Нагрев металла перед горячей обработкой, определение температуры нагрева. Конструкции нагревательных печей.
Металлы, обрабатываемые давлением, должны обладать пластичностью, которая определяется механическими характеристиками: относительным удлинением, поперечным сужением, удельной ударной вязкостью и др. Ориентировочные данные пластичности металла можно получить испытанием на растяжение. Если предел прочности с увеличением температуры падает, а относительное удлинение и сужение увеличиваются, то сопротивление деформированию уменьшается.
Наилучшая пластичность стали достигается нагревом, так как она непрерывно увеличивается в интервале температур от 300 до 1200°С в зависимости от содержания в стали углерода.
При нагреве стали выше температуры ковки наступает перегрев, который проявляется в резком росте аустенитных зерен и пониженной пластичности. Последняя может нарушить целостность заготовки. Перегрев углеродистых сталей исправляют термообработкой (отжигом). Однако исправление перегрева некоторых сталей (например, хромоникелевой) сопряжено с большими трудностями, поэтому его следует избегать.
При нагреве стали до температур, близких к температурам начала плавления, наступает пережог, характеризующийся появлением хрупкой пленки между зернами вследствие окисления их границ. Пережженный металл теряет пластичность, представляет собой неисправимый брак.
Обработка металлов давлением в зоне повышенных температур снижает сопротивление деформированию примерно в 10—15 раз по сравнению с обычным холодным состоянием. Следует заметить, что на перегрев и на пережог влияют и температура, нахождения металла в зоне высоких температур.
При горячей обработке давлением необходимо соблюдать определенный температурный интервал, зависящий от рода и химического состава металла. Для углеродистой стали область горячей обработки приведена на рис. 9. Температурные интервалы горячей обработки различных сплавов приведены в табл. 5.
Таблица.5. Температурные интервалы горячей обработки сплавов
| Вид сплава | Характеристика или марка | Температура горячей обработки | |
| начала | конца | ||
| Углеродистые стали | Углерода до 0,3% » 0,3—0,5% » 0,5—0,9% » 0,9—2% | 1200—1280 1150—1200 1050—1150 1050—1000 | 860—900 820—860 800—820 780—800 |
| Легированные стали | Низколегированные Среднелегированные Высоколегированные | 1100—1150 1100—1150 1150—1170 | 825—850 850—875 975—900 |
| Алюминиевые сплавы | Д1 АК2, АК4, АК6 АК8 | 475 475 475 | 400 420 450 |
| Магниевые сплавы | MA1, МА2 МАЗ МА5 | 430 400 370 | 350 300 300 |
| Медные сплавы | Бр АЖ 9-4 Бр АЖМ 10—3 — 1,5 Бр АЖН 10 — 4 — 4 Бр КН 1 — 3 Лс 59 — 1 | 850 900 750—800 | 700 700 600 |
| Титановые | ВТ1, ВТЗ, ВТ4 ВТ5, ВТ6, ВТ8 | 1100—1150* | 750—800 |
* В зависимости от марки сплава и применения ковки или штамповки температура обработки уточняется.
Режим нагрева металла перед обработкой давлением должен обеспечить получение требуемой температуры заготовки при равномерном прогреве ее по сечению и длине; сохранение целостности заготовки, минимальное обезуглероживание поверхностного слоя и минимальный отход металла в окалину (угар).
Промышленные нагревательные печи применяются в черной и цветной металлургии для разогрева заготовок перед ковкой, прокатом или прессованием. Нагревательные печи различаются своей конструкцией, температурным режимом и способом загрузки слитков. В качестве источника энергии используется электричество, мазут или природный газ. В зависимости от метода загрузки заготовок, печи бывают периодические и непрерывные.
В периодические печи одновременно загружается определенное количество слитков, которые в процессе нагрева остаются неподвижными. За тем слитки выгружаются и отправляются на дальнейшую обработку, в то время как их место занимает следующая партия. К такому типу относится камерные печи.
В печах непрерывного цикла заготовки находятся в постоянном движении относительно источника тепла. Это позволяет обеспечить высокую производительность при относительно малых размерах печи. К данному типу относятся методическая, карусельная и конвейерная печь.
В камерной нагревательной печи слитки остаются неподвижными во время их нагрева. В зависимости от особенностей конструкции камерные печи бывают следующих видов:
- вертикальная печь - заготовки в процессе нагрева, а также при загрузке и выгрузки находятся в вертикальном положении. Применяется при изготовлении узких и длинных изделий.
- Колпаковая печь - изделия нагревается при помощи располагающегося над ними подвижного колпака. Данная конструкция используется для нагрева изделий листового проката.
- Нагревательный колодец - представляет собой печь с вертикальной загрузкой и имеет сверху люк, через который загружаются заготовки, удерживаемые специальным устройством с механическим захватом.
В методической нагревательной печи заготовки находятся в постоянном движении относительно источника тепла. Для того чтобы обеспечивает равномерный процесс нагрева, и предотвратить образование механических напряжений в металле, заготовки последовательно проходят 3 зоны:
I. Методическая зона – осуществляется предварительный разогрев слитков.
II. Зона сварки - слитки нагреваются до заданной температуры.
III. Томительная зона - происходит равномерное распределение тепловой энергии по заготовке, перед тем как подвергнуть ее обработке.
В зависимости от размера заготовок, зоны могут иметь свои особенности. При большом сечении слитков зона сварки состоит из нескольких секций, каждая из которых имеет отдельный источник, или несколько источников тепла для того, чтобы полностью прогреть заготовку. В небольших слитках распределение тепловой энергии происходит моментально, соответственно зона томления не требуется. В качестве источника энергии применяется газ или жидкое топливо. Нагрев осуществляется при помощи форсунок, расположенных в стенках сварочной зоны.
Промышленные газовые нагревательные печи используются во многих отраслях промышленности. Они являются важнейшим звеном технологического цикла в таких областях производственной деятельности, как металлургия, машиностроение, стекольная и керамическая промышленности, а также при изготовлении блочных стройматериалов.