Лекция 8. Нагрев металлов перед обработкой давлением. Прокатка.

При нагреве металла с повышением температуры уменьшается его временное сопротивление, а относительное удлинение увеличивается. Таким образом, при деформации стали, нагретой, например, до 1200°С, можно достичь большего формоизменения при меньшем приложенном усилии, чем при деформиро­вании ненагретой стали. Все металлы и сплавы имеют тенденцию к увеличению пластичности и уменьшению сопротивления деформи­рованию при повышении температуры в случае выполнения ряда требований, предъявляемых к процессу нагрева. Так, каждый ме­талл должен быть нагрет до вполне определенной максимальной тем­пературы. Если нагреть, например, сталь до температуры, близкой к температуре плавления, наступает пережог, выражающийся в по­явлении хрупкой пленки между зернами металла вследствие окис­ления их границ. При этом происходит полная потеря пластичности. Пережог исправить нельзя, пережженный металл может быть от­правлен только на переплавку.

Ниже температуры пережога находится зона перегрева. Явле­ние перегрева заключается в резком росте размеров зерен. Вслед­ствие того, что крупнозернистой первичной кристаллизации (аустенит), как правило, соответствует крупнозернистая вторичная кри­сталлизация (феррит + перлит или перлит + цементит), механи­ческие свойства изделия, полученного обработкой давлением из перегретой заготовки, оказываются низкими. Брак по перегреву в большинстве случаев можно исправить отжигом. Однако для неко­торых сталей (например, хромоникелевых) исправление перегретого металла сопряжено со значительными трудностями, и простой от­жиг оказывается недостаточным.

Максимальную температуру нагрева, т. е. температуру начала горячей обработки давлением, следует назначать такой, чтобы не было пережога и перегрева. В процессе обработки нагретый ме­талл обычно остывает, соприкасаясь с более холодным инструментом и окружающей средой. Заканчивать горячую обработку давлением следует также при вполне определенной температуре, ниже которой пластичность вследствие упрочнения (рекристаллизация не успе­вает произойти) падает и в изделии возможно образование трещин. Но при высоких температурах заканчивать деформирование неце­лесообразно (особенно для сплавов, не имеющих фазовых превраще­ний). В этом случае после деформирования зерна успевают вырасти и получается крупнозернистая структура, характеризующаяся низ­кими механическими свойствами.

Каждый металл и сплав имеет свой строго определенный темпера­турный интервал горячей обработки давлением. Например, алюми­ниевый сплав АК4 470—350 °С; медный сплав БрАЖМц 900—750 °С; титановый сплав ВТ8 1100—900 °С. Для углеродистых сталей тем­пературный интервал нагрева можно определить по диаграмме состояния (см. разд. 1) в зависимости от содержания углерода. Например, для стали 45 температурный интервал 1200—750 °С, а для стали У10 1100—850 °С.

Заготовка должна быть равномерно нагрета по всему объему до требуемой температуры. Разность температур по сечению заготовки приводит к тому, что вследствие теплового расширения между более нагретыми поверхностными слоями металла и менее нагретыми вну­тренними слоями возникают напряжения. Последние тем больше, чем больше разность температур по сечению заготовки, и может возрасти настолько, что в центральной зоне с растягивающими напряжениями при низкой пластичности металла образуются тре­щины. Разность температур по сечению увеличивается с повышением скорости нагрева, поэтому существует допустимая скорость нагрева. Наибольшее время требуется для нагрева крупных заготовок из высоколегированных сталей из-за их низкой теплопроводности. Например, время нагрева слитка массой ~ 40 т. из легированной стали составляет более 24 ч.

Однако с увеличением времени нагрева увеличивается окисление поверхности металла, так как при высоких температурах металл активнее химически взаимодействует с кислородом воздуха. В ре­зультате на поверхности, например, стальной заготовки образуется окалина—слой, состоящий из оксидов железа: Fe2O3, Fe3O4, FeO. Кроме потерь металла с окалиной, последняя, вдавливаясь в поверх­ность заготовки при деформировании, вызывает необходимость уве­личения припусков на механическую обработку. Окалина увеличи­вает износ деформирующего инструмента, так как ее твердость значительно больше твердости горячего металла.

При высоких температурах на поверхности стальной заготовки интенсивно окисляется не только железо, но и углерод: происходит так называемое обезуглероживание. Толщина обезуглероженного слоя в отдельных случаях достигает 1,5—2 мм.

Для уменьшения окисления заготовки нагревают в нейтральной или восстановительной атмосфере.

Повышение эффективности нагревательных устройств. Понятие о механизации и автоматизации нагревательных устройств.

Прокат и его производство

Прокатка – это способ обработки пластическим деформированием – наиболее распространённый. Прокатке подвергают до 90 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. Способ зародился в XVIII веке и, претерпев значительное развитие, достиг высокого совершенства.

Сущность процесса: заготовка обжимается (сдавливается), проходя в зазор между вращающимися валками, при этом, она уменьшается в сво¨м поперечном сечении и увеличивается в длину. Форма поперечного сечения называется профилем.

Способы прокатки

Когда требуется высокая прочность и пластичность, применяют заготовки из сортового или специального проката. В процессе прокатки литые заготовки подвергают многократному обжатию в валках прокатных станов, в результате чего повышается плотность материала за сч¨т залечивания литейных дефектов, пористости, микротрещин. Это придает заготовкам из проката высокую прочность и герметичность при небольшой их толщине.

Существуют три основных способа прокатки, имеющих определенное отличие по характеру выполнения деформации: продольная, поперечная, поперечно – винтовая (рис. 14).

Рис. 14. Схемы основных видов прокатки:

а – продольная; б – поперечная; в – поперечно – винтовая

При продольной прокатке деформация осуществляется между вращающимися в разные стороны валками (рис. 14 а). Заготовка втягивается в зазор между валками за счет сил трения. Этим способом изготавливается около 90 % проката: весь листовой и профильный прокат.

Поперечная прокатка (рис. 14.б). Оси прокатных валков и обрабатываемого тела параллельны или пересекаются под небольшим углом. Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения – в противоположном.

В процессе поперечной прокатки обрабатываемое тело удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспечивается профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом производят специальные периодические профили, изделия представляющие тела вращения – шары, оси, шестерни.

Поперечно – винтовая прокатка (рис. 14.в). Валки, вращающиеся в одну сторону, установлены под углом друг другу. Прокатываемый металл получает ещ¨ и поступательное движение. В результате сложения этих движений каждая точка заготовки движется по винтовой линии. Применяется для получения пустотелых трубных заготовок.

Технико–экономические показатели производства отдельных видов проката.