Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Скорость и время нагрева металла при ОМД

Производительность нагревательного устройства зависит от скорости нагрева металла и при прочих равных условиях возрастает с увеличением быстроты нагрева (Далее "нагрев" - "Н.";). Однако для качества металла небезразлично, с какой скоростью производить Н.. При медленном Н. помимо снижения производительности может возникнуть нехватка металла через обезуглероживание. При быстром Н. за чрезмерно большой разницы температуры между поверхностью и серединой заготовки могут появиться трещины.

Таким образом, существует максимальная скорость нагрева, при которой будет обеспечено высокое качество изделий при наименьших затратах; эту быстроту называют допустимой. Скорость Н. может быть выражена величиной, показывающей повышение температуры металла в единицу времени (град/сек, град/мин), или время нагрева, приходящейся на каждую единицу толщины (мин/см, сек/см).

Скорость Н. зависит от ряда факторов, главными из которых являются:

  • перепад температур по сечению заготовки,
  • форма и размер поперечного сечения заготовки,
  • теплофизические свойства металла,
  • способ нагрева.

Для выяснения влияния перепада температур на скорость нагрева рассмотрим графики (рис. 2.1), показывающие изменение температуры поверхности и центра одной и той же заготовки при Н. ее до верхней границы температурного интервала (tв.п.) с различной скоростью и последующим остыванием на воздухе.

Из графиков видно, что процесс Н. можно разбить на два периода. Первый характеризуется максимальным перепадом температур по сечению заготовки дельта tmax, второй - конечным перепадом температур tк, когда поверхность заготовки достигла температуры верхней границы tв.п..

Первый период является наиболее опасным с точки зрения образования трещин, так как в этот период выходит максимальный перепад температур между поверхностью и центром заготовки дельта tmax (рис. 2.1, а и б, кривая 3). Перепад температур tmax вызывает появление в заготовке тепловых напряжений, что является следствием различного теплового расширения внешних и центральных слоев заготовки. Поверхностные слои заготовки, как более нагретые, стремятся расшириться, увеличиться в объеме, чему препятствуют внутренние, более холодные слои.

Графики нагрева одной и той же заготовки с разной скоростью
Рисунок. 2.1. Графики нагрева одной и той же заготовки с разной скоростью:
а - при наличии перепада дельта tK1 б - при отсутствии перепада tK2 = 0:
1 - температура поверхности; 2 - температура центра, 3 - разница температур между поверхностью и центром; t - время нагрева заготовки

В результате этого в поверхностных слоях возникают сжимающие напряжения, а во внутренних - растягивающие. Величина этих напряжений тем больше, чем больше разница температур и чем ниже общая температура металла, при которой они возникли, то есть чем меньше время, в течение которого кривая 3 достигла своего максимума (рис. 2.1, а и б). Если в заготовке, имелись остаточные внутренние напряжения, то при быстром нагревании последние, прилагаемой к тепловому напряжения, могут превысить прочность металла и вызвать образование в ней трещин.

Помимо этих напряжений при нагревании возможны структурные напряжения, что является результатом структурных преобразований, сопровождающихся изменением объема фаз. Однако эти напряжения возникают при таких температурах, при которых металл имеет достаточно высокую пластичность, и поэтому не представляют опасности.

Потому что различные металлы и сплавы имеют различную пластичность и разные скорости протекания процесса рекристаллизации, то в каждом конкретном случае деформирования необходимо опытное определение допустимого перепада температур. Установлено, что при обработке давлением мало-и среднеуглеродистых сталей перепад температур tк в 100° влияет на качество металла.

При нагревании с большой скоростью в интервале температур от 20° до 500-700°, тепловые напряжения могут привести к разрушению металла. Однако это обстоятельство следует учитывать только при Н. заготовок больших сечений (слитков) из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей. Заготовки небольших сечений (до 100-150 мм в диаметре) из любой стали можно нагревать до 500 - 700° с любой технически возможной скоростью.

Размер поперечного сечения сказывается на величине тепловых напряжений, тем больше, чем больше сечение. Следовательно, с увеличением поперечного сечения заготовки скорость нагрева должна уменьшаться.

Основными характеристиками теплофизических свойств, влияющих на скорость нагрева металла являются:

  • теплопроводность;
  • теплоемкость;
  • удельный вес;
  • электрическое сопротивление и магнитная проницаемость.

Влияние теплоемкости, теплопроводности и удельного веса может быть учтено за счет температуропроводности, характеризующей скорость распространения температуры в металле.

Коэффициент температуропроводности определяется из выражения:

a = гама/c • y (2.2)
где а - коэффициент температуропроводности в м2/год;
гама - коэффициент теплопроводности в ккал/м • ч • град (Вт/м • град);
с - удельная теплоемкость в ккал/кг • град (дж/кг • град);
y - удельный вес в кг/м3 (Н/м3).

Страница 3 из 4 Читать далее >>
На предыдущую страницу >>

Источник [1] → список литературы.


Вернуться в начало раздела: Обработка металла давлением (ОМД)
Вернуться на главную: Черная металлургия