Нагрев металла

Пластические свойства нагретого металла значительно выше, а сопротивление деформации ниже, чем холодного. Поэтому горячее пластическое деформирование сопровождается меньшими энергетическими затратами и используется более широко, чем холодное.

Нагрев металла при обработке давлением оказывает влияние на качество и стоимость продукции. Основное требование к нагреву заключается в обеспечении равномерного прогрева слитка или заготовки по сечению и длине до соответствующей температуры за минимальное время с наименьшей потерей металла, переходящего в окалину, и экономным расходом топлива или электроэнергии. Неправильный нагрев металла может вызвать различные дефекты: трещины, обезуглероживание, повышенное окисление, перегрев и пережог. Трещины возникают при быстром нагреве и охлаждении крупных слитков и заготовок в печах вследствие возникающих в них высоких термических и фазовых напряжений. Термические напряжения связаны с неравномерными нагревом и расширением наружных и внутренних слоев заготовок, фазовые — с изменением структурного состояния. Например, при нагреве стали происходит превращение менее плотной структуры перлита в более плотный аустенит, что вызывает в нем растягивающие напряжения.

Длительный нагрев при высоких температурах вызывает окисление металла и образование окалины. При высоких температурах происходит также обезуглероживание поверхностных слоев стальной заготовки в результате соединения содержащегося в ней углерода с кислородом воздуха и образования углекислого газа. Для устранения обезуглероживания в нагревательной печи создают восстановительные и защитные среды, не содержащие кислорода, ведут нагрев в вакууме или инертном газе. Для небольших заготовок применяют высокоскоростной электрический нагрев индукционными токами высокой частоты и контактный нагрев. При электрическом нагреве тепло выделяется в самой заготовке, что обеспечивает равномерный сквозной прогрев металла. В результате этого не образуется трещин и время нагрева сокращается в десятки раз по сравнению с нагревом в печах.

При очень высокой температуре нагрева металла происходит его перегрев и пережог. При перегреве сильно вырастают зерна металла, что ведет к снижению его пластичности и вязкости. Пережог наблюдается, когда температура нагрева приближается к температуре солидуса Тсол — температуре начала плавления. При этой температуре металл разрушается.

Температурный интервал горячего деформирования определяют в зависимости от температуры плавления и рекристаллизации обрабатываемого сплава. Начальная температура должна быть ниже температуры начала плавления Тсол, а конечная— выше температуры рекристаллизации Трек. Например, для углеродистой стали температуру начала горячего деформирования выбирают по диаграмме состояния железо — цементит (см. рис. 2.1) на 150—200 °С ниже температуры солидуса, а температуру конца деформирования принимают на 50— 100 °С выше точки превращения аустенита в перлит и температуры рекристаллизации данной стали и определяют по эмпирической формуле Тк= 100[(9,1÷1,1)С]°С, где С — содержание углерода, %. Прокатка большинства марок углеродистой стали начинается при 1250—1100 и заканчивается при 950—850 °С, т. е. нормальный интервал температур составляет 300—250 °С; при прокатке тонких листов на непрерывных станах перепад температур может достигать 350 °С, и наоборот, при прокатке легированных сталей с повышенным сопротивлением деформированию температурный интервал горячего деформирования уменьшается до 200—150 °С.

Рис. 2.1. Диаграмма состояния системы железо — углерод