Адрес этой страницы' ?>

<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

Явления, сопутствующие нагреву металла. Угар металла. Обезуглероживание. Перегрев и пережог.

Нагрев металла под ковку и горячую штамповку сопровождается рядом отрицательных явлений, таких, как угар, обезуглероживание, перегрев, пережог, образование окалины и т. д.

Угар металла. В процессе нагрева в пламенной печи металл омывается раскаленными газами, содержащими кислород и водяной пар. При этом кислород образует слой окисла железа — окалину.

Окалина образуется не только во время нахождения металла в печи, но также при подаче его к молоту, при ковке, охлаждении, так как кислород воздуха, соприкасаясь с раскаленным металлом, энергично его окисляет. Поэтому необходимо подавать заготовки из печи к молоту как можно быстрее, используя средства малой механизации.

Потеря металла в результате окисления называется угаром и вычисляется в процентах к весу загружаемого в печь металла. При высоких температурах нагрева угар может достигать 3% за один нагрев. Если учесть, что с момента выплавки до получения готового изделия сталь нагревается несколько раз, то ясно, какое большое народнохозяйственное значение имеет борьба с угаром металла. Вред окалинообразования заключается еще и в том, что при ковке и штамповке окалина частично остается на поверхности изделия, заштамповывается и тогда требуется резанием снимать значительный слой металла.

Ввиду большой твердости окалины быстро тупится режущий инструмент и резко увеличивается износ штампов. Если изделие поступает в термическую обработку, то при наличии окалины получается «пятнистая» закалка, так как окалина обладает небольшой теплопроводностью и под ее слоем металл не закаливается.

Образование окалины зависит от скорости и температуры нагрева металла, от формы изделия, состава печных газов и химического состава стали.

Работами советских ученых и практикой отечественных заводов установлено, что металл можно нагревать значительно быстрее. При увеличении скорости нагрева уменьшается время выдержки металла в печи, т. е. время контакта его с печными газами, и, следовательно, уменьшается угар.

Большое влияние на величину угара оказывает температура нагрева металла. Так, например, скорость окисления стали при температуре 1300° в семь раз выше, чем при температуре 850—900°.

Чем больше отношение поверхности заготовки к ее объему (поковки сложной формы), тем большее количество металла, при прочих равных условиях, превращается в окалину, так как окисление происходит по большей поверхности.

Количество образующейся окалины зависит и от химического состава стали. Добавка некоторых легирующих элементов — алюминия, хрома, кремния сообщает стали окалиностойкость, так как прочная и плотная пленка окислов этих элементов защищает от проникновения кислорода. Увеличение содержания углерода в стали также замедляет образование окалины.

Из печных газов наиболее сильное влияние на образование окалины оказывает чистый кислород и водяной пар.

Одновременно с окислением железа при нагреве происходит процесс окисления углерода — обезуглероживание. Углерод, содержащийся в поверхностных слоях стали, выгорает, и сталь становится более мягкой.

Процесс обезуглероживания начинается при температуре 800—850°, его интенсивность зависит от содержания углерода в стали (чем больше углерода, тем медленнее идет обезуглероживание), от наличия окалины (слой окалины защищает углерод от выгорания), от состава печных газов и т. д.

Образование обезуглероженного слоя — вредное явление. Этот слой необходимо удалять, что требует увеличения припусков на механическую обработку поковок. При термической обработке ответственных деталей и инструментов обезуглероживание недопустимо. Поэтому в таких случаях нагрев деталей ведут в специальных защитных атмосферах.

Перегрев и пережог. Порча металла при нагреве может происходить в результате перегрева и пережога.

Если сталь нагреть до температуры выше критической точки Аc₃ (линия GS на рис. 2), то начинается интенсивный рост зерен. При слишком крупных зернах сцепление между ними уменьшается, прочность металла понижается и он становится непригодным для изготовления деталей. Такое явление называется перегревом. При ковке перегретого металла образуются трещины. Перегрев можно исправить отжигом.

При нагреве стали до более высоких температур (не ниже 1250°) наблюдается явление пережога. Внутрь металла проникает кислород из воздуха и окисляет поверхность зерен. Сцепление между зернами нарушается, и при обработке металл разваливается на куски.

Пережог стали зависит не только от температуры, но и от состава печных газов. Чем с большим избытком воздуха работает печь, тем больше возможность пережога. Во избежание пережога при вынужденном перерыве в работе необходимо снижать температуру печи и уменьшать подачу воздуха.

Пережженный металл является неисправимым браком и идет в переплавку.