6

Пермский государственный технический университет

Кафедра «Сварочного производства и технологии конструкционных материалов»

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

д.т.н., профессор

_______________ Ю.Д. Щицын

_____ ______________ 20__ г

Лекция № 8

По дисциплине

Технология конструкционных материалов

(ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ)

Механико-технологический факультет

(для специальности ТМСб)

Тема: «Нагрев металлов при ОМД»

(наименование темы лекции)

Кандидат технических наук, доцент

(фамилия и инициалы автора)

Долинов Д.Л.

Обсуждены

на заседании кафедры

  ________20 ___ г

Протокол №

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Приветствие, проверка наличия и готовности студентов к занятию, соблюдения порядка в аудитории. Объявление темы, цели, учебных вопросов лекции, ее актуальности и значимости для выбранной профессии Доведение списка литературы по материалу лекции.

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Выбор температуры и режима нагрева.

2. Основные типы нагревательных устройств.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Доведение основных выводов по теме лекции и ее значение для будущей профессиональной деятельности. Доведение задания на самоподготовку, ответы на вопросы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фетисов Г.П. и др. Материаловедение и технология металлов. – М.: «Высшая школа», 2001. – 638 с.

2. Солнцев Ю.П. и др. Материаловедение и технология конструкционных материалов. – М.: МИСиС, 1996. – 576 с.

3. Губарева Э.М. Основы технологических процессов получения изделий (заготовок) различными способами : учеб. Пособие. – Пермь, ПГТУ, 2007. – 214 с.

УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

1. Наглядные пособия:

- Комплект слайдов по теме лекции, плакаты.

2. Технические средства обучения:

- Графопроектор.

3. Приложения:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

(при необходимости)

ТЕКСТ ЛЕКЦИИ

Первый учебный вопрос. Выбор температуры и режима нагрева

Для повышения пластичности и уменьшения сопротивления деформированию металлы перед ОМД нагревают до определенной температуры, рис.1. Нагрев металла сопровождается рядом дефектов, которые необходимо учитывать при выборе температуры и режима нагрева.

1) Окисление металлов. При нагревании стали выше 700 С происходит интенсивное окисление поверхностного слоя с образованием окалины, состоящей из оксидов железа Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeO. Потери металла на окалину (угар) при однократном нагреве в пламенной печи составляют1,5…2,5 %, при электронагреве  0,4…0,7 %. Кроме этого, образование окалины в 1,5…2 раза повышает интенсивность износа инструмента, так как ее твердость выше твердости деформируемого металла.

2) При высоких температурах происходит также обезуглероживание поверхностного слоя стали вследствие выгорания углерода. Толщина обезуглероженного слоя составляет обычно 0,2…0,5 мм, достигая иногда 1,5…2,0 мм.

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

3) Перегрев. При высоких температурах нагрева интенсивно растет зерно. Это явление называется перегревом и ведет к существенному снижению механических свойств  уменьшению пластичности и ударной вязкости. Структуру перегретой стали в большинстве случаев можно исправить отжигом.

4) Пережог. При нагреве стали до температуры, 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. Такое явление называется пережогом. Оно не устраняется термической обработкой, и пережженный металл отправляют на переплавку.

Температурный интервал горячей обработки давлением. Для максимального повышения пластичности металла температура начала обработки должна быть высокой, но не вызывающей перегрева и пережога. Температура окончания обработки должна быть выше температуры рекристаллизации и фазовых превращений.

- Начальную температуру Т_н рекомендуется выбирать по формуле

Т_н = 0,85  0,95 Т_пл Т_пл  температура плавления сплава.

- Конечную температуру деформации определяют по формуле Т_к = 0,7 Т_пл

Режим нагрева. Нагрев заготовок обычно происходит неравномерно. Вначале нагреваются наружные слои, а затем за счет теплопроводности  сердцевина. При большой разности температур поверхности и сердцевины возникают температурные напряжения (снаружи  сжимающие, внутри  растягивающие), 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. Поэтому заготовки из легированных сталей и заготовки диаметром больше 150 мм нагревают постепенно (методически), в два этапа: медленный нагрев и выдержка при 700…800 С, а затем нагрев до необходимой температуры с максимальной скоростью.

Продолжительность нагрева непосредственно связана с размером заготовки. Чем больше сечение заготовки, тем большее время требуется на ее нагрев. Кроме того, крупные заготовки требуют ступенчатого нагрева. Форма заготовки также оказывает влияние на продолжительность нагрева. При равных объемах круглая заготовка нагревается быстрее квадратной или прямоугольной, так как поверхность, воспринимающая тепло, у нее больше.

Влияние способа укладки заготовок при определении продолжительности нагрева учитывают поправочным коэффициентом  (рис.2). 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).

Вывод: в данном вопросе мы рассмотрели основные факторы, влияющие на пластичность металла, что важно учитывать для снижения затрат энергии на создание усилий сжатия или растяжения.