Дефекты при нагреве и меры их предупреждения

При нагреве заготовок в них могут появиться следую­щие дефекты: окалииообразование или угар, обезуглеро­живание. недогрев, перегрев и пережог металла.

Окалинообразование или угар получается в результате образования оксидов железа на поверхности заготовки яри ее нагреве. Образование окалины обычно называют угаром металла.

Окалина — это хрупкое и непрочное вещество с со­держанием до 30% железа. Угар стали, в результате об­разования окалины, может достигать 4 ... 5% от массы заготовки за один нагрев в горнах и несколько меньше (до 3%) в нагревательных печах. Если учесть, что при ковке заготовку приходится нагревать несколько раз (иногда до шести), то станет ясно, какое большое коли­чество металла идет в отходы в результате угара металла,

Количество образующейся окалины зависит от ско­рости и температуры нагрева метелла, формы заготовки, химического состава стали, вида топлива, пламени и дру­гих факторов.

С повышением температуры процесс окалинообразования идет быстрее. Если скорость окалинообразования при температуре 850...900°С принять за единицу, то ско­рость окисления при 1000 °С будет равна двум, при 1200 °С — пяти, при 1300 °С — семи.

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

Легированные стали окисляются меньше. Окалина получается тонкой, значит уменьшается угар металла. Однако такая окалина плотно прилегает к металлу и плохо очищается.

Окалинообразовавие происходит интенсивнее при нагреве металла на сжигаемом топливе со значительным содержанием серы и при избытке воздуха, когда полу­чается светлое короткое прозрачное пламя, называемое окислительным.

Следует отметить, что окадинообразование происходит не только при нагреве заготовки, но и при переносе ее от нагревательного устройства к месту ковки и даже в про­цессе ковки. Если заготовка покрылась слоем окалины, то этот слой, как говорят кузнецы, — «шуба», защищает металл от дальнейшего окисления. Если окалина осы­палась, то металл снова окисляется и часто еще быстрее, чем при нагреве.

Для уменьшения потерь металла на окалинообразование или угар необходимо соблюдать следующие условия. По возможности применять малосернистое топливо. На­гревать металл так, чтобы при горении топлива не было избытка воздуха и не получалось окислительного пла­мени. По возможности уменьшать время нагрева заготовок и выдержки их в зоне нагрева. Транспортировать заго­товки от места нагрева до места ковки надо осторожно, не допуская разрушения слоя окалины. С заготовки ока­лину следует счищать непосредственно перед самой ков­кой, на наковальне или нижнем бойке молота.

Обезуглероживание происходит одновременно с окисле­нием железа и выражается в том, что при нагреве стали углерод, содержащийся в ее верхних слоях, выгорает и сталь становится более мягкой. Значит химический со­став стали изменится и не будет соответствовать той марке, из которой должна быть изготовлена деталь. При умень­шении содержания углерода уменьшается прочность и твердость стали, ухудшается способность ее закалива­ться. Глубина обезуглероженного слоя может достигать 2 ... 4 мм, поэтому обезуглероживание опасно и для мел­ких поковок, имеющих небольшие припуски и для поковок, которые после механической обработки подверга­ются закалке. Низкоуглеродистая сталь может не зака­литься.

Процесс обезуглероживания начинается при темпера­туре 800 ... 850 °С. Интенсивность его зависит от содер­жания углерода в стали. Чем больше углерода, тем мед­леннее идет обезуглероживание.

Для крупных заготовок обезуглероживание не опасно, так как в процессе ковки и остывания заготовки углерод перемещается из внутренних слоев к наружным и хими­ческий состав стали выравнивается.

Интенсивное обезуглероживание происходит при со­прикосновении с заготовкой острого окислительного пла­мени в виде языков.

При термической обработке ответственных деталей и инструмента обезуглероживание недопустимо. Поэтому в таких случаях нагрев деталей ведут в специальных за­щитных атмосферах.

Для уменьшения обезуглероживания следует, по воз­можности, не допускать соприкосновения заготовок с окислительным пламенем.

Недогрев — это такой нагрев металла, при котором заготовка нагрелась неравномерно по сечению или участ­кам длины. Очевидно, что такую заготовку нельзя вы­нимать из горна или печи и ковать. Если заготовка с од­ной стороны имеет белый цвет каления, а с другой еще желтый или красный, то из нее будет затруднительно получить поковку требуемой формы. Недогрев заготовок по толщине нельзя обнаружить по цвету каления. Поэ­тому необходимо знать расчетную или опытную норматив­ную величину продолжительности нагрева различных по сечению заготовок и строго ее придерживаться (табл. 5.2). Недогрев может появляться при плохом тепловом ре­жиме. Следовательно, в горне нужно обеспечить соответ­ствующее пламя, а в печи проверить температуру.

Перегрев нельзя обнаружить по внешнему виду нагре­той заготовки и даже в процессе ее ковки. Деталь, изго­товленная из перегретого металла, быстро ломается, так как перегретый металл имеет крупнозернистую струк­туру и поэтому не прочен. Сильно перегретая заготовка иногда разрушается уже при ковке — в углах появляются трещины. Для предотвращения перегрева не следует допу­скать выдержки заготовки в горне или печи при высокой температуре больше, чем рекомендуется расчетами или нормативами.

Перегрев можно устранить, если заготовку охладить и снова нагреть до температуры 800 ... 850 °С и медленно охладить,

Пережог является опасным дефектом нагрева металла. Явление пережога объясняется следующим образом. При температуре выше 1250 ... 1300 °С зерна металла стано­вятся очень крупными, а связь между ними настолько ослабевает, что начинает проникать кислород и сталь при действии на нее небольших сил разрушается. Переж­женную сталь необходимо отправлять на переплавку.

Пережог можно обнаружить по внешнему виду нагре­ваемого металла. Поверхность металла при пережоге имеет ослепительно белый искрящийся цвет. При пере­движении пережженной заготовки от нее отлетают ярко-белые искры.

. Для предупреждения пережога необходимо соблюдать следующее. Не допускать нагрева заготовок острым окис­лительным пламенем и касания поверхностей заготовок этим пламенем. Следить за цветом каления при нагреве заготовок в горне или печи. Не допускать превышения установленного времени выдержки заготовки при вы­сокой температуре. При появлении признаков пережога немедленно удалять заготовку из зоны нагрева. В на­гревательных печах поддерживать температуру на 120 ... 150 °С ниже температуры  пережога, указанной в табл. 5.1.

Трещины и раскалывание поковок являются дефектами нагрева металла. Наиболее часто поковки с такими дефек­тами получают из легированных и инструментальных ста­лей вследствие несоблюдения режимов нагрева их и про­должения ковки с температурой ниже температуры окон­чания ковки (см. табл. 5.1). Например, поперечные тре­щины образуются из-за быстрого нагрева заготовок для ковки до температуры 800 ... 900 °С, при этом наружные слои заготовок успевают нагреться до высокой темпера­туры, достаточной для ковки (см. табл. 5.1), а середины заготовок остаются еще холодными. Поверхностные тре­щины образуются при ковке подстывшего металла, а раскалывание заготовок от ударов свидетельствует о том, что металл пережжен. Поэтому кузнецам следует тща­тельно соблюдать режимы нагрева (см. выше) и пра­вила ковки указанных и других сталей (см. ниже).