Ak viete, ako správne vytvrdiť kov, potom aj doma môžete zvýšiť tvrdosť výrobkov z neho dvakrát až trikrát. Dôvody, prečo je to potrebné, môžu byť veľmi odlišné. Takáto technologická operácia je potrebná najmä vtedy, ak kov musí byť dostatočne tvrdý na rezanie skla.
Najčastejšie je potrebné vytvrdzovať rezný nástroj a tepelné spracovanie sa vykonáva nielen vtedy, ak je potrebné zvýšiť jeho tvrdosť, ale aj vtedy, keď je potrebné túto charakteristiku znížiť. Keď je tvrdosť nástroja príliš nízka, jeho rezná časť sa počas prevádzky zasekne, ak je vysoká, kov sa vplyvom mechanického namáhania rozpadne.
Málokto vie, že existuje jednoduchý spôsob, ako skontrolovať, ako dobre je oceľový nástroj vytvrdený, a to nielen vo výrobe alebo doma, ale aj v obchode pri kúpe. Na vykonanie tejto kontroly potrebujete bežný súbor. Sú vedené pozdĺž reznej časti zakúpeného nástroja. Ak je zle vytvrdený, pilník sa bude zdať, že sa prilepí na svoju pracovnú časť a v opačnom prípade sa bude dať ľahko vzdialiť od testovaného nástroja, pričom ruka, v ktorej sa pilník nachádza, nepocíti žiadne nepravidelnosti. na povrchu výrobku.
Ak sa napriek tomu stalo, že máte k dispozícii nástroj, ktorého kvalita kalenia vám nevyhovuje, nemali by ste si s tým robiť starosti. Tento problém je vyriešený pomerne jednoducho: kov môžete vytvrdiť aj doma bez použitia zložitých zariadení a špeciálnych zariadení. Mali by ste si však uvedomiť, že mäkké ocele nie sú vhodné na kalenie. V rovnakej dobe, tvrdosť uhlíka a dostatočne ľahko zvýšiť aj doma.
Technologické nuansy kalenia
Kalenie, ktoré je jedným z typov tepelného spracovania kovov, sa uskutočňuje v dvoch stupňoch. Najprv sa kov zahreje na vysokú teplotu a potom sa ochladí. Rôzne kovy a dokonca aj ocele patriace do rôznych kategórií sa navzájom líšia svojou štruktúrou, preto sa s nimi režimy tepelného spracovania nezhodujú.
Tepelné spracovanie kovu (kalenie, temperovanie atď.) môže byť potrebné pre:
- jeho vytvrdzovanie a zvyšovanie jeho tvrdosti;
- zlepšenie jeho plasticity, čo je nevyhnutné pri spracovaní plastickou deformáciou.
Mnoho špecializovaných spoločností kalí oceľ, ale náklady na tieto služby sú dosť vysoké a závisia od hmotnosti dielu, ktorý je potrebné tepelne spracovať. Preto je vhodné, aby ste to urobili sami, najmä preto, že to môžete urobiť aj doma.
Ak sa rozhodnete vytvrdzovať kov svojpomocne, je veľmi dôležité správne vykonať postup, ako je zahrievanie. Tento proces by nemal byť sprevádzaný výskytom čiernych alebo modrých škvŕn na povrchu produktu. O tom, že kúrenie prebieha správne, svedčí žiarivo červená farba kovu. Tento proces je dobre demonštrovaný vo videu, ktoré vám pomôže získať predstavu o tom, ako veľmi zahriať tepelne spracovaný kov.
Ako zdroj tepla na ohrev na požadovanú teplotu kovového výrobku, ktorý je potrebné vytvrdiť, môžete použiť:
- špeciálna rúra poháňaná elektrickou energiou;
- horák;
- otvorený oheň, ktorý je možné založiť na dvore vášho domu alebo na vidieku.
Výber zdroja tepla závisí od teploty, na ktorú sa musí tepelne upravovaný kov zahriať.
Výber spôsobu chladenia závisí nielen od materiálu, ale aj od výsledkov, ktoré sa majú dosiahnuť. Ak napríklad nie je potrebné vytvrdzovať celý výrobok, ale iba jeho oddelenú časť, potom sa chladenie vykonáva aj bodovo, na čo je možné použiť prúd studenej vody.
Technologická schéma, podľa ktorej je kov kalený, môže zabezpečiť okamžité, postupné alebo viacstupňové chladenie.
Rýchle chladenie s použitím rovnakého typu chladiacej kvapaliny je ideálne na kalenie uhlíkových alebo legovaných ocelí. Na uskutočnenie takéhoto chladenia je potrebná jedna nádoba, ktorou môže byť vedro, sud alebo aj obyčajný kúpeľ (všetko závisí od veľkosti spracovávaného predmetu).
V prípade, že sú iné kategórie alebo ak je okrem kalenia potrebné aj popúšťanie, používa sa dvojstupňová schéma chladenia. Pri tejto schéme sa produkt zahriaty na požadovanú teplotu najskôr ochladí vodou a potom sa vloží do minerálneho alebo syntetického oleja, v ktorom prebieha ďalšie chladenie. Za žiadnych okolností by sa nemalo okamžite použiť chladiace médium na báze oleja, pretože olej sa môže vznietiť.
Na výber správnych režimov kalenia pre rôzne druhy ocele by ste sa mali riadiť špeciálnymi tabuľkami.
Ako kaliť oceľ na otvorenom ohni
Ako je uvedené vyššie, oceľ môžete vytvrdzovať doma pomocou otvoreného ohňa na vykurovanie. Prirodzene, takýto proces by sa mal začať zapálením ohňa, v ktorom by sa malo vytvoriť veľa žeravého uhlia. Potrebujete tiež dve nádoby. V jednom z nich musíte naliať minerálny alebo syntetický olej a v druhom - obyčajnú studenú vodu.
Na vytiahnutie rozžeraveného železa z ohňa budete potrebovať kováčske kliešte, ktoré sa dajú nahradiť akýmkoľvek iným nástrojom podobného účelu. Po ukončení všetkých prípravných prác a vytvorení dostatočného množstva žeravých uhlíkov v ohni možno na ne položiť predmety, ktoré je potrebné kaliť.
Podľa farby vytvoreného uhlia je možné posúdiť teplotu ich ohrevu. Uhlie je teda viac rozžeravené, povrch ktorého má jasne bielu farbu. Dôležité je sledovať aj farbu plameňa ohňa, ktorá udáva teplotný režim v jeho vnútornej časti. Najlepšie je, ak je plameň ohňa sfarbený skôr do karmínovej ako bielej farby. V druhom prípade, čo naznačuje príliš vysokú teplotu plameňa, existuje riziko nielen prehriatia, ale dokonca aj spálenia kovu, ktorý je potrebné vytvrdiť.
Pozorne sa musí sledovať aj farba zahriateho kovu. Najmä by sa nemalo dovoliť, aby sa na rezných hranách obrábaného nástroja objavili čierne škvrny. Modrá farba kovu naznačuje, že veľmi zmäkol a stal sa príliš plastickým. Do takého stavu sa to nedá priviesť.
Po kalcinácii produktu na požadovaný stupeň môžete prejsť do ďalšej fázy - chladenia. Najprv sa spustí do nádoby s olejom a to sa robí často (v intervaloch 3 sekúnd) a čo najostrejšie. Postupne sa intervaly medzi týmito ponormi predlžujú. Akonáhle rozžeravená oceľ stratí jas svojej farby, môžete ju začať chladiť vo vode.
Pri ochladzovaní kovu vodou s kvapôčkami horúceho oleja na jeho povrchu je potrebné postupovať opatrne, pretože môžu vzplanúť. Po každom ponore pretrepte vodu, aby bola stále chladná. Tréningové video vám pomôže získať lepšiu predstavu o pravidlách vykonávania takejto operácie.
Pri chladení kalených vrtákov existujú určité jemnosti. Nesmú byť teda umiestnené naplocho v nádobe s chladiacou kvapalinou. Ak to urobíte, spodná časť vrtáka alebo akýkoľvek iný podlhovastý kovový predmet sa najskôr prudko ochladí, čo spôsobí jeho zmrštenie. Preto je potrebné takéto výrobky ponoriť do chladiacej kvapaliny zo širšieho konca.
Na tepelné spracovanie špeciálnych ocelí a tavenie neželezných kovov nebudú stačiť možnosti otvoreného ohňa, pretože nebude schopný zahriať kov na teplotu 700-9000. Na takéto účely je potrebné použiť špeciálne pece, ktoré môžu byť muflové alebo elektrické. Ak je dosť ťažké a nákladné vyrobiť elektrickú pec doma, potom s muflovým vykurovacím zariadením je to celkom možné.
Vlastnoručne vyrobená komora na kalenie kovov
Muflová pec, ktorú je celkom možné vyrobiť sami doma, vám umožňuje kaliť rôzne druhy ocele. Hlavnou zložkou, ktorá bude potrebná na výrobu tohto vykurovacieho zariadenia, je žiaruvzdorná hlina. Vrstva takejto hliny, ktorá pokryje vnútro rúry, by nemala byť väčšia ako 1 cm.
Schéma komory na kalenie kovov: 1 - nichrómový drôt; 2 - vnútorná časť komory; 3 - vonkajšia časť komory; 4 - zadná stena so špirálovými vývodmi
Aby budúca pec mala požadovanú konfiguráciu a požadované rozmery, je najlepšie vyrobiť formu z lepenky impregnovanej parafínom, na ktorú sa nanesie žiaruvzdorná hlina. Hlina zmiešaná s vodou na hustú homogénnu hmotu sa nanáša na hladkú stranu lepenkovej formy, za ktorou po úplnom vyschnutí zaostáva. Kovové výrobky ohrievané v takomto zariadení sú v ňom umiestnené cez špeciálne dvere, ktoré sú tiež vyrobené zo žiaruvzdornej hliny.
Po vysušení na vzduchu sa komora a dvierka zariadenia dodatočne sušia pri teplote 100 °. Potom sa vypaľujú v peci, ktorej teplota v komore sa postupne zvyšuje na 900 °. Keď po vypálení vychladnú, treba ich pomocou zámočníckeho náradia a šmirgľového plátna opatrne spojiť.
Nichrómový drôt je navinutý na povrch úplne vytvarovanej komory, ktorej priemer by mal byť 0,75 mm. Prvá a posledná vrstva takéhoto vinutia musí byť skrútená dohromady. Pri navíjaní drôtu na komoru by sa medzi jeho závitmi mala ponechať určitá vzdialenosť, ktorá musí byť tiež naplnená žiaruvzdornou hlinkou, aby sa vylúčila možnosť skratu. Po zaschnutí vrstvy ílu nanesenej na zabezpečenie izolácie medzi závitmi nichrómového drôtu sa na povrch komory nanesie ďalšia vrstva hliny, ktorej hrúbka by mala byť približne 12 cm.
Po úplnom vyschnutí sa hotová kamera vloží do kovového puzdra a medzery medzi nimi sa vyplnia azbestovou drťou. Pre prístup do vnútornej komory sú na kovovom tele pece zavesené dvierka, zvnútra ukončené keramickým obkladom. Všetky existujúce medzery medzi konštrukčnými prvkami sú utesnené žiaruvzdornou hlinkou a azbestovými trieskami.
Zo zadnej strany jej kovového rámu sú odstránené konce nichromového vinutia komory, do ktorého je potrebné privádzať elektrickú energiu. Na riadenie procesov prebiehajúcich vo vnútornej časti muflovej pece, ako aj na meranie teploty v nej pomocou termočlánku, musia byť v jej prednej časti vytvorené dva otvory, ktorých priemery by mali byť 1 a 2 cm. Z prednej strany rámu budú takéto otvory uzavreté špeciálnymi oceľovými závesmi. Domáci dizajn, ktorého výroba je opísaná vyššie, vám umožňuje doma vytvrdzovať zámočnícke a rezacie nástroje, pracovné prvky lisovacieho zariadenia atď.
Základné metódy a spôsoby premeny elektrickej energie na teplo klasifikované nasledovne. Rozlišuje sa priame a nepriame elektrické vykurovanie.
o priame elektrické vykurovanie k premene elektrickej energie na tepelnú energiu dochádza v dôsledku prechodu elektrického prúdu priamo cez ohrievané teleso alebo médium (kov, voda, mlieko, pôda atď.). o nepriamy elektrický ohrevšpeciálnym vykurovacím zariadením (vykurovacím telesom) prechádza elektrický prúd, z ktorého sa teplo prenáša do ohrievaného telesa alebo média vedením, prúdením alebo sálaním.
Existuje niekoľko druhov premeny elektrickej energie na teplo, ktoré určujú Spôsoby elektrického vykurovania.
Tok elektrického prúdu cez elektricky vodivé pevné látky alebo kvapalné médiá je sprevádzaný uvoľňovaním tepla. Podľa Joule-Lenzovho zákona množstvo tepla Q = I 2 Rt, kde Q je množstvo tepla, J; I - silatoka, A; R je odpor telesa alebo média, Ohm; t - čas prúdenia prúdu, s.
Odporový ohrev sa môže uskutočňovať kontaktnými a elektródovými metódami.
Spôsob kontaktu Používa sa na ohrev kovov ako na princípe priameho elektrického ohrevu, napríklad v elektrických kontaktných zváracích zariadeniach, tak aj na princípe nepriameho elektrického ohrevu - vo vykurovacích telesách.
Elektródová metóda Používa sa na ohrev nekovových vodivých materiálov a médií: voda, mlieko, šťavnaté krmivo, pôda atď. Ohrievaný materiál alebo médium sa umiestňuje medzi elektródy, na ktoré sa privádza striedavé napätie.
Elektrický prúd, pretekajúci materiálom medzi elektródami, ho ohrieva. Obyčajná (nedestilovaná) voda vedie elektrický prúd, pretože vždy obsahuje určité množstvo solí, zásad alebo kyselín, ktoré sa disociujú na ióny, ktoré sú nositeľmi elektrického náboja, teda elektrického prúdu. Povaha elektrickej vodivosti mlieka a iných tekutín, pôdy, šťavnatého krmiva atď. je podobná.
Priamy ohrev elektródy sa vykonáva iba striedavým prúdom, pretože jednosmerný prúd spôsobuje elektrolýzu ohrievaného materiálu a jeho znehodnocovanie.
Elektrické odporové vykurovanie našlo široké uplatnenie vo výrobe vďaka svojej jednoduchosti, spoľahlivosti, všestrannosti a nízkej cene vykurovacích zariadení.
Vykurovanie elektrickým oblúkom
V elektrickom oblúku, ktorý vzniká medzi dvoma elektródami v plynnom prostredí, sa elektrická energia premieňa na teplo.
Na zapálenie oblúka sa elektródy pripojené k zdroju energie krátko dotknú a potom sa pomaly odtiahnu. Odpor kontaktu v čase riedenia elektród je silne zahrievaný prúdom, ktorý ním prechádza. Voľné elektróny, neustále sa pohybujúce v kove, urýchľujú svoj pohyb so zvyšujúcou sa teplotou v mieste dotyku elektród.
So stúpajúcou teplotou sa rýchlosť voľných elektrónov zvýši natoľko, že sa odlepia od kovu elektród a vyletia do vzduchu. Pri pohybe sa zrážajú s molekulami vzduchu a rozdeľujú ich na kladne a záporne nabité ióny. Vzduchový priestor medzi elektródami sa ionizuje a stáva sa elektricky vodivým.
Pod vplyvom napätia zdroja sa kladné ióny ponáhľajú na záporný pól (katóda) a záporné ióny na kladný pól (anóda), čím vytvárajú dlhý výboj - elektrický oblúk sprevádzaný uvoľňovaním tepla. Teplota oblúka nie je v rôznych častiach rovnaká a je na kovových elektródach: na katóde - asi 2400 ° C, na anóde - asi 2600 ° C, v strede oblúka - asi 6000 - 7000 ° C.
Rozlišujte medzi priamym a nepriamym elektrickým oblúkovým ohrevom. Hlavná praktická aplikácia sa nachádza pri priamom ohreve elektrickým oblúkom v zariadeniach na zváranie elektrickým oblúkom. V zariadeniach s nepriamym ohrevom sa oblúk používa ako silný zdroj infračervených lúčov.
Ak je kus kovu umiestnený v striedavom magnetickom poli, potom sa v ňom indukuje premenná e. d.s, pod vplyvom ktorých budú v kove vznikať vírivé prúdy. Prechod týchto prúdov v kove spôsobí jeho zahriatie. Tento spôsob ohrevu kovu sa nazýva indukcia. Konštrukcia niektorých indukčných ohrievačov je založená na využití fenoménu povrchového efektu a efektu blízkosti.
Na indukčný ohrev sa používajú priemyselné (50 Hz) a vysokofrekvenčné prúdy (8-10 kHz, 70-500 kHz). Najrozšírenejší je indukčný ohrev kovových telies (súčiastok, obrobkov) v strojárstve a pri opravách zariadení, ako aj na kalenie kovových dielov. Indukčnú metódu možno použiť aj na ohrev vody, pôdy, betónu a pasterizáciu mlieka.
Dielektrické vykurovanie
Fyzikálna podstata dielektrického ohrevu je nasledovná. V tuhých a kvapalných médiách so zlou elektrickou vodivosťou (dielektriká), umiestnených v rýchlo sa meniacom elektrickom poli, sa elektrická energia premieňa na teplo.
Akékoľvek dielektrikum obsahuje elektrické náboje spojené medzimolekulovými silami. Tieto náboje sa označujú ako viazané náboje na rozdiel od bezplatných nábojov vo vodivých materiáloch. Pôsobením elektrického poľa sú viazané náboje orientované alebo posunuté v smere poľa. Vytesnenie viazaných nábojov pôsobením vonkajšieho elektrického poľa sa nazýva polarizácia.
V striedavom elektrickom poli dochádza k nepretržitému pohybu nábojov a následne aj medzimolekulových síl molekúl, ktoré sú s nimi spojené. Energia vynaložená zdrojom na polarizáciu molekúl nevodivých materiálov sa uvoľňuje vo forme tepla. Niektoré nevodivé materiály obsahujú malé množstvo voľných nábojov, ktoré vplyvom elektrického poľa vytvárajú malý vodivý prúd, ktorý prispieva k uvoľňovaniu dodatočného tepla v materiáli.
Pri dielektrickom ohreve sa ohrievaný materiál umiestňuje medzi kovové elektródy - kondenzátorové dosky, na ktoré je privádzané vysokofrekvenčné napätie (0,5 - 20 MHz a vyššie) zo špeciálneho vysokofrekvenčného generátora. Dielektrická vykurovacia jednotka pozostáva z generátora vysokofrekvenčnej lampy, výkonového transformátora a sušiaceho zariadenia s elektródami.
Vysokofrekvenčný dielektrický ohrev je perspektívny spôsob ohrevu a používa sa najmä na sušenie a tepelné spracovanie dreva, papiera, potravín a krmív (sušenie obilia, zeleniny a ovocia), pasterizáciu a sterilizáciu mlieka atď.
Vyhrievanie elektrónovým lúčom (elektronické).
Keď sa prúd elektrónov (elektrónový lúč), zrýchlený v elektrickom poli, stretne so zahriatym telesom, elektrická energia sa premení na teplo. Charakteristickým znakom elektronického ohrevu je vysoká hustota koncentrácie energie, dosahujúca 5x10 8 kW / cm2, čo je niekoľkotisíckrát viac ako pri ohreve elektrickým oblúkom. Elektronický ohrev sa používa v priemysle na zváranie veľmi malých dielov a tavenie ultračistých kovov.
Okrem uvažovaných spôsobov elektrického vykurovania sa používa vo výrobe a každodennom živote. infračervené vykurovanie (ožarovanie).
Ohrievanie kovu zváracím prúdom. Joule-Lenzov zákon. Elektrický odpor kovu.
Všetky prvky vedúce prúd sú ohrievané elektrickým prúdom a množstvo tepla generovaného v ktorejkoľvek časti elektrického obvodu s aktívnym odporom R = R (t), ktorý je funkciou t a τ pri prúde I = I (t), v závislosti od času t, je určený Jouleovým zákonom - Lenza:
Toto je všeobecný vzorec, ktorý neukazuje ani neurčuje špecifické teploty v zóne spoja, keď je zahrievaná zváracím prúdom.
Treba však pamätať na to, že hodnota R a I do značnej miery závisí od trvania toku tohto prúdu.
Kontaktné strojčeky sú konštrukčne vyrobené tak, aby sa medzi elektródami uvoľnilo najväčšie množstvo tepla.
Švové bodové zváranie má najväčší počet úsekov elektróda-elektróda, celková veľkosť odporu je súčtom odporovej elektródy - časť + časť - časť + časť + elektróda - časť
Ree = 2 červená + Rdd + 2Rd
Všetky zložky celkového odporu Ree sa počas tepelného cyklu zvárania neustále menia.
Kontaktný odpor - Rdd má najväčšiu hodnotu, pretože kontaktovanie sa uskutočňuje pozdĺž mikrovýčnelkov a oblasť fyzického kontaktu je malá.
Okrem toho sú na povrchu dielu prítomné oxidové filmy a rôzne nečistoty.
Pretože zvárame hlavne ocele a zliatiny s výraznou pevnosťou, k úplnému rozdrveniu mikronerovností potom dochádza až pri ich zahriatí zváracím prúdom na teploty cca 600 stupňov C
Odpor na kontakte elektróda-obrobok je oveľa menší ako Rdd, pretože mäkší a viac tepelne vodivý materiál elektród je aktívne vložený medzi výstupky mikrodrsnosti dielov.
Zvýšený odpor v kontaktoch je spôsobený aj tým, že v kontaktných plochách dochádza k prudkému zakriveniu prúdového vedenia, čo určuje vyšší odpor v dôsledku zvýšenia prúdovej dráhy.
Kontaktný odpor Rdd a Red do značnej miery závisí od čistenia povrchu pri zváraní.
Meraním 2 dosiek s hrúbkou 3 mm, veľmi silne stlačených 200 N podľa schémy ampérmeter-voltmeter, sa získali nasledujúce hodnoty:
Čistenie povrchu brúsením a brúsením: 100μOhm
Záver: brúsiť
V praxi sa používa leptanie (pri zváraní veľkých plôch), povrchová úprava kovovými kefami, pieskovanie a brokovanie.
Pri odporovom zváraní sa snažia používať za studena valcovanú oceľ, na ktorej povrchu môžu byť zvyšky oleja.
Ak na povrchu nie je žiadna hrdza, potom stačí povrchy, ktoré sa majú zvárať, odmastiť.
Kontaktný odpor čistých, ale oxidom potiahnutých dielov klesá so zvyšujúcimi sa kompresnými silami. To sa vysvetľuje väčšou deformáciou mikrovýčnelkov.
Zapneme prúd, najväčšia hustota prúdnice je sústredená na juvenilných plochách. Prúd cez kontakty vytvorený počas deformácie mikrovýčnelkov.
V počiatočnom okamihu je prúdová hustota v materiáli dielu menšia, pretože prúdnice sú rozložené relatívne rovnomerne a v kontakte časti-časti prúd tečie len cez zóny vodivosti, preto je hustota prúdu vyššia ako v objeme časti a tvorba tepla a ohrev v tejto oblasti sú výraznejšie.
Kontaktný kov sa stane tvárnym. Deformuje sa pôsobením zváracej sily, plocha vodivých kontaktov sa zväčší a keď t = 600 stupňov C (v stotinách sekundy), mikrovýčnelky sú úplne deformované, oxidové filmy sa čiastočne zrútia, čiastočne difúzia do hmoty dielu a úloha prechodového odporu Rdd prestane mať primárny význam v procese ohrevu ...
Do tejto doby však bude teplota v kontaktnej oblasti časti najvyššia, odpor materiálu ρ je najvyšší a uvoľňovanie tepla bude v tejto zóne aj tak intenzívnejšie.
Pri dostatočnej prúdovej hustote po dobu jeho toku sa kov začína topiť.
Vzhľad izotermy tavenia v kontakte časti a časti bude podporovaný najmenším odvodom tepla z tejto oblasti, vlastným odporom časti.
Vlastný odpor dielu
Prierez S-vodiča
Koeficient A zvyšuje rozšírenie prúdnice do hmoty dielu, zatiaľ čo skutočná plocha rozloženia sa zväčší
dk - rozmetací priemer
A = 0,8-0,95, závisí od tvrdosti materiálu a vo väčšej miere od rezistivity.
Z pomeru dk / δ = 3-5 A = 0,8
Je zrejmé, že odpor súčiastky závisí od hrúbky, tú zohľadňuje koeficient A a od špecifického elektrického odporu materiálu súčiastky ρ, závisí od chemického zloženia.
Okrem toho odpor závisí od teploty.
ρ (t) = ρ0 * (1 + αp * T)
V procese zvárania s tokom prúdu t sa meria od kontaktu po tp a vyššie
Tm = 1530 stupňov C
Keď sa dosiahne tmelt, odpor sa prudko zvýši.
αρ - teplotný koeficient
αρ = 0,004 1 / degC - pre čisté kovy
αρ = 0,001-0,003 1 / degC - pre zliatiny
Hodnota αρ klesá so zvyšovaním stupňa ligácie.
So zvýšením teploty sa kov v kontakte aj v objeme pod elektródami deformuje, kontaktná plocha sa zväčšuje a ak je pracovná plocha elektród sférická, kontaktná plocha sa môže zväčšiť 1,5 až 2-krát.
Graf zmeny odporu počas zvárania.
V počiatočnom okamihu sa odpor dielu zvýši v dôsledku zvýšenia teploty a zvýšenia elektrického odporu, potom sa kov stane plastickým a kontaktná plocha sa začne zväčšovať v dôsledku zatlačenia elektród do povrchu dielu. , ako aj zväčšenie veľkosti kontaktnej plochy medzi dielom a dielom.
Celkový odpor sa zníži, keď sa zvárací prúd vypne. To však platí pre zváranie uhlíkových a nízkolegovaných ocelí.
Pri zváraní zliatin Ni a Cr odolných voči tečeniu môže odpor dokonca vzrásť.
Elektrické a teplotné pole.
Joule-Lenzov zákon Q = IRt ukazuje uvoľňovanie tepla v prvkoch vedúcich prúd a tiež prebiehajú procesy odvádzania tepla.
Vďaka aktívnemu chladeniu elektród a zvýšeniu odvodu tepla v nich získame šošovkovitý tvar liateho jadra.
Takýto tvar však nie je vždy možné získať, najmä pri zváraní rôznych materiálov rôznej hrúbky a tenkých častí.
Keď poznáte povahu teplotného poľa vo zváracej zóne, môžete analyzovať:
1) Rozmery liateho jadra.
2) Veľkosť HAZ (štruktúra)
3) Veľkosť zvyškových napätí, t.j. vlastnosti spojov.
Teplotné pole je súbor teplôt v rôznych bodoch dielu v určitom časovom bode.
Body s rovnakou teplotou spojené čiarou sa nazývajú izoterma.
Veľkosť čistého jadra na mikroreze sa vzťahuje na izotermu topenia pozdĺž hraníc liateho jadra.
V konečnom dôsledku teplota a veľkosť izotermy topenia, t.j. liateho jadra, ovplyvňuje najmä odpor dielu.
Zakladateľ - Gelman, vzal dva diely 2 + 2 mm, brúsil, leptal a dostal liate jadro; zobral diely a dostal aj liate jadro.
Avšak ťažkosti vznikajúce pri zváraní rôznych hrúbok spôsobujú, že je potrebné skúmať rozloženie tepelných polí v zóne zvárania.
Prúdová hustota je počet nábojov, ktoré prejdú za 1 sekundu malou oblasťou kolmou na smer pohybu nábojov, vztiahnuté na dĺžku jeho povrchu.
Zahrievanie kovov a zliatin sa vykonáva buď na zníženie ich odolnosti voči plastickej deformácii (t.j. pred kovaním alebo valcovaním), alebo na zmenu kryštálovej štruktúry, ktorá vzniká vplyvom vysokých teplôt (tepelné spracovanie). V každom z týchto prípadov majú podmienky procesu ohrevu významný vplyv na kvalitu konečného produktu.
Úlohy, ktoré je potrebné vyriešiť, predurčujú hlavné charakteristiky procesu ohrevu: teplotu, rovnomernosť a trvanie.
Teplota ohrevu sa zvyčajne nazýva konečná teplota povrchu kovu, pri ktorej môže byť vypustený z pece v súlade s požiadavkami technológie. Hodnota teploty ohrevu závisí od chemického zloženia (triedy) zliatiny a od účelu ohrevu.
Pri zahrievaní pred spracovaním tlakom by teplota vydávania predvalkov z pece mala byť dostatočne vysoká, pretože to pomáha znižovať odolnosť voči plastickej deformácii a vedie k zníženiu spotreby energie na spracovanie, zvýšeniu produktivity valcovania a kovania. zariadení, ako aj zvýšenie jeho životnosti.
Existuje však horná hranica teploty ohrevu, pretože je obmedzená rastom zŕn, javom prehrievania a prepálenia, ako aj zrýchlením oxidácie kovu. V procese zahrievania väčšiny zliatin sa pri dosiahnutí bodu ležiaceho 30-100 °C pod čiarou solidu na ich stavovom diagrame v dôsledku skvapalňovania a nekovových inklúzií objaví na hraniciach zŕn kvapalná fáza; to vedie k oslabeniu mechanickej väzby medzi zrnami, intenzívnej oxidácii na ich hraniciach; takýto kov počas tlakového spracovania stráca svoju pevnosť a rozpadá sa. Tento jav, nazývaný vyhorenie, obmedzuje maximálnu teplotu ohrevu. Prepálený kov nie je možné opraviť žiadnym následným tepelným spracovaním a je vhodný len na pretavenie.
Prehrievanie kovu vedie k nadmernému rastu zŕn, v dôsledku čoho sa zhoršujú mechanické vlastnosti. Preto musí byť valcovanie dokončené pri teplote nižšej ako je teplota prehriatia. Prehriaty kov je možné korigovať žíhaním alebo normalizáciou.
Spodná hranica teploty ohrevu sa nastavuje na základe prípustnej teploty na konci tlakového spracovania s prihliadnutím na všetky tepelné straty z obrobku do okolia a uvoľnenie tepla v ňom samotnom v dôsledku plastickej deformácie. Preto pre každú zliatinu a pre každý typ tlakového spracovania existuje určitý teplotný rozsah, nad a pod ktorým by sa obrobok nemal zahrievať. Tieto informácie sú uvedené v príslušných referenčných knihách.
Otázka teploty ohrevu je dôležitá najmä pri takých zložitých zliatinách, akými sú napríklad vysokolegované ocele, ktoré pri tlakovom spracovaní ponúkajú veľkú odolnosť proti plastickej deformácii a zároveň sú náchylné na prehrievanie a prehrievanie. Tieto faktory určujú užší rozsah teplôt ohrevu pre vysokolegované ocele v porovnaní s uhlíkovými oceľami.
Tabuľka 21-1 sú pre ilustráciu uvedené údaje pre niektoré ocele o maximálnej dovolenej teplote ich ohrevu pred tlakovým spracovaním a o teplote vyhorenia.
Pri tepelnom spracovaní závisí teplota ohrevu len od technologických požiadaviek, teda od druhu tepelného spracovania a jeho režimu, vzhľadom na štruktúru a štruktúru zliatiny.
Rovnomernosť vykurovania je určená hodnotou rozdielu teplôt medzi povrchom a stredom (pretože to je zvyčajne najväčší rozdiel) obrobku pri jeho výstupe z pece:
∆T koniec = T koniec - T koniec. Tento indikátor je tiež veľmi dôležitý, pretože príliš veľký teplotný rozdiel v priereze obrobku pri zahrievaní pred tlakovým spracovaním môže spôsobiť nerovnomernú deformáciu a pri zahrievaní na tepelné spracovanie môže viesť k neúplným požadovaným transformáciám v celej hrúbke obrobku. kov, tj v oboch prípadoch - odmietnutie konečných produktov. Spolu s tým proces vyrovnávania teploty v priereze kovu vyžaduje jeho dlhú expozíciu pri vysokej povrchovej teplote.
Nevyžaduje sa však úplná rovnomernosť ohrevu kovu pred tlakovým spracovaním, pretože v procese jeho prepravy z pece do mlyna alebo lisu a valcovania (kovania) sa teplota nevyhnutne vyrovnáva na úseku ingotov a predvalkov v dôsledku prenosu tepla do prostredia od ich povrchu a tepelnej vodivosti vo vnútri kovu. Na základe toho sa zvyčajne podľa praktických údajov pri ohreve pred tlakovým spracovaním berie dovolený teplotný rozdiel na priereze v nasledujúcich medziach: pre vysokolegované ocele ∆ T con= 1008; pre všetky ostatné triedy ocele ∆ T con= 2008 pre 5<0,1 м и ∆T con= 300δ pri δ> 0,2 m Tu δ je hrúbka zahriateho kovu.
Vo všetkých prípadoch by teplotný rozdiel v hrúbke obrobku na konci jeho ohrevu pred valcovaním alebo kovaním nemal prekročiť 50 ° C a pri zahrievaní na tepelné spracovanie pri 20 ° C bez ohľadu na hrúbku produktu. Pri ohreve veľkých ingotov môžu byť vypúšťané z pece pri ∆ T con <100 °С.
Ďalšou dôležitou úlohou technológie ohrevu kovov je zabezpečiť rovnomerné rozloženie teploty po celom povrchu obrobkov alebo výrobkov v čase ich vykladania z pece. Praktická nevyhnutnosť tejto požiadavky je zrejmá, pretože pri výraznom nerovnomernom zahrievaní povrchu kovu (aj keď je dosiahnutý požadovaný rozdiel teplôt v hrúbke) vznikajú také chyby, ako je nerovnomerný profil hotového valcovaného výrobku alebo odlišné mechanické vlastnosti výrobku. podrobené tepelnému spracovaniu sú nevyhnutné.
Zabezpečenie rovnomernosti teplôt na povrchu ohrievaného kovu sa dosahuje správnou voľbou pece na ohrev určitého druhu obrobkov alebo výrobkov a vhodným umiestnením zariadení na výrobu tepla, ktoré vytvárajú požadované teplotné pole v pracovnom priestore. pece, vzájomná poloha obrobkov atď.
Trvanie vykurovania Konečná teplota je tiež najdôležitejším ukazovateľom, pretože od toho závisí výkon pece a jej rozmery. Dĺžka ohrevu na danú teplotu zároveň určuje rýchlosť ohrevu, teda zmenu teploty v určitom bode ohrievaného telesa za jednotku času. Zvyčajne sa rýchlosť ohrevu v priebehu procesu mení, a preto sa rozlišuje rýchlosť ohrevu v určitom časovom bode a priemerná rýchlosť ohrevu za uvažovaný časový interval.
Čím rýchlejšie sa zahrievanie vykonáva (t. j. čím vyššia je rýchlosť zahrievania), tým je zjavne vyššia produktivita pece, pričom všetky ostatné veci sú rovnaké. V mnohých prípadoch však nie je možné zvoliť rýchlosť ohrevu ľubovoľne vysokú, aj keď to podmienky vonkajšieho prenosu tepla umožňujú. Je to spôsobené určitými obmedzeniami vyplývajúcimi z podmienok procesov sprevádzajúcich ohrev kovu v peciach a diskutovaných nižšie.
Procesy, ktoré sa vyskytujú pri zahrievaní kovu. Pri zahrievaní kovu sa mení jeho entalpia a keďže vo väčšine prípadov sa teplo privádza na povrch ingotov a predvalkov, ich vonkajšia teplota je vyššia ako teplota vnútorných vrstiev. V dôsledku tepelnej rozťažnosti rôznych častí tuhej látky o rôznych veľkostiach vznikajú napätia, ktoré sa nazývajú tepelné.
Ďalšia skupina javov je spojená s chemickými procesmi na povrchu kovu pri zahrievaní. Kovový povrch, ktorý má vysokú teplotu, interaguje s prostredím (t. j. so splodinami horenia alebo so vzduchom), v dôsledku čoho sa na ňom vytvára vrstva oxidov. Ak niektoré prvky zliatiny interagujú s prostredím obklopujúcim kov za vzniku plynnej fázy, potom je povrch o tieto prvky ochudobnený. Napríklad oxidácia uhlíka v oceli pri jej zahrievaní v peciach spôsobuje povrchové oduhličenie.
Tepelné napätia
Ako bolo uvedené vyššie, v priereze ingotov a predvalkov pri ich zahrievaní dochádza k nerovnomernému rozloženiu teploty, a preto majú rôzne časti telesa tendenciu meniť svoju veľkosť v rôznych stupňoch. Pretože v pevnej látke existujú spojenia medzi všetkými jej jednotlivými časťami, nemôžu sa nezávisle deformovať v súlade s teplotami, na ktoré sa zahrievajú. V dôsledku toho vznikajú tepelné napätia v dôsledku teplotného rozdielu. Vonkajšie, viac zahrievané vrstvy majú tendenciu expandovať, a preto sú v stlačenom stave. Vnútorné, chladnejšie vrstvy sú vystavené ťahovým silám. Ak tieto napätia nepresiahnu medzu pružnosti zahriateho kovu, potom s vyrovnaním teploty na priereze tepelné napätia zaniknú.
Všetky kovy a zliatiny majú elastické vlastnosti do určitej teploty (napríklad väčšina ocelí do 450-500 °C). Nad touto určitou teplotou prechádzajú kovy do plastického stavu a v nich vznikajúce tepelné napätia spôsobujú plastickú deformáciu a zanikajú. V dôsledku toho by sa teplotné napätia mali brať do úvahy pri zahrievaní a ochladzovaní ocele len v teplotnom rozsahu od izbovej teploty do bodu prechodu daného kovu alebo zliatiny z elastického stavu do plastového. Takéto stresy sa nazývajú miznúce alebo dočasné.
Okrem dočasných napätí existujú zvyškové teplotné napätia, ktoré zvyšujú riziko deštrukcie pri zahrievaní. Tieto napätia vznikajú, ak bol ingot alebo predvalok predtým zahriaty a ochladený. Pri ochladzovaní vonkajšie vrstvy kovu (chladnejšie) dosahujú prechodnú teplotu z plastu do elastického stavu skôr. Pri ďalšom ochladzovaní sú vnútorné vrstvy pod vplyvom ťahových síl, ktoré nemiznú v dôsledku nízkej ťažnosti studeného kovu. Ak sa tento ingot alebo predvalok znovu zahreje, dočasné napätia v nich vznikajúce sa prekryjú s rovnakým znamienkom na zvyškové, čo zvýši riziko prasklín a zlomov.
Okrem dočasných a zvyškových teplotných napätí pri ohreve a ochladzovaní zliatin vznikajú napätia aj v dôsledku štrukturálnych zmien objemu. Ale keďže tieto javy zvyčajne prebiehajú pri teplotách prekračujúcich medzu prechodu z elastického stavu do plastického stavu, štrukturálne napätia sa v súvislosti s plastickým stavom kovu rozptýlia.
Vzťah medzi deformáciami a napätiami je stanovený Hookovým zákonom
σ= ( T St -T)
kde β je koeficient lineárnej expanzie; T porov- priemerná telesná teplota; T- teplota v danom úseku tela; E- modul pružnosti (pre mnohé druhy ocele hodnota E klesá z (18 ÷ 22). 10 4 MPa až (14 ÷ 17). 10 4 MPa so zvýšením teploty z izbovej teploty na 500 ° C; σ je stres; v - Poissonov koeficient (pre oceľ v ≈ 0,3).
Je veľmi praktické nájsť maximálny povolený teplotný rozdiel na priereze telesa ∆Т add = T pov - T ceny. Najnebezpečnejšie sú v tomto prípade ťahové napätia, preto by sa mali brať do úvahy pri výpočte prípustného teplotného rozdielu. Pevnosť v ťahu zliatiny, σ, by sa mala brať ako pevnostná charakteristika.
Potom pomocou riešení úloh vedenia tepla (pozri kap. 16) a ich superponovaním výrazu (21-1) pre prípad pravidelného režimu druhého druhu možno získať najmä:
pre rovnomerne a symetricky vyhrievané nekonečné dosky
∆T add = 1,5 (1 - v) σ v / ();
pre rovnomerne a symetricky vyhrievaný nekonečný valec
∆T pridať = 2 (1 - v) σ v / ().
Prípustný teplotný rozdiel, zistený vzorcami (21-2) a (21-3), nezávisí od veľkosti tela a jeho termofyzikálnych charakteristík. Rozmery tela majú nepriamy vplyv na hodnotu ∆ T dodatočné, pretože zvyškové napätia vo väčších telesách sú väčšie.
Oxidácia a oduhličenie povrchu pri zahrievaní. Oxidácia ingotov a predvalkov pri ohreve v peciach je krajne nežiaduci jav, pretože vedie k nevratným stratám kovu. To vedie k veľmi veľkým ekonomickým stratám, ktoré sú obzvlášť zrejmé, keď porovnávame náklady na straty kovu počas oxidácie s inými nákladmi na konverziu. Napríklad, keď sa oceľové ingoty zahrievajú vo vykurovacích studniach, náklady na stratu kovu v dôsledku vodného kameňa sú zvyčajne vyššie ako náklady na palivo spotrebované na ohrev tohto kovu a náklady na elektrickú energiu spotrebovanú na jeho valcovanie. Keď sa predvalky ohrievajú v peciach valcovní profilov, straty okoviny sú o niečo nižšie, ale stále sú dosť veľké a sú úmerné nákladom s nákladmi na palivo. Keďže na ceste od ingotu k hotovému výrobku sa kov zvyčajne niekoľkokrát zahrieva v rôznych peciach, straty oxidáciou sú veľmi významné. Okrem toho vyššia tvrdosť oxidov v porovnaní s kovom vedie k zvýšenému opotrebovaniu nástroja a zvyšuje šrotovnosť pri kovaní a valcovaní.
Nižšia tepelná vodivosť oxidovej vrstvy vytvorenej na povrchu kovu zvyšuje dobu ohrevu v peciach, čo má za následok zníženie ich produktivity pri zachovaní všetkých ostatných podmienok a rozpadajúce sa oxidy vytvárajú trosky na dne pece, komplikuje prevádzku a spôsobuje zvýšenú spotrebu žiaruvzdorných materiálov.
Vzhľad vodného kameňa tiež znemožňuje presné meranie teploty povrchu kovu nastavenú technológmi, čo komplikuje kontrolu tepelného režimu pece.
Vyššie uvedená interakcia prvku zliatiny s plynným prostredím v peci má pre oceľ praktický význam. Zníženie obsahu uhlíka v ňom spôsobuje zníženie tvrdosti a pevnosti v ťahu. Na získanie požadovaných mechanických vlastností výrobku je potrebné odstrániť oduhličenú vrstvu (dosahujúcu 2 mm), čo zvyšuje náročnosť spracovania vo všeobecnosti. Zvlášť neprijateľné je oduhličenie tých produktov, ktoré sú následne podrobené povrchovému tepelnému spracovaniu.
Procesy oxidácie zliatiny ako celku a jej jednotlivých nečistôt počas ohrevu v peciach by sa mali posudzovať spoločne, pretože spolu úzko súvisia. Napríklad podľa experimentálnych údajov, keď sa oceľ zahreje na teplotu 1100 °C a vyššiu v atmosfére klasickej pece, oxidácia prebieha rýchlejšie ako povrchová dekarbonizácia a výsledný okují hrá úlohu ochrannej vrstvy, ktorá bráni dekarbonizácii. Pri nižších teplotách je oxidácia mnohých ocelí (aj vo výraznom oxidačnom prostredí) pomalšia ako oduhličenie. Preto oceľ zahriata na teplotu 700-1000 °C môže mať oduhličený povrch. To je obzvlášť nebezpečné, pretože teplotný rozsah 700-1000 ° C je typický pre tepelné spracovanie.
Oxidácia kovu. Oxidácia zliatin je proces interakcie oxidačných plynov s ich základom a legovacími prvkami. Tento proces je určený nielen rýchlosťou výskytu chemických reakcií, ale aj zákonitosťami tvorby oxidového filmu, ktorý pri svojom raste izoluje povrch kovu pred účinkami oxidačných plynov. Preto rýchlosť rastu oxidovej vrstvy závisí nielen od priebehu chemickej oxidácie ocele, ale aj od podmienok pohybu kovových iónov (z kovu a vnútorných vrstiev oxidov k vonkajším) a atómov kyslíka ( z povrchu do vnútorných vrstiev), tj za podmienok fyzikálneho procesu bilaterálnej difúzie.
Mechanizmus difúzie tvorby oxidov železa, ktorý podrobne študoval V.I.Arkharov, určuje trojvrstvovú štruktúru šupinovej vrstvy vytvorenej pri zahrievaní ocele v oxidačnom prostredí. Vnútorná vrstva (susedná s kovom) má najvyšší obsah železa a pozostáva hlavne z FeO (wustite): Fe В V 2 0 2 Ц | FeCX Teplota topenia wustitu je 1317 °C. Stredná vrstva je magnetit Fe 3 0 4, s teplotou topenia 1565 ° C, vzniká pri následnej oxidácii wustitu: 3FeO C 1/2 0 2 ift Fe s 0 4. Táto vrstva obsahuje menej železa a je obohatená kyslíkom v porovnaní s vnútornou vrstvou, aj keď nie v takom rozsahu ako hematit najbohatší na kyslík Fe 2 0 8 (teplota topenia 1538 ° C): 2Fe 3 0 4 -f V 2 0 2 - Ts 3Fe 2 O s. Zloženie každej z vrstiev nie je v priereze konštantné, ale postupne sa mení v dôsledku nečistôt viac (bližšie k povrchu) alebo menej (bližšie ku kovu) oxidov bohatých na kyslík.
Pri zahrievaní v peciach je oxidačným plynom nielen voľný kyslík, ale aj viazaný kyslík, ktorý je súčasťou produktov úplného spaľovania paliva: CO 2 H 2 0 a S0 2. Tieto plyny, podobne ako O 2, sa nazývajú oxidačné plyny na rozdiel od redukčných: CO, H 2 a CH 4, ktoré vznikajú v dôsledku nedokonalého spaľovania paliva. Atmosféra vo väčšine kachlí na palivo je zmesou N 2, C0 2, H 2 0 a S0 2 s malým množstvom voľného kyslíka. Prítomnosť veľkého množstva redukčných plynov v peci naznačuje nedokonalé spaľovanie a je neprijateľná z hľadiska použitia paliva. Preto je atmosféra konvenčných palivových kachlí vždy oxidujúca.
Oxidačná a redukčná schopnosť všetkých uvedených plynov vo vzťahu ku kovu závisí od ich koncentrácie v atmosfére pece a od teploty povrchu kovu. Najsilnejším oxidačným činidlom je O 2, nasleduje H 2 O a najslabším oxidačným účinkom je CO 2. Zvýšenie podielu neutrálneho plynu v atmosfére pece znižuje rýchlosť oxidácie, ktorá do značnej miery závisí od obsahu H20 a SO2 v atmosfére pece. Prítomnosť aj veľmi malých množstiev S02 v plynoch z pece prudko zvyšuje rýchlosť oxidácie, pretože na povrchu zliatiny sa tvoria zlúčeniny oxidov a sulfidov s nízkou teplotou topenia. Čo sa týka H 2 S, táto zlúčenina môže byť prítomná v redukčnej atmosfére a jej vplyv na kov (spolu s SO 2) vedie k zvýšeniu obsahu síry v povrchovej vrstve. V tomto prípade sa kvalita kovu veľmi zhoršuje a síra má obzvlášť škodlivý účinok na legované ocele, pretože ju absorbujú vo väčšej miere ako jednoduché uhlíkové ocele a nikel tvorí so sírou eutektikum s nízkou teplotou topenia.
Hrúbka oxidovej vrstvy vytvorenej na povrchu kovu závisí nielen od atmosféry, v ktorej sa kov zahrieva, ale aj od množstva ďalších faktorov, medzi ktoré patrí predovšetkým teplota a trvanie zahrievania. Čím vyššia je teplota povrchu kovu, tým vyššia je rýchlosť jeho oxidácie. Zistilo sa však, že rýchlosť rastu oxidovej vrstvy sa po dosiahnutí určitej teploty zvyšuje rýchlejšie. Oxidácia ocele pri teplotách do 600 ° C teda prebieha relatívne nízkou rýchlosťou a pri teplotách nad 800 - 900 ° C sa rýchlosť rastu oxidovej vrstvy prudko zvyšuje. Ak vezmeme rýchlosť oxidácie pri 900 ° С ako jednotku, potom pri 950 ° С to bude 1,25, pri 1 000 ° С - 2 a pri 1300 - 7.
Doba zotrvania kovu v peci má veľmi silný vplyv na množstvo vytvorených oxidov. Predĺženie trvania ohrevu na danú teplotu vedie k zvýšeniu oxidovej vrstvy, hoci rýchlosť oxidácie sa časom znižuje v dôsledku zhrubnutia vytvoreného filmu a následne zníženia hustoty difúzneho toku cez ňu. iónov železa a atómov kyslíka. Zistilo sa, že ak je hrúbka oxidovanej vrstvy 5 1 v čase zahrievania t 1 potom v čase ohrevu t 2 pri rovnakej teplote bude hrúbka oxidovanej vrstvy rovná:
δ 2 = δ1 / ( t 1/t 2) 1/2 .
Trvanie ohrevu kovu na vopred stanovenú teplotu sa môže skrátiť najmä v dôsledku zvýšenia teploty v pracovnej komore pece, čo vedie k intenzívnejšiemu vonkajšiemu prenosu tepla, a tým prispieva k zníženiu v hrúbke oxidovanej vrstvy.
Zistilo sa, že faktory ovplyvňujúce intenzitu difúzie kyslíka na povrch ohrievaného kovu z atmosféry pece výrazne neovplyvňujú rast oxidovej vrstvy. Je to spôsobené tým, že difúzne procesy na najtvrdšom povrchu prebiehajú pomaly a práve ony sú rozhodujúce. Preto rýchlosť pohybu plynu prakticky neovplyvňuje oxidáciu povrchu. Obraz pohybu splodín horenia ako celku však môže mať citeľný vplyv, keďže lokálne prehrievanie kovu spôsobené nerovnomerným teplotným poľom plynov v peci (ktoré môže byť spôsobené príliš veľkým uhlom sklonu horáky, ich nesprávne umiestnenie pozdĺž výšky a dĺžky pece atď.) nevyhnutne vedú k lokálnej intenzívnej oxidácii kovu.
Podstatný vplyv na rýchlosť jej oxidácie majú aj podmienky pohybu ohrievaných obrobkov vo vnútri pecí a zloženie ohrievanej zliatiny. Takže pri pohybe kovu v peci môže dôjsť k mechanickému odlupovaniu a oddeľovaniu vytvorenej oxidovej vrstvy, čo prispieva k rýchlejšej následnej oxidácii nechránených oblastí.
Prítomnosť niektorých legujúcich prvkov v zliatine (napríklad pre oceľ Cr, Ni, Al, Si atď.) môže zabezpečiť vytvorenie tenkého a hustého, dobre priľnavého oxidového filmu, ktorý spoľahlivo zabráni následnej oxidácii. Takéto ocele sa nazývajú tepelne odolné a pri zahrievaní dobre odolávajú oxidácii. Okrem toho ocele s vyšším obsahom uhlíka sú menej náchylné na oxidáciu ako ocele s nízkym obsahom uhlíka. Je to spôsobené tým, že časť železa v oceli je v stave viazaná na uhlík vo forme karbidu železa Fe 3 C. Uhlík obsiahnutý v oceli sa oxidáciou mení na oxid uhoľnatý, ktorý difunduje na povrch. a zabraňuje oxidácii železa.
Dekarbonizácia povrchovej vrstvy ocele... K oduhličeniu ocele pri ohreve dochádza v dôsledku interakcie plynov s uhlíkom, ktorý je buď vo forme tuhého roztoku alebo vo forme karbidu železa Fe 8 C. Dekarbonizačné reakcie ako výsledok interakcie rôznych plynov s karbid železa môže postupovať takto:
Fe3C + H20 = 3Fe + CO + H2; 2Fe3C + 02 = 6Fe + 2CO;
Fe3C + C02 = 3Fe + 2CO; Fe3C + 2H2 = 3Fe + CH4.
K podobným reakciám dochádza, keď tieto plyny interagujú s uhlíkom v pevnom roztoku.
Rýchlosť oduhličenia je daná najmä procesom obojsmernej difúzie, ku ktorej dochádza pod vplyvom rozdielu koncentrácií oboch médií. Na jednej strane oduhličovacie plyny difundujú k povrchovej vrstve ocele a na druhej strane sa výsledné plynné produkty pohybujú v opačnom smere. Okrem toho sa uhlík z vnútorných vrstiev kovu presúva do povrchovej dekarbonizovanej vrstvy. Rýchlostné konštanty chemických reakcií aj difúzne koeficienty sa zvyšujú so zvyšujúcou sa teplotou. Preto sa hĺbka oduhličenej vrstvy zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou ohrevu. A keďže hustota difúzneho toku je úmerná rozdielu v koncentráciách difúznych zložiek, hĺbka oduhličenej vrstvy je v prípade ohrevu ocele s vysokým obsahom uhlíka väčšia ako v prípade ohrevu ocele s nízkym obsahom uhlíka. V procese oduhličenia zohrávajú úlohu aj legujúce prvky obsiahnuté v oceli. Takže chróm a mangán znižujú difúzny koeficient uhlíka a kobalt, hliník a volfrám ho zvyšujú, čím bránia alebo uľahčujú oduhličenie ocele. Kremík, nikel a vanád nemajú významný vplyv na oduhličenie.
Plyny, ktoré tvoria atmosféru pece a spôsobujú oduhličenie, zahŕňajú H20, CO2, O2 a H2. Najsilnejší dekarbonizačný účinok na oceľ je H20 a najslabší je H2. V tomto prípade oduhličovacia kapacita CO 2 rastie so zvyšujúcou sa teplotou a dekarbonizačná kapacita suchého H 2 klesá. Vodík v prítomnosti vodnej pary má veľmi silný dekarbonizačný účinok na povrchovú vrstvu ocele.
Ochrana ocele proti oxidácii a oduhličeniu.Škodlivý vplyv oxidácie a oduhličenia kovu počas ohrevu na jeho kvalitu si vyžaduje prijatie opatrení na predchádzanie týmto javom. Najkompletnejšia ochrana povrchu ingotov, predvalkov a dielov sa dosahuje v peciach, kde je vylúčená expozícia oxidačným a oduhličujúcim plynom. Tieto pece zahŕňajú soľné a kovové kúpele a pece, ktoré sú vyhrievané v kontrolovanej atmosfére. V peciach tohto typu sa buď zahriaty kov izoluje od plynov, zvyčajne je pokrytý špeciálnou utesnenou muflou, alebo sa samotný plameň umiestni do takzvaných sálavých trubíc, z ktorých sa teplo prenáša na zahriaty kov bez kontaktu s oxidačné a dekarbonizačné plyny. Pracovný priestor takýchto pecí je naplnený špeciálnymi atmosférami, ktorých zloženie sa volí v závislosti od technológie ohrevu a triedy zliatiny. Ochranné atmosféry sa pripravujú samostatne v špeciálnych inštaláciách.
Známy je aj spôsob vytvárania slabo oxidačnej atmosféry priamo v pracovnom priestore pecí, bez muflového kovu alebo plameňa. To sa dosiahne v dôsledku neúplného spaľovania paliva (s prietokom vzduchu 0,5-0,55). V tomto prípade zloženie produktov spaľovania zahŕňa CO a H a spolu s produktmi úplného spaľovania CO 2 a H 2 O. Ak pomer CO / CO2 a H 2 / H 2 O nie je menší ako 1,3, potom k ohrevu kovu v takomto prostredí dochádza takmer bez oxidácie jeho povrchu.
Zníženie oxidácie povrchu kovu pri jeho zahrievaní v palivových peciach otvoreným plameňom (ktoré tvoria veľkú časť parku pecí hutníckych a strojárskych závodov) je možné dosiahnuť aj skrátením doby jeho zostať pri vysokej povrchovej teplote. To sa dosiahne výberom najracionálnejšieho režimu ohrevu kovu v peci.
Výpočty ohrevu kovu v peciach sa vykonávajú na určenie teplotného poľa ingotu, predvalku alebo hotového výrobku na základe podmienok daných technologickým účelom ohrevu. Toto zohľadňuje obmedzenia spôsobené procesmi vyskytujúcimi sa počas vykurovania, ako aj zákony zvoleného režimu vykurovania. Často sa uvažuje o probléme určenia doby ohrevu na danú teplotu za predpokladu, že do konca pobytu v peci je zabezpečená požadovaná rovnomernosť (pri masívnych telesách je to druhé). V tomto prípade sú zvyčajne stanovené zákonom o zmene teploty vykurovacieho média, pričom sa volí režim vykurovania v závislosti od stupňa tepelnej masívnosti kovu. Pre identifikáciu stupňa tepelnej masívnosti a pre následný výpočet ohrevu je veľmi dôležitá otázka ohrievanej hrúbky ingotu alebo predvalku.