Реферат Нагрев металла перед обработкой давлением
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
НАГРЕВ МЕТАЛЛА ПЕРЕД ОБРАБОТКОЙ ДАВЛЕНИЕМ
22.1. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ИНТЕРВАЛ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
Металлы и сплавы перед обработкой давлением нагревают до определенной температуры для повышения их пластичности и уменьшения сопротивления деформации. Эту температуру называют температурой начала горячей обработки давлением. Однако в процессе обработки температура металла понижается. Минимальную температуру, при которой можно производить обработку, называют температурой окончания обработки давлением. Область температур между началом и окончанием обработки, в которой металл или сплав обладает наилучшей пластичностью, наименьшей склонностью к росту зерна и минимальным сопротивлением деформации, называют температурным интервалом горячей обработки давлением.
Различают оптимальный (допустимый) и технологически необходимый интервалы температур ковки, штамповки. Оптимальный интервал определяется разностью температур начала и конца ковки, но точно установить эти температуры можно лишь на основании конкретных данных, касающихся металла (с металлургической, металловедческой и эксплуатационной точек зрения). Поэтому обычно указывают ориентировочные температуры, которые затем уточняют. Главный фактор, определяющий эти температуры, — химический состав сплава и определяемые им свойства.
Температурный интервал обработки давлением выбирают с учетом диаграммы состояния сплавов. Сталь следует деформировать в определенном интервале температур, расположенном на диаграмме выше точки А3 и ниже температуры начала плавления. В общем случае температуру начала обработки принимают на 15,0...200 °С ниже линии солидуса, а конца обработки — на 25...50 °С выше точки А3 (для доэвтектоидных сталей) или точки Ах (для заэвтектоидных сталей). Из диаграммы железо—углерод видно (рис. 22.1), что с увеличением количества углерода в стали температурный интервал обработки сужается (заштрихованная область). При этом особенно резко снижается температура начала обработки.
При нагреве металлов и сплавов выше температуры начала горячей обработки начинается интенсивный рост зерна аустенита.
Рис. 22.1. Температурный интервал обработки давлением углеродистых сталей
Структура становится крупнозернистой, и происходит понижение ее пластических свойств. Это явление называется перегревом. Его считают дефектом, который в большинстве случаев можно устранить отжигом или нормализацией. Однако для некоторых сталей (например, хромоникелевых) исправление перегретого металла сопряжено со значительными трудностями и простой отжиг оказывается недостаточным.
При дальнейшем повышении температуры нагрева происходит расплавление легкоплавких составляющих зерен, расположенных по границам. Кроме того, окисление границ зерен кислородом, содержащимся в рабочем пространстве печи, ведет к образованию между зернами хрупкой оксидной пленки и вызывает явление, называемое пережогом и сопровождающееся полной потерей пластичности. Пережог — неисправимый брак.
Нагрев заготовок до больших температур сопровождается и другими вредными явлениями. Металл нагреваемой заготовки, соприкасаясь и химически взаимодействуя с печными газами, содержащими кислород (водяной пар и диоксид углерода), окисляется и обезуглероживается. При этом на поверхности металла образуется окалина, состоящая из оксидов железа. Угар металла при нагреве в пламенных печах достигает 3 %. Кроме печных газов на количество образующейся окалины влияют температура нагрева, химический состав металла заготовки и отношение ее поверхности к объему. Например, при 1300 °С скорость окисления стальной заготовки в семь раз выше, чем при 850...900 °С. С повышением отношения поверхности заготовки к ее объему количество окалины возрастает. С увеличением содержания углерода в стали количество окалины при нагреве уменьшается. Уменьшают окалинообразование и некоторые химические элементы – алюминий, хром, кремний.
Окалина имеет большую твердость, чем разогретый металл, поэтому износ инструмента возрастает почти в два раза. Окалина ухудшает качество поверхности; толщина ее достигает 1,5...2 мм, что заставляет увеличивать припуски на последующую механическую обработку. Одновременно с окалинообразованием происходит обезуглероживание металла – выгорание углерода с поверхности заготовки. Обезуглероженный слой металла необходимо полностью удалять при обработке резанием.
Иногда технологи снижают верхнюю границу температурного интервала ковки из-за необходимости уменьшить чрезмерное окалинообразование или обезуглероживание металла. Это снижение более значительно для крупных заготовок, поскольку при их нагреве требуется большое время выдержки в печи.
При ковке литого металла (слитков) температура начала ковки может быть несколько повышена. Применение ускоренного режима нагрева также позволяет повысить верхний предел температурного интервала, но во всех случаях металл должен выдерживать предусмотренные технологическим процессом деформации без трещинообразования. Если в начале ковки требуются небольшие деформации, то их можно осуществить при температурах, более высоких, чем при ковке с большими деформациями.
Нижнюю границу температур ковки, штамповки уточнить более сложно. Здесь необходимо учитывать не только состав стали (заэвтектоидная или доэвтектоидная), но и объем поковки, качество требуемого металла, наличие или отсутствие термообработки поковки, способ их охлаждения (в том числе и с использованием ковочной теплоты для термообработки и т. п.).
При установлении ковочных температур важно учитывать требования, предъявляемые к механическим свойствам металла с учетом характера эксплуатации детали.
Если для данной детали предусмотрена термическая обработка, например закалка с отпуском, то правильно выбранная температура конца ковки, штамповки (выше точки Аг3 для среднеуглеродистой стали) позволяет использовать ковочную теплоту для последующей термической обработки. Если термическая обработка не предусмотрена, то нижний предел интервала ковочных температур ограничивается условиями получения мелкого зерна. Для небольших поковок (массой до
Желательно, чтобы в температурном интервале обработки давлением металл находился в однофазном состоянии. В двух- или многофазном состоянии при низкой пластичности одной из фаз возможно разрушение металла. Исключение представляют доэвтектоидные стали, которые при температурах двухфазного состояния между линиями GS и PS (см. рис. 22.1) обладают достаточной пластичностью. Эта пластичность характерна и для заэвтектоидных сталей при температурах выше 750 °С, при которых между линиями GS и PS фиксируется двухфазная структура аустенит + вторичный цементит. Цементит располагается в виде сетки по границам зерен и снижает пластичность стали. Однако после разрушения этой сетки обработкой давлением пластичность стали восстанавливается.
Ковка, штамповка среднеуглеродистой стали оканчивается выше точки Аг3, что обеспечивает устойчивую мелкозернистую структуру стали. Для низкоуглеродистой стали (до 0,3% С) допустима более низкая температурная область конца ковки, штамповки (в промежутке между точками Аг3 и Аг1), особенно для крупных поковок. При этом окончательный размер зерен меньше, чем при завершении ковки при температуре выше точки Аг3. Для заэвтектоидной стали, у которой структурно-свободной фазой является хрупкий цементит, температура конца ковки, штамповки должна быть по возможности более низкой, а охлаждение поковок – быстрым во избежание образования цементитной сетки при высокой температуре в конце обработки. Для разрушения цементитной сетки следует оканчивать ковку, штамповку в интервале температур критических точек. В этом случае перед отжигом стали на зернистый перлит нет необходимости проводить нормализацию, а для отжига можно использовать ковочную теплоту. Окончание ковки и штамповки заэвтектоидной стали как можно ближе к точке Аг1 неприемлемо для стали с большим содержанием углерода, у которой вследствие графитизации может образоваться такой брак, как «черный излом».
В цеховых условиях интервал ковочных температур иногда уточняют исходя из субъективных причин. Конец штамповки корректируют исходя из стойкости инструмента. Разогретые штампы быстро «садятся» при штамповке остывающей заготовки вследствие значительного увеличения сопротивления деформации. Иногда повышение температуры штамповки вызывается недостаточной мощностью используемого оборудования.
Как видно из графика на рисунке 22.1, максимальный интервал ковочных температур для низкоуглеродистой стали составляет 500 °С, для эвтектоидной стали – 400...450 °С, заэвтектоидной – 200...300 °С. Для высоколегированной стали этот интервал температур еще меньше. Например, для жаропрочной стали он составляет 100...150 °С.
Интервал ковочных температур обычно уточняют в процессе следующих лабораторных исследований: определяют пластичность стали при осадке до появления первой трещины в пределах ориентировочного интервала ковочных температур; строят кривую изменения ударной вязкости в том же температурном интервале; определяют сопротивления деформации при температурах ориентировочного конца ковки, штамповки; строят график рекристаллизации металла после обработки с различной степенью деформации.
Фактически используемый интервал ковочных температур может точно совпасть с оптимальным интервалом лишь в частном случае при равенстве времени tK, затрачиваемого на ковку, штамповку, и времени t0 остывания стали в интервале ковочных температур при данных условиях обработки. Обе эти величины могут значительно изменяться в зависимости от сложности поковки и темпа работы, зависящего от степени механизации процесса и быстроходности оборудования. Если tK < t0, что часто встречается при штамповке, то допустимый интервал температур не используется и технологу следует решить вопрос, за счет какой из температур сократить этот интервал. Высокий нагрев металла без достаточной его проковки не обеспечивает необходимого качества металла даже за счет регулирования скорости охлаждения, поэтому в подобных случаях, чтобы избежать дополнительной термической обработки, приходится сокращать интервал температур за счет снижения верхнего порога температуры процесса. Если tK > t0, то ковку осуществляют в два или большее число приемов.
Температурные интервалы для ковки и штамповки различных легированных сталей и сплавов указаны в специальной литературе и справочниках.
