Процессы, происходящие в металлах и сплавах при нагревании. Динамика изменения механических и теплофизических свойств.

Что происходит с алюминием при нагревании?

С концентрированными серной и соляной кислотами при комнатной температуре не взаимодействует, при нагревании реагирует с образованием соли, окислов и воды.

Интересные материалы:

Сколько часов в сутки должен спать годовалый ребенок? Сколько человек должно быть в комиссии по электробезопасности? Сколько человек должно быть в подчинении у начальника? Сколько человек должно быть в управлении? Сколько дб должно быть в наушниках? Сколько денег должно быть в финансовой подушке? Сколько детей должно быть в группе на одного воспитателя? Сколько детей должно быть в комбинированной группе? Сколько дней должен быть дренаж после операций? Сколько дней должен составлять отпуск?

Явления, происходящие в металле при нагреве,

И режимы нагрева

При нагревена поверхности заготовок образуется слой окси­дов, Называемый окалиной,толщина которого зависит от темпера­туры и времени нагрева, состава печной атмосферы, химического состава сплава и расположения заготовок в печи. Наиболее ин­тенсивно сплавы окисляются при температуре 900…1200 °С.

Нагрев углеродистых сталей приводит также к выгоранию углерода поверхностного слоя на глубину до 2 мм. Уменьшение содержания углерода, называемое обезуглероживанием,ведет к снижению прочности и твердости стали. Особенно вредно обезуглероживание для заготовок небольших размеров, имею­щих малые припуски на механическую обработку и подвергае­мых последующей закалке.

Для уменьшения окалинообразования и обезуглероживания применяют нагрев в защитной атмосфере или вакууме, скорост­ной нагрев, защитные засыпки и обмазки, наносимые на заго­товки перед нагревом.

Высокоуглеродистые и высоколегированные стали и многие сложные сплавы, имеющие низкие теплопроводность и пла­стичность, во избежание трещин требуют медленного нагрева. Заготовки из таких сталей и сплавов загружают в печь при невы­сокой температуре, выдерживают при этой температуре для рав­номерного прогрева заготовки по всему объему и затем повышают температуру печи. Крупные слитки из легированных сталей при нагреве подвергают нескольким выдержкам при различных тем­пературах.

Выбор режима нагрева перед обработкой давлением заклю­чается в определении рационального температурного интерва­ла (температур начала и конца обработки) и времени нагрева. Нижняя граница температурного интервала обработки давлением стальных заготовок превышает 727 °С, а верхняя должна быть на 100…150 °С ниже температуры начала плавления. При нагреве до более высоких температур в металле появляются два вида де­фектов — перегрев и пережог. При перегреверазмеры зерен увели­чиваются, пластичность уменьшается и ухудшаются механические свойства. Этот вид брака можно для некоторых сталей устранить дополнительной обработкой давлением и нормализацией.

Пережог— окисление металла по границам зерен при нагре­ве до температур, близких к температуре плавления. В резуль­тате связь между зернами нарушается и металл при обработ­ке. давлением разрушается. Пережог является неисправимым браком.

Температурный интервал обработки зависит от марки обраба­тываемого сплава. Для сталей температуру начала и конца обра­ботки давлением можно определить по диаграмме Fe-C (рис. 16.9). Из диаграммы видно, что низкоуглеродистые стали имеют ши­рокий (до 500 °С) температурный интервал обработки.

Время нагрева определяют исходя из двух противоречивых требований. С одной стороны, с целью уменьшения образования окалины и повышения производительности необходимо сокра­тить время нагрева, увеличив его скорость, с другой (во избежа­ние образования трещин) — уменьшить скорость нагрева и уве­личить его продолжительность. Последнее особенно важно для заготовок большого сечения из высоколегированных сплавов. Для заготовок из углеродистых сталей сечением до 100 мм2 до­пускается высокая скорость нагрева и их можно загружать хо­лодными в печь, имеющую температуру 1300 °С.

Время нагрева Т (ч) в этом случае можно определить по фор­муле Н.Н. Доброхотова

Т = akD-jD,

гдеk— коэффициент, зависящий от марки стали (для углероди­стых и низколегированных сталей fe = 10, для высокоуглероди­стых и высоколегированных сталейk— 20);D— диаметр или сторона квадрата заготовки, м; а — коэффициент, учитываю­щий способ укладки заготовок в печи (рис. 16.10). Чем плотнее уложены заготовки в печи (меньше расстояние I), тем больше коэффициент а и длительнее нагрев заготовок.

Заготовки из высоколегированных сталей нагревают в два этапа из-за возможного их разрушения в результате возникно­вения термических напряжений при большой скорости нагрева:

ш)шш>ят

а = 1,25

7ШШШШ7

Рис. 16.10.Влияние способа укладки заготовок в печи на коэффициент а

сначала их медленно подогревают до 650 °С, а затем, когда Пла­стичность сплава увеличивается, окончательно нагревают с боль­шой скоростью до температуры горячей пластической деформа­ции. Общее время нагрева составляет т-т1 +т2,где Т, и Т2 — время соответственно первого и второго этапов нагрева:

тг

=al3,3Z)VD;
tz=o&,w4d.
Процесс охлаждения(особенно заготовок из легированных сталей) при обработке давлением является ответственной техно­логической операцией, которая при неправильном выполнении может привести к браку, так как при охлаждении трещины в за­готовках образуются чаще, чем при нагреве. Скорость охлажде­ния не должна превышать допустимых значений. Заготовки из низко- и среднеуглеродистых сталей можно охлаждать на воз­духе поштучно или группами на стеллажах. Крупные поковки из легированных сталей охлаждают медленно вместе с печью, давая выдержки по нескольку часов при определенных темпе­ратурах. Цикл охлаждения заготовок зависит от их химическо­го состава и размеров и для крупных поковок может длиться несколько суток.

И режимы нагрева

При нагревена поверхности заготовок образуется слой окси­дов, Называемый окалиной,толщина которого зависит от темпера­туры и времени нагрева, состава печной атмосферы, химического состава сплава и расположения заготовок в печи. Наиболее ин­тенсивно сплавы окисляются при температуре 900…1200 °С.

Нагрев углеродистых сталей приводит также к выгоранию углерода поверхностного слоя на глубину до 2 мм. Уменьшение содержания углерода, называемое обезуглероживанием,ведет к снижению прочности и твердости стали. Особенно вредно обезуглероживание для заготовок небольших размеров, имею­щих малые припуски на механическую обработку и подвергае­мых последующей закалке.

Для уменьшения окалинообразования и обезуглероживания применяют нагрев в защитной атмосфере или вакууме, скорост­ной нагрев, защитные засыпки и обмазки, наносимые на заго­товки перед нагревом.

Высокоуглеродистые и высоколегированные стали и многие сложные сплавы, имеющие низкие теплопроводность и пла­стичность, во избежание трещин требуют медленного нагрева. Заготовки из таких сталей и сплавов загружают в печь при невы­сокой температуре, выдерживают при этой температуре для рав­номерного прогрева заготовки по всему объему и затем повышают температуру печи. Крупные слитки из легированных сталей при нагреве подвергают нескольким выдержкам при различных тем­пературах.

Выбор режима нагрева перед обработкой давлением заклю­чается в определении рационального температурного интерва­ла (температур начала и конца обработки) и времени нагрева. Нижняя граница температурного интервала обработки давлением стальных заготовок превышает 727 °С, а верхняя должна быть на 100…150 °С ниже температуры начала плавления. При нагреве до более высоких температур в металле появляются два вида де­фектов — перегрев и пережог. При перегреверазмеры зерен увели­чиваются, пластичность уменьшается и ухудшаются механические свойства. Этот вид брака можно для некоторых сталей устранить дополнительной обработкой давлением и нормализацией.

Пережог— окисление металла по границам зерен при нагре­ве до температур, близких к температуре плавления. В резуль­тате связь между зернами нарушается и металл при обработ­ке. давлением разрушается. Пережог является неисправимым браком.

Температурный интервал обработки зависит от марки обраба­тываемого сплава. Для сталей температуру начала и конца обра­ботки давлением можно определить по диаграмме Fe-C (рис. 16.9). Из диаграммы видно, что низкоуглеродистые стали имеют ши­рокий (до 500 °С) температурный интервал обработки.

Время нагрева определяют исходя из двух противоречивых требований. С одной стороны, с целью уменьшения образования окалины и повышения производительности необходимо сокра­тить время нагрева, увеличив его скорость, с другой (во избежа­ние образования трещин) — уменьшить скорость нагрева и уве­личить его продолжительность. Последнее особенно важно для заготовок большого сечения из высоколегированных сплавов. Для заготовок из углеродистых сталей сечением до 100 мм2 до­пускается высокая скорость нагрева и их можно загружать хо­лодными в печь, имеющую температуру 1300 °С.

Время нагрева Т (ч) в этом случае можно определить по фор­муле Н.Н. Доброхотова

Т = akD-jD,

гдеk— коэффициент, зависящий от марки стали (для углероди­стых и низколегированных сталей fe = 10, для высокоуглероди­стых и высоколегированных сталейk— 20);D— диаметр или сторона квадрата заготовки, м; а — коэффициент, учитываю­щий способ укладки заготовок в печи (рис. 16.10). Чем плотнее уложены заготовки в печи (меньше расстояние I), тем больше коэффициент а и длительнее нагрев заготовок.

Заготовки из высоколегированных сталей нагревают в два этапа из-за возможного их разрушения в результате возникно­вения термических напряжений при большой скорости нагрева:

ш)шш>ят

а = 1,25

7ШШШШ7

Рис. 16.10.Влияние способа укладки заготовок в печи на коэффициент а

сначала их медленно подогревают до 650 °С, а затем, когда Пла­стичность сплава увеличивается, окончательно нагревают с боль­шой скоростью до температуры горячей пластической деформа­ции. Общее время нагрева составляет т-т1 +т2,где Т, и Т2 — время соответственно первого и второго этапов нагрева:

тг

=al3,3Z)VD;
tz=o&,w4d.
Процесс охлаждения(особенно заготовок из легированных сталей) при обработке давлением является ответственной техно­логической операцией, которая при неправильном выполнении может привести к браку, так как при охлаждении трещины в за­готовках образуются чаще, чем при нагреве. Скорость охлажде­ния не должна превышать допустимых значений. Заготовки из низко- и среднеуглеродистых сталей можно охлаждать на воз­духе поштучно или группами на стеллажах. Крупные поковки из легированных сталей охлаждают медленно вместе с печью, давая выдержки по нескольку часов при определенных темпе­ратурах. Цикл охлаждения заготовок зависит от их химическо­го состава и размеров и для крупных поковок может длиться несколько суток.

Температурный коэффициент линейного расширения металлов, твердых веществ, жидкостей (Таблица)

В таблице приведены средние значения температурного коэффициента линейного расширения ɑ металлов и сплавов в интервале от 0 до 100 °С (если не указана иная температура).

Температурный коэффициент линейного расширения твердых веществ

В таблице приведены средние значения температурного коэффициента линейного расширения ɑ твердых веществ в интервале от 0 до 100 °С (если не указана иная температура).