое влияние связано с перегревом металла. Перегре­ тый металл имеет крупнозернистую структуру, является непроч­ ным и хрупким. Пониженные механические свойства такого металла могут быть исправлены последующей термической обработкой в результате возникающей при этом перекристалли­

зации.

При нагреве металла до линии солидуса свыше верхних пре­ делов эвтектические соединения (межкристаллическое вещест­ во) как более легкоплавкие, чем основные кристаллы, вы­ плавляются. Кислород из ок­ ружающей среды проникает в глубь металла, и поверх­ ность кристаллов покры-

вается окислами. В результате происходит ослабление межкристаллической связи. Это явление называют пережогом. При пере­ жоге металл теряет прочностные и пластические свойства, что приводит к неисправному браку. Пережженный металл при обра­

ботке давлением рассыпается или дает трещины с черной окис­ ленной поверхностью.

Обработка металлов давлением при температурах нагрева ниже его нижних пределов может привести к разрушению вслед­ ствие недостаточной пластичности металла. Если разрушения металла не произойдет, то в нем возникнут напряжения в ре­ зультате физического упрочнения (наклепа). Этот дефект мо­ жет быть исправлен разупрочнением (снятием наклепа) При последующей термической обработке металла. Температурные

К — коэффициент, учитывающий степень легирования ста­ ли. Для углеродистой и низколегированной стали его принимают равным 10, с увеличением легирующих эле­ ментов в стали значение К повышают до 20;

D — диаметр или сторона квадрата нагрева заготовки, л*. Для получения качественных заготовок горячей обработкой давлением имеет значение не только режим нагрева, но и режим

в горнах, нагревательных печах и при помощи электронагрева­ тельных устройств. Простейшим нагревательным устройством является горн. Горны бывают стационарными и переносными. При нагреве в горнах металл непосредственно соприкасается

сгорящим топливом, в качестве которого используют древесный

икаменный уголь и кокс. Для интенсификации горения в горн подается вентилятором воздух.

Нагревательные печи разделяются на пламенные, в которых тепло образуется в результате сжигания топлива, и электриче­ ские, в которых источником нагрева является электроэнергия. Электронагревательные устройства отличаются от печей тем, что при их помощи образуется тепло в нагреваемой заготовке.

В настоящее время наиболее распространены пламенные пе­ чи, имеющие большую универсальность. В зависимости от вели­ чины пламенных печей в них можно нагревать разнообразные по размерам заготовки и слитки (весом до 300 т). Такие печи могут работать на твердом (кусковом или пылевидном), жидком

и газообразном топливе. В пламенных печах нагреваемый металл не соприкасается непосредственно с топливом, а омывается по­ токами продуктов горения.

Сжигание твердого кускового топлива производится в уголь­ ных топках на колосниковых решетках. Схема устройства про­ стой пламенной печи приведена на рис. 128.

Пылевидное топливо сжигается при помощи горелок, в кото­ рые одновременно с топливом подается воздух от вентилятора. Сжигание жидкого топлива осуществляется с помощью форсу­ нок, распыляющих топливо и смешивающих его с воздухом. Сжи­ гание газа производят при помощи газовых горелок.

По характеру нагрева, способу загрузки и выгрузки нагрева­ емого металла печи делятся на камерные, колодцевые, методи­ ческие и полуметодические.

В камерных печах температура во всех зонах камеры нагрева поддерживается одинаковой. Загрузка и выгрузка слитков или заготовок производится через садочные окна. Схема камерной печи, работающей на твердом топливе, представлена на рис. 129. В колодцевых печах преимущественно нагревают слитки для проката.

В методических печах (рис. 130) в различных зонах ее рабо­ чего пространства поддерживается различная температура — обычно более низкая в загрузочной камере и более высокая в разгрузочной. Загрузка производится с одного конца печи. Методические печи имеют большую длину, чем камерные. Пере­ мещение заготовок в печи от места загрузки к месту выгрузки осуществляется с помощью механических толкателей, установ­ ленных у загрузочных окон. Нагрев заготовок или слитков в та­ ких печах осуществляется методически, по заданному режиму. Разновидностью методических печей являются печи с вращаю­ щимся подом. Загрузка и выгрузка заготовок при пользовании этими печами более удобна. Имеется большая возможность для установления необходимого режима нагрева металла. Это дости­

гается регулированием скорости вращения пода и подачи топли­ ва в форсунки или горелки, установленные по окружности печи.

Для повышения теплового к. п. д. за счет тепла отходящих газов пламенные печи снабжаются рекуператорами или регене­

раторами.

В рекуператорах осуществляется подогрев воздуха, поступаю­ щего для горения. Через рекуператор потоки газа, отходящие из

от топки; 4 — садочное окно; 5 — газовые каналы, отво­ дящие продукты сгорания; 6 — дымовая камера; 7 — боров

рабочего пространства печи, и потоки воздуха, подаваемого вен­ тилятором, проходят непрерывно, каждый по своим каналам. Через стенки каналов происходит теплообмен. Рекуператоры бы­ вают керамические и металлические. Воздух в рекуператорах подогревается до 200—350° С и выше.

В регенераторах воздух и газ, поступающие в печь, подогре­ ваются за счет тепла отходящих газов. Принцип действия и кон­ струкция регенераторов пламенных печей такие же, как и у мар­ теновских печей. В пламенных рекуперативных и регенеративных печах методического действия получают к. п. д. до 40,%, а в печах без подогрева воздуха он обычно не превышает 10%.

Производительность пламенных печей зависит от площади и напряженности пода печи. Напряженность исчисляется количе­ ством металла, приходящегося на 1 м? пода и нагретого до тем­

го нагрева.

Рис 130. Методическая печь

дерЖивать температуру с свободно от продуктов окисления.

Нагревательные элементы электрических печей сопротивления имеют малую стойкость при высоких температурах, необходимых

ДЛЯ получи^и%л^Ьнагрева°заготов^кЭ:Г цве щих более низкую температуру начала ковки по сравнению со

^Электронагревательные устройства делятся на контактные электронагреватели и индукционные. В контактном электрона­ гревателе заготовка зажимается между контактами и нагревает- ся при пропускании через нее электрического тока большой силы. Выделение тепла происходит в результате омического сопротив­ ления заготовки. Такой нагрев экономически себя оправдывает для длинных заготовок, имеющих малые сечения (до 50 мм-).

Нагрев заготовки в индукционном нагревателе осуществляется за счет переменного магнитного поля, возникающего при про­

пускании по индуктору (рис. 131) нагревателя переменного тока высокой частоты (1000—10000 периодов). Чем меньше сечение заготовок, тем больше должна быть частота тока. При нагреве заготовок диаметром 160—200 мм и выше применим ток про­ мышленной частоты (50 периодов). Индуктор изготовляют из медной трубки, по которой во время работы пропускают воду для охлаждения.

Индукционные нагреватели применяются непрерывного и пе­ риодического действия. В нагревателях непрерывного действия заготовки загружаются с одного конца, проталкиваются через индуктор и вынимаются с другого конца. В нагревателях перио­ дического действия заготовки подаются вручную, а выталкива­ ются лри помощи толкателя и педали. Индукторы электронагре­ вателей после загрузки заготовок автоматически выключаются, а при достижении требуемой температуры нагрева заготовок автоматически отключаются. При индукционном нагреве загото­ вок расход электроэнергии составляет 0,4—0,5 кет/час на 1 кг нагретого металла. Время нагрева до температуры ковки колеб­ лется в следующих пределах: 15—20 сек: при диаметре заготовки 25 мм\ 30—35 сек. при диаметре 400 мм и 3—3,5 мин. при диа­ метре 100 мм. При нагреве этим способом обезуглероживания

металла не наблюдается. Угар металла по сравнению с нагревом в пламенных печах уменьшается.

4. ПРОКАТКА

Прокатка представляет собой процесс обжатия и вытяжки металла при пропускании его между непрерывно вращающи­ мися валками прокатного стана. Валки стана в результате возни­ кающих сил давления производят деформацию металла, а силы трения — движение подачи заготовки. При продольной прокатке (рис. 132) заготовка движется в направлении, перпендикулярном

осям валков, при поперечной прокатке (рис. 133)— вдоль осей валков.

При прокатке в результате обжатия уменьшается толщина заготовки при одновременном увеличении длины (вытяжки) и ширины (уширения). Вытяжка определяется отношением по­ лученной длины к первоначальной длине заготовки и обозна­ чается ц:

где I — длина заготовки после пропускания через валки; /0 — первоначальная длина заготовки;

F0— площадь поперечного сечения исходной заготовки;

F — площадь поперечного сечения, полученная после пропу­ скания заготовки через валки.

Продольная прокатка осуществляется гладкими и калибро­ ванными валками (рис. 134), изготовленными из чугуна или ста­ ли. Калиброванные валки имеют ручьи определенного профиля. Ручьями называются профили выреза на боковой поверхности валка. Совокупность ручьев двух валков называется калибром.

Прокатка имеет большой удельный вес в промышленности: 75% всей выплавляемой стали и большое количество сплавов из цветных металлов подвергается прокату.

Прокатка металла и прокатное оборудование. Прокатный стан состоит из привода, имеющего электродвигатель, редуктор с маховиком и шестеренную клеть, и рабочей машины с одной или несколькими рабочими клетьми, в которых расположены валки. Рабочие клети могут быть расположены в линию или по­ следовательно друг за другом, или в линию последовательно.

Прокатные станы по роду выпускаемой продукции делятся на обжимные, сортовые, универсальные, проволочные, листовые, рельсобалочные, трубные и специальные. Прокатные станы бы­ вают двухвалковые (дуо-станы), трехвалковые (трио-станы), четырехвалковые (двойные дуо-станы) и многовалковые.

а

Дуо-станы в каждой рабочей клети имеют по два валка. Та­ кие станы разделяются на нереверсивные и реверсивные. Нере­ версивные станы имеют постоянное направление вращения вал­ ков, и прокатка производится в одну сторону. При прокатке верхний валок используется для обратной подачи заготовки (рис. 135). На нереверсивных станах производится прокатка заготовок, сортового проката, листов и ленты. На реверсивных станах направление вращения валков изменяется, и прокатку ведут в одну и другую сторону. Реверсивными дуо-станами явля­ ются, например, блюминг и слябинг с диаметром валков 800— 1400 мм. По роду выпускаемой продукции блюминги и слябинги относятся к обжимным станам. На блюминге стальные слитки весом 5—15 т прокатываются в блюмы— квадратные заготовки сечением от 200X200 до 400x400 мм. На слябинге слитки про­ катываются в слябы — листовые заготовки толщиной от 125 мм и длиной до 5000 мм.