Cum să încălziți metalul. Metode de încălzire electrică

Încălzirea metalelor și aliajelor se realizează fie pentru a reduce rezistența acestora la deformarea plastică (adică înainte de forjare sau laminare), fie pentru a schimba structura cristalină care apare sub influența temperaturilor ridicate (tratament termic). În fiecare dintre aceste cazuri, condițiile procesului de încălzire au un impact semnificativ asupra calității produsului final.

Sarcinile de rezolvat predetermina principalele caracteristici ale procesului de incalzire: temperatura, uniformitatea si durata.

Temperatura de încălzire se numește de obicei temperatura finală a suprafeței metalice, la care, în conformitate cu cerințele tehnologiei, poate fi emisă din cuptor. Valoarea temperaturii de încălzire depinde de compoziție chimică(marca) aliajului și scopul încălzirii.

Când este încălzită înainte de tratarea sub presiune, temperatura de ieșire a taglelor din cuptor ar trebui să fie suficient de ridicată, deoarece aceasta ajută la reducerea rezistenței la deformarea plastică și duce la o reducere a consumului de energie pentru prelucrare, o creștere a productivității laminarii și echipamente de forjareși, de asemenea, crește durata de viață a acestuia.

Cu toate acestea, există o limită superioară a temperaturii de încălzire, deoarece este limitată de creșterea cerealelor, supraîncălzire și ardere excesivă și accelerarea oxidării metalelor. În timpul încălzirii majorității aliajelor, la atingerea unui punct situat la 30-100 ° C sub linia solidus pe diagrama lor de fază, din cauza segregării și incluziunilor nemetalice, apare o fază lichidă la limitele granulelor; aceasta duce la o slăbire a legăturii mecanice dintre boabe, oxidare intensă la limitele acestora; un astfel de metal își pierde rezistența și se prăbușește în timpul tratamentului cu presiune. Acest fenomen, numit supraardere, limitează temperatura maximă de încălzire. Metalul ars nu poate fi reparat prin niciun tratament termic ulterior și este potrivit doar pentru topire.

Supraîncălzirea metalului duce la creșterea excesivă a boabelor, ducând la deteriorare proprietăți mecanice. Prin urmare, rularea trebuie finalizată la o temperatură mai mică decât temperatura de supraîncălzire. Metalul supraîncălzit poate fi corectat prin recoacere sau normalizare.

Limita inferioară a temperaturii de încălzire este stabilită pe baza temperaturii admisibile la sfârșitul tratamentului sub presiune, luând în considerare toate pierderile de căldură de la piesa de prelucrat în mediu inconjuratorși degajarea de căldură în ea datorită deformării plastice. Prin urmare, pentru fiecare aliaj și pentru fiecare tip de formare există un anumit interval de temperatură, deasupra și sub care piesa de prelucrat nu trebuie încălzită. Aceste informații sunt furnizate în cărțile de referință relevante.

Problema temperaturii de încălzire este deosebit de importantă pentru astfel de aliaje complexe, cum ar fi, de exemplu, oțelurile înalt aliate, care, în timpul tratamentului sub presiune, au o rezistență ridicată la deformarea plastică și, în același timp, sunt predispuse la supraîncălzire și ardere. Acești factori determină o gamă mai restrânsă de temperaturi de încălzire pentru oțelurile înalt aliate în comparație cu oțelurile carbon.

În tabel. 21-1, cu titlu de ilustrare, sunt date date pentru unele oțeluri despre limită temperatura admisaîncălzirea lor înainte de tratarea sub presiune și temperatura de ardere.

În timpul tratamentului termic, temperatura de încălzire depinde numai de cerinte tehnologice, adică pe tipul tratamentului termic și modul acestuia, datorită structurii și structurii aliajului.

Uniformitate de încălzire este determinată de diferența de temperatură dintre suprafața și centrul (deoarece aceasta este de obicei cea mai mare diferență) piesei de prelucrat atunci când este emisă din cuptor:

∆T con \u003d T con pov - T con cent. Acest indicator este, de asemenea, foarte important, deoarece o diferență prea mare de temperatură pe secțiunea transversală a piesei de prelucrat atunci când este încălzită înainte de tratarea sub presiune poate provoca deformare neuniformă, iar atunci când este încălzită pentru tratament termic, poate duce la incompletitudinea transformărilor necesare pe toată grosimea. a metalului, adică în ambele cazuri - produse finale ale căsătoriei. În același timp, procesul de nivelare a temperaturii peste secțiunea metalică necesită o expunere îndelungată la temperatura ridicata suprafete.

Cu toate acestea, nu este necesară uniformitatea completă a încălzirii metalului înainte de tratarea sub presiune, deoarece în procesul de transport al acestuia de la cuptor la moară sau presă și laminare (forjare), temperatura este inevitabil egalată pe secțiunea transversală a lingourilor și țaglelor. datorită transferului de căldură către mediu de la suprafața lor și conductivității termice în interiorul metalului. Pe baza acestui fapt, diferența de temperatură admisibilă asupra secțiunii transversale este de obicei luată în funcție de datele practice în timpul încălzirii înainte de tratarea sub presiune, în următoarele limite: pentru oțeluri înalt aliate ∆ T con= 1005; pentru toate celelalte clase de oțel ∆ T con= 200δ la δ<0,1 м и ∆T con= 300δ la δ > 0,2 m. Aici δ este grosimea încălzită a metalului.

În toate cazurile, diferența de temperatură pe grosimea țaglei la sfârșitul încălzirii acesteia înainte de laminare sau forjare nu trebuie să depășească 50 °C, iar atunci când este încălzită pentru tratament termic, 20 °C, indiferent de grosimea produsului. La încălzirea lingourilor mari, este permis să le distribuiți din cuptor la ∆ T con <100 °С.

O altă sarcină importantă a tehnologiei de încălzire a metalelor este de a asigura o distribuție uniformă a temperaturii pe întreaga suprafață a semifabricatelor sau a produselor până în momentul în care acestea sunt descărcate din cuptor. Necesitatea practică a acestei cerințe este evidentă, deoarece cu o neuniformitate semnificativă a încălzirii pe suprafața metalului (chiar și atunci când este atinsă diferența de temperatură necesară pe grosime), astfel de defecte cum ar fi profilul neuniform al produsului finit laminat sau diferite mecanice. proprietățile produsului supus tratamentului termic sunt inevitabile.

Asigurarea uniformității temperaturii pe suprafața metalului încălzit se realizează prin alegerea corectă a unui cuptor pentru încălzirea unui anumit tip de piese sau produse și plasarea adecvată a dispozitivelor generatoare de căldură în acesta, care creează câmpul de temperatură necesar în spațiul de lucru al cuptorul, aranjarea reciprocă a pieselor de prelucrat etc.

Timp de încălzire la temperatura finală este, de asemenea, cel mai important indicator, deoarece productivitatea cuptorului și dimensiunile acestuia depind de acesta. În același timp, durata încălzirii la o anumită temperatură determină viteza de încălzire, adică schimbarea temperaturii într-un anumit punct al corpului încălzit pe unitatea de timp. De obicei, viteza de încălzire se modifică în timpul procesului și, prin urmare, se face o distincție între viteza de încălzire la un anumit moment în timp și viteza medie de încălzire pe intervalul de timp considerat.

Cu cât încălzirea se realizează mai rapid (adică, cu atât viteza de încălzire este mai mare), cu atât productivitatea cuptorului este evident mai mare, toate celelalte lucruri fiind egale. Cu toate acestea, într-un număr de cazuri, viteza de încălzire nu poate fi aleasă să fie arbitrar de mare, chiar dacă condițiile de transfer extern de căldură permit realizarea acesteia. Acest lucru se datorează anumitor restricții impuse de condițiile proceselor care însoțesc încălzirea metalului în cuptoare și sunt luate în considerare mai jos.

Procese care au loc în timpul încălzirii metalului. Când un metal este încălzit, entalpia acestuia se modifică și, deoarece în cele mai multe cazuri căldură este furnizată pe suprafața lingourilor și țaglelor, temperatura lor exterioară este mai mare decât temperatura straturilor interioare. Ca rezultat al expansiunii termice a diferitelor părți ale unui solid în cantități diferite, apar tensiuni, care sunt numite termice.

Un alt grup de fenomene este asociat cu procesele chimice de pe suprafața metalului în timpul încălzirii. Suprafața metalului, care se află la o temperatură ridicată, interacționează cu mediul înconjurător (adică cu produsele de ardere sau cu aerul), în urma căruia se formează un strat de oxizi pe acesta. Dacă orice elemente ale aliajului interacționează cu mediul care înconjoară metalul cu formarea unei faze gazoase, atunci suprafața devine epuizată de aceste elemente. De exemplu, oxidarea carbonului de oțel atunci când este încălzit în cuptoare provoacă decarburarea suprafeței.

Tensiuni termice

După cum sa menționat mai sus, în secțiunea de lingouri și semifabricate, atunci când sunt încălzite, are loc o distribuție neuniformă a temperaturilor și, în consecință, diferite părți ale corpului tind să-și schimbe dimensiunea în grade diferite. Deoarece într-un solid există legături între toate părțile sale individuale, acestea nu se pot deforma în mod independent în funcție de temperaturile la care sunt încălzite. Ca urmare, apar tensiuni termice din cauza diferenței de temperatură. Straturile exterioare, mai încălzite, tind să se extindă și, prin urmare, sunt într-o stare comprimată. Straturile interioare, mai reci, sunt supuse unor forțe de tracțiune. Dacă aceste tensiuni nu depășesc limita elastică a metalului încălzit, atunci odată cu egalizarea temperaturii peste secțiunea transversală, tensiunile termice dispar.

Toate metalele și aliajele au proprietăți elastice până la o anumită temperatură (de exemplu, majoritatea claselor de oțel până la 450-500 ° C). Peste această anumită temperatură, metalele trec în stare plastică iar tensiunile termice care au apărut în ele provoacă deformarea plastică și dispar. Prin urmare, tensiunile termice trebuie luate în considerare în timpul încălzirii și răcirii oțelului numai în intervalul de temperatură de la temperatura camerei până la punctul de tranziție al unui metal sau aliaj dat de la o stare elastică la una plastică. Astfel de stres se numesc dispariție sau temporare.

Pe lângă cele temporare, există tensiuni termice reziduale care cresc riscul de distrugere în timpul încălzirii. Aceste tensiuni apar dacă lingoul sau țagla a fost supus anterior încălzirii și răcirii. Când sunt răcite, straturile exterioare ale metalului (mai reci) ating mai devreme temperatura de tranziție de la starea plastică la starea elastică. Odată cu răcirea ulterioară, straturile interioare sunt supuse unor forțe de tracțiune, care nu dispar din cauza plasticității scăzute a metalului rece. Dacă acest lingou sau țagla este încălzit din nou, atunci tensiunile temporare apărute în ele vor fi suprapuse cu același semn pe cele reziduale, ceea ce va agrava riscul de fisuri și rupturi.

Pe lângă tensiunile termice temporare și reziduale, în timpul încălzirii și răcirii aliajelor, apar și tensiuni din cauza modificărilor structurale de volum. Dar, deoarece aceste fenomene au loc de obicei la temperaturi care depășesc limita trecerii de la starea elastică la starea plastică, tensiunile structurale se disipează datorită stării plastice a metalului.

Relația dintre deformații și tensiuni stabilește legea lui Hooke

σ= ( T cf -T)

unde β este coeficientul de dilatare liniară; T cf- temperatura medie a corpului; T- temperatura intr-o anumita sectiune a corpului; E- modulul de elasticitate (pentru multe clase de oțel, valoarea E scade de la (18÷22) . 10 4 MPa până la (14÷17) . 10 4 MPa cu o creștere a temperaturii de la temperatura camerei la 500 °C; σ este stresul; v - raportul lui Poisson (pentru oțel v ≈ 0,3).

De mare interes practic este găsirea diferenței maxime de temperatură permisă pe secțiunea corpului ∆T add = T sur - T preț. Cele mai periculoase în acest caz sunt tensiunile de întindere, deci ar trebui luate în considerare la calcularea diferenței de temperatură admisă. Ca caracteristică de rezistență, ar trebui să luăm valoarea rezistenței la tracțiune a aliajului σ in.

Apoi, folosind soluțiile problemelor de conducere a căldurii (vezi cap. 16) și impunându-le expresia (21-1), pentru cazul unui regim regulat de al doilea fel, se poate obține, în special:

pentru placa fără sfârșit încălzită uniform și simetric

∆T adăugați \u003d 1,5 (1 - v) σ în / ();

pentru un cilindru infinit încălzit uniform și simetric

∆T adăugați \u003d 2 (1 - v) σ în / ().

Diferența de temperatură admisă găsită prin formulele (21-2) și (21-3) nu depinde de mărimea corpului și de caracteristicile termofizice ale acestuia. Dimensiunile corpului au un efect indirect asupra valorii lui ∆ T suplimentar, deoarece tensiunile reziduale în corpurile mai mari sunt mai mari.

Oxidarea și decarburarea suprafeței în timpul încălzirii. Oxidarea lingourilor și semifabricatelor în timpul încălzirii în cuptoare este un fenomen extrem de nedorit, deoarece are ca rezultat pierderea ireversibilă a metalului. Acest lucru duce la daune economice foarte mari, ceea ce devine deosebit de evident dacă comparăm costul pierderilor de metal în timpul oxidării cu alte costuri de prelucrare. De exemplu, atunci când lingourile de oțel sunt încălzite în puțuri de încălzire, costul metalului pierdut cu scara este de obicei mai mare decât costul combustibilului consumat pentru încălzirea acestui metal și costul energiei electrice consumate pentru a-l rula. Când țaglele sunt încălzite în cuptoarele atelierelor de laminare secțiuni, pierderile cu scara sunt oarecum mai mici, dar sunt încă destul de mari și proporționale ca cost cu costurile combustibilului. Deoarece, pe drumul de la lingou la produsul finit, metalul este de obicei încălzit de mai multe ori în diferite cuptoare, pierderile datorate oxidării sunt foarte semnificative. În plus, duritatea mai mare a oxizilor în comparație cu metalul duce la o uzură crescută a sculei și crește rata deșeurilor la forjare și laminare.

Conductivitatea termică mai scăzută a stratului de oxid format pe suprafața metalului crește durata de încălzire în cuptoare, ceea ce atrage după sine o scădere a productivității acestora, toate celelalte lucruri fiind egale, iar oxizii de prăbușire formează acumulări de zgură pe focarul cuptorului, îngreunând exploatarea şi determinând un consum crescut de materiale refractare.

Apariția scarii face imposibilă măsurarea cu precizie a temperaturii suprafeței metalice, care este stabilită de tehnologi, ceea ce complică controlul regimului termic al cuptorului.

Interacțiunea menționată mai sus cu mediul gazos din cuptorul oricărui element de aliaj este de importanță practică pentru oțel. O scădere a conținutului de carbon din acesta determină o scădere a durității și rezistenței la tracțiune. Pentru a obține proprietățile mecanice dorite ale produsului, este necesar să îndepărtați stratul decarburat (până la 2 mm), ceea ce crește complexitatea prelucrării în ansamblu. Deosebit de inacceptabilă este decarburarea acelor produse care sunt ulterior supuse unui tratament termic de suprafață.

Procesele de oxidare a aliajului în ansamblu și impuritățile sale individuale în timpul încălzirii în cuptoare ar trebui luate în considerare în comun, deoarece sunt strâns legate între ele. De exemplu, conform datelor experimentale, atunci când oțelul este încălzit la o temperatură de 1100°C și mai mare într-o atmosferă de cuptor convențională, oxidarea are loc mai repede decât decarburarea la suprafață, iar scara rezultată joacă rolul unui strat protector care previne decarburarea. La temperaturi mai scăzute, oxidarea multor oțeluri (chiar și într-un mediu oxidant pronunțat) este mai lentă decât decarburarea. Prin urmare, oțelul încălzit la o temperatură de 700–1000 °C poate avea o suprafață decarburată. Acest lucru este deosebit de periculos, deoarece intervalul de temperatură de 700-1000 °C este tipic pentru tratamentul termic.

oxidarea metalelor. Oxidarea aliajelor este un proces de interacțiune a gazelor oxidante cu elementele lor de bază și de aliere. Acest proces este determinat nu numai de viteza reacțiilor chimice, ci și de formarea unei pelicule de oxid, care, pe măsură ce crește, izolează suprafața metalului de efectele gazelor oxidante. Prin urmare, rata de creștere a stratului de oxid depinde nu numai de cursul procesului chimic de oxidare a oțelului, ci și de condițiile de mișcare a ionilor metalici (de la metalul și straturile interioare de oxizi la cele exterioare) și de oxigen. atomi (de la suprafață la straturile interioare), adică asupra condițiilor procesului fizic de curgere de difuzie bilaterală.

Mecanismul de difuzie pentru formarea oxizilor de fier, studiat în detaliu de V. I. Arkharov, determină structura cu trei straturi a stratului de sol format la încălzirea oțelului într-un mediu oxidant. Stratul interior (adiacent metalului) are cel mai mare conținut de fier și este format în principal din FeO (wustită): Fe B V 2 0 2 C| FeCX Punctul de topire al wustitei este de 1317 °C. Stratul mijlociu - magnetita Fe 3 0 4 , având un punct de topire de 1565 ° C, se formează în timpul oxidării ulterioare a wustitei: 3FeO C 1 / 2 0 2 ift Fe s 0 4 . Acest strat conține mai puțin fier și este îmbogățit cu oxigen în comparație cu stratul interior, deși nu în aceeași măsură cu hematitul cel mai bogat în oxigen Fe 2 0 8 (punct de topire 1538 ° C): 2Fe 3 0 4 -f V 2 0 2 - Ts 3Fe2Os. Compoziția fiecăruia dintre straturi nu este constantă pe secțiunea transversală, ci se modifică treptat datorită impurităților de oxizi mai mulți (mai aproape de suprafață) sau mai puțini (mai aproape de metal) bogați în oxigen.

Gazul oxidant în timpul încălzirii în cuptoare nu este doar oxigenul liber, ci și oxigenul legat, care face parte din produsele arderii complete a combustibilului: CO 2 H 2 0 și S0 2. Aceste gaze, precum și O 2, sunt numite oxidante, spre deosebire de reducătoare: CO, H 2 și CH 4, care se formează ca urmare a arderii incomplete a combustibilului. Atmosfera din majoritatea sobelor cu combustibil este un amestec de N 2 , CO 2 , H 2 0 și S0 2 cu o cantitate mică de oxigen liber. Prezența unei cantități mari de gaze reducătoare în cuptor indică arderea incompletă și este inacceptabilă din punct de vedere al utilizării combustibilului. Prin urmare, atmosfera cuptoarelor cu combustibil convențional are întotdeauna un caracter oxidant.

Capacitatea de oxidare și reducere a tuturor acestor gaze în raport cu metalul depinde de concentrația lor în atmosfera cuptorului și de temperatura suprafeței metalului. O 2 este cel mai puternic agent de oxidare, urmat de H 2 O, iar CO 2 are cel mai slab efect de oxidare. Creșterea proporției de gaz neutru în atmosfera cuptorului reduce viteza de oxidare, care depinde în mare măsură de conținutul de H2O și SO2 din atmosfera cuptorului. Prezența chiar și a cantităților foarte mici de SO2 în gazele cuptorului crește brusc viteza de oxidare, deoarece pe suprafața aliajului se formează compuși cu punct de topire scăzut de oxizi și sulfuri. În ceea ce privește H2S, acest compus poate fi prezent într-o atmosferă reducătoare și efectul său asupra metalului (împreună cu SO2) duce la creșterea conținutului de sulf în stratul de suprafață. În același timp, calitatea metalului se deteriorează foarte mult, iar sulful are un efect deosebit de dăunător asupra oțelurilor aliate, deoarece îl absorb într-o măsură mai mare decât oțelurile carbon simple, iar nichelul formează un eutectic fuzibil cu sulful.

Grosimea stratului de oxid format pe suprafața metalului depinde nu numai de atmosfera în care este încălzit metalul, ci și de o serie de alți factori, care includ în primul rând temperatura și durata încălzirii. Cu cât temperatura suprafeței metalului este mai mare, cu atât este mai mare rata de oxidare a acestuia. S-a constatat însă că rata de creștere a stratului de oxid crește mai repede după atingerea unei anumite temperaturi. Astfel, oxidarea oțelului la temperaturi de până la 600°C are loc într-un ritm relativ scăzut, iar la temperaturi peste 800-900°C, rata de creștere a stratului de oxid crește brusc. Dacă luăm rata de oxidare la 900 ° C ca unitate, atunci la 950 ° C va fi 1,25, la 1000 ° C - 2 și la 1300 - 7.

Timpul de rezidență al metalului în cuptor are o influență foarte puternică asupra cantității de oxizi formați. O creștere a duratei de încălzire la o anumită temperatură duce la o creștere a stratului de oxid, deși viteza de oxidare scade în timp din cauza îngroșării peliculei formate și, în consecință, la o scădere a densității fluxului de difuzie prin acesta. a ionilor de fier si a atomilor de oxigen. S-a stabilit că dacă grosimea stratului oxidat este δ 1 la timpul de încălzire t1 apoi la ora de incalzire t2 până la aceeași temperatură, grosimea stratului oxidat va fi egală cu:

δ2 = δ1/( t1/t2) 1/2 .

Durata de încălzire a metalului la o anumită temperatură poate fi redusă, în special, prin creșterea temperaturii în camera de lucru a cuptorului, ceea ce duce la un schimb de căldură extern mai intens și, astfel, ajută la reducerea grosimii materialului oxidat. strat.

S-a stabilit că factorii care afectează intensitatea difuziei oxigenului la suprafața metalului încălzit din atmosfera cuptorului nu afectează semnificativ creșterea stratului de oxid. Acest lucru se datorează faptului că procesele de difuzie pe cea mai dura suprafață decurg lent și ele sunt cele determinante. Prin urmare, viteza de mișcare a gazului nu are practic niciun efect asupra oxidării suprafeței. Cu toate acestea, imaginea mișcării produselor de ardere în ansamblu poate avea un efect vizibil, deoarece supraîncălzirea locală a metalului din cauza unui câmp neuniform de temperatură a gazului în cuptor (care poate fi cauzată de un unghi de înclinare excesiv de mare al arzătorului). , plasarea lor incorectă de-a lungul înălțimii și lungimii cuptorului etc.) , duc inevitabil la oxidarea locală intensă a metalului.

Condițiile de mișcare a pieselor de prelucrat încălzite în interiorul cuptoarelor și compoziția aliajului încălzit au, de asemenea, un efect semnificativ asupra vitezei de oxidare a acestuia. Astfel, atunci când metalul este mutat în cuptor, se poate produce exfolierea mecanică și separarea stratului de oxid rezultat, ceea ce contribuie la o oxidare ulterioară mai rapidă a zonelor neprotejate.

Prezența unor elemente de aliere în aliaj (de exemplu, pentru oțel Cr, Ni, Al, Si etc.) poate asigura formarea unui film de oxid subțire și dens, care aderență bine, care previne în mod fiabil oxidarea ulterioară. Astfel de oțeluri sunt numite rezistente la căldură și rezistă bine la oxidare atunci când sunt încălzite. În plus, oțelul cu un conținut mai mare de carbon este mai puțin predispus la oxidare decât oțelul cu conținut scăzut de carbon. Acest lucru se explică prin faptul că în oțel o parte a fierului este în stare legată de carbon, sub formă de carbură de fier Fe 3 C. Carbonul conținut în oțel, oxidat, se transformă în monoxid de carbon, care difuzează la suprafață. și previne oxidarea fierului.

Decarburarea stratului superficial de oțel. Decarburarea oțelului în timpul încălzirii are loc ca urmare a interacțiunii gazelor cu carbonul, care este fie sub formă de soluție solidă, fie sub formă de carbură de fier Fe 8 C. Reacții de decarburare ca urmare a interacțiunii diferitelor gaze cu carbura de fier poate proceda după cum urmează:

Fe 3 C + H 2 O \u003d 3Fe + CO + H2; 2Fe 3 C + O 2 \u003d 6Fe + 2CO;

Fe 3 C + CO 2 \u003d 3Fe + 2CO; Fe 3 C + 2H 2 \u003d 3Fe + CH 4.

Reacții similare au loc în timpul interacțiunii acestor gaze cu carbonul în soluție solidă.

Viteza de decarburare este determinată în principal de procesul de difuzie în două sensuri, care are loc sub acțiunea diferenței de concentrație a ambelor medii. Pe de o parte, gazele de decarburare difuzează către stratul de suprafață de oțel, iar pe de altă parte, produsele gazoase rezultate se deplasează în direcția opusă. În plus, carbonul din straturile interioare ale metalului se deplasează către stratul decarburat de suprafață. Atât constantele de viteză ale reacțiilor chimice, cât și coeficienții de difuzie cresc odată cu creșterea temperaturii. Prin urmare, adâncimea stratului decarburat crește odată cu creșterea temperaturii de încălzire. Și întrucât densitatea fluxului de difuzie este proporțională cu diferența de concentrații ale componentelor care difuzează, adâncimea stratului decarburat este mai mare în cazul încălzirii oțelului cu conținut ridicat de carbon decât în cazul încălzirii oțelului cu conținut scăzut de carbon. Elementele de aliere conținute în oțel joacă, de asemenea, un rol în procesul de decarburare. Astfel, cromul și manganul scad coeficientul de difuzie al carbonului, în timp ce cobaltul, aluminiul și wolframul îl măresc, respectiv împiedicând sau favorizând decarburarea oțelului. Siliciul, nichelul și vanadiul nu au un efect semnificativ asupra decarburării.

Gazele care alcătuiesc atmosfera cuptorului și provoacă decarburarea includ H 2 0, CO 2 , O 2 și H 2 . Cel mai puternic efect de decarburare asupra oțelului se distinge prin H 2 0, iar cel mai slab H 2 . În acest caz, capacitatea de decarburare a CO2 crește odată cu creșterea temperaturii, iar capacitatea de decarburare a H2 uscat scade. Hidrogenul în prezența vaporilor de apă are un efect de decarburare foarte puternic asupra stratului de suprafață al oțelului.

Protecția oțelului împotriva oxidării și decarburării. Efectul nociv al oxidării și decarburării metalului în timpul încălzirii asupra calității acestuia impune adoptarea de măsuri pentru prevenirea acestor fenomene. Protecția cea mai completă a suprafeței lingourilor, semifabricatelor și pieselor se realizează în cuptoare, unde efectul gazelor de oxidare și decarburare asupra acesteia este exclus. Aceste cuptoare includ băi de sare și metal, precum și cuptoare în care încălzirea se realizează într-o atmosferă controlată. În cuptoarele de acest tip, fie metalul încălzit este izolat de gaze, acoperit de obicei cu o mufă ermetică specială, fie flacăra însăși este plasată în interiorul așa-numitelor conducte radiante, a căror căldură este transferată metalului încălzit fără contactul acestuia. cu gaze oxidante si decarburante. Spațiul de lucru al unor astfel de cuptoare este umplut cu atmosfere speciale, a căror compoziție este selectată în funcție de tehnologia de încălzire și de calitatea aliajului. Atmosferele protectoare se pregatesc separat in instalatii speciale.

De asemenea, este cunoscută o metodă de creare a unei atmosfere slab oxidante direct în spațiul de lucru al cuptoarelor, fără metal sau stingere a flăcării. Acest lucru se realizează datorită arderii incomplete a combustibilului (cu un coeficient de consum de aer de 0,5-0,55). În acest caz, compoziția produselor de ardere include CO și H, și împreună cu produsele de ardere completă a CO 2 și H 2 O. Dacă rapoartele CO / CO2 și H 2 / H 2 O nu sunt mai mici de 1,3 , atunci încălzirea metalului într-un astfel de mediu are loc aproape fără oxidare la suprafață.

O scădere a oxidării suprafeței metalice în timpul încălzirii acesteia în cuptoare de combustibil cu flacără deschisă (constituind o mare parte a parcului de cuptoare ale instalațiilor metalurgice și de construcții de mașini) se poate realiza și prin reducerea duratei de ședere la un temperatură ridicată a suprafeței. Acest lucru se realizează prin alegerea celui mai rațional mod de încălzire a metalului în cuptor.

Calculele de încălzire a metalelor în cuptoare sunt efectuate pentru a determina câmpul de temperatură al unui lingou, țagle sau produs finit, pe baza condițiilor dictate de scopul tehnologic al încălzirii. Aceasta ia în considerare restricțiile impuse de procesele care au loc în timpul încălzirii, precum și modelele modului de încălzire selectat. Problema determinării timpului de încălzire la o temperatură dată este adesea luată în considerare, cu condiția ca uniformitatea necesară să fie asigurată până la sfârșitul șederii acestuia în cuptor (acesta din urmă în cazul corpurilor masive). În acest caz, ele sunt de obicei stabilite de legea modificării temperaturii mediului de încălzire, alegând modul de încălzire în funcție de gradul de masivitate termică a metalului. Pentru a determina gradul de masivitate termică și pentru calcularea ulterioară a încălzirii, problema grosimii încălzite a lingoului sau țaglei este foarte importantă.

Te-ai confruntat vreodată cu nevoia de a tăia sau tăia ceva metal cu propriile mâini? Dacă da, atunci probabil că aveți o întrebare despre cum să o faceți. Desigur, puteți folosi întotdeauna un ferăstrău vechi bun, dar dacă nu vorbim de o tablă galvanizată subțire, ci, de exemplu, de o țeavă cu pereți groși?

Aici, un ferăstrău, desigur, poate ajuta, dar se va cheltui o cantitate disproporționată de timp și efort. Și asta înseamnă că este nevoie de o abordare mai radicală, iar în acest articol vom vorbi despre cum să tăiem metalul și care este cel mai bun mod de a o face.

Tăiem metalul cu o râșniță

Nu se știe cu siguranță de ce acest instrument a fost numit așa. Versiunea principală este că Bulgaria a fost prima țară producătoare, dar de fapt aceasta este doar o versiune.

Atunci când aleg modul de tăiere a metalului, majoritatea oamenilor preferă polizorul, deoarece, spre deosebire de echipamentele cu gaz, prețul acestuia este mult mai mic și nu sunt necesare abilități specifice pentru a lucra cu acesta.

Pe de altă parte, multor oameni le este foarte frică să lucreze ca polizor, din cauza puterii sale mari și a pericolului. De fapt, nu este nimic complicat, principalul lucru este să respectați cu strictețe măsurile de siguranță și să nu neglijați nici măcar cele mai mici lucruri.

În lucrul cu metalul, nu pot exista deloc fleacuri, iar toate uneltele de tăiere pentru metal reprezintă un anumit pericol. Instrucțiunile de siguranță pentru lucrul cu o unealtă de tăiere sunt relevante atât pentru polizoarele unghiulare mari, cu o putere mai mare de doi kilowați, cât și pentru cele foarte mici, care, în ciuda dimensiunilor lor compacte, pot provoca daune considerabile sănătății.

Această unealtă taie metalul prin rotirea unui disc abraziv, a cărui grosime poate varia în funcție de metalul care urmează să fie tăiat. Cu cât peretele produsului din oțel este mai subțire, cu atât mai subțire va fi folosit discul de tăiere din metal.

Nu vom vorbi despre importanța siguranței în acest articol. Aceasta este întotdeauna o problemă prioritară, dar dacă nu aveți experiență cu o râșniță, atunci special pentru dvs. vom oferi câteva subtilități despre care trebuie să știți pentru a nu vă afecta sănătatea.

Câteva puncte importante

Asa de:

Din motive de siguranță, rotirea discului ar trebui să aibă loc în direcția tăierii, adică în direcția celui care taie metalul, dar, de regulă, această poziție nu este foarte convenabilă și este mult mai ușoară. când fluxul de scântei este îndreptat înainte. În principiu, nu există restricții semnificative aici, totul depinde de confortul personal al operatorului de scule.
Când tăiați metal, utilizați numai discuri adecvate. Discurile pe piatră sau lemn au o densitate mai mică, iar la contactul cu o suprafață de oțel, se împrăștie rapid, iar fragmentele vă pot deteriora pe dumneavoastră sau pe alții.

Nu operați fără capac de protecție. Direcționează scânteile în lateral și nu vor zbura în fața ta. De asemenea, este singura salvare în cazul în care discul mușcă și se sparge.
Nu tăiați metalul departe de dvs. Deci, este mult mai probabil să apară o mușcătură de disc. Direcția tăierii trebuie să fie întotdeauna în direcția tăietorului.
Păstrați instrumentul drept. Tăierea într-un unghi va face ca discul să se deformeze și să se rupă, iar fragmentele care zboară cu o astfel de viteză pot provoca daune semnificative sănătății.

Nu curățați niciodată suprafața cu un disc de tăiere. Pentru decapare, există discuri speciale care diferă ca grosime și densitate.
Unele tipuri de polizoare folosesc doar discuri de marcă proprie. Acest lucru se datorează diferenței dintre numărul de rotații, așa că, dacă sunteți proprietarul unui instrument de marcă, utilizați discuri numai sub această marcă.

Nu utilizați niciodată discuri de dimensiuni diferite. Fiecare dimensiune este concepută pentru o unealtă cu un anumit număr de rotații. Deci, dacă puneți un disc de dimensiune mică sau medie pe o râșniță mare, pur și simplu se va sparge.
Nu salva. Dacă pe disc apare o crăpătură sau nu ați observat-o la cumpărare, aruncați-l imediat la coșul de gunoi. Crăparea accidentală în momentul tăierii se poate termina foarte rău pentru dvs. Ține minte, prețul unui disc nu merită viața și sănătatea ta.

Urmăriți întotdeauna cu atenție ceea ce aveți în fața dvs. în momentul lucrului. Scânteile care zboară de sub râșniță pot aprinde lemnul, plasticul și alte materiale combustibile. Mai mult, nu poți lucra ca mașină de râșniță lângă benzină sau gaz.
Înainte de a tăia metalul cu o polizor, asigurați-vă că este poziționat corect. La tăiere, partea tăiată trebuie să fie în depășire, altfel discul poate fi mușcat.

Important! Nu vă temeți niciodată de un instrument, indiferent cât de periculos pare sau cât de tare face. Știind cum să tăiați corect metalul, aveți garanția că nu vă veți răni.

Deci, ne-am dat seama de polizor, dar acesta este departe de singurul instrument pentru tăierea metalului. Și mai jos vom lua în considerare și alte opțiuni, dar deocamdată vă recomandăm să urmăriți videoclipul din acest articol, care vorbește despre tăierea metalelor și instrumentele de tăiere. Și între timp, mergem mai departe.

Alte scule de tăiere a metalelor

Desigur, puteți tăia orice cu o râșniță, principalul lucru este să alegeți discul potrivit pentru acesta. Dar această opțiune nu este întotdeauna cea mai convenabilă și practică. Iată doar câteva momente în care este mai convenabil să tăiați metalul cu o altă unealtă.

Dacă materialul este acoperit cu zinc. Datorită vitezei mari, râșnița pur și simplu arde învelișul și nu a mai rămas nici urmă.

Material vopsit, de asemenea, este mai bine să tăiați metalul cu foarfecele. Ei vor salva acoperirea și nu o vor arde.

Este mai convenabil să tăiați metalul cu un ferăstrău dacă acesta este în tensiune, de exemplu, dacă este o conductă de încălzire închisă într-un circuit de sistem.

Metal cu o grosime mai mare de 10 milimetri, este mai bine să tăiați cu un tăietor cu gaz, deoarece o polizor pur și simplu nu poate face față.

Important! Intenționăm să nu spunem în acest articol cum să tăiem metalul cu un tăietor, deoarece acest lucru necesită cunoștințe și experiență speciale. În niciun caz nu trebuie să încercați să porniți singur pistolul de tăiere. Acest lucru poate duce la o explozie de propan sau un incendiu.

Aceasta nu este o listă completă a momentelor în care este mai bine să refuzi să folosești o râșniță, dar toate situațiile enumerate sunt foarte frecvente în viața de zi cu zi. Deci, ce folosești la muncă?

Să aruncăm o privire la cele mai populare și accesibile unelte alternative de tăiere a metalelor:

torță de tăiere. Este dificil să numim acest instrument accesibil, dar nu l-am putea lăsa nesupravegheat, deoarece, în unele cazuri, acesta este singurul instrument care poate face față sarcinii. De exemplu, atunci când tăiați metale groase, doar un laser poate fi o alternativă la un tăietor, iar un astfel de instrument nu este disponibil pentru nevoile casnice.

Ferăstrău pentru metal. Acest instrument, de regulă, se află în arsenalul oricărui maestru acasă. Tăierea metalului cu un ferăstrău este lungă și problematică, dar în unele locuri greu accesibile este posibil să te târăști numai cu el.

Foarfece metalice. Desigur, nu veți tăia țeava cu un astfel de instrument, dar dacă aveți nevoie, de exemplu, să mușcați un profil de gips-carton, atunci pur și simplu nu puteți găsi o opțiune mai bună. Sunt ușor și sigur de lucrat și nu vor ataca zincul sau vopseaua.

Apăsați foarfecele. Această unealtă este concepută pentru tăierea sârmei sau a barelor de armare. În funcție de dimensiune, foarfecele pot tăia o bară cu un diametru de până la 20 de milimetri și este mult mai convenabil să lucrezi cu ele decât cu o râșniță.

După cum puteți vedea, alegerea este foarte bogată, iar instrumentul trebuie ales în funcție de situația specifică. Desigur, este dificil să concurezi cu o râșniță, dar nu este întotdeauna posibil să o folosești, iar apoi opțiuni alternative vor veni în ajutor.

Și, în concluzie, aș dori să vă reamintesc încă o dată - respectați întotdeauna măsurile de siguranță și utilizați echipament individual de protecție. Nicio slujbă nu merită să-ți riști sănătatea sau chiar viața.

Dacă știți să întăriți corect metalul, atunci chiar și acasă puteți crește duritatea produselor metalice de două până la trei ori. Motivele pentru care acest lucru este necesar pot fi foarte diferite. O astfel de operațiune tehnologică, în special, este necesară dacă metalul trebuie să fie suficient de întărit pentru a putea tăia sticla.

Cel mai adesea, este necesară întărirea sculei de tăiere, iar tratamentul termic se efectuează nu numai dacă este necesară creșterea durității sale, ci și atunci când această caracteristică trebuie redusă. Când duritatea sculei este prea mică, partea sa de tăiere se va bloca în timpul funcționării, dar dacă este mare, metalul se va prăbuși sub influența sarcinilor mecanice.

Puțini oameni știu că există o modalitate ușoară de a verifica cât de bine este întărită o unealtă din oțel, nu numai în producție sau acasă, ci și într-un magazin la cumpărare. Pentru a efectua o astfel de verificare, aveți nevoie de un fișier obișnuit. Acestea sunt efectuate de-a lungul părții de tăiere a instrumentului achiziționat. Dacă este întărit prost, atunci fișierul va părea să se lipească de partea sa de lucru, iar în cazul opus, se va îndepărta cu ușurință de instrumentul testat, în timp ce mâna în care se află fișierul nu va simți nereguli pe suprafata produsului.

Dacă, totuși, s-a dovedit că ai la dispoziție un instrument, a cărui calitate a călirii nu ți se potrivește, nu ar trebui să-ți faci griji pentru acest lucru. Această problemă se rezolvă destul de ușor: este posibil să se întărească metalul chiar și acasă, fără a utiliza echipamente sofisticate și dispozitive speciale pentru aceasta. Cu toate acestea, ar trebui să știți că oțelurile cu conținut scăzut de carbon nu pot fi călite. În același timp, duritatea carbonului și destul de ușor de crescut chiar și acasă.

Nuanțe tehnologice ale călirii

Călirea, care este unul dintre tipurile de tratament termic al metalelor, se realizează în două etape. Mai întâi, metalul este încălzit la o temperatură ridicată și apoi răcit. Diferite metale și chiar oțeluri aparținând unor categorii diferite diferă între ele prin structura lor, astfel încât modurile lor de tratament termic nu se potrivesc.

Tratamentul termic al metalului (călire, revenire etc.) poate fi necesar pentru:

întărirea acestuia și creșterea durității;
îmbunătățirea plasticității acestuia, care este necesară la prelucrarea prin deformare plastică.

Multe companii specializate întăresc oțelul, dar costul acestor servicii este destul de mare și depinde de greutatea piesei care trebuie tratată termic. De aceea este indicat să o faci singur, mai ales că o poți face chiar și acasă.

Dacă decideți să întăriți singur metalul, este foarte important să efectuați corect o astfel de procedură precum încălzirea. Acest proces nu ar trebui să fie însoțit de apariția de pete negre sau albastre pe suprafața produsului. Faptul că încălzirea are loc corect este evidențiat de culoarea roșu aprins a metalului. Acest proces este bine demonstrat de un videoclip care vă va ajuta să vă faceți o idee despre cât de mult să încălziți metalul tratat termic.

Ca sursă de căldură pentru încălzirea la temperatura necesară a unui produs metalic care trebuie întărit, puteți utiliza:

un cuptor special alimentat de electricitate;
lampă de benzină;
un foc deschis pe care il poti face in curtea casei sau la tara.

Alegerea sursei de căldură depinde de temperatura la care trebuie încălzit metalul care urmează să fie tratat termic.

Alegerea metodei de răcire depinde nu numai de material, ci și de rezultatele care trebuie obținute. Dacă, de exemplu, nu este necesară întărirea întregului produs, ci doar a secțiunii sale separate, atunci răcirea se efectuează și punctual, pentru care se poate folosi un jet de apă rece.

Schema tehnologică, conform căreia metalul este întărit, poate asigura o răcire instantanee, graduală sau în mai multe etape.

Răcirea rapidă, folosind un singur tip de răcitor, este optimă pentru călirea oțelurilor din categoria carbon sau aliaje. Pentru a efectua o astfel de răcire, este nevoie de un recipient, care poate fi o găleată, un butoi sau chiar o baie obișnuită (totul depinde de dimensiunile obiectului procesat).

În cazul în care alte categorii sau dacă, pe lângă călire, este necesară călirea, se folosește o schemă de răcire în două etape. Cu această schemă, produsul încălzit la temperatura necesară este mai întâi răcit cu apă și apoi introdus în ulei mineral sau sintetic, în care are loc răcirea ulterioară. Sub nicio formă nu trebuie utilizat imediat un lichid de răcire a uleiului, deoarece uleiul se poate aprinde.

Pentru a selecta corect modurile de întărire pentru diferite grade de oțel, trebuie să fie ghidat de tabele speciale.

Cum se întărește oțelul la foc deschis

După cum am menționat mai sus, este posibil să se întărească oțelul acasă, folosind un foc deschis pentru încălzire. Desigur, un astfel de proces ar trebui să înceapă cu un foc, în care ar trebui să se formeze o mulțime de cărbuni încinși. Veți avea nevoie și de două recipiente. Uleiul mineral sau sintetic trebuie turnat într-una dintre ele, iar apă rece obișnuită în cealaltă.

Pentru a extrage fierul înroșit dintr-un foc, veți avea nevoie de clești de fierar, care pot fi înlocuiți cu orice altă unealtă cu un scop similar. După ce toate lucrările pregătitoare au fost finalizate și s-a format o cantitate suficientă de cărbuni încinși în foc, pe ele pot fi așezate obiecte care trebuie întărite.

După culoarea cărbunilor formați, se poate aprecia temperatura de încălzire a acestora. Deci, cărbunii sunt mai fierbinți, a căror suprafață are o culoare albă strălucitoare. De asemenea, este important să monitorizați culoarea flăcării de foc, care indică regimul de temperatură în partea sa interioară. Cel mai bine este dacă flacăra de foc este vopsită în purpuriu, nu în alb. În acest din urmă caz, indicând o temperatură prea ridicată a flăcării, există riscul nu numai de supraîncălzire, ci chiar de ardere a metalului de întărit.

Culoarea metalului încălzit trebuie, de asemenea, monitorizată cu atenție. În special, nu ar trebui lăsate să apară puncte negre pe muchiile de tăiere ale uneltelor prelucrate. Culoarea albastră a metalului indică faptul că s-a înmuiat foarte mult și a devenit prea ductil. Nu poate fi adus într-o asemenea stare.

După ce produsul este calcinat la gradul necesar, puteți trece la următoarea etapă - răcire. În primul rând, se coboară într-un recipient cu ulei, iar acest lucru se face des (cu o frecvență de 3 secunde) și cât mai brusc posibil. Treptat, intervalele dintre aceste scufundări cresc. De îndată ce oțelul înroșit își pierde luminozitatea culorii, puteți începe să-l răciți în apă.

Când răciți metalul cu apă, pe suprafața căruia rămân picături de ulei fierbinte, trebuie să aveți grijă, deoarece acestea se pot aprinde. După fiecare scufundare, apa trebuie agitată pentru a o menține tot timpul rece. Pentru a vă face o idee mai bună despre regulile pentru efectuarea unei astfel de operații, un videoclip de antrenament vă va ajuta.

Există anumite subtilități în răcirea burghiilor întăriți. Deci, nu pot fi coborâte plat într-un recipient cu lichid de răcire. Dacă faceți acest lucru, atunci partea inferioară a burghiului sau orice alt obiect metalic care are o formă alungită se va răci mai întâi brusc, ceea ce va duce la comprimarea acestuia. De aceea, este necesar să se scufunde astfel de produse în lichidul de răcire din partea capătului mai lat.

Pentru tratarea termică a claselor speciale de oțel și topirea metalelor neferoase, posibilitățile unui foc deschis nu vor fi suficiente, deoarece nu va putea asigura încălzirea metalului la o temperatură de 700-9000. În astfel de scopuri, este necesar să se utilizeze cuptoare speciale, care pot fi cu mufă sau electrice. Dacă este destul de dificil și costisitor să faci un cuptor electric acasă, atunci cu un echipament de încălzire de tip mufă acest lucru este destul de fezabil.

Cameră autofabricată pentru călirea metalului

Un cuptor cu mufă, care este foarte posibil să vă faceți acasă, vă permite să întăriți diferite grade de oțel. Componenta principală care va fi necesară pentru fabricarea acestui dispozitiv de încălzire este argila refractară. Stratul de astfel de argilă, care va acoperi interiorul cuptorului, nu trebuie să fie mai mare de 1 cm.

Schema unei camere pentru călirea metalului: 1 - sârmă nicrom; 2 - partea interioară a camerei; 3 - partea exterioară a camerei; 4 - perete din spate cu fire spiralate

Pentru a oferi viitorului cuptor configurația necesară și dimensiunile dorite, cel mai bine este să faceți o matriță din carton impregnat cu parafină, pe care se va aplica argilă refractară. Argila, amestecată cu apă până la o masă omogenă groasă, este aplicată pe partea greșită a formei de carton, de la care ea însăși va rămâne în urmă după uscarea completă. Produsele metalice încălzite într-un astfel de dispozitiv sunt plasate în el printr-o ușă specială, care este, de asemenea, făcută din lut refractar.

Camera și ușa dispozitivului după uscare în aer liber sunt uscate suplimentar la o temperatură de 100 °. După aceea, ele sunt arse într-un cuptor, a cărui temperatură în cameră este adusă treptat la 900 °. Când s-au răcit după ardere, trebuie conectate cu grijă între ele folosind unelte de lăcătuș și șmirghel.

Pe suprafața unei camere complet formate, este înfășurat un fir de nicrom, al cărui diametru ar trebui să fie de 0,75 mm. Primul și ultimul strat al unei astfel de înfășurări trebuie răsucite împreună. Când înfășurați firul în jurul camerei, trebuie lăsată o anumită distanță între spirele sale, care trebuie umplută și cu argilă refractară pentru a exclude posibilitatea unui scurtcircuit. După ce stratul de lut aplicat pentru a asigura izolația între spirele firului de nicrom se usucă, pe suprafața camerei se aplică un alt strat de lut, a cărui grosime ar trebui să fie de aproximativ 12 cm.

Camera finită, după uscarea completă, este plasată într-o carcasă metalică, iar golurile dintre ele sunt umplute cu așchii de azbest. Pentru a asigura accesul în camera interioară, pe corpul metalic al cuptorului sunt atârnate uși finisate cu plăci ceramice. Toate golurile existente între elementele structurale sunt sigilate cu argilă refractară și așchii de azbest.

Capetele înfășurării nicrom ale camerei, la care este necesar să se furnizeze energie electrică, sunt scoase din partea din spate a cadrului său metalic. Pentru a controla procesele care au loc în interiorul cuptorului cu mufă, precum și pentru a măsura temperatura din acesta cu ajutorul unui termocuplu, trebuie făcute două găuri în partea frontală, ale căror diametre să fie de 1, respectiv 2 cm. . Din partea din față a cadrului, astfel de deschideri vor fi închise cu perdele speciale din oțel. Un design de casă, a cărui fabricație este descrisă mai sus, vă permite să întăriți acasă unelte de lăcătuș și tăiere, elemente de lucru ale echipamentelor de ștanțare etc.

Procesul de întărire a oțelului vă permite să creșteți duritatea produsului de aproximativ 3-4 ori. Mulți producători efectuează un proces similar în momentul producției, dar în unele cazuri trebuie repetat, deoarece duritatea oțelului sau a altui aliaj este scăzută. De aceea mulți se întreabă cum să întărească metalul acasă?

Metodologie

Pentru a efectua lucrări la călirea oțelului, este necesar să se țină seama de modul în care un astfel de proces este efectuat corect. Călirea este un proces de creștere a durității suprafeței unui fier sau aliaj, care presupune încălzirea probei la o temperatură ridicată și apoi răcirea acesteia. În ciuda faptului că, la prima vedere, procesul luat în considerare este simplu, diferitele grupuri de metale diferă în structura și caracteristicile lor specifice.

Tratamentul termic la domiciliu este justificat în următoarele cazuri:

Dacă este necesar, întăriți materialul, de exemplu la muchia de tăiere. Un exemplu este întărirea dalților și dalților.
Dacă este necesar, creșteți plasticitatea obiectului. Acest lucru este adesea necesar în cazul forjarii la cald.

Călirea profesională a oțelului este un proces costisitor. Costul de 1 kg de creștere a durității suprafeței costă aproximativ 200 de ruble. Este posibil să se organizeze călirea oțelului acasă doar ținând cont de toate caracteristicile de creștere a durității suprafeței.

Caracteristicile procesului

Este posibil să se efectueze călirea oțelului, ținând cont de următoarele puncte:

Încălzirea trebuie să fie uniformă. Numai în acest caz structura materialului este omogenă.
Încălzirea oțelului ar trebui să aibă loc fără formarea de pete negre sau albastre, ceea ce indică o supraîncălzire puternică a suprafeței.
Proba nu trebuie încălzită la starea extremă, deoarece modificările structurii vor fi ireversibile.
Culoarea roșie aprinsă a metalului indică corectitudinea încălzirii oțelului.
Răcirea trebuie, de asemenea, efectuată uniform, pentru care se folosește o baie de apă.

Echipamente și caracteristici ale procesului

Echipamente speciale sunt adesea folosite pentru a încălzi suprafața. Acest lucru se datorează faptului că este destul de dificil să încălziți oțelul până la punctul de topire. La domiciliu, se folosesc adesea următoarele echipamente:

cuptor electric;
lampă de benzină;
cuptor termic;
un foc mare care este construit în jur pentru a redirecționa căldura.

Atunci când alegeți o sursă de căldură, trebuie să țineți cont de faptul că piesa trebuie plasată complet în cuptorul sau focul pe care se efectuează încălzirea. Va fi corect să selectați echipamente și în funcție de tipul de metal care va fi prelucrat. Cu cât rezistența structurii este mai mare, cu atât aliajul este încălzit mai mult pentru a conferi plasticitate.

În cazul în care este necesară călirea doar unei părți a piesei, se folosește călirea cu jet. Acesta asigură ca un jet de apă rece să lovească doar o anumită parte a piesei.

O cadă cu apă sau un butoi, precum și o găleată, sunt adesea folosite pentru a răci oțelul. Este important să se țină cont de faptul că în unele cazuri se efectuează răcirea treptată, în altele rapidă și bruscă.

Creșterea durității la foc deschis

În viața de zi cu zi, întărirea este adesea efectuată pe foc deschis. Această metodă este potrivită doar pentru un proces unic de întărire a suprafeței.

Toate lucrările pot fi împărțite în mai multe etape:

mai întâi trebuie să faci foc;
in momentul aprinderii focului se pregatesc doua recipiente mari care vor corespunde dimensiunii piesei;
Pentru ca focul să dea mai multă căldură, trebuie să furnizați o cantitate mare de cărbune. dau multă căldură mult timp;
un recipient trebuie să conțină apă, celălalt - ulei de motor;
trebuie folosite instrumente speciale cu care va fi ținută piesa fierbinte. pe videoclip puteți găsi adesea clești de fierărie, care sunt cele mai eficiente;
după pregătirea instrumentelor necesare, ar trebui să puneți obiectul chiar în centrul flăcării. în același timp, este posibil să se îngroape piesa chiar în adâncurile cărbunilor, ceea ce va asigura că metalul este încălzit până la o stare de topire;
cărbunii care au o culoare albă strălucitoare sunt mai fierbinți decât alții. procesul de topire a metalului trebuie monitorizat îndeaproape. flacăra ar trebui să fie purpurie, dar nu albă. dacă focul este alb, atunci există posibilitatea de supraîncălzire a metalului. în acest caz, performanța este semnificativ degradată, iar durata de viață este redusă;
culoarea corectă, uniformă pe toată suprafața, determină uniformitatea încălzirii metalului;
dacă apare întunecarea la albastru, atunci aceasta indică o înmuiere puternică a metalului, adică devine excesiv de ductil. acest lucru nu ar trebui permis, deoarece structura este încălcată în mod semnificativ;
când metalul este complet încălzit, ar trebui să fie scos din focar;
după aceea, metalul înroșit trebuie pus într-un recipient cu ulei cu o frecvență de 3 secunde;
etapa finală poate fi numită scufundarea piesei în apă. În același timp, se efectuează periodic agitarea apei. Acest lucru se datorează faptului că apa se încălzește rapid în jurul produsului.

Când efectuați lucrări, trebuie acordată atenție prudenței, deoarece uleiul fierbinte poate dăuna pielii. În videoclip, puteți acorda atenție ce culoare ar trebui să aibă suprafața când este atins gradul dorit de plasticitate. Dar pentru întărirea metalelor neferoase, este adesea necesar să se exercite o temperatură în intervalul 700 până la 900 de grade Celsius. Este practic imposibil să încălziți aliajele neferoase pe foc deschis, deoarece este imposibil să atingeți o astfel de temperatură fără echipamente speciale. Un exemplu este utilizarea unui cuptor electric, care este capabil să încălzească suprafața până la 800 de grade Celsius.

Tratamentul termic al metalelor este una dintre principalele modalități de îmbunătățire a caracteristicilor lor mecanice și fizico-chimice: duritate, rezistență și altele.

Un tip de tratament termic este întărirea. A fost folosit cu succes de om în mod artizanal încă din cele mai vechi timpuri. În Evul Mediu, această metodă de tratament termic a fost folosită pentru a îmbunătăți rezistența și duritatea obiectelor metalice de uz casnic: topoare, seceri, ferăstrăi, cuțite, precum și arme militare sub formă de sulițe, sabii și altele.

Și acum folosesc această metodă pentru a îmbunătăți caracteristicile metalului, nu numai la scară industrială, ci și acasă, în principal pentru călirea articolelor de uz casnic din metal.

Călirea este înțeleasă ca un tip de tratament termic al unui metal, constând în încălzirea acestuia la o temperatură la care are loc o modificare a structurii rețelei cristaline (transformare polimorfă) și răcirea în continuare accelerată în apă sau în mediu uleios. Scopul acestui tratament termic este de a crește duritatea metalului.

Se folosește și călirea, la care temperatura de încălzire a metalului nu permite să aibă loc transformarea polimorfă. În acest caz, starea sa este fixă, ceea ce este caracteristic metalului la temperatura de încălzire. Această stare se numește soluție solidă suprasaturată.

Tehnologia de întărire prin transformare polimorfă este utilizată în principal pentru produsele din aliaje de oțel. Metalele neferoase sunt supuse întăririi fără a realiza o modificare polimorfă.

După o astfel de prelucrare, aliajele de oțel devin mai dure, dar în același timp capătă fragilitate crescută, pierzând din ductilitate.

Pentru a reduce fragilitatea nedorită după încălzirea polimorfă, se aplică un tratament termic numit călire. Se efectuează la o temperatură mai scăzută cu o răcire suplimentară treptată a metalului. În acest fel, stresul metalului după procesul de întărire este îndepărtat, iar fragilitatea acestuia este redusă.

La călirea fără transformare polimorfă, nu există nicio problemă cu fragilitatea excesivă, dar duritatea aliajului nu atinge valoarea cerută, prin urmare, în timpul tratamentului termic repetat, numit îmbătrânire, dimpotrivă, este crescută din cauza descompunerii unui soluție solidă suprasaturată.

Caracteristici ale călirii oțelului

În principal produsele din oțel inoxidabil și aliajele destinate fabricării lor sunt călite. Au o structură martensitică și se caracterizează printr-o duritate crescută, ducând la fragilitatea produselor.

Dacă tratamentul termic al unor astfel de produse se efectuează cu încălzire la o anumită temperatură, urmată de revenire rapidă, atunci se poate obține o creștere a vâscozității. Acest lucru va permite utilizarea unor astfel de produse în diverse domenii.

Tipuri de călire a oțelului

În funcție de scopul produselor inoxidabile, este posibil să se întărească întregul obiect sau doar acea parte a acestuia, care trebuie să funcționeze și să aibă caracteristici de rezistență sporite.

Prin urmare, întărirea produselor inoxidabile este împărțită în două metode: globală și locală.

Mediu de răcire

Atingerea proprietăților necesare ale materialelor inoxidabile depinde în mare măsură de alegerea metodei de răcire a acestora.

Diferitele clase de oțel inoxidabil sunt supuse răcirii în moduri diferite. Dacă oțelurile slab aliate sunt răcite în apă sau în soluțiile acesteia, atunci pentru aliajele inoxidabile, se folosesc soluții de ulei în aceste scopuri.

Important: Atunci când alegeți un mediu în care metalul este răcit după încălzire, trebuie avut în vedere că răcirea în apă este mai rapidă decât în ulei! De exemplu, apa la 18°C poate răci un aliaj cu 600°C într-o secundă, dar uleiul cu doar 150°C.

Pentru a obține o duritate mare a metalului, răcirea se efectuează în apă curentă rece. De asemenea, pentru a crește efectul de stingere, se prepară o soluție de saramură pentru răcire prin adăugarea de aproximativ 10% clorură de sodiu în apă, sau se folosește un mediu acid în care se folosește cel puțin 10% acid (de obicei acid sulfuric).

Pe lângă alegerea mediului de răcire, sunt importante și modul și viteza de răcire. Rata de scădere a temperaturii trebuie să fie de cel puțin 150°C pe secundă. Astfel, în 3 secunde temperatura aliajului ar trebui să scadă la 300°C. O scădere suplimentară a temperaturii poate fi efectuată în orice caz, deoarece structura fixată ca urmare a răcirii rapide la temperaturi scăzute nu se va mai prăbuși.

Important: Răcirea prea rapidă a metalului duce la fragilitatea excesivă a acestuia! Acest lucru trebuie luat în considerare la autoîntărire.

Există următoarele metode de răcire:

Folosind un mediu, atunci când produsul este pus într-un lichid și ținut acolo până se răcește complet.
Răcire în două medii lichide: ulei și apă (sau soluție de sare) pentru oțeluri inoxidabile. Produsele din oțel carbon sunt mai întâi răcite în apă, deoarece este un mediu de răcire rapidă, și apoi în ulei.
Metoda cu jet, când piesa este răcită cu un jet de apă. Acest lucru este foarte convenabil atunci când doriți să întăriți o anumită zonă a produsului.
Metoda de răcire treptată în conformitate cu condițiile de temperatură.

Regimul de temperatură

Regimul corect de temperatură pentru întărirea produselor din inox este o condiție importantă pentru calitatea acestora. Pentru a obține performanțe bune, acestea sunt încălzite uniform la 750-850°C și apoi răcite rapid la o temperatură de 400-450°C.

Important: Încălzirea metalului deasupra punctului de recristalizare duce la o structură cu granulație grosieră care își înrăutățește proprietățile: fragilitate excesivă, ducând la fisurare!

Pentru a elibera stresul după încălzirea la temperatura de întărire a metalului dorită, uneori se folosește răcirea treptată a produselor, scăzând treptat temperatura la fiecare etapă de încălzire. Această tehnologie vă permite să eliminați complet tensiunile interne și să obțineți un produs durabil cu duritatea dorită.

Cum să întăriți metalul acasă

Folosind cunoștințele de bază, puteți căli oțelul acasă. Încălzirea metalelor se realizează de obicei folosind un foc, cuptoare electrice cu mufă sau arzătoare cu gaz.

Călirea unui secure pe foc și într-un cuptor

Dacă doriți să oferiți o putere suplimentară instrumentelor de uz casnic, de exemplu, pentru a face un topor mai durabil, atunci cel mai simplu mod de a o întări poate fi făcut acasă.

Topoarele sunt ștanțate în timpul producției, prin care puteți recunoaște calitatea oțelului. Vom lua în considerare procesul de călire folosind oțelul pentru scule U7 ca exemplu.

Tehnologia trebuie realizată în conformitate cu următoarele reguli:

1. Recoacerea. Înainte de procesare, ștergeți muchia ascuțită a lamei și puneți toporul într-un cuptor de cărămidă aprinsă pentru a se încălzi. Procedura de tratament termic trebuie monitorizată cu atenție pentru a preveni supraîncălzirea (încălzire permisă 720-780°C). Maeștrii mai avansați recunosc temperatura după culoarea căldurii.

Iar începătorii pot afla temperatura cu ajutorul unui magnet. Dacă magnetul nu se mai lipește de metal, atunci toporul s-a încălzit peste 768 ° C (culoare roșu-visiniu) și este timpul să se răcească.

Cu un poker, mutați un topor încins la ușa cuptorului, îndepărtați căldura adânc, închideți ușa și supapa, lăsați metalul încălzit în cuptor timp de 10 ore. Lasă toporul să se răcească treptat cu aragazul.

2. Călirea oțelului. Se încălzește toporul pe foc, aragaz sau aragaz la o culoare roșu închis - temperatură 800-830 ° C (magnetul a încetat să se magnetizeze, așteptați încă 2-3 minute).

Întărirea se realizează în apă încălzită (30°C) și ulei. Coborâți lama toporului în apă cu 3-4 cm, mișcând-o intens.

3. Eliberarea lamei toporului. Călirea reduce fragilitatea oțelului și ameliorează stresul intern. Slefuiți metalul cu șmirghel pentru a distinge mai bine culorile albului.

Se tine toporul 1 ora la cuptor, la o temperatura de 270-320°C. După expunere, scoateți și răciți în aer.

Video: tratarea termică a unui topor la domiciliu, trei etape: recoacere, călire, călire.

Întărirea cuțitului

Este recomandabil să folosiți cuptoare independent pentru întărirea metalelor. Pentru articolele de uz casnic sub formă de cuțite, topoare și altele, cuptoarele cu mufă de dimensiuni mici sunt cele mai potrivite. În ele, este posibil să se realizeze o temperatură de întărire mult mai mare decât la foc și este mai ușor să se realizeze încălzirea uniformă a metalului.

Un astfel de cuptor poate fi făcut independent. Pe Internet puteți găsi multe opțiuni simple pentru designul său. În astfel de cuptoare, un produs metalic poate fi încălzit până la 700-900°C.

Luați în considerare cum să întăriți un cuțit din oțel inoxidabil acasă folosind un cuptor electric cu mufă. Pentru răcire, în loc de apă sau ulei, se folosește ceară de etanșare topită (o puteți obține într-o unitate militară).