Нагрев и охлаждение заготовок

Технологический процесс нагрева металла перед обработкой его давлением обеспечивает нагрев до требуемой температуры заготовки в оптимальный для каждого металла срок, обеспечивает равномерный прогрев заготовки по длине и сечению, сохраняет целостность металла, т. е. предупреждает возможность появления каких-либо внутренних трещин или других пороков; минимальное химическое воздействие атмосферы нагревательного устройства на поверхность металла (например, окисления, насыщения водородом и т. п.); наконец, завершение структурных превращений (при наличии их) и минимальный рост зерна.

Для выполнения перечисленных требований необходимо для каждого вида сплавов соблюдать режимы нагрева металла, в основном определяемые температурой нагревательного устройства при посадке выдержкой после посадки, скоростью нагрева, иногда промежуточными выдержками при той или иной температуре и временем выдержки при окончательной температуре нагрева.

Установление оптимальных режимов нагрева того или иного сплава затрудняется некоторой противоречивостью требований определяющих качество нагрева. Так, например, повышение скорости нагрева может вызвать появление термических напряжений и неравномерность прогрева по сечению заготовки. В свою очередь медленный нагрев способствует химическому воздействию атмосферы в нагревательном устройстве на нагреваемый металл. Выдержка при конечной температуре нагрева способствует, например, равномерности прогрева и завершению структурных превращений, но излишняя длительность ее может вызвать рост зерна и вытекающее в результате его снижение пластических свойств.

На процесс нагрева, естественно, влияет и вид нагревательного устройства. Для алюминиевых, магниевых, медных и титановых сплавов следует применять нагрев в электрических печах сопротивления, а также индукционный нагрев. Однако еще находит иногда применение нагрев в пламенных печах на газообразном топливе.

При нагреве в печах поверхность металла получает тепло от излучения раскаленных стенок и свода печи, нагревательных элементов, продуктов горения и т. п., а также путем теплопередачи конвекцией (соприкосновением) с нагретой атмосферой камеры электрической печи или продуктами горения в пламенных печах

Чем больше разница между температурой рабочего пространства печи и заготовкой (т е м п е р а т у р н ы й   н а п о р), тем большее количество тепла будет поступать при прочих равных условиях на поверхность заготовки.

Это количество зависит также от коэффициента поглощения тепла поверхностью заготовки. Чем меньше этот коэффициент, тем в меньшей степени воспринимает тепло поверхность металла. С поверхности тепло распространяется внутрь заготовки путем теплопроводности. Температура заготовки будет повышаться тем интенсивнее, чем меньше теплоемкость. Совместное влияние теплопроводности, теплоемкости и объемного веса отражает температуропроводность. Чем больше температурный напор и температуропроводность металла, тем быстрее протекает нагрев. Однако, чем больше температурный напор, тем выше будет и разница температур  по сечению заготовки в процессе нагрева. Температурный градиент возрастает с уменьшением температуропроводности металла и с увеличением сечения нагреваемой заготовки.

Температурный градиент обусловливает появление в нагреваемом металле термических напряжений в результате различного теплового расширения периферийных и внутренних слоев металла. Эти напряжения особенно заметны в сплавах, у которых в зоне нагрева возникают фазовые превращения, связанные с объемными изменениями.

При значительной величине термических напряжений и малой пластичности металла может нарушиться целостность металла. В связи С. этим бывает необходимо вести нагрев не с технически возможной, а с допускаемой скоростью нагрева при температурном напоре, обусловливающем температурный градиент, не превышающий определенной величины.

При индукционном нагреве тепло возникает непосредственно в теле самой заготовки под действием индуктируемых в ней вихревых токов. Поэтому индукционный нагрев можно производить со значительно большей скоростью, чем нагрев в печах. Кроме того на поверхность заготовки не действуют продукты горения как это происходит в пламенных печах, и вследствие быстроты нагрева заготовки очень короткое время соприкасаются с воздухом. Поэтому химическое воздействие окружающей среды на поверхность заготовки при индукционном нагреве сводится к минимуму.

Так как цветные сплавы требуют точного соблюдения режимов и температуры нагрева, то нагревательные устройства должны быть оборудованы приборами для регулировки и контроля температур и длительности нагрева заготовок, максимально автоматизирующими тепловой режим работы нагревательных устройств. В этом отношении электрические печи сопротивления и индукционные нагреватели имеют значительные преимущества перед пламенными печами.

28 Июнь 2011 Опубликовано в Мастер-класс

Комментирование закрыто.