| Статистика |
|---|
Онлайн всього: 3 Гостей: 3 Користувачів: 0
|
|
Явища, що відбуваються в металі при нагріванні
Нагрівання металів перед куванням є важливою і відповідальною операцією, від якої багато в чому залежить не тільки якість майбутніх деталей, але також продуктивність праці, робота обладнання, стійкість інструмента і собівартість продукції.
В процесі нагріву змінюється будова металу, його властивості, стан поверхневих шарів та ін. Кожен сплав має температурний інтервал обробки тиском і певний режим нагрівання. Порушення зазначених параметрів нагрівання веде до зниження якості деталей, а можливо і до руйнування металу. Тому для майбутнього фахівця необхідно вивчення явищ, що відбуваються в металі при нагріванні.
Зміна розмірів заготовки. При нагріванні метали розширюються, а при охолодженні стискаються. Зміна розмірів заготовки визначають за формулою ∆l = l₀β∆t, де ∆l - зміна розміру заготовки довжиною l₀ при зміні її температури на ∆t, β - коефіцієнт лінійного розширення (для сталі β = 0,0000122, для алюмінію β = 0,000024).
При куванні сталевих поковок, які деформують, як правило, при температурі 1100 - 1200'С, величину усадки визначають наближено, вважаючи, що усадка становить 1,2% від розміру заготовки в гарячому стані. Наприклад, поковка довжиною 500 мм після охолодження до цехової температури буде мати довжину 495 мм, Якщо усадку металу не врахувати, то вийде шлюб поковки за розмірами.
Вплив усадки на форму і розміри поковки особливо позначається при куванні заготовок деталей складної форми з довгими відростками, так як усадка може привести до сильного викривлення поковки. Дуже важливо враховувати усадку металу при виготовленні робочих струмків штампів для об'ємного штампування, особливо при точного об'ємного штампування дорогих сплавів.
Явища, що відбуваються при нагріванні в поверхневих шарах заготовок. З підвищенням температури активність взаємодії металів з атмосферою печі збільшується. При нагріванні сталей на поверхні заготовки утворюється шар окислів заліза FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, званий також окалиною. Товщина шару окалини залежить від температури і часу нагрівання, розташування заготовок у печі, складу пічних газів і хімічного складу сплаву. Найбільш інтенсивно стали окислюються при температурі вище 900' Пн. Так, порівняно зі швидкістю окислення при температурі 900' С при 1000' С швидкість окиснення збільшується у два рази, при 1200'С - в п'ять разів.
Освіта окалини веде до втрат металу, збільшення припусків на механічну обробку, знижує продуктивність праці і, будучи твердим речовинам, знижує стійкість інструменту при обробці тиском і обробці різанням.
Нагрівання вуглецевих сталей супроводжується утворенням пухкого шару окалини, який легко видаляється, але не оберігає метал від подальшого окислення. Окалина у сталей, легованих хромом, кремнієм, вольфрамом, нікелем, має малу товщину, щільна будова, не розтріскується і є захистом від подальшого окислення. Хромонікелева сталь 15 - 20% нікелю. практично не окислюється і називається тому жаротривкої.
Нагрівання вуглецевих сталей супроводжується вигорянням вуглецю з поверхневого шару на глибину до 2 - 4 мм. Зменшення вмісту вуглецю, зване обезуглероживанием, веде до зниження міцності і твердості сталі і погіршення закаливаемости деталі. Зневуглецювання особливо шкідливо для поковок невеликих розмірів, мають малі припуски на механічну обробку і піддаються подальшої загартуванню.Для великих поковок зневуглецювання не небезпечно, оскільки в процесі кування і охолодження вуглець з внутрішніх шарів заготовки дифундирует в зовнішні і хімічний склад сплаву вирівнюється.
Нерівномірність нагріву і вирівнювання температури по перетину заготовки. Прогрів по перерізу заготовки здійснюється за рахунок теплопередачі від зовнішніх до внутрішніх шарів. Чим менше коефіцієнт теплопередачі металу, більше швидкість нагріву* і площа поперечного перерізу заготовки, тим більше різниця температур між зовнішніми і внутрішніми шарами заготовки. Під дією високої температури зовнішні шари розширюються більше внутрішніх і між ними виникають великі напруги, які можуть призвести навіть до руйнування.Більшість заготовок з вуглецевих конструкційних сталей перерізом до 100 мм «не боїться» швидкого нагріву і тому їх можна закладати холодними в піч з температурою до 1300'С.
Високовуглецеві і високолеговані сталі і багато складні сплави мають низьку теплопровідність і щоб уникнути утворення тріщин вимагають повільного нагрівання. Такі сталі і сплави спочатку завантажують у піч, має невисоку температуру, деякий час витримують при цій температурі і тільки після прогріву всього перерізу починають подальший підйом температури.
Після того як зовнішні шари заготовки нагріються до кувальної температури, заготівлі залишають ще деякий час в печі для вирівнювання температури металу по всьому перерізу. Цей час називається часом витримки.
Кувати нерівномірно нагріту заготовку небезпечно з-за нерівномірного по його перерізу деформації металу і можливого його руйнування.При об'ємної штампування і кування в підкладних штампах нерівномірне нагрівання призводить до незаполнению робочого струмка штампа і до зниження стійкості інструменту.
Аналогічно нагрівання охолодження поковок з легованих сталей також повинно виконуватися з невеликою швидкістю. При швидкому охолодженні виникають термічні напруги, які можуть з'явитися тріщини в поковках і привести до шлюбу.
* Швидкість нагріву являє собою збільшення температури заготовки в одиницю часу (одну хвилину або за годину, 'З/ч).
Вплив нагріву на структуру металу. Структура металів і сплавів і пов'язані з нею механічні і технологічні властивості залежать від хімічного складу сплавів; від температури та режимів їх обробки. Нижче розглянуто вплив температури на структуру і властивості вуглецевих сталей - сплавів, найчастіше застосовуваних для виготовлення поковок ручною ковкою.
Структура сталі залежно від вмісту вуглецю і температури графічно описується діаграмою стану залізо - вуглець (Fe - С) (рис. 18). При осі абсцис відкладається процентний вміст вуглецю (З), по осі ординат - температура ('С).
При температурі вище лінії АС всі стали знаходяться в рідкому стані (Ж), нижче цієї лінії з рідкого розплаву випадають тверді кристали аустеніту (А). Нижче лінії АЕ весь сплав має структуру аустеніту.Аустеніт - твердий розчин впровадження* вуглецю в-залізі (Fey), який має гранецентрованої кубічну решітку (див. рис. 2).
* Твердий розчин впровадження - це сплав, що має кристалічну решітку основного металу, в яку впроваджено декілька атомів іншого компонента. У твердих розчинах заміщення кілька атомів основного металу заміщені атомами іншого компонента. При певних співвідношеннях залізо з вуглецем утворює тверді розчини впровадження, залізо з нікелем - тверді розчини заміщення.
З пониженням температури розчинність вуглецю в Fey зменшується.
У заэвтектоидных сталях (З > 0,8%) надлишок вуглецю, виділяючись з аустеніту, утворює хімічну сполуку Fe₃C - цементит*. Тому в області температур нижче лінії SE і вище лінії РК заевтектоідні сталі мають структуру аустеніт ± цементит. Із зниженням температури кількість цементиту збільшується, концентрація вуглецю в аустените зменшується.
* У цементите вуглецю міститься 6,67%.
При 723С випадає така кількість цементиту, що концентрація вуглецю в аустените складе 0,8%. В доевтектоїдних сталях (С < 0,8%) при температурі нижче лінії GS з аустеніту випадають зерна фериту*, в якому вуглець практично відсутня. З пониженням температури від лінії GS (температура 723' З) кількість фериту збільшується, за рахунок чого концентрація вуглецю в аустенітних зернах збільшується до 0,8%.
* Ферит - твердий розчин впровадження вуглецю в a-залізі (Fea), має об'ємно-центрированную кристалічну решітку.
Таким чином, в області GSP доевтектоідні сталі мають структуру ферит+аустеніт. При температурі 723'С кристалічна структура заліза зазнає аллотропическое перетворення: з гранецентрованої вона перебудовується в кубічну об'ємно-центрированную (Fey → Fea). У цьому випадку аустеніт мав би перетворитися у ферит, але в фериті вуглець практично відсутня, а в аустените при t = 723'С його міститься 0,8%. Тому при 723'С з аустеніту виділяється ферит, а надлишок вуглецю утворює цементит.Ферит і цементит при концентрації вуглецю 0,8% утворюють при температурі нижче 723'С механічну суміш - перліт.
Оскільки  аустеніт в доевтектоїдних і заэвтектоидных сталях при температурі 723'С також перетворюється в перліт, то при охолодженні до кімнатної температури доевтектоідні сталі будуть мати структуру перліт+ферит, а заевтектоідні - перліт+цементит. На рис. 19, а - г представлені структури сталей.
При нагріванні сталей до 723' З них не відбувається аллотропічеськіх перетворень і стали не змінюють своєї структури. При підвищенні температури вище 723'С Fey → Fey і перліт переходить в аустеніт.При температурі вище лінії GSE будь-яка сталь має структуру аустеніту.
Найбільшу пластичність мають стали в стані аустеніту. Пояснюється це тим, що, по-перше, структура металу є однорідною: всі зерна мають однакову структуру аустеніту; по-друге, кристалічна структура аустеніту має гранецентрованої кубічну решітку, а метали, що мають такий тип решітки, є найбільш пластичними (свинець, мідь, алюміній і ін).
|
| Категорія: Ручна ковка | Додав: 28.09.2016
|
| Переглядів: 5322
| Рейтинг: 0.0/0 |
|
