Нагрев металла перед обработкой давлением

Методические указания к

Лабораторной работе № 8

Свободная ковка

 

по дисциплине

 

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

 

Направление подготовки:

Специальность:

Форма обучения очная

 

 

Тула 2017 г.

 

 

Методические указания к лабораторным работам составлены ассистентом Е.А. Страховой и обсуждены на заседании кафедры СЛиТКМполитехнического института

Протокол №  1  от «29» августа 2016 г.

Зав. кафедрой ______________________А.А. Протопопов

 

Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и утверждены на заседании кафедры СЛиТКМ политехнического института,

протокол №___ от «» ___________________ 20___ г.

Зав. кафедрой ______________________А.А. Протопопов

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Экспериментальное изучение характера формоизменения и закономерностей изменения параметров деформирования цилиндрического образца плоскими бойками.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Ковкой называют вид обработки металлов давлением, при котором исходной, предварительно нагретой заготовке придают необходимую форму с помощью универсального инструмента, не ограничивающего течение металла в плоскости, перпендикулярной действию силы.

Ковка является одним из наиболее экономичных способов получения высококачественных заготовок в единичном производстве и единственно возможным способом получения заготовок большой массы(можно изготавливать поковки различной массы — от нескольких граммов до сотен тонн).

Нагрев металла перед обработкой давлением

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. 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 остывает, соприкасаясь с более холодным инструментом и окружающей средой. Заканчивать горячую обработку давлением следует также при вполне определенной температуре, ниже которой пластичность падает и в изделии возможно образование трещин.

Каждый металл и сплав имеет свой строго определенный температурный интервал горячей обработки давлением. Например, алюминиевый сплав АК4 470 - 350 ºС; титановый сплав ВТ8 1100 - 900 ºС. Для углеродистых сталей температурный интервал нагрева определяют по диаграмме состояния железо-цементит в зависимости от содержания углерода. Например, для стали 45 температурный интервал 1200 - 750 ºС, а для стали У10 1100 - 850 ºС.

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, в результате на поверхности, например, стальной заготовки образуется окалина — слой, состоящий из оксидов железа: Fe₂О₃, Fe₃O₄, FеО. Кроме потерь металла с окалиной, последняя, вдавливаясь в поверхность заготовки при деформировании, вызывает необходимость увеличения припусков на механическую обработку. Окалина увеличивает износ деформирующего инструмента, т.к. 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.

Нагревательные устройства

Устройства, в которых нагревают металл перед обработкой давлением, можно подразделить на нагревательные печи и электронагревательные устройства.

В печах теплота к заготовке передается главным образом конвекцией и излучением из окружающего пространства нагревательной камеры, выложенной огнеупорным материалом. Теплоту получают в основном сжиганием газообразноготоплива, реже жидкого(мазута).

По конструктивным признакам печи разделяют на ряд разновидностей. Например, одним из наиболее распространенных типов являются камерные печи, в которых заготовки укладывают на под печи. В крупносерийном производстве применяют механизированные проходные печи методического действия, в которых заготовки загружают с одной стороны печи, перемещают по поду и выгружают с другой стороны печи нагретыми.

В электронагревательных устройствах теплота выделяется в самой заготовке либо при пропускании через нее тока большой силы в контактных устройствах, либо при возбуждении в ней вихревых токов — в индукционных устройствах.Преимущества электронагрева: высокая скорость, значительно превышающая скорость нагрева в печах; почти полное отсутствие окалины; удобство автоматизации, улучшение условий труда. Однако применяют электронагревательные устройства только при необходимости нагрева достаточно большого количества одинаковых заготовок диаметром до 75 мм в контактных и до 200 мм в индукционных устройствах.