Нагрев металла при обработке давлением
Нагрев заготовок производится с целью уменьшения сопротивления деформированию. При горячей деформации сопротивление деформированию примерно в 10 раз меньше, чем при холодной. Для каждого металла и сплава температура горячей обработки имеет свои верхний и нижний пределы, образующие область нагрева, называемую температурным интервалом обработки.
На рисунке показана область нагрева углеродистой стали для горячей обработки давлением в зависимости от содержания углерода. Ее верхние пределы лежат на 100—150°С ниже температуры начала плавления (т. е. линии солидуса). Нижние пределы - на 60 - 75°С выше температур превращения перлита и цементита в аустенит (т. е. линии перлитных превращений). Выше линии верхних температурных пределов находится зона пережога, ниже линии нижних температурных пределов - зона упрочнения (наклепа). Пережженный металл годен только на переплавку.
Зона перегрева является зоной наиболее интенсивного роста зерна и дает крупнозернистую структуру металла, непрочную и хрупкую, которая может быть исправлена последующим отжигом на мелкое зерно. Обработка металлов давлением при температурах зоны наклепа дает напряженный и хрупкий (наклепанный) металл и может привести к разрушению его. Наклеп можно устранить последующей термообработкой (отжигом). Температуры зоны горячей обработки значительно превышают температуру рекристаллизации, и поэтому получаемый от механического воздействия наклеп немедленно уничтожается вследствие рекристаллизации и образования новых зерен.
При правильно проведенном режиме горячей обработки давлением зерна металла получаются тем мельче, чем ближе температура конца обработки к нижнему температурному пределу. В процессе горячей обработки давлением происходит образование мелких зерен, уменьшаются или уничтожаются пороки литого металла (например, газовые раковины, пустоты завариваются), кристаллы стали вытягиваются и ориентируются в направлении течения металла, создается волокнистая макроструктура, вследствие чего механические свойства стали вдоль волокон становятся выше, чем поперек волокон.
Это свойство используют при изготовлении деталей; заготовку деформируют так, чтобы направление возникающих в детали максимальных растягивающих напряжений совпадало с направлением волокон, причем волокна должны огибать контур изделий и не должны пересекать их.
Нагрев заготовок в печи начинается с их поверхности, в дальнейшем тепло проникает внутрь заготовок за счет их теплопроводности. Для нагрева используются различные нагревательные устройства. Нагрев металла для горячей обработки производится в пламенных и электрических печах, с помощью контактных и индукционных нагревателей. По распределению температуры в рабочем пространстве пламенных печей они делятся на камерные и методические. В камерных печах температура одинакова на всем рабочем пространстве. В методических печах нагрев заготовок осуществляется постепенно, по заданному режиму. В прокатном производстве для нагрева слитков применяются также колодцевые печи со съемным или сдвигаемым сводом. Электрические печи для безокислительного нагрева металлов бывают также камерные и методические. Контактные электронагреватели применяются для нагрева током большой силы (при малом напряжении), проходящим через нагреваемую заготовку, которая в данном случае служит сопротивлением. Заготовка нагревается очень быстро, что обеспечивает высокую производительность и небольшую потерю тепла (к. п. д. установки 70—80%). Индукционный нагрев производится с помощью индукционного электронагревателя, состоящего из закрытого общим кожухом индуктора, в котором нагреваются заготовки, и монтируемой под ним батареи конденсаторов. Помещенный внутри индуктора металл нагревается под действием магнитного гистерезиса и возбуждаемых в нем вихревых токов. Высокий к. п. д. (60—70%) индукционного нагревателя достигается подбором тока соответствующей частоты. По сравнению с нагревом заготовок в других печах или индукционном нагреве, резко сокращается (в 15 — 20 раз) время (при подборе соответствующих частот стальная заготовка диаметром 40 мм нагревается до ковочной температуры за 30—35 с), слой окалины уменьшается в 4—5 раз, обезуглероженный слой практически отсутствует, уменьшается угар металла, улучшаются условия труда (отсутствие облучения от нагревательных печей, бесшумность нагрева и др.).