2.1.5. Нагрев металлов перед обработкой давлением

Для повышения пластичности и уменьшения сопротивления деформированию металлы и сплавы перед обработкой давлением нагревают до определенной температуры (рис. 25).

При нагревании стали выше 700 С происходит интенсивное окисление поверхностного слоя с образованием окалины, что приводит к потере металла. Кроме этого, образование окалины в 1,5…2 раза повышает интенсивность изнашивания деформирующего инструмента.

При высоких температурах происходит также обезуглероживание поверхностного слоя стали.

Для уменьшения окисления металла применяют электронагрев, а также нагрев заготовок в защитной атмосфере.

Для максимального повышения пластичности металла температура начала обработки должна быть высокой, но не вызывающей перегрева и пережога. Перегрев ведет к интенсивному росту зерна и к уменьшению пластичности и ударной вязкости. Структуру перегретой стали можно исправить отжигом.

При пережоге стали при температуре, близкой к температуре плавления, происходит интенсивная диффузия в нее кислорода, образование оксидов по границам зерен и расплавление легкоплавких межзеренных прослоек, что приводит к появлению трещин и потери пластичности. Пережог не устраняется термической обработкой, и пережженный металл приходится отправлять на переплавку.

Температура начала обработки давлением Т_н = 0,85…0,95 Т_пл, Т_пл  температура плавления сплава. Температура окончания обработки должна быть выше температуры рекристаллизации и фазовых превращений. Т_к = 0,7 Т_пл.

Режим нагрева. Нагрев заготовок происходит неравномерно. Вначале нагреваются наружные слои, а затем сердцевина. Из-за разности температур возникают температурные напряжения, которые могут привести к образованию трещин. Опасность их появления больше у легированных и литых сталей (у которых теплопроводность меньше), и она возрастает с увеличением сечения заготовки. Продолжительность нагрева связана с размером заготовки. Чем больше сечение заготовки, тем большее время ее нагрева. На продолжительность нагрева влияет и форма заготовки. При равных объемах круглая заготовка нагревается быстрее квадратной или прямоугольной.

Влияние способа укладки заготовок учитывают поправочным коэффициентом  (рис. 26). Нагреву одной круглой заготовки соответствует коэффициент  = 1. Круглые заготовки, уложенные плотно друг к другу, требуют в два раза большего времени нагрева ( = 2), тесно уложенные квадратные заготовки нагреваются в четыре раза медленнее ( = 4).

Для ориентировочного нахождения продолжительности нагрева стальных заготовок сечением свыше 100 мм пользуются эмпирической формулой Н.Н. Доброхотова

где   полная продолжительность нагрева, ч;

d  диаметр или сторона квадрата заготовки, м;

k  коэффициент, зависящий от марки стали, для углеродистых и низколегированных сталей k = 12,5, для высокоуглеродистых и высоколегированных сталей k = 25;

  коэффициент, учитывающий способ укладки заготовок ( = 1…4).

2.1.6. Основные типы нагревательных устройств

Устройства для нагрева заготовок перед обработкой давлением разделяют на нагревательные печи и электронагреватели. Первые используют для нагрева слитков, крупных и иногда средних заготовок. Электронагревательные устройства наряду с печами применяют для нагрева мелких и средних заготовок.

Типы печей. В зависимости от источника энергии нагревательные печи бывают пламенные и электрические. В пламенных печах тепло образуется при сгорании жидкого (мазута) или газообразного топлива. В электрических печах тепло образуется при прохождении тока через металлические или карборундовые сопротивления, вмонтированные в стенках нагревательной камеры. Они используются преимущественно для нагрева цветных сплавов.

По принципу действия различают печи камерные и методические.

В камерных печах рабочее пространство (камера), выложенное огнеупорным кирпичом, нагревается при сжигании топлива и имеет одинаковую температуру. Заготовки, устанавливаемые на под печи, загружаются и выгружаются через окно. Продукты сгорания отводятся через дымоход и используются для нагрева до 200…300 С поступающего в печь воздуха, что повышает КПД печи.

Разновидностью камерных печей являются нагревательные колодцы, которые применяют для нагрева крупных слитков при прокатке и ковке. В них заготовки располагаются вертикально и загружаются сверху краном.

Методические печи предназначены для нагрева крупных заготовок под прокатку и в крупносерийном производстве. Печи характеризуются наличием трех зон с различной температурой. Заготовки 1 (рис. 27), перемещаясь навстречу горячим газам, проходят зоны подогрева I (600…800 С), максимального нагрева II (1350 С), где происходит основное сгорание топлива с помощью форсунок или горелок 2, и зону выдержки III (1200…1300 С), в которой выравнивается температура по сечению заготовки. Заготовки с помощью толкателя 3 проталкиваются через печь по охлаждаемым водой направляющим трубам 4 и выгружаются через окно 5.

П ечи для нагрева заготовок диаметром до 120 мм имеют две зоны нагрева (600…700 и 1250…1300 С) и называются полуметодическими.

Электрические нагревательные устройства. Индукционный нагрев основан на возникновении в заготовке, помещенной в переменное электромагнитное поле, вихревых токов, которые и нагревают заготовку. Индуктор в виде многовиткового соленоида по диаметру заготовки выполняют из медной трубки, охлаждаемой водой.

Электроконтактный нагрев, основанный на выделении тепла при прохождении тока через заготовку (по закону ДжоуляЛенца), применяют при нагревании стальных заготовок диаметром до 75 мм. Используемое напряжение  5…15 В, сила тока  до 5000 А. Концы заготовки, зажатые между медными токоподводящими контактами, нагреваются ниже средней ее части на 200…300 С. Поэтому данный метод рационально использовать для нагрева стальных заготовок постоянного сечения и значительной длины.

Скорость электронагрева в 8…10 раз выше, а интенсивность образования окалины в 4…5 раз меньше, чем при нагреве в печах.