Обезуглероживание стали
Одновременно с
образованием окалины происходит
окисление углерода в поверхностном
слое заготовки. Углерод в стали содержится
в виде твердого раствора углерода в
железе или в виде карбида железа
.
Обезуглероживание идет по реакциям:
;
;
;
;
Обезуглероживание вызывает изменение механических свойств поверхностного слоя. Сталь с обезуглероженной поверхностью слабо сопротивляется статическим нагрузкам, имеет низкий предел усталости, склонна к короблению.
Наиболее подвержены обезуглероживанию стали со значительным содержанием углерода.
Обезуглероживание стали зависит от времени выдержки при высоких температурах, коэффициента расхода воздуха, температуры, наличия легирующих элементов и углерода.
Чем длительнее выдержка заготовки при высоких температурах, тем толще обезуглероженный слой. Интенсивность процесса возрастает с температурой, особенно интенсивно обезуглероживание происходит при температурах более 1000С. Легирующие элементы, такие как алюминий, кобальт, вольфрам способствуют обезуглероживанию, хром и марганец ослабляют процесс, а кремний, никель, ванадий не оказывают существенного влияния на процесс.
6.3. Перегрев и пережог стали
Обработку давлением
стали производят при температуре выше
точки
.
При этих температурах неизбежен рост
зерен аустенитного зерна.
В процессе ковки происходит измельчение зерен, но если процесс обработки давлением заканчивается выше температуры точки , то металл остается крупнозернистым. Такой металл является перегретым. Для измельчения зерна необходим последующий отжиг или нормализация.
При нагреве металла до температур близких к температуре плавления кислород диффундирует в толщу металла и окисляет зерна по их границам. Это явление называется пережогом. Пережженный металл при обработке давлением хрупок, пригоден только для переплавки.
Лекция №7 Температурные напряжения при нагреве
Рис. 8.
В печи поддерживается
постоянная температура
.
При посадке в печь заготовка имеет
температуру
.
Благодаря перепаду температур
температура заготовки меняется по
кривой
.
Ввиду ограниченности теплопроводности
металла некоторое время
температура середины заготовки не
изменяется. В конце начального периода
распределение температуры по сечению
почти подчиняется закону квадратичной
параболы
.
(54)
Так как между поверхностью заготовки и центром имеется перепад температур, то тепловые деформации поверхности и центра – разные. Размеры заготовки соответствуют некоторой ее температуре. Расширению поверхностных слоев, имеющих более высокую температуру, препятствуют срединные слои, имеющие более низкую температуру. Таким образом, вследствие неравномерной температурной деформации возникают температурные напряжения. Их можно выразить, применяя закон Гука в области низких температур нагрева
(55)
Неравномерность температурных деформаций можно выразить через среднюю температуру поверхности
(56)
где - коэффициент линейного расширения;
- коэффициент
Пуассона;
- модуль Юнга.
Тогда
то есть в поверхностных слоях
- сжимающие
в осевом слое
- растягивающие
Опасным для целостности заготовки осевые растягивающие напряжения.
Так как распределение температур по сечению можно принять по уравнению квадратичной параболы, то
-
для плоской заготовки
и
- для цилиндрической заготовки
Для плоской заготовки решение интеграла дает
и
;
и
.
Для цилиндрической заготовки
и
;
.
Наибольшая разность температур поверхности и центра наблюдается в начала нагрева, когда металл недостаточно пластичен.
Поэтому и температуры напряжения опасны в области более низких температур нагрева (для стали в области температур до 500С). При более высоких температурах благодаря возросшей пластичности, возникающие температурные напряжения не опасны.