6.1. Определение интервала ковочных температур

Интервал ковочных температур различается на допустимый и технологически необходимый для конкретного процесса ковки или штамповки.

Допустимый интервал ковочных температур

Это наибольший интервал температур, внутри которого возможна горячая пластическая деформация, обеспечивающая получение заданных механических свойств. Он определяется комплексом испытаний металла при различных температурах через 25-50^ос.

1. Испытание на пластичность свободной осадкой, при которой оценка пластичности производится по степени деформации, при которой появляется трещина на поверхности образца.

2. Испытание на пластичность ударным изгибом на 39Аятниковом копре. Определяется величина ударной вязкости в зависимости от температуры образца.

3. Определение относительного сопротивления деформации при осадке образцов ударом на копре с падающей бабой при постоянной энергии удара.

4. Определение удельного усилия деформирования при испытаниях на растяжение при различных степенях деформации до 60-70%.

5. Определение критической температуры роста зерна металла при нагреве.

6. Определение интервала критических деформаций при осадке при различных температурах.

При сопоставлении результатов испытаний устанавливается интервал температур, обеспечивающий наименьшее сопротивление деформаций, наибольшую пластичность и допустимый размер зерна металла.

Если имеется диаграмма состояния класса сплавов результаты каждого ( и ) сплав наносятся на диаграмму. В результате получаются границы, определяющих область ковочных температур класса сплавов.

Технологически необходимый интервал температур

Устанавливается в соответствии с интервалом ковки или штамповки, требования к структуре поковки, наличием в видом термической обработки. Этот интервал температур находится внутри допустимого. При назначении температуры нагрева учитывается вид и масса заготовки, время кузнечной обработки, величина деформации. Так для штамповки поковки температура нагрева принимается ниже допустимого интервала ковочный температур. При этом уменьшается время нагрева и количество образующейся окалины.

При ковке слитков температура нагрева близка к верхнему пределу ковочных температур вследствие того, что время кузнечной обработки достаточно велико. Перед отдельными операциями, требующими малых деформаций, температура нагрева близка к нижнему пределу ковочных температур, так как это дает возможность получить поковку с мелкозернистой структурой. Нижний предел температур технологически необходимого интервала определяется условиями получения мелкого зерна или видом последующей термической обработки. При штамповке поковок температура окончания ее может быть высокой, так как они быстро остывают и зерно металла при остывании не успевает вырасти.

Если после ковки предусмотрена термообработка поковок (закалка с отпуском), то температура окончания ковки (выше ) позволяет использовать ковочное тепло для термической обработки.

6.2. Химические процессы, происходящие при нагреве металла Окалинообразование

Рабочее пространство пламенной печи заполнено продуктами горения. При высоких температурах продукты горения интенсивно воздействуют на поверхность нагреваемых заготовок.

Как установлено выше, в продукты горения входят , , , , . Из этих газов , , и являются окислителями.

У остальных заготовок процессы окисления продуктов горения протекают по следующим реакциям.

На поверхности заготовки образуется три слоя окислов , , . Благодаря двусторонней диффузии окислителей и железа в толщи окислов толщина всех трех слоев увеличивается. Наличие в атмосфере рабочего пространства газа , который реагирует с окислами железа, образуя легкоплавкие сульфиды, способствует понижению температуры плавления окалины и ускоряет диффузию окислителей.

В результате уменьшается масса металла, то есть происходит угар металла. Угар стали оценивается в процентах к массе нагреваемого металла – весовой угар и в массе окислительного металла, на единице площади поверхности нагреваемой заготовки – поверхностный угар.

(52)

, ,

где - весовой угар;

- поверхностный угар;

- масса окисленного металла, кг, г.;

- масса нагреваемого металла;

- площадь окисляемой поверхности.

На интенсивность протекания процесса оказывают влияние ряд факторов. Так, с повышением коэффициента расхода воздуха интенсивность образования окалины возрастает.

Нагрев стальной заготовки до температур ниже 600С не вызывает образование окалины. При этих температурах поверхность металла покрыта плотным слоем окислов толщиной в несколько А, который предохраняет поверхность от проникновения к ней окислителей.

При нагреве до более высоких температур постепенно возрастает интенсивность процесса окисления, особенно при температурах выше 1000⁰С.

Влияние времени нагрева на поверхностный угар выражается приближенно уравнением

, (53)

где - время нагрева в минутах;

- абсолютная температура печи.

Угар металла зависит от его химического состава. Так стальные заготовки из малоуглеродистой стали окисляются более интенсивно, чем из средней и высокоуглеродистой стали. Легирующие элементы влияют на интенсивность образования окалины.

Стали, содержащие хром, вольфрам, кремний, алюминий при окислении образуют сплошной, плотный слой окислов, прилегающий к металлу и препятствующий окислению. Уменьшение окисления металла возможно при уменьшении времени нагрева (скоростной нагрев) или при применении защитной атмосферы, получаемой при сжигании топлива с большим недостатком топлива ( ).