Адрес этой страницы' ?>

<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

РЕЖИМЫ НАГРЕВА И ОХЛАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛА

Нагрев металла. Скорость нагрева поковки.

Правильно выбранный режим нагрева металла должен обеспечить быстрый и равномерный его нагрев с наименьшими потерями на окалину и с наименьшей затратой топлива и энергии. Он устанавливается в зависимости от свойств нагреваемой стали, формы и размеров заготовки и направления передачи тепла.

Качество нагрева зависит от температуры печи в момент посадки металла. Малоуглеродистую сталь можно загружать в печь с максимальной рабочей температурой, т. е. на 150—200° выше температуры начала ковки. Для нагрева легированных сталей температура печи должна быть несколько ниже, чтобы обеспечивалась равномерность прогрева.

Высокоуглеродистые, быстрорежущие, высокомарганцовистые и некоторые другие стали загружают в печь с температурой 400—500°, а после некоторой выдержки температуру повышают до 700—800°. Это связано с малой теплопроводностью названных сталей (коэффициентом теплопроводности называется количество тепла, проходящее в час через стенку площадью 1 м² и толщиной 1 м при разности температур на противоположных сторонах стенки в 1°С. Например, для меди коэффициент теплопроводности равен 300—400, для стали 32—50, для кирпича 0,34—0,45 ккал/ч•м• °С). При посадке металла в слишком горячую печь наружные его слои быстро нагреваются до высокой температуры, а внутри металл будет еще холодным. Нагретые слои будут стремиться расшириться, а внутренний холодный металл будет препятствовать расширению и начнет растягиваться. Вследствие этого могут появиться поперечные трещины.

Особенно важно соблюдать правильный режим нагрева сталей в области низких температур (до 500—700°), так как при этом сталь имеет низкую пластичность и малую теплопроводность.

Когда температура нагреваемого металла достигает критической точки (723°), в нем происходят структурные превращения, сопровождающиеся уменьшением объема, что влечет за собой уменьшение внутренних напряжений. Одновременно возрастает пластичность стали. Поэтому, начиная с 750°, можно увеличивать скорость нагрева. Заготовки крупных сечений нужно выдерживать некоторое время при температуре начала ковки, чтобы выравнять температуру по всему объему.

Скорость нагрева стали зависит от ее теплопроводности и теплоемкости, формы и размера заготовки, температуры печи и расположения заготовок в печи.

Наибольшей теплопроводностью обладают стали, близкие по составу к железу, меньшей теплопроводностью — легированные стали. С повышением температуры сталей уменьшается их теплопроводность и требуется больше времени на нагрев.

Теплоемкостью называется количество тепла в калориях, необходимое для нагрева 1 кг данного вещества на 1° С. С увеличением температуры теплоемкость стали возрастает. Очевидно, что чем больше теплоемкость, тем медленнее идет нагрев.

Скорость нагрева поковки в большой степени зависит от ее формы и сечения. Тонкие небольшие поковки прогреваются быстрее, чем крупные и массивные.

Главный фактор, влияющий на скорость нагрева,— температура печного пространства. Скоростной метод нагрева основан на увеличении температуры внутри печи до 1400—1500°. При этом необходимо, чтобы температура в печи регулировалась автоматически и заготовки находились в ней точно установленное время.

Объясняется это тем, что передача тепла металлу происходит в основном за счет теплоизлучения стенок печи и газов и только небольшая часть тепла передается путем контакта газов с металлом. Количество же излучаемого тепла увеличивается с ростом температуры.

Время нагрева заготовок можно приблизительно определить по формулам академика Доброхотова. Время нагрева мягкой углеродистой стали от 0 до 850° равно: z₁=5D√D часов, где D — диаметр круглой или сторона квадратной заготовки в метрах. Для нагрева той же стали от 850° до 1200° потребуется z₂=5D√D часов, а общее время нагрева от 0 до 1200° составит z=10D√D часов.

Время нагрева высокоуглеродистых и высоколегированных сталей соответственно равно: z₁=13,3D√D, z₂=6,7D√D; z=20D√D часов.

Формула составлена для случая, когда в печи находится одна заготовка и температура печного пространства равна 1300—1350°.

На скорость нагрева влияет расположение заготовок в печи. Так, например, круглые заготовки, уложенные на поду печи вплотную, нагреваются вдвое медленнее, чем отдельно лежащая заготовка, так как она обогревается сразу со всех сторон. Квадратные заготовки рекомендуется укладывать на подставки.

Чтобы учесть влияние расположения заготовок на время нагрева, необходимо умножить результат, полученный по формуле Доброхотова, на коэффициент а. Значения этого коэффициента приведены на рис. 3.

Рис. 3. Влияние расположения заготовок на коэффициент а