При какой температуре куют сталь

Обновлено: 08.05.2024

Температурный интервал ковки и штамповки устанавливается на основании следующих данных:

диаграммы состояния сплава (определение по диаграмме рис. 1 температур, при которых сплав имеет однородную структуру);
комплекса лабораторных испытании, связанных с определением свойств металла при повышенных и высоких и температурах, с последующей проверкой результатов этих испытаний в производственных условиях ( табл.1 );
изучения зависимости строения металла от времени пребывания его при повышенных и высоких температурах (величина зерна, склонность к перегреву, пережогу и обезуглероживанию и т. д., см. табл. 1 ).

Рекомендуемые интервалы температур ковки и штамповки углеродистых, легированных и инструментальных сталей приведены в табл. 2-4 .

Повышенная температура начала ковки может привести к перегреву и пережогу металла. Уменьшенная температура повышает затраты энергии и трудоемкость производства поковок, а также может привести к образованию внутренних трещин.

Соблюдение температуры конца ковки приводит к образованию крупнозернистой структуры (при слишком высокой температуре конца ковки) или к наклепу и трещинам (при слишком низкой температуре конца ковки).

Рис. 1. Диаграмма железоуглеродистых сплавов с указанием предельных температур нагрева: 1 - под ковку; 2 - при нормализации; 3 - при закалке; 4 - при отжиге

Таблица 1 . Лабораторные испытания для определения температурного интервала ковки и штамповки по Н.И. Корневу

Оценка результата испытания

Испытание на пластичность
свободной осадкой

Т °С через каждые 25 -50° С
в исследуемом интервале
температур
h ≤ 2,5d; ∆ h = 30 ÷ 50%

Оценка пластичности производится
по появлению первой трещины в
деформируемом образце

Испытание на пластичность
ударным изгибом

Ударные образцы Менаже Т °С
через каждые 25 - 50° С в
исследуемом
интервале температур

Оценка пластичности производится
по максимумам и минимумам
кривых в координатах ан - Т °С

Определение относительного
сопротивления
деформированию
свободной осадкой (в%)

Вес падающих частей молота и
высота падения - const; ∆ h - степень
деформации через каждые 5% в
интервале 0-60%; Т°С через каждые
50° С в исследуемом интервале
температур; d образцов 10 -25 мм

Оценка сопротивления
деформированию производится по
величине осадки в % при данной
температуре на кривой в
координатах ∆ h -Т °С

Определение удельного
сопротивления
деформированию в кГ/мм2

Определяется измерением
сопротивления деформированию
при осадке или других методах
обработки месдозами или другими
измерительными приборами.
∆ h - степень деформации при испытании
осадкой через каждые 5% в интервале
0-60%, а при других методах испытания
5-70%; T°С через каждые 50°С в
исследуемом интервале температур

Оценка сопротивления
деформированию производится
по ее величине при данной температуре
на кривой в координатах σ - Т °С

Определение критической
температуры роста зерна
при нагреве (собирательная
рекристаллизация)

Т°С через каждые 50° С в
исследуемом интервале температур;
d образца 15-30 мм; величина зерна
определяется одним из
существующих методов

Критическая температура роста
зерна при нагреве соответствует
началу интенсивного роста зерна
на кривой в координатах величина
зерна в мм2 - Т °С

Определение интервала
критических деформаций
при осадке (рекристаллизация обработки)

Т °С через каждые 50° С в
исследуемом интервале температур,
Δ h - степень деформации через
каждые 2 - 5% в интервале 0 - 60%;
d образцов 15 - 30 мм

Критические степени деформации
соответствуют началу и концу
интенсивного роста зерна при
данной температуре на кривой
в координатах величина зерна
в мм 2 - Δh

Таблица 2 . Температурные интервалы ковки и штамповки некоторых углеродистых и легированных сталей

Температура начала
ковки макси-
мальная в °С

Температура конца
ковки в °С

Рекомендуемый
интервал
температур
ковки в °С

Ст.0, 1, 2, 3
Ст.4, б, 6
Ст. 7
10,15

1300
1250
1200
1300

1280-750
1200-800
1170-780
1280-750

1280
1260
1240
1220

1250-800
1200 -800
1190 -800
1180 -800

15Г, 20Г, 25Г,
40Г, 45Г, 50Г
60Г,65Г

1230 -800
1200-800
1180 -800

15X, 15ХА, 20Х
30Х,38ХА
40Х,45Х,50Х
10Г2,35Г2

1250
1230
1200
1220

1200 -800
1180 -820
1180-830
1200 -800

40Г2, 45Г2, 50Г2
18ХГ
18ХГТ
40ХГ

1200
1230
1200
1200

1180 -830
1200 -850
1180 -800
1180-830

1220
1240
1200
1260

1200 -850
1160 -820
1150-830
1230 -800

15ХМ
30ХМ, 30ХМА, 35ХМ
15ХФ

1200 -800
1180 -850
1230 -850

20ХФ, 40ХФА
15НМ, 20НМ
20ХН
40ХН, 45ХН, 50ХН

1240
1250
1250
1200

1200-800
1230 -820
1200 -800
1180 -830

1200
1200
1180
1180

1180-800
1170-800
1150 -780
1160-850

20ХГСА, 25ГСА
30ХГС, 30ХГСА, 35ХГСА
38ХГН
30ХНВА

1200
1180
1200
1200

1160 -830
1140-830
1180 -800
1180-850

40ХНМА
20ХН4ФА
38ХЮ, 38 ХВФЮ
38ХВФЮА

1160-850
1180 -870
1150-850

1180
1200
1180
1180

1160 -880
1150-870
1130 -850
1150 -850

Таблица 3 . Температурные интервалы ковки и штамповки некоторых высоколегированных сталей

Ковка металла в домашних условиях- часть 2. Нагрев металла для ковки и топливо для кузницы

Ковка металла в домашних условиях настоящее искусство для домашнего мастера, сравнимое с искусством художника, упражняться и совершенствоваться в котором можно бесконечно. Прежде всего вам необходимо будет обзавестись необходимым инструментом для кузнечного дела и оборудовать специальное место под кузницу, или даже сделать кузницу стационарно. Однако даже если у вас имеется сама кузня и все необходимые приспособления для кузницы, кузнечное дело требует еще и дополнительных знаний касательно всего технологического процесса ковки.

Нагрев заготовок для ковки в домашних условиях

Нагрев заготовки — одна из самых важных и ответственных операций в технологическом процессе ковки. От того насколько правильно Вы подберете температуру для ковки, будет зависеть качество всего изделия. Ковать заготовку можно только после нагрева ее до «ковочной температуры» — оптимальной температуры для каждого металла, при которой у него снижается сопротивляемость деформации и повышается пластичность. «Ковочная температура» представляет собой определенный интервал температур, и для каждого металла, в зависимости от его структуры и химического состава, будет различаться.

Подбор температурного режима для ковки металла в домашних условиях.

Необходимо помнить, что в случае если мы нагреваем заготовку из углеродистой стали, углерод из верхнего слоя, под действием температуры будет выгорать. Глубина выгорания углерода в таком случае составляет примерно от 2 до 4 мм, что соответственно ведет к уменьшению показателей твердости будущего изделия, а так же к снижению прочности и закаливаемости стали.
Перед началом ковки, кузнец должен убедиться что вся заготовка прогрелась равномерно, и соответственно имеет одинаковые свойства по пластичности и устойчивости к деформации, по всей своей площади.

В зависимости от конкретной марки стали определяется свой температурный интервал для ковки изделия. Другими словами имеются достаточно четко определенные температуры, необходимые для начала процесса ковки (Тн) и для его окончания (Тк).

Ошибки при ковке метала в домашних условиях

Если же заготовку нагреть ниже температуры необходимой для начала процесса ковки (Тн), то при ее обработке очень велика вероятность образования трещин, в следствии недостаточной пластичности металла.
Знаменитая дедовская пословица «Куй железо пока горячо», как нельзя точно дает понять важность момента достижения заготовкой необходимой температуры. Другими словами, производить процесс ковки в домашних условиях, необходимо строго в определенном температурном интервале от Тн до Тк. (на диаграмме приведен в виде заштрихованной области для состояния железо-углерод). В случае если Вы не знаете марку стали с которой придется работать, ее легко можно определить проверив «на искру» и сверившись с табл. 1-3. При ковке в домашних условиях температуру заготовки можно определять по цвету каления и побежалости металла.

Топливо для ковки металла в домашних условиях.

Для домашнего умельца, выполняющего все работы своими руками, наилучшим вариантом топлива будет каменный уголь. Очень хорошо для нагрева заготовок в домашних условиях использовать уголь размером с грецкий орех, черного цвета и блестящий. Достаточно часто в качестве топлива используют кокс, имеющий достаточно высокую температуру горения. Дрова лиственных пород деревьев также можно использовать в качестве топлива для нагрева заготовки. Но все же наиболее доступным и применяемым топливом при ковке в домашних условиях остается древесный уголь.

Создание кузни своими руками дело более простое, чем может показаться вначале.

Как сделать горн, для ковки металла в домашних условиях.

Кухонная мебель, широкий выбор и ассортимент.

Холодная ковка своими руками-занятие для тех, кто желает создавать прекрасное.

САТ-1 не занимающий много места, уникальный для России, аппарат для сварки.

Ковка жаропрочных сталей

В жаропрочных аустенитных сталях и никелевых сплавах интенсивный рост зерен начинается при приближении к верхнему температурному интервалу ковки. При этом зона критических степеней деформаций в ряде случаев охватывает область от 0 до 15-20%. Отсюда казалось бы, что для получения поковок с мелким зерном надо или ковать их вблизи нижнего предела температурного интервала, или, при ковке в области высоких температур, применять большие обжатия.

Ковка при температурах, близких к нижнему пределу температурного интервала, исключается по следующим причинам:

при малых степенях обжатий во время вытяжки в силу неравномерности распространения деформаций, проковывается достаточно только металл вблизи наружной поверхности. Центральная зона заготовки достаточной проковки не получает;
при последующем нагреве в металле, прокованном при пониженных температурах с критическими степенями деформации, неизбежен большой рост зерен;
ковка при низких температурах непроизводительна и неэкономична.

Применение больших обжатий при ковке в области высоких температур ограничено пластичностью сплава н особенностями формообразования.

Пластичность металла при обработке давлением зависит от напряженного состояния, свойственного выполняемой технологической операции. В зависимости от формы бойков, величины подачи и обжатий можно получить различное состояние пластичности металла при ковке.

Максимальное развитие продольных трещин в середине слитка происходит при вытяжке слитков плоскими бойками по схеме круг - круг.

При вытяжке слитков бойками, радиус выреза которых близок к радиусу слитка, трещины в середине его не образуются. То же наблюдается при ковке слитков ромбическими бойками с углом раскрытия 90-105°. С дальнейшим увеличением угла раскрытия бойков и повышением относительного обжатия за проход (более 10-12% для низкопластичных материалов) в середине слитка начинают появляться продольные трещины.

При вытяжке бойками, радиус выреза которых значительно больше радиуса слитка [r в = (1,2÷1,3) R сл ], в середине его также начинают образо вываться трещины.

Таким образом, наибольшая пластичность достигается при ковке слитков бойками с вырезом по радиусу, близкому радиусу заготовки. Однако такими бойками можно выполнять лишь небольшие обжатия. Поэтому их применяют только для первоначального обжатия слитков из малопластичных сплавов. Ковка ромбическими бойками с малым углом раскрытия (α = 90÷95°) связана с некоторыми трудностями из-за повышенной сложности манипулирования заготовкой и также ограничена относительно небольшими обжатиями, возможными в одной паре бойков. Поэтому наиболее применимыми для ковки сплавов с пониженной пластичностью оказываются ромбические бойки с углом раскрытия 105°. Остальные бойки применяют для ковки сплавов с более или менее достаточной пластичностью.

Образование поперечных трещин на поверхности заготовки в основном является следствием возникновения растягивающих напряжений в металле в месте перехода от недеформируемой к деформируемой его части. Чем меньше радиус скругления бойков, тем выше эти напряжения и тем больше обра зуется трещин при ковке.

Чтобы избежать поперечных трещин, рекомендуется скруглять бойки радиусом r= (0,2÷0,25) R з ззаготовки.

При ковке слитков и заготовок по схеме квадрат-квадрат или квадрат-прямоугольник-квадрат также воз можно образование внутренних и наружных трещин:

поперечных на поверхности при больших обжатиях вследствие возникновения растягивающих напряжений в металле в местах перехода от недеформируемой к деформируемой части;
поперечных на боковой поверхности по так называемому «ковочному крету» вследствие возникновения больших сдвигающих напряжений при превышении допустимых обжатий. Применение бойков с малым радиусом скругления способствует большому образованию трещин из-за концентрации напряжения;
внутренних вследствие повышенного разогрева металла при превышении допустимых величин обжатий. Образованию таких трещин способствует ослабление металла включениями и рыхлостью, свойственными слиткам.

Состояние поверхности слитка (ободранного или неободранного) также в значительной степени влияет на его пластичность при ковке. После удаления со слитка дефектов (разгарных трещин, рыхлостей, подкорковых пузырей, засоров и т. п.) возможны в 1,5—2 раза большие обжатия, чем для неободранного слитка.

Каждому сплаву в зависимости от его физико-химических свойств присущи свои конкретные режимы ковки. Однако при ковке аустенитных сталей и никелевых сплавов можно руководствоваться следующими общими положениями:

Первые обжатия слитков следует производить легкими ударами молота или небольшими рабочими ходами пресса. Величину обжатий надо увеличивать по мере проковки литой структуры слитка.
Относительное обжатие за проход, кроме первого, должно составлять не менее 8% при ковке под прессом и 5% при ковке на молотах. При обжатиях, меньше указанных, деформации по сечению распространяются крайне неравномерно, и металл в средней части оказывается непрокованным.
Ковка повышенными обжатиями за проход обеспечивает лучшую проковку материала. Однако величина возможных обжатий ограничивается пластичностью сплава и особенностями формоизменения. Наиболее высокие относительные обжатия достигаются при ковке под прессом.
Применение широких бойков и больших подач также способствует повышению равномерности деформаций. Выполнение этих условий при ковке под молотами ограничено. Таким образом, ковку относительно крупных слитков предпочтительнее производить на гидравлических прессах.
Относительные обжатия за проход при ковке аустеннтных жаропрочных сталей и никелевых сплавов составляют (в %): на гидравлических прессах - 15-8, на молотах - 5-8.
При приближении к нижнему температурному интервалу ковки относительные обжатия за проход следует уменьшать.
Суммарное (за несколько переходов с одного нагрева) обжатие при копке слитков и заготовок в зависимости от свойств сплавов составляет 40-80%.
Для получения равномерной и достаточно мелкозернистой структуры при ковке заготовок за несколько выносов нагрев их при последнем выносе рекомендуется производить до температуры, меньшей интенсивного роста зерен, показанной на диаграмме рекристаллизации данного сплава. Для большинства жаропрочных сплавов такой температурой является 1100— 1130°С. Заканчивать ковку при температурах нижнего предела температурного интервала также не рекомендуется.

В процессе ковки макро- и микроструктура слитков значительно изменяется.

В случае деформирования литой структуры вытяжкой в одном направлении процессы рекристаллизации ограничиваются пределами строчек. Лишь при высоких степенях деформации, когда межзеренные составляющие в значительной степени утоняются и разрываются, возможно срастание зерен, расположенных в со седних строчках. При ковке всегда наблюдается деформация кристаллитов литой структуры в разных направлениях. Однако в ряде случаев степень ее может сказаться недостаточной для того, чтобы уничтожить вытянутость зерен и межзеренных составляющих в одном направлении, что наблюдается при вытяжке без промежуточных оса док.

При вытяжке в вырезных бойках, когда уширение незначительно, деформация кристаллитов в одном направлении больше, чем при вытяжке плоскими бойками брусков прямоугольного сечения.

Одинаковая проковка грубой литой структуры при вытяжке прямоугольных заготовок плоскими бойками достигается при уковке, в 1,25-1.5 раза меньшей, чем при вытяжке в вырезных бойках как круглых, так и прямоугольных заготовок. Поэтому в тех случаях, когда пластичность сплава достаточна, а форма и размеры заготовок позволяют вести вытяжку плоскими бойками по схеме квадрат-прямоугольник-квадрат, такая схема вытяжки предпочтительнее.

При недостаточной пластичности слитков для ковки плоскими бойками по схеме квадрат-прямоугольник-квадрат рекомендуется первоначаль ное обжатие их проводить в круглом сечении радиальными, а затем ромбическими бойками. Для многих сплавов оказывается возможным первоначальное обжатие осуществлять сразу же ромбическими бойками.

При ковке слитков с удовлетворительной пластичностью хорошее состояние поверхности заготовок достигается, когда многогранный слиток обжимается не по ребрам, а по граням.

При ковке жаропрочных сплавов особенно тщательно следует выполнять операции подсечки, пережима и т. п. Во избежание образования трещин их следует производить хорошо подогретым инструментом с достаточными радиусами закруглений и небольшими обжатиями.

При ковке заготовок большой длины для сохранения тепла в заготовках рекомендуется на свободную часть поковки надевать кожуха из листового железа, обшитые асбестом.

При деформировании осадкой заготовки из жаропрочных сплавов с грубой литой структурой даже после пятикратной осадки в металле наблюдаются остатки литой структуры. Во избежание этих дефектов заготовки перед осадкой следует подвергать вытяжке. Уковка только за счет вытяжек для заготовок, предназначенных для дисков ответственного назначения, необходима не менее четырехкратной. Осадку следует производить с обеспечением мероприятий, направленных на повышение равномерности деформаций.

Последний повышается при исполь зовании инструмента с чистой и гладкой поверхностью (не менее 4), подогретого до 300-400°С, и применения антифрикционных смазок, обладающих также и теплоизолирующими свойствами.

Лучшими являются смазки, содержащие стекло или ему подобные материалы (шлаки). Дешевым и удобным способом приготовления и применения смазок является следующий. Суспензии из стеклянного порошка с измельчением не крупнее сита № 10-20 в 50% -ном водном растворе жидкого стекла (сульфатного или натриевого содового) удельного веса 1.2-1,3. ровным слоем толщиной 1-2 мм (в зависимости от размеров заготовки) наносят на одну сторону листа из тонкого картона или грубой оберточной бумаги. Обработанные таким образом листы, просушенные на воздухе, помещают на торцы заготовки перед осадкой. Размеры листа должны быть не менее диаметра заготовки после осадки.

При использовании стеклянных смазок обслуживающий персонал и оборудование следует защищать от возможного выброса смазки путем установки ограждений.

Для смазки заготовок лучше исполь зовать бесщелочные стекла и шлаки. Возможно применение и обычного бутылочного стекла. В этом случае во избежание разъедания заготовок при последующих нагревах остатки смазки с них необходимо тщательно удалять.

Для повышения равномерности деформаций в заготовках с большим D/Н (Н - высота заготовки перед осадкой; D - диаметр заготовки перед осадкой) применяют осадку их в стопе. Если по мере осадки стопы заготовки поворачивать одну к другой разными сторонами, то металл вблизи торцов попеременно будет находиться либо в зоне затрудненных деформаций, либо в зоне интенсивных деформаций. Кроме повышения равномерности распространения деформаций при осадке стопой, достигается значительное снижение по требного усилия пресса. При осадке заготовок стопой стеклянную смазку рекомендуется применять только на последней переукладке.

Для осадки заготовок с большим отношением D/Н из дорогих и низко-пластичных сплавов целесообразно применять горячие прокладки из углеродистой листовой стали. Толщина прокладок S необходима такая, чтобы в конкретных температурных условиях давление, нужное для течения металла прокладок, было несколько меньше давления, требуемого для течения осаживаемой заготовки. Для жаропрочных аустеннтных сталей и никелевых сплавов удовлетворительные результаты достигаются при следующих соотношениях размеров осаживаемой заготовки и прокладок:

для заготовок с D/Н= .5÷3.0
S = (0.70—0,1) Н;
для заготовок с D/Н=3,0÷5.0
S = (0.1÷0.15) Н

В случае осадки с несколькими промежуточными нагревами прокладки наиболее целесообразно применять на предпоследнем и последнем выносе.

Использованием прокладок при осадке заготовок с D/H - 3 достигается значительное уменьшение «бочки» на поковках по сравнению с обычной осадкой.

Так же как и при вытяжке, осадку, если она является последней операцией при изготовлении, следует производить при нагреве металла до температуры, несколько меньшей начала интенсивного роста зерен, и заканчивать при температуре на 30-50°С больше температуры нижнего предела ковки. Степень деформации при осадке должна быть не менее 20-25%.

Изменение свойств металла при нагреве и ковке

Чтобы правильно вести процесс ковки, необходимо знать температуру начала и конца ковки каждого металла, каждой марки стали, т. е. знать режимы нагрева .

Режим нагрева металла - это порядок и способ нагрева металла, который обеспечивает температуру и скорость, необходимые для получения заготовок, пригодных для ковки и получения из них качественных поковок.

Температура ковки для различных марок сталей не одинакова и зависит от их химического состава. Чем больше углерода встали, тем ниже температура плавления и ковки .

Температура нагрева металла для ковки имеет очень важное значение, так как может влиять на качество деталей получаемых ковкой, поэтому за ней требуется постоянный контроль. Для этого в кузницах с нагревательными печами используют термопары и различные виды пирометров. При нагреве металла в горнах, как правило, можно приближенно определять температуру нагрева металлов на глаз по следующим цветам каления, при дневном освещении в тени:

Цвет нагретого металла | Температура………….. °С

Темно-коричневый (заметен в темноте)…..530 … 580

Темно-вишнево-красный……………………. 730 … 770

При охлаждении металла цвет каления изменяется в обратной последовательности .

Температура нагрева сталей в начале ковки должна быть ниже их температуры плавления на 150…200°С. При более высокой температуре может наступить явление пережога. Во время ковки металл остывает и ковать его становится затруднительно, а затем и невозможно. Поэтому ковку металла следует заканчивать с температурой на 20 … 30 °С выше допускаемой температуры ковки.

Время нагрева сталей зависит от размеров заготовок и Химического состава. С одной стороны, для уменьшения образования Окалины и увеличения производительности желательно уменьшать время нагрева. С другой, — заготовки больших размеров, а также из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей следует нагревать постепенно и даже ступенчато.

2. Дефекты при нагреве и меры их предупреждения

При нагреве заготовок в них могут появиться следующие дефекты:

- окалинообразование или угар,

- недогрев металла,
- перегревмстальной заготовки,

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.

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 обезуглероживания зависит от содержания углерода в стали.

Чем больше углерода, тем медленнее идет обезуглероживание .

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. Недогрев может появляться при плохом тепловом режиме.

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.

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.

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.

3. Изменения, происходящие в металлах при нагреве и ковке

Пластичность стали увеличивается при нагреве, т. е. когда в ней начинаются внутренние превращения, состоящие в укрупнении зерен и ослаблении связей между ними. Поэтому прочность стали уменьшается, она становится мягкой и пластичной. Это позволяет с меньшими усилиями деформировать металлы.

Зернистое строение металла изменяется в зависимости от температуры и скорости деформирования его. Соответственно этим воздействием на металл изменяется и прочность его.

Износостойкость стальной заготовки. Чем быстрее будет проходить процесс деформации металла от начала ковки до конца ковки, тем металл будет прочнее, следовательно, ковку горячего металла рекомендуется проводить как можно быстрее и сильными ударами, потому что при ковке сильно нагретого металла слабыми ударами в конце ковки он получается – с крупнозернистым строением и поковка будет не прочной. Если требуется небольшая деформация металла, то перед ковкой его можно нагревать несколько ниже температуры начала ковки, имея в виду, что ковка будет закончена до наступления критической температуры (723 °С).

При продолжении ковки ниже критической температуры зерна пластически деформируются (вытягиваются) и остаются в напряженном состоянии, потому что при низкой температуре они уже не успевают переформироваться в более мелкие зерна. После этого металл утрачивает пластичность и становится более прочным, твердым и хрупким.

Упрочнение металла под действием пластической деформации называется Наклепом или Нагартовкой . Наклеп не желателен, так как при этом, кроме хрупкости, резко уменьшается свойство металла обрабатываться резанием.

Температура плавления нержавеющей стали и чугуна. Температура кипения и плавления металлов. Температура плавления стали

Прежде, чем говорить о температуре плавления нержавеющей стали, стоит отметить, что эта физическая характеристика важна для литейщиков, сварщиков, производителей марочной нержавеющей стали.

При металлообработке оперируют другими понятиями, например, точка эвтектики (равновесия жидкой и твердой фазы), точка пластичности (t, при которой сплав обретает мягкость, податливость).

Общее описание процесса

Чтобы понять, при какой температуре плавится сталь, нужно рассмотреть этот процесс более детально. Расплавление происходит при нагревании. Нагревать материал можно как снаружи, так и изнутри. Внешний нагрев осуществляется в термических печах. Для того чтобы расплавить сплав изнутри, используется резистивный нагрев. Принцип резистивного нагрева заключается в электросопротивлении, которым обладают любые материалы.

Вне зависимости от типа термического воздействия, в материалах происходят одинаковые изменения. За счет нагревания тепловые колебания молекул усиливаются, что приводит к структурным дефектам решетки. Такие изменения способствуют разрыву межатомных связей, в результате чего сплав переходит в жидкое состояние.

Типы сплавов

В зависимости от интенсивности нагрева, требуемого для перехода металла из одного состояния в другое, сплавы разделяют на несколько видов.

Легкоплавкие. Их обработка может производиться даже без специального оборудования. Температура плавления стали в градусах Цельсия составляет 600. К числу легкоплавких металлов относятся свинец, олово и цинк.

Особого внимания заслуживает ртуть, способная переходить в жидкое состояние при -39°С.

Среднеплавкие. Температура плавления сталей находится в пределах 600°С-1600°С. К этой категории относятся алюминий, медь, олово, некоторые виды нержавейки и различные сплавы с небольшим содержанием хрома. Среднеплавкие соединения получили наибольшее распространение в промышленности и в быту.

Тугоплавкие. Соединения, входящие в данную категорию, способны переходить из твердого состояния в жидкое при нагреве свыше 1600°С. Это высоколегированные металлы, в состав которых входят вольфрам, титан и хром. Благодаря этим добавкам металл приобретает повышенную прочность, устойчивость к коррозии и химическим воздействиям. В частности, к тугоплавким сплавам относится нержавейка.

При наиболее низких температурных показателях плавятся щелочные металлы. Соответственно, для перехода в жидкое состояние не щелочных металлов температурный диапазон значительно увеличивается.

Градус кипения

В процессе нагрева материала важно не достичь его кипения, при котором из жидкого состояния он переходит в газообразное. Поэтому градус кипения является не менее важным технологическим показателем.

Градус кипения, как правило, вдвое выше градуса, при котором материалы расплавляются, и определяется при нормальном атмосферном давлении. При увеличении давления увеличивается и интенсивность нагрева. При уменьшении давления показатели уменьшаются.

Особенности углеродистой стали

Углеродистые соединения являются основным видом продукции, производимой на металлургических комбинатах. Кроме железа, в их состав входит углерод. Его концентрация не должна превышать 2,14%. В них присутствует небольшое количество примесей и легирующих компонентов в виде марганца, кремния и магния. Такие добавки позволяют улучшить их физические и химические показатели.

В зависимости от концентрации углерода углеродистые соединения делятся на следующие виды:

низкоуглеродистые (содержание углерода не превышает 0,29%);
среднеуглеродистые (до 0,6%);
высокоуглеродистые (более 0,6%).

Углеродистые соединения используются в различных промышленных отраслях. В зависимости от сферы применения в них добавляются легирующие компоненты, позволяющие достичь специфических свойств, включая жаропрочность, коррозийную стойкость и пр. По этим критериям они подразделяются на следующие категории:

Таблица температур плавления

Узнать какая нужна температура для плавления металлов, поможет таблица по возрастанию температурных показателей.

Элемент или соединение	Необходимый температурный режим
Литий	+18°С
Калий	+63,6°С
Индий	+156,6°С
Олово	+232°С
Таллий	+304°С
Кадмий	+321°С
Свинец	+327°С
Цинк	+420°С

Таблица плавления среднеплавких металлов и сплавов.

Таблица плавления тугоплавких металлов и сплавов.

Наименование элемента	Температурный режим
Титан	+1680°С
Платина	+1769,3°С
Хром	+1907°С
Цирконий	+1855°С
Ванадий	+1910°С
Иридий	+2447°С
Молибден	+2623°С
Тантал	+3017°С
Вольфрам	+3420°С

Классификация металлов

Человеку давно известны температуры плавления металлов и сплавов. Благодаря этим данным их можно разделить на три больших группы:

Легкоплавкие металлы — плавятся до 600 градусов по Цельсию. К ним относятся олово, цинк, свинец.
Среднеплавкие — плавятся в диапазоне 600–1600 градусов по Цельсию. Наиболее обширная группа, в которую входят все возможные сплавы, однородные материалы.
Тугоплавкие — расплавляются при 1600 градусов по Цельсию. К ним относится титан, хром, молибден, вольфрам.

Чтобы узнать более точную информацию, можно изучить таблицу температур плавления металлов. Найти ее можно в интернете или специальных справочниках для литейщиков. Теплота плавления сплавов зависит от количества примесей, содержащихся в составе.

Что такое температура плавления

Каждый металл имеет неповторимые свойства, и в этот список входит температура плавления. При плавке металл уходит из одного состояния в другое, а именно из твёрдого превращается в жидкое. Чтобы сплавить металл, нужно приблизить к нему тепло и нагреть до необходимой температуры – этот процесс и называется температурой плавления. В момент, когда температура доходит до нужной отметки, он ещё может пребывать в твёрдом состоянии. Если продолжать воздействие – металл или сплав начнет плавиться.

Плавление и кипение – это не одно и то же. Точкой перехода вещества из твердого состояния в жидкое, зачастую называют температуру плавления металла. В расплавленном состоянии у молекул нет определенного расположения, но притяжение сдерживает их рядом, в жидком виде кристаллическое тело оставляет объем, но форма теряется.

При кипении объем теряется, молекулы между собой очень слабо взаимодействуют, движутся хаотично в разных направлениях, совершают отрыв от поверхности. Температура кипения – это процесс, при котором давление металлического пара приравнивается к давлению внешней среды.

Для того, чтобы упростить разницу между критическими точками нагрева мы подготовили для вас простую таблицу:

Свойство	Температура плавки	Температура кипения
Физическое состояние	Сплав переходит в расплав, разрушается кристаллическая структура, проходит зернистость	Переходит в состояние газа, некоторые молекулы могут улетать за пределы расплава
Фазовый переход	Равновесие между твердым состоянием и жидким	Равновесие давления между парами металла и воздухом
Влияние внешнего давления	Нет изменений	Изменения есть, температура уменьшается при разряжении

Принцип расчета

Раньше, чтобы рассчитать температуру плавления металла использовали формулу Линдемана. Однако из-за низкой точности конечных расчетов, она не получила большой популярности среди литейщиков. В 1999 году, И.В. Гаврилин предложил новую систему расчета температуры кипения и плавления:

Тпл = DHпл / 1,5 N0 k,

Тпл — температура плавления.
DHпл — обозначает скрытую температуру плавления.
N0 — обозначение скрытой теплоты плавки.
k — Обозначение константы Больцмана.

При какой температуре плавится

Металлические элементы, какими бы они ни были — плавятся почти один в один. Этот процесс происходит при нагреве. Оно может быть, как внешнее, так и внутреннее. Первое проходит в печи, а для второго используют резистивный нагрев, пропуская электричество либо индукционный нагрев. Воздействие выходит практически схожее. При нагреве, увеличивается амплитуда колебаний молекул. Образуются структурные дефекты решётки, которые сопровождаются обрывом межатомных связей. Под процессом разрушения решётки и скоплением подобных дефектов и подразумевается плавление.

У разных веществ разные температуры плавления. Теоретически, металлы делят на:

Легкоплавкие – достаточно температуры до 600 градусов Цельсия, для получения жидкого вещества.
Среднеплавкие – необходима температура от 600 до 1600 ⁰С.
Тугоплавкие – это металлы, для плавления которых требуется температура выше 1600 ⁰С.

Плавление железа

Температура плавления железа достаточно высока. Для технически чистого элемента требуется температура +1539 °C. В этом веществе имеется примесь — сера, а извлечь ее допустимо лишь в жидком виде.

Без примесей чистый материал можно получить при электролизе солей металла.

Плавление чугуна

Чугун – это лучший металл для плавки. Высокий показатель жидкотекучести и низкий показатель усадки дают возможность эффективнее пользоваться им при литье. Далее рассмотрим показатели температуры кипения чугуна в градусах Цельсия:

Серый — температурный режим может достигать отметки 1260 градусов. При заливке в формы температура может подниматься до 1400.
Белый — температура достигает отметки 1350 градусов. В формы заливается при показателе 1450.

Плавление стали

Сталь — это сплав железа с примесью углерода. Её главная польза — прочность, поскольку это вещество способно на протяжении длительного времени сохранять свой объем и форму. Связано это с тем, что частицы находятся в положении равновесия. Таким образом силы притяжения и отталкивания между частицами равны.

Плавление алюминия и меди

Температура плавления алюминия равна 660 градусам, это означает то, что расплавить его можно в домашних условиях.

Чистой меди – 1083 градусов, а для медных сплавов составляет от 930 до 1140 градусов.

От чего зависит температура плавления

Для разных веществ температура, при которой полностью перестраивается структура до жидкого состояния – разная. Если взять во внимание металлы и сплавы, то стоит подметить такие моменты:

В чистом виде не часто можно встретить металлы. Температура напрямую зависит от его состава. В качестве примера укажем олово, к которому могут добавлять другие вещества (например, серебро). Примеси позволяют делать материал более либо менее устойчивым к нагреву.
Бывают сплавы, которые благодаря своему химическому составу могут переходить в жидкое состояние при температуре свыше ста пятидесяти градусов. Также бывают сплавы, которые могут «держаться» при нагреве до трех тысяч градусов и выше. С учетом того, что при изменении кристаллической решетки меняются физические и механические качества, а условия эксплуатации могут определяться температурой нагрева. Стоит отметить, что точка плавления металла — важное свойство вещества. Пример этому – авиационное оборудование.

Термообработка, в большинстве случаев, почти не изменяет устойчивость к нагреву. Единственно верным способом увеличения устойчивости к нагреванию можно назвать внесение изменений в химический состав, для этого и проводят легирование стали.

Обработка стали для получения специальных свойств

Чтобы придавать материалу определённые свойства или изменять их, применяют легирующие элементы и различные виды обработки.
В качестве легирующих элементов выступают некоторые металлы. Ими могут быть хром, алюминий, никель, молибден и другие. Таким образом, добиваются определённых электрических, магнитных или механических свойств, а также коррозионной устойчивости. Так, нержавеющая сталь получается, если она была легирована хромом.

Изменяются свойства стали путём обработки:

термомеханической (ковка, прокатка);
термическая (отжиг, закалка);
химикотермической (азотирование, цементизация).

Термическая обработка имеет в своей основе свойство полиморфизма – при нагреве и охлаждении кристаллическая решётка способная менять своё строение. Это свойство характерно основе стали – железу, потому присуще и ей.

Разные виды элементов, которые могут присутствовать в стали

Углерод. С повышением процентного содержания в стали этого элемента увеличивается её прочность и твёрдость. Но идут потери в пластичности.

Сера. Эта примесь вредна, так как вместе с железом она образует сернистое железо. Из-за него в материале возникают трещины как следствие потери связей между зёрнами при обработке высокой температурой и под воздействием давления. Негативно наличие серы сказывается и на прочности стали, её пластичности, износостойкости, коррозийной стойкости.

Феррит. Это железо, которое обладает объемноцентрированной кристаллической решёткой. Характерно, что сплавы с его наличием выходят мягкими и обладают пластичной микроструктурой.

Фосфор. Если сера уменьшает прочность при высоких температурах, то фосфор придаёт стали хрупкости при температурах пониженных. Тем не менее есть группа сталей, в которой повышено содержание этого, казалось бы, вредного элемента. Изделия из такого металла очень легко поддаются резке.

Цементит, он же карбид железа. Его влияние противоположно к влиянию феррита. Сталь становится твёрдой и хрупкой.

Читайте также: