Горячая обработка металлов

Горячая обработка металлов

ГОРЯЧАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ, изменение свойств металлов и сплавов деформацией без снятия стружки при температуре выше температуры рекристаллизации. Если деформация производится при более низкой температуре, то процесс называется холодной обработкой. Холодную обработку не следует смешивать с механической обработкой, т. е. со снятием стружки. Другой вид горячей обработки металлов заключается только в нагревании металлов или их сплавов до определенных температур и охлаждении их с некоторыми, тоже определенными, скоростями; в этом случае имеет место изменение структуры металла, сопровождающееся изменением его механических свойств. К этому виду обработки относится термическая обработка стали. Так как горячая обработка металлов происходит при температуре, отличной от атмосферной, то горячая обработка металлов всегда сопровождается термической обработкой, но оба эти приема следует отделять, когда говорится о горячей обработке металлов в смысле деформации металла.

Все металлы и их сплавы имеют кристаллическую структуру. Примеси в металлах или в сплавах, образующих твердые растворы, располагаются между кристаллами и обычно являются более хрупкими, чем сами кристаллы металла. Сплавы металлов, состоящие из двух и более составляющих, обычно имеют одну из составляющих хрупкую; например, в стали феррит является мягкой составляющей, а цементит - хрупкой; в латуни при содержании Zn до 33% имеется твердый раствор α—вязкая составляющая, при большем же содержании Zn появляется вторая составляющая β—хрупкая.

Сущность горячей обработки металлов заключается в деформации (измельчении) хрупких составляющих, находящихся между отдельными кристаллитами (группами кристаллов) металла, уничтожении пустот между ними, а в некоторых случаях - в сварке кристаллитов между собой. Форма кристаллов изменяется, но внутренние их свойства остаются неизменными. Изменениями формы определяются различия в механических свойствах литого металла и металла, подвергнутого горячей обработке, а именно: в последнем уже нет пустот и неметаллические включения значительно раздроблены; поэтому благодаря горячей обработке металлов литые металлы теряют свою хрупкость, увеличивается удлинение, отчасти увеличивается сопротивление на разрыв; однако пределы упругости и текучести не изменяются, а равно мало изменяется и твердость. Цель горячей обработки металла заключается, главным образом, в изменении внешней формы металла, с наименьшей затратой работы; при этом некоторые свойства металла улучшаются.

Технически горячая обработка металлов производится при помощи специальных деформирующих механизмов, развивающих некоторое давление. При деформации непосредственным давлением изделие изменяет форму под действием двух движущихся в противоположные стороны поверхностей; сюда относятся: кузнечное производство, где имеет место осадка, штамповка, вытяжка или фасонная ковка, и прокатное, где металл прокатывается в полосу или в какой-нибудь другой сложный профиль. При деформации непрямым давлением изделие протягивается или протаскивается через наклонные поверхности или же деформируется возникающими между этими поверхностями усилиями: протяжка, прошивка дыр, бортование или загибы (в последнем случае имеет место изгиб металла). В табл. 1 приведены деформационные процессы, соответствующие им машины и применение деформированных изделий в технике.

 Деформационные процессы, машины и применение деформированных изделий в технике
 Деформационные процессы, машины и применение деформированных изделий в технике
 Деформационные процессы, машины и применение деформированных изделий в технике

Кузнечные работы исполняются при помощи молотов и прессов. Для тяжелых поковок (весом 10—100 т) применяются, главным образом, гидравлические и парогидравлические прессы; для мелких работ - а) паровые (пневматические) молоты, б) воздушные молоты   и в) падающие молоты, причем паровые и воздушные молоты применяются преимущественно для подготовительных работ (свободная или фасонная ковка), а падающие - для штамповки (английский метод). Впрочем, часто применяются (американский метод) паровые, а в последнее время, благодаря усовершенствованиям, и воздушные молоты - для штамповок; усовершенствование воздушных молотов заключается в том, что они могут давать не только автоматические, по и индивидуальные (отдельные) удары и размер этих молотов доходит до 2 т (1928 год). Для высадочных работ (имеющих в настоящий момент громадное значение) применяются винтовые фрикционные прессы и эксцентриковые или с коленчатым валом. Из последних ковальноосадочная машина приобрела в комбинации со штамповкой важнейшее значение для техники.

Прокатные работы совершаются на прокатных станах, смотря по назначению изделия той или иной системы (см. табл. 1). Валки имеют различные размеры, как по длине, так и по диаметру, и различную скорость вращения (заготовочные 40—80 об/мин., отделочные 100—200, мелкосортные 200—400, проволочные 500—600, листовые 40—90 и кровельные 35—55). Большие тяжелые заготовочные станы (блуминги) б. ч. строятся как реверсивные дуо; средние и легкие - трио; для мелких точных работ применяется двойное дуо; для листов применяется б. ч. трио, причем для лучшей вытяжки средний вал имеет меньший диаметр - трио Лаута (Lautli). Число клетей и их расположение обусловливаются планом работ (и калибровкой валков). В Германии предпочитают строить все клети в одну линию с установкой небольшого числа (2—3) клетей впереди для заготовки; эта работа пригодна для средней производительности и большого разнообразия профилей. Американский метод применим для массового производства малого числа профилей; в этом случае клети, имеющие разное число оборотов (увеличивающееся в зависимости от увеличения длины прокатываемой полосы), ставят в затылок одну за другой, благодаря чему получается непрерывная прокатка.

Для производства деформаций с непрямым давлением служат, главным образом, прессы специального назначения и протяжные станы. На выбор метода для деформации влияют: 1) внешний вид требуемого профиля, 2) механические качества получаемого продукта и 3) экономичность работы. Если деформацию можно произвести несколькими способами, то предпочтение следует отдать тому способу, который обеспечивает наилучшее качество изделия; если таких особых заданий нет, то преимущество имеет экономичность работы, особенно при массовом задании.

От размера деформации зависит изменение крупнокристаллического строения металла в мелкокристаллическое, что значительно улучшает механические свойства металла, но изменение строения гл. обр. определяется температурными условиями, в которых происходит механическая деформация. Для стали, например, важно окончание деформации производить вблизи точки Аr3.

Температура нагревания для горячей обработки металлов приведена в табл. 2.

Температура нагревания для горячей обработки металлов

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 5 - 1929 г.