Для горячей обработки давлением металл нагревается до определенной температуры (далее "температура" - "т-ра." ) и деформируется до тех пор, пока т-ра его не опустится до такой, при которой дальнейшая деформация окажется невозможной . Таким образом, металл может быть деформирован в строго определенном температурном интервале. Максимальная т-ра его называется верхней границей , а минимальная - нижней . Каждый металл имеет свой строго определенный тр-ный интервал горячей обработки давлением.

Верхний предел т-рного интервала t в.п избирается так, чтобы не было пережигания, интенсивного окисления и обезуглероживания, а также перегрева. При выборе верхней границы т-рного интервала для высокоуглеродистых и легированных сталей необходимо иметь в виду их большую склонность к перегреву.

Температура нижней границы t н.п должна быть такая, чтобы после деформации при этой т-ре металл не получил укрепления (наклепа) и имел необходимую величину зерна. Особое значение выбор нижней границы имеет для легированных сталей и сплавов, не имеющих фазовых и аллотропических превращений, например для аустенитных и ферритных сталей. Конечные свойства этих сталей определяются в основном нижней границей температурного интервала (поскольку они не подвергаются термической обработке).

Практически верхний предел t в.п для углеродистых сталей расположен на 100-200° ниже линии солидуса АЕ (рис.1.12). Для доэвтектоидной углеродистых сталей оптимальной т-рой конца ковки является А 3 + (25 - 50°).

Для низкоуглеродистых сталей (до 0,3% С) окончания обработки давлением в интервале температур А 3 - А 1 является вполне допустимым (рис. 1.12, штриховая линия) . При этом конечный размер зерен мельче, чем при окончании процесса выше А 3 . Для заэвтектоидных стали обработка давлением заканчивается в интервале т-р А ст - А 1 .

При окончании обработки в этом интервале температур цементит, выделившийся ниже линии SE , имеет форму мелких раздробленных включений. Это улучшает служебные свойства заэвтектоидных стали, в частности повышаются режущие свойства инструмента. С повышением содержания углерода пластичность стали снижается. Поэтому при сравнительно низких температурах, близких к А 1 обработку давлением высокоуглеродистых сталей можно заканчивать только в том случае, если схема напряженного состояния обеспечивает металл высокой пластичностью (например, штамповка в закрытых штампах и т. п.) .

Если схема всестороннего неравномерного сжатия выражена менее резко, как, например, при ковке на плоских бойках, то с увеличением содержания углерода в заэвтектоидных сталях нижняя граница т-рного интервала ковки должна быть несколько повышена (рис. 1.12, штриховая линия) . На рис. 1.12 температурный интервал нанесен в виде заштрихованной области. Из данного рисунка видно, что с повышением содержания углерода в стали температура границ снижается, а т-рный интервал сужается.

контрольная работа

3. Нагрев при штамповке. Температурный интервал и типы нагревательных устройств

Способность металлов и сплавов подвергаться различным видам обработки давлением характеризуется пластичностью и сопротивлением деформации. Для увеличения ковкости, то есть повышения пластичности и снижения сопротивления деформирования, обычно повышают температуру металла.

Температура нагрева для разных металлов различна. Эта температура имеет нижний и верхний пределы, между которыми находится температурный интервал штамповки, то есть область температур, при которых целесообразно проводить горячую штамповку.

Металл поковок хорошего качества получают при определенных температурах. При этом нижний предел определяется температурой фазовых превращений.

Температурный интервал объемной горячей штамповки зависит в основном от химического состава металла и от других свойств, определяемых этим составом. Температурный интервал обусловливается комплексом испытаний.

Для определения оптимального температурного интервала рассматривают изменение механических характеристик в зависимости от температуры.

Реальный металл представляет собой скопление зерен - кристаллов разнообразных размеров, форм и направлений кристаллографических осей. Подобное строение называется поликристаллическим.

Металлы и сплавы в нормальных условиях имеют кристаллическое строение. Горячая деформация поликристалла происходит в том случае, когда металл получает полностью или частично рекристаллизованную структуру. Рекристаллизация снимает упрочнение и исключает искажение форм зерен

Однако при температурах, близких к пережогу, наблюдается большой рост зерна и образование крупнозернистого строения металла - перегрев металла. Из крупнозернистого строения всегда можно получить мелкозернистое. Это приводит к крупнозернистому менее качественному строению металла поковки. Поэтому необходимо устанавливать верхнюю границу температурного интервала штамповки ниже температуры, при которой интенсивно растет зерно.

При температурах выше 1470 градусов и вблизи температуры плавления находится зона хрупкости металла - зона пережога. При пережоге кислород диффундирует внутрь металла, и окисляет границы зерен, которые при этом оплавляются, так как окислы железа имеют меньшую температуру плавления, чем сам металл. Штамповка при пережоге не возможна. Таким образом, верхняя граница температурного интервала не должна находиться ниже зоны пережога.

При температурах 750 - 800 градусов сопротивление деформированию остаётся относительно постоянным, а пластичность уменьшается. Это объясняется фазовыми превращениями, происходящими в металле. Наиболее пластичной структурой является структура аустенита. При наличии двухфазной структуры пластичность снижается. Низкоуглеродистые и углеродистые стали при температурах 1100 - 1200 С имеют чисто аустенитную структуру. Исходя из однофазности структуры и повышенной пластичности, температуру 1200 С можно принять за верхний предел температурного интервала деформации для углеродистых сталей. У высокоуглеродистой стали при 1100 С структура двухфазная: аустенит и цементит, последний образует хрупкую сетку по границам зёрен. Для пластичности стали цементитную сетку надо раздробить с тем, чтобы цементит образовал отдельные зёрна в металле поковки. При этом твёрдость и прочность металлов останутся высокими.

Верхний предел температур деформации, для высокоуглеродистой стали, целесообразно принять за 1100 С, а давление должно производится осторожно с учетом того, что пластичность снижена из - за наличия двухфазной структуры.

Нижний предел температур деформации должен находиться выше температур фазовых превращений. При установлении нижнего предела температур штамповки необходимо учитывать массу поковки, наличие или отсутствие последующей термообработки, способ охлаждения и т. д. Так при большой массе поковки и высокой температуре окончания процесса штамповки, поковка остывает медленно, и размельченное деформацией может вновь, вырасти. При малой массе поковки, до 100 кг, температура конца штамповки может быть более высокой, но из - за быстрого охлаждения, зерно не успевает вырасти и остается измельченным.

Штамповка сталей при температурах ниже 723 С приводит к упрочнению. У некоторых металлов и сплавов нет фазовых превращений. В этом случае нижний предел температур определяется именно упрочнением

Данные о температурном интервале штамповки можно найти в соответствующих справочниках.

В цехах горячей объёмной штамповки применяют полуметодические печи и печи с вращающимся подом, представляющие собой разновидность полуметодических печей.

Кроме пламенных печей, для нагрева небольших заготовок из черных и цветных металлов и сплавов применяют электропечи сопротивления. При нагреве в этих печах угар значительно меньше, чем в пламенных. Температура в электропечах поддерживается автоматически в соответствии с заданным режимом.

В электронагревательных устройствах теплота выделяется непосредственно в заготовке. Широкое распространение в промышленности нашли установки для индукционного нагрева и контактного нагрева сопротивлением. В электронагревательных устройствах скорость нагрева заготовок в 8 - 10раз больше, а угар металла в 4 - 5раз меньше, чем при печном нагреве. Практическое отсутствие окалины на заготовке уменьшает износ штампов и позволяет штамповать точные поковки. Эти установки в ряде случаев наиболее выгодно применять для нагрева заготовок под горячую объемную штамповку. Электронагрев улучшает санитарно - гигиенические условия труда благодаря отсутствию излучения и газообразования.

Установка для индукционного нагрева имеет индуктор в виде витков медной трубки, по которой циркулирует вода для охлаждения и генератор для получения токов высокой или промышленной частоты. При пропускании переменного тока через индуктор вокруг его витков возникает переменное поле индукции. При установке в индуктор заготовки, в последней, возбуждаются вихревые токи разогревающие ее.

Форма и размеры заготовок влияют на нагрев: чем меньше длина, тем быстрее нагрев. При длине заготовки большей трем диаметрам заготовки на скорость нагрева дальнейшее изменение длины не влияет.

Чем больше нагреваемая поверхность заготовки, тем больше теплоты перейдет в заготовку и тем быстрее протекает нагрев. Чем больше размеры заготовки, тем больше время нагрева вследствие того, что площадь поверхности, приходящаяся на единицу объёма нагреваемой заготовки, будет меньше.

Теплопроводность, теплоемкость и плотность заготовки влияют на нагрев.

Чем больше теплопроводность, тем быстрее отводится теплота с поверхности и передается внутрь заготовки. Чем меньше теплопроводность, тем больше температурный градиент в различных сечениях заготовки.

Чем больше теплоемкость, тем больше времени нагрева. Теплоемкость в зависимости от температуры изменяется незначительно.

Чем больше плотность заготовки, тем больше требуется теплоты для нагрева единицы объема. При нагреве возникают термические структуры напряжения, которые могут разрушить металл. Если металл достаточно пластичен, то в местах наибольших термических напряжений происходит пластическая деформация без его разрушения.

Чем выше пластичность металла, тем больше скорость нагрева. Пластичные металлы и сплавы можно нагревать быстро даже при низкой теплопроводности и большого температурного градиента. Пластичность стали увеличивается по мере нагрева при температурах свыше 600 - 700 С ее можно нагревать с большой скоростью.

горячая объемная штамповка

Автоматизация кузнечнопрессового участка

Более детально рассмотрим систему управления зоной нагревательных печей, где производится нагрев слитков по заданному режиму (рис. 3). Температура в печи замеряется тремя датчиками, расположенными в разных местах...

Горячая штамповка металла

Особенности штамповки на прессах Современные кузнечные цеха имеют большое количество кривошипных горячештамповочных прессов. Это связано с рядом преимуществ по сравнению со штамповкой на молотах...

Загрузочные устройства, параметры режима загрузки. Их влияние на технико-экономические показатели доменной печи

В мировой практике наиболее распространены модификации таких загрузочных устройств (ЗУ), как конусное загрузочное устройство...

Приводы средств механизации

Для автоматизации производства необходим расчет цикла. Исходный материал для проектирования систем управления и блокировки - цикловая диаграмма (ЦД)...

Расчет и проектирование электрической конвейерной печи

Принимаем сталь 30 Qт=Gc (t2-t1), где с=0,212Втч/кгєС G - вес вспомогательного устройства V=LBU, где U - толщина U=0,02м=20 мм V=0,3550,02=0,01м3 G=78500,02=78,5кг Qт=78,50,212 (830-400) =7...

Средние за интервал температуры вычисляются путем среднего арифметического между начальной температурой интервала и конечной равны (см. ): Парциальные давления излучающих компонентов продуктов сгорания равны (см. ): (кПа)...

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Средние за интервал температуры продуктов сгорания и поверхностей металла и кладки равны (см. ): Произведения парциальных давлений на эффективную длину луча (см. ) равны: (кПа м); (кПа м). По номограммам (см...

Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.

Средние за интервал температуры продуктов сгорания и поверхностей металла и кладки равны (см. ): Произведения парциальных давлений на эффективную длину луча (см. ) равны: По номограммам (см...

Слиток с жидкой сердцевиной

Нагрев 8,5-тонным слитков. При температуре посада слитков от 900 до 930С устанавливается продолжительность первого периода нагрева с ограниченной подачей топлива согласно таблицы 1. Таблица.1. Температура поверхности слитков при посаде...

Специальные методы штамповки

В результате применения магнитно-импульсной обработки представляется возможной штамповка листовых и трубчатых заготовок толщиной до 5 мм. Размеры заготовок (диаметр, обрабатываемая площадь) обуславливаются запасом энергии установки...

Специальные методы штамповки

Существует три основных направления повышения КПД штамповки: использование энергии отраженной волны, замыкание взрывной системы и метание передающей среда, совмещение нескольких операций на одном переходе...

Технологический процесс производства профилей для нужд строительной промышленности из сплавов на основе алюминия

При прессовании профилей из алюминиевых сплавов рациональный температурный интервал прессования должен обеспечить: высокую пластичность металла...

Технология Computer-to-Plate

В настоящее время по технологии CTP изготовляют формы офсетной, высокой, флексографской и глубокой печати...

Технология обработки материалов давлением

К основным методам нагрева металла при обработке его давлением относятся: 1) радиационный; 2) конвекционный; 3) индукционный; 4) контактный (электросопротивлением); 5) в расплавленных солях (в электролите); б) электронно-лучевой...

Холодная штамповка метизов

Металл, предназначенный для штамповки, должен иметь чистую и блестящую поверхность, свободную от окалины, жировых и других загрязнений, и содержать прочно удерживаемую на поверхности технологическую смазку...

Конечная структура и механические свойства деформированного металла зависят от термомеханического режима горячей штамповки, определяемого наряду с температурой такими факторами, как степень деформации, скорость деформаций, вид напряженного состояния.

Температурный интервал штамповки при этом играет основную роль: максимальная температура нагрева обеспечивает наивысшую пластич­ность обрабатываемого металла, а минимальная температура конца штамповки предотвращает нежелательный рост зерна. Главными фак­торами, определяющими указанный допустимый интервал температур штамповки, являются химический состав сплава и его физические свойства.

Необходимый интервал температур штамповки определяется време­нем, нужным для выполнения данной операции, и лежит в пределах допустимого интервала. Иногда целесообразно снижать верхнюю гра­ницу температурного интервала из-за необходимости уменьшения окалинообразования или обезуглероживания металла.

Температура горячей штамповки находится между температурами плавления и конца рекристаллизации сплава. Вблизи температуры плавления стали находится область температур пережога, связанного с оплавлением и окислением границ зерен. Несколько ниже находится зона температур перегрева, которая характеризуется значительным ростом зерен. Однако крупнозернистая структура большинства марок стали хорошо поддается ковке. При этом зерно измельчается.

Максимальная температура нагрева может находится в области темпе­ратур перегрева, которая начинается при температуре критического роста зерна.

Установление температурного интервала ковки связано с именем Д.К. Чернова (1868 г.), который указывал, что сталь следует ковать при определенных температурах, которые обеспечивают хорошее ка­чество поковок.

Для низкоуглеродистой стали область ковочных температур совпадает с однофазной аустенитной областью и частично распро­страняется на двухфазную область, где свободной структурной составляющей является феррит.

Заэвтектоидные стали штампуют в аустенитной и двухфазной областях со структурно свободным цеметитом. Штамповка среднеуглеродистых сталей должна заканчиваться выше линии АС 3 , что обеспечивает устойчивую мелкозернистую структуру.

Для низкоуглеродистой стали допустима более низкая температу­ра конца штамповки (между АС 3 и АС 1 ) особенно для крупных поковок.

Для заэвтектоидной стали, у которой, структурно свободной фазой является хрупкий цементит, температура конца штамповки должна быть по возможности более низкой, а охлаждение быстрым во избежание образования цементитной сетки. Однако эти рекомендации приемлемы для стали с большим содержанием углерода, у которого вследствие графитизации возможен "черный излом».

Максимальный интервал ковочных температур для низкоуглеродистых сталей достигает 600°, для эвтектоидных сталей - 400 ¼ 450°, для заэвтектоидных сталей – 200 ¼ 300°. Для высоколегированных и жаропрочных сталей он уменьшается до 100 ¼ 150°.

Необходимый интервал может совпасть с допустимым лишь в частном случае при равенстве времени, затрачиваемого на штамповку, и времени остывания заготовки в интервале ковочных температур. Обе эти величины могут в значительной степени изменяться в зависимости от сложности поковки и темпа работы, зависящего от механизации про­цесса и быстроходности оборудования.

Нагрев металла перед обработкой давлением.

При определенных температурах пластичные материалы обладают высокой пластичностью и низким сопротивлением деформированию. Эти температуры имеют верхний и нижний пределы, между которыми лежит температурный интервал обработки давлением.

При холодной деформации (т.е. при температурах для чистых металлов обычно ниже 0.3 абсолютной температуры плавления) происходит упрочнение (наклеп) деформируемого металла. При этом наблюдается вытягивание его зерен в направлении деформации, создается определенная кристаллографическая ориентировка зерен (текстура), происходит искажение кристаллографических решеток, накопление дополнительных (вторичных) напряжений и др. Явления. Пределы прочности, текучести и твердость металла увеличиваются, а относительное удлинение, поперечное сужение и ударная вязкость уменьшаются. С увеличением деформации упрочнение возрастает, дальнейшая деформация становится затруднительной и, наконец, невозможной. Тогда наступает разрушение деформируемого металла.

При повышении температуры деформации в металле возникают процессы, препятствующие упрочнению, а именно возврат (отдых) и кристаллизация (разупрочняющие процессы).

Возврат , признаки которого проявляются при температуре обычно свыше 0.3 абсолютной температура плавления, заключается в уменьшении получаемых при деформации искажении кристаллографической решетки и снижение дополнительных напряжений. Однако при наличии возврата признаки упрочнения все же проявляются, хотя в меньшей степени, поэтому основную роль в разупрочнении играет рекристаллизация, признаки которой проявляются при температуре обычно свыше 0.4 температуры плавления.

Рекристаллизация заключается в появлении в деформированном слое металла новых центров кристаллизации и росте вокруг них новых зерен с новой ориентировкой кристаллографической решетки и новыми границами между зернами. При полностью протекшей рекристаллизации деформированный металл не имеет следов упрочнения.

Если рекристаллизация протекает не полностью, то наблюдается снижение пластичности. Это объясняется тем, что металл становится неоднородным в результате наличия рекристаллизованных и нерекристаллизованных зерен, а часто и неоднофазного состояния (если температура совпадает с температурой фазовых превращений). Поэтому необходим нагрев до температуры, обеспечивающей полную рекристаллизацию металла при ковке или штамповке. Это определяет нижнюю границу температурного интервала горячей обработки металлов давлением.

Завершение процесса рекристаллизации зависит не только от температуры, но и от скорости деформации, поскольку рекристаллизация протекает не мгновенно. Этим объясняется меньшее сопротивление деформирования металла в горячем состоянии на прессе, чем на молоте. С повышением температуры пластичность увеличивается. Однако при температурах, близких к температуре плавления происходит оплавление и окисление металла по границе зерен, связь между зернами нарушается, и металл полностью теряет пластичность и прочность. Это явление называется пережогом .

Ниже температуры пережога находится температура перегрева . При этой температуре в металле происходит процесс непрерывного роста зерен (собирательная кристаллизация). Эту температуру можно назвать критической. В то же время, при обработке давлением зерна разрушаются. Поэтому для ряда металлов, например для большинства сталей, крупнозернистость не является препятствием при ковке и штамповке. Таким образом, верхний интервал горячей обработки давлением находится либо ниже температуры перегрева, либо ниже температуры пережога, в пределах температуры перегрева (зависит от вида и свойств металла).

Значение температур начала и конца обработки давлением для сплавов, имеющих основу, резко колеблются в зависимости от содержания в них других компонентов. Например, для различных деформируемых алюминиевых сплавов верхний предел находится между 470 - 500˚С, нижний – между 350 - 400˚С; у медных сплавов верхний предел – между 700 - 900˚С, нижний – между 550 - 800˚С; у магниевых сплавов верхний – 370 - 430˚С, нижний – 300 - 350˚С; у титановых сплавов верхний – 1000 - 1200˚С, нижний – 700 - 950˚С; у стали верхний – 1100 - 1300˚С, нижний – 800 - 950˚С.

Если отметить на диаграмме состояние сплава железо – углерод температурный интервал обработки давлением углеродистых сталей, то его верхний предел будет находиться на кривой, проходящей на 150 - 200˚С ниже линии солидуса. Нижний предел температурного интервала для углеродистых сталей соответствует примерно 800˚С, т.е. приблизительно на 75˚С выше линии PSK. Таким образом, сталь, содержащая от 0.4% до 1% С от начала до конца обработки давлением находится в однофазном состоянии (аустенит).Углеродистую сталь с меньшим содержанием углерода заканчивают обрабатывать при наличии в ней двух фаз: аустенита и феррита. При этом получается некоторый наклеп, который легко снимается последующей термической обработкой.

Углеродистую сталь, содержащую более 1%С, заканчивают обрабатывать также при наличии в ней двух фаз: аустенита и вторичного цементита. Но в данном случаи обработка давлением, дробя сетку цементита, оказывает благоприятное влияние на структуру стали. Температурный интервал ковки и штамповки цветных металлов и сплавов определяют по диаграмме пластичности, кривым течения, диаграммам сопротивления деформации, диаграммам состояния и диаграммам рекристаллизации.

Температурный интервал кипения (интервал перегонки)- это скорректированный интервал температур, в котором перегоняется все вещество или его определенная часть при нормальном атмосферном давлении, если определение проводят описанным ниже методом.

Подходящий прибор для определения состоит из перегонной колбы, холодильника, приемника, источника тепла с защитным экраном и термометра.

Перегонная колба емкостью 50-60 мл должна быть выполнена из термоустойчивого стекла. Удобны колбы следующих размеров: горло 10-12 см длиной и внутренним диаметром 14-16 мм; боковой отвод длиной 10-12 см и внутренним диаметром около 5 мм находится посредине горловины колбы и образует угол 70-75° с нижней частью горла.

Холодильник представляет собой прямой стеклянный холодильник из термоустойчивого стекла, длиной 55-60 см, с водяной рубашкой длиной около 40 см или холодильник

другой системы с такой же охлаждающей способностью. Нижний конец холодильника может быть изогнут, чтобы служить выходной трубкой, или к холодильнику для этой цели может быть присоединен изогнутый наконечник.

Приемник представляет собой мерный цилиндр емкостью 25-50 мл с делением шкалы 0,5 мл.

Источник тепла состоит из небольшой газовой горелки, предпочтительно горелки Бунзена, или электрического нагревателя, обеспечивающих такое регулирование нагрева, которое достигается с помощью газовой горелки. Если используют газовую горелку, основание колбы закрывают асбестовым экраном. Экран делают из листа асбеста толщиной 5-7 мм в форме квадрата со стороной 14-16 см и отверстием в центре. Диаметр последнего должен быть таким, чтобы часть вставленной в него колбы ниже верхней поверхности асбестового листа имела емкость 3-4 мл.

Желательно, чтобы термометр был откалиброван на частичное погружение на 100 мм, как описано в разделе А для определения температуры плавления и температурного интервала плавления измельчаемых веществ; в противном случае можно использовать термометр, откалиброванный на полное погружение, с соответствующей поправкой на выступающий столбик. После установления термометра столбик должен располагаться в центре горла колбы, а вершина шарика должна находиться непосредственно под основанием выхода бокового отвода.

Еще по теме Д. Определение температурного интервала кипения (интервала перегонки):

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ, ТЕМПЕРАТУРНОГО ИНТЕРВАЛА ПЛАВЛЕНИЯ, ТОЧКИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ, ТОЧКИ КИПЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРНОГО ИНТЕРВАЛА КИПЕНИЯ