И режимы нагрева
При нагреве на поверхности заготовок образуется слой оксидов, Называемый окалиной, толщина которого зависит от температуры и времени нагрева, состава печной атмосферы, химического состава сплава и расположения заготовок в печи. Наиболее интенсивно сплавы окисляются при температуре 900…1200 °С.
Нагрев углеродистых сталей приводит также к выгоранию углерода поверхностного слоя на глубину до 2 мм. Уменьшение содержания углерода, называемое обезуглероживанием, ведет к снижению прочности и твердости стали. Особенно вредно обезуглероживание для заготовок небольших размеров, имеющих малые припуски на механическую обработку и подвергаемых последующей закалке.
Для уменьшения окалинообразования и обезуглероживания применяют нагрев в защитной атмосфере или вакууме, скоростной нагрев, защитные засыпки и обмазки, наносимые на заготовки перед нагревом.
Высокоуглеродистые и высоколегированные стали и многие сложные сплавы, имеющие низкие теплопроводность и пластичность, во избежание трещин требуют медленного нагрева. Заготовки из таких сталей и сплавов загружают в печь при невысокой температуре, выдерживают при этой температуре для равномерного прогрева заготовки по всему объему и затем повышают температуру печи. Крупные слитки из легированных сталей при нагреве подвергают нескольким выдержкам при различных температурах.
Выбор режима нагрева перед обработкой давлением заключается в определении рационального температурного интервала (температур начала и конца обработки) и времени нагрева. Нижняя граница температурного интервала обработки давлением стальных заготовок превышает 727 °С, а верхняя должна быть на 100…150 °С ниже температуры начала плавления. При нагреве до более высоких температур в металле появляются два вида дефектов — перегрев и пережог. При перегреве размеры зерен увеличиваются, пластичность уменьшается и ухудшаются механические свойства. Этот вид брака можно для некоторых сталей устранить дополнительной обработкой давлением и нормализацией.
Пережог — окисление металла по границам зерен при нагреве до температур, близких к температуре плавления. В результате связь между зернами нарушается и металл при обработке. давлением разрушается. Пережог является неисправимым браком.
Температурный интервал обработки зависит от марки обрабатываемого сплава. Для сталей температуру начала и конца обработки давлением можно определить по диаграмме Fe-C (рис. 16.9). Из диаграммы видно, что низкоуглеродистые стали имеют широкий (до 500 °С) температурный интервал обработки.
 Рис. 16.9.Диаграмма состояния Fe—С: 1 — пережог . 2 — перегрев . 3 — область горячей обработки давлением |
Время нагрева определяют исходя из двух противоречивых требований. С одной стороны, с целью уменьшения образования окалины и повышения производительности необходимо сократить время нагрева, увеличив его скорость, с другой (во избежание образования трещин) — уменьшить скорость нагрева и увеличить его продолжительность. Последнее особенно важно для заготовок большого сечения из высоколегированных сплавов. Для заготовок из углеродистых сталей сечением до 100 мм2 допускается высокая скорость нагрева и их можно загружать холодными в печь, имеющую температуру 1300 °С.
Время нагрева Т (ч) в этом случае можно определить по формуле Н.Н. Доброхотова
Т = akD-jD,
где k — коэффициент, зависящий от марки стали (для углеродистых и низколегированных сталей fe = 10, для высокоуглеродистых и высоколегированных сталей k- 20) . D — диаметр или сторона квадрата заготовки, м . а — коэффициент, учитывающий способ укладки заготовок в печи (рис. 16.10). Чем плотнее уложены заготовки в печи (меньше расстояние I), тем больше коэффициент а и длительнее нагрев заготовок.
Заготовки из высоколегированных сталей нагревают в два этапа из-за возможного их разрушения в результате возникновения термических напряжений при большой скорости нагрева:
| t d | ||
| d J3T~amX |
| а = 1 |
ш)шш> .ят
а = 1,25
7ШШШШ7
Рис. 16.10. Влияние способа укладки заготовок в печи на коэффициент а
сначала их медленно подогревают до 650 °С, а затем, когда Пла стичность сплава увеличивается, окончательно нагревают с большой скоростью до температуры горячей пластической деформации. Общее время нагрева составляет т-т1 +т2, где Т, и Т2 — время соответственно первого и второго этапов нагрева:
тг =al3,3Z)VD . tz=o& .,w4d.
Процесс охлаждения (особенно заготовок из легированных сталей) при обработке давлением является ответственной технологической операцией, которая при неправильном выполнении может привести к браку, так как при охлаждении трещины в заготовках образуются чаще, чем при нагреве. Скорость охлаждения не должна превышать допустимых значений. Заготовки из низко- и среднеуглеродистых сталей можно охлаждать на воздухе поштучно или группами на стеллажах. Крупные поковки из легированных сталей охлаждают медленно вместе с печью, давая выдержки по нескольку часов при определенных температурах. Цикл охлаждения заготовок зависит от их химического состава и размеров и для крупных поковок может длиться несколько суток.
