Se sai come indurire correttamente il metallo, anche a casa puoi aumentare la durezza dei prodotti in metallo da due a tre volte. I motivi per cui ciò è necessario possono essere molto diversi. Tale operazione tecnologica, in particolare, è necessaria se il metallo deve essere sufficientemente temprato da poter tagliare il vetro.

Molto spesso, è necessario indurire l'utensile da taglio e il trattamento termico viene eseguito non solo se è necessario aumentarne la durezza, ma anche quando questa caratteristica deve essere ridotta. Quando la durezza dell'utensile è troppo bassa, la sua parte tagliente si incepperà durante il funzionamento, ma se è alta, il metallo si sgretolerà sotto l'influenza di carichi meccanici.

Pochi sanno che esiste un modo semplice per verificare quanto bene è temprato un utensile in acciaio, non solo in produzione oa casa, ma anche in un negozio al momento dell'acquisto. Per eseguire tale controllo, è necessario un file normale. Vengono eseguiti lungo la parte tagliente dell'utensile acquistato. Se è indurita male, la lima sembrerà attaccarsi alla sua parte di lavoro e, nel caso opposto, si allontanerà facilmente dall'utensile testato, mentre la mano in cui si trova la lima non avvertirà alcuna irregolarità sulla superficie del prodotto.

Se, tuttavia, si è scoperto che avevi uno strumento a tua disposizione, la cui qualità di indurimento non ti soddisfa, non dovresti preoccuparti di questo. Questo problema si risolve abbastanza facilmente: è possibile indurire il metallo anche a casa, senza utilizzare apparecchiature sofisticate e dispositivi speciali per questo. Tuttavia, dovresti essere consapevole del fatto che gli acciai a basso tenore di carbonio non possono essere temprati. Allo stesso tempo, la durezza del carbonio è abbastanza facile da aumentare anche a casa.

Sfumature tecnologiche di indurimento

Il rinvenimento, che è uno dei tipi di trattamento termico dei metalli, viene effettuato in due fasi. Innanzitutto, il metallo viene riscaldato a una temperatura elevata e quindi raffreddato. Metalli diversi e persino acciai appartenenti a categorie diverse differiscono l'uno dall'altro nella loro struttura, quindi le loro modalità di trattamento termico non corrispondono.

Il trattamento termico del metallo (tempra, rinvenimento, ecc.) può essere richiesto per:

• il suo indurimento e aumento della durezza;
• migliorandone la plasticità, necessaria durante la lavorazione per deformazione plastica.

Molte aziende specializzate temprano l'acciaio, ma il costo di questi servizi è piuttosto elevato e dipende dal peso della parte che deve essere trattata termicamente. Ecco perché è consigliabile farlo da soli, soprattutto perché puoi farlo anche a casa.

Se decidi di indurire il metallo da solo, è molto importante eseguire correttamente una procedura come il riscaldamento. Questo processo non deve essere accompagnato dalla comparsa di macchie nere o blu sulla superficie del prodotto. Il fatto che il riscaldamento avvenga correttamente è evidenziato dal colore rosso brillante del metallo. Questo processo è ben dimostrato da un video che ti aiuterà a farti un'idea di quanto riscaldare il metallo da trattare termicamente.

Come fonte di calore per riscaldare alla temperatura richiesta un prodotto in metallo che deve essere indurito, è possibile utilizzare:

• un forno speciale alimentato da energia elettrica;
• fiamma ossidrica;
• un fuoco aperto che puoi accendere nel cortile di casa tua o in campagna.

La scelta della fonte di calore dipende dalla temperatura alla quale il metallo da trattare termicamente deve essere riscaldato.

La scelta del metodo di raffreddamento dipende non solo dal materiale, ma anche dai risultati che si vogliono ottenere. Se, ad esempio, non è necessario indurire l'intero prodotto, ma solo la sua sezione separata, viene effettuato anche un raffreddamento puntuale, per il quale è possibile utilizzare un getto di acqua fredda.

Lo schema tecnologico, secondo il quale il metallo viene indurito, può prevedere un raffreddamento istantaneo, graduale o multistadio.

Il raffreddamento rapido, utilizzando un tipo di raffreddatore, è ottimale per la tempra di acciai della categoria carbonio o leghe. Per eseguire tale raffreddamento è necessario un contenitore, che può essere un secchio, un barile o anche un normale bagno (tutto dipende dalle dimensioni dell'oggetto in lavorazione).

Nel caso in cui siano richieste altre categorie o se, oltre alla tempra, sia richiesto il rinvenimento, viene utilizzato uno schema di raffreddamento a due stadi. Con questo schema, il prodotto riscaldato alla temperatura richiesta viene prima raffreddato con acqua, quindi posto in olio minerale o sintetico, in cui avviene un ulteriore raffreddamento. In nessun caso utilizzare immediatamente un liquido di raffreddamento dell'olio, poiché l'olio potrebbe incendiarsi.

Per selezionare correttamente le modalità di tempra per vari tipi di acciaio, è necessario essere guidati da tabelle speciali.

Come indurire l'acciaio a fuoco aperto

Come accennato in precedenza, è possibile indurire l'acciaio a casa, utilizzando un fuoco aperto per il riscaldamento. Naturalmente, un tale processo dovrebbe iniziare con un fuoco, in cui dovrebbero formarsi molti carboni ardenti. Avrai anche bisogno di due contenitori. L'olio minerale o sintetico deve essere versato in uno di essi e la normale acqua fredda nell'altro.

Per estrarre il ferro rovente da un fuoco, avrai bisogno di una pinza da fabbro, che può essere sostituita con qualsiasi altro strumento con uno scopo simile. Dopo che tutto il lavoro preparatorio è stato completato e una quantità sufficiente di carboni ardenti si è formata nel fuoco, è possibile posizionare su di essi oggetti che devono essere induriti.

Dal colore dei carboni formati, si può giudicare la temperatura del loro riscaldamento. Quindi, i carboni sono più caldi, la cui superficie ha un colore bianco brillante. È anche importante monitorare il colore della fiamma del fuoco, che indica il regime di temperatura nella sua parte interna. È meglio se la fiamma del fuoco è dipinta di cremisi, non di bianco. In quest'ultimo caso, indicando una temperatura della fiamma troppo elevata, si corre il rischio non solo di surriscaldamento, ma anche di bruciare il metallo da temprare.

Anche il colore del metallo riscaldato deve essere attentamente monitorato. In particolare, non dovrebbe essere consentito che appaiano punti neri sui taglienti dell'utensile lavorato. Il colore blu del metallo indica che si è molto ammorbidito ed è diventato troppo duttile. Non può essere portato in un tale stato.

Dopo che il prodotto è stato calcinato al grado richiesto, è possibile procedere alla fase successiva: il raffreddamento. Prima di tutto, viene calato in un contenitore con olio, e questo viene fatto spesso (con una frequenza di 3 secondi) e il più bruscamente possibile. A poco a poco, gli intervalli tra queste immersioni aumentano. Non appena l'acciaio rovente perde la brillantezza del suo colore, puoi iniziare a raffreddarlo in acqua.

Quando si raffredda il metallo con acqua, sulla cui superficie rimangono goccioline di olio caldo, prestare attenzione, poiché possono infiammarsi. Dopo ogni immersione, l'acqua deve essere agitata per mantenerla sempre fresca. Per avere un'idea migliore delle regole per eseguire tale operazione, un video di formazione aiuterà.

Ci sono alcune sottigliezze nel raffreddamento delle punte temprate. Quindi, non possono essere abbassati in piano in un contenitore con liquido di raffreddamento. Se lo fai, la parte inferiore del trapano o qualsiasi altro oggetto metallico che ha una forma allungata si raffredderà prima bruscamente, il che porterà alla sua compressione. Ecco perché è necessario immergere tali prodotti nel liquido di raffreddamento dal lato dell'estremità più larga.

Per il trattamento termico di gradi speciali di acciaio e la fusione di metalli non ferrosi, le possibilità di un fuoco aperto non saranno sufficienti, poiché non sarà in grado di fornire il riscaldamento del metallo a una temperatura di 700-9000. Per tali scopi, è necessario utilizzare forni speciali, che possono essere a muffola o elettrici. Se è piuttosto difficile e costoso realizzare un forno elettrico a casa, con apparecchiature di riscaldamento a muffola questo è abbastanza fattibile.

Camera autocostruita per la tempra del metallo

Una fornace a muffola, che è del tutto possibile farti a casa, ti consente di indurire vari tipi di acciaio. Il componente principale che sarà richiesto per la fabbricazione di questo dispositivo di riscaldamento è l'argilla refrattaria. Lo strato di tale argilla, che ricoprirà l'interno della fornace, non dovrebbe superare 1 cm.

Schema di una camera per l'indurimento del metallo: 1 - filo di nichelcromo; 2 - la parte interna della camera; 3 - parte esterna della camera; 4 - parete posteriore con cavi a spirale

Per dare al futuro forno la configurazione richiesta e le dimensioni desiderate, è meglio realizzare uno stampo di cartone impregnato di paraffina, sul quale verrà applicata l'argilla refrattaria. L'argilla, mescolata con acqua a una massa omogenea densa, viene applicata sul lato sbagliato del modulo di cartone, dal quale essa stessa rimarrà indietro dopo la completa asciugatura. I prodotti metallici riscaldati in un tale dispositivo vengono inseriti al suo interno attraverso una porta speciale, anch'essa realizzata in argilla refrattaria.

La camera e la porta del dispositivo dopo l'essiccazione all'aria aperta vengono ulteriormente asciugate a una temperatura di 100 °. Successivamente, vengono cotti in una fornace, la cui temperatura nella camera viene gradualmente portata a 900 °. Quando si sono raffreddati dopo la cottura, devono essere accuratamente collegati tra loro utilizzando strumenti da fabbro e carta vetrata.

Sulla superficie di una camera completamente formata, viene avvolto un filo di nichelcromo, il cui diametro dovrebbe essere di 0,75 mm. Il primo e l'ultimo strato di tale avvolgimento devono essere attorcigliati insieme. Quando si avvolge il filo attorno alla camera, è necessario lasciare una certa distanza tra le sue spire, che deve anche essere riempita con argilla refrattaria per escludere la possibilità di un cortocircuito. Dopo che lo strato di argilla applicato per fornire isolamento tra le spire del filo di nichelcromo si asciuga, un altro strato di argilla viene applicato sulla superficie della camera, il cui spessore dovrebbe essere di circa 12 cm.

La camera finita, dopo la completa asciugatura, viene collocata in una custodia di metallo e gli spazi vuoti tra di loro vengono riempiti con trucioli di amianto. Per consentire l'accesso alla camera interna, al corpo metallico del forno sono appese porte rifinite con piastrelle di ceramica. Tutte le lacune esistenti tra gli elementi strutturali sono sigillate con argilla refrattaria e trucioli di amianto.

Le estremità dell'avvolgimento in nicromo della telecamera, a cui è necessario fornire l'energia elettrica, escono dalla parte posteriore della sua struttura metallica. Per controllare i processi che si verificano all'interno del forno a muffola, nonché per misurare la temperatura al suo interno mediante una termocoppia, è necessario praticare due fori nella parte anteriore, i cui diametri dovrebbero essere rispettivamente di 1 e 2 cm . Dalla parte anteriore del telaio, tali aperture saranno chiuse con speciali tende in acciaio. Un design fatto in casa, la cui produzione è descritta sopra, consente di indurire fabbro e utensili da taglio, elementi di lavoro di attrezzature per lo stampaggio, ecc. A casa.

Il riscaldamento di metalli e leghe viene effettuato sia per ridurre la loro resistenza alla deformazione plastica (cioè prima della forgiatura o della laminazione), sia per modificare la struttura cristallina che si verifica sotto l'influenza delle alte temperature (trattamento termico). In ognuno di questi casi, le condizioni del processo di riscaldamento hanno un impatto significativo sulla qualità del prodotto finale.

I compiti da risolvere predeterminano le caratteristiche principali del processo di riscaldamento: temperatura, uniformità e durata.

La temperatura di riscaldamento è solitamente chiamata temperatura finale della superficie metallica, alla quale, secondo i requisiti della tecnologia, può essere emessa dal forno. Il valore della temperatura di riscaldamento dipende dalla composizione chimica (grado) della lega e dallo scopo del riscaldamento.

Se riscaldata prima del trattamento a pressione, la temperatura della billetta in uscita dal forno dovrebbe essere sufficientemente alta, poiché ciò aiuta a ridurre la resistenza alla deformazione plastica e porta a una riduzione del consumo di energia per la lavorazione, un aumento della produttività delle attrezzature di laminazione e forgiatura , e un aumento della sua vita di servizio.

Tuttavia, esiste un limite superiore alla temperatura di riscaldamento, poiché è limitato dalla crescita del grano, dal surriscaldamento e dalla combustione eccessiva e dall'accelerazione dell'ossidazione del metallo. Durante il riscaldamento della maggior parte delle leghe, al raggiungimento di un punto che si trova a 30-100 °C al di sotto della linea di solidus sul loro diagramma di fase, a causa della segregazione e delle inclusioni non metalliche, appare una fase liquida ai bordi del grano; questo porta ad un indebolimento del legame meccanico tra i grani, intensa ossidazione ai loro bordi; tale metallo perde la sua forza e collassa durante il trattamento a pressione. Questo fenomeno, chiamato sovracombustione, limita la temperatura massima di riscaldamento. Il metallo bruciato non può essere riparato con alcun successivo trattamento termico ed è adatto solo per la rifusione.

Il surriscaldamento del metallo porta a un'eccessiva crescita del grano, con conseguente deterioramento delle proprietà meccaniche. Pertanto, la laminazione deve essere completata ad una temperatura inferiore alla temperatura di surriscaldamento. Il metallo surriscaldato può essere corretto mediante ricottura o normalizzazione.

Il limite di temperatura di riscaldamento inferiore viene impostato in base alla temperatura ammissibile al termine del trattamento in pressione, tenendo conto di tutte le perdite di calore dal pezzo nell'ambiente e del rilascio di calore in esso dovuto alla deformazione plastica. Pertanto, per ogni lega e per ogni tipo di formatura esiste un determinato intervallo di temperatura, al di sopra e al di sotto del quale il pezzo non deve essere riscaldato. Queste informazioni sono fornite nei relativi libri di riferimento.

Il problema della temperatura di riscaldamento è particolarmente importante per leghe così complesse come, ad esempio, gli acciai altolegati, che, durante il trattamento a pressione, hanno un'elevata resistenza alla deformazione plastica e, allo stesso tempo, sono soggetti a surriscaldamento e combustione. Questi fattori causano una gamma più ristretta di temperature di riscaldamento per gli acciai altolegati rispetto agli acciai al carbonio.

In tavola. 21-1, a titolo illustrativo, per alcuni acciai sono riportati i dati sulla temperatura massima ammissibile del loro riscaldamento prima del trattamento in pressione e sulla temperatura di calcinazione.

Durante il trattamento termico, la temperatura di riscaldamento dipende solo dai requisiti tecnologici, ovvero dal tipo di trattamento termico e dalla sua modalità, a causa della struttura e della struttura della lega.

Uniformità di riscaldamentoè determinato dalla differenza di temperatura tra la superficie e il centro (poiché questa è solitamente la differenza maggiore) del pezzo quando esce dal forno:

∆T con \u003d T con pov - T con cent. Questo indicatore è anche molto importante, poiché una differenza di temperatura eccessiva attraverso la sezione trasversale del pezzo quando riscaldata prima del trattamento a pressione può causare una deformazione irregolare e, quando riscaldata per il trattamento termico, può portare all'incompletezza delle trasformazioni richieste per l'intero spessore del metallo, ovvero in entrambi i casi - prodotti finali del matrimonio. Allo stesso tempo, il processo di livellamento della temperatura sulla sezione metallica richiede una lunga esposizione a una temperatura superficiale elevata.

Tuttavia, non è richiesta una completa uniformità di riscaldamento del metallo prima del trattamento a pressione, poiché nel processo di trasporto dal forno al mulino o alla pressa e laminazione (forgiatura), la temperatura è inevitabilmente equalizzata sulla sezione trasversale di lingotti e billette a causa del trasferimento di calore all'ambiente dalla loro superficie e della conduttività termica all'interno del metallo. Sulla base di ciò, la differenza di temperatura ammissibile sulla sezione trasversale viene generalmente presa in base ai dati pratici durante il riscaldamento prima del trattamento a pressione entro i seguenti limiti: per acciai altolegati ∆ T con= 100δ; per tutti gli altri tipi di acciaio ∆ T con= 200δ a δ<0,1 м и ∆T con= 300δ a δ > 0,2 m Qui δ è lo spessore riscaldato del metallo.

In tutti i casi, la differenza di temperatura attraverso lo spessore della billetta al termine del suo riscaldamento prima della laminazione o della forgiatura non deve superare i 50 °C e, una volta riscaldata per il trattamento termico, 20 °C, indipendentemente dallo spessore del prodotto. Quando si riscaldano lingotti di grandi dimensioni, è consentito erogarli dal forno a ∆ T con <100 °С.

Un altro compito importante della tecnologia di riscaldamento dei metalli è garantire una distribuzione uniforme della temperatura sull'intera superficie degli sbozzati o dei prodotti prima che vengano scaricati dal forno. La necessità pratica di questo requisito è evidente, poiché con una notevole disuniformità di riscaldamento sulla superficie metallica (anche quando si raggiunge la differenza di temperatura richiesta attraverso lo spessore), difetti come il profilo irregolare del laminato finito o vari meccanismi meccanici le proprietà del prodotto sottoposto a trattamento termico sono inevitabili.

Garantire l'uniformità della temperatura sulla superficie del metallo riscaldato si ottiene attraverso la scelta corretta di un forno per riscaldare un determinato tipo di pezzi o prodotti e il posizionamento appropriato di dispositivi generatori di calore al suo interno, che creano il campo di temperatura necessario nello spazio di lavoro di il forno, la disposizione reciproca dei pezzi, ecc.

Tempo di riscaldamento alla temperatura finale è anche l'indicatore più importante, poiché da esso dipendono la produttività del forno e le sue dimensioni. Allo stesso tempo, la durata del riscaldamento a una data temperatura determina la velocità di riscaldamento, cioè la variazione di temperatura in un punto del corpo riscaldato per unità di tempo. Solitamente, la velocità di riscaldamento cambia nel corso del processo, e quindi viene fatta una distinzione tra la velocità di riscaldamento in un determinato momento e la velocità di riscaldamento media nell'intervallo di tempo considerato.

Più veloce è il riscaldamento (cioè, maggiore è la velocità di riscaldamento), maggiore è ovviamente la produttività del forno, a parità di tutte le altre condizioni. Tuttavia, in un certo numero di casi, la velocità di riscaldamento non può essere scelta in modo arbitrario, anche se le condizioni del trasferimento di calore esterno ne consentono l'esecuzione. Ciò è dovuto ad alcune restrizioni imposte dalle condizioni dei processi che accompagnano il riscaldamento del metallo nei forni e sono di seguito considerate.

Processi che si verificano durante il riscaldamento del metallo. Quando un metallo viene riscaldato, la sua entalpia cambia e poiché nella maggior parte dei casi il calore viene fornito alla superficie di lingotti e billette, la loro temperatura esterna è superiore alla temperatura degli strati interni. Come risultato dell'espansione termica di diverse parti di un solido di quantità diverse, sorgono sollecitazioni, che sono chiamate termiche.

Un altro gruppo di fenomeni è associato ai processi chimici sulla superficie del metallo durante il riscaldamento. La superficie del metallo, che si trova ad alta temperatura, interagisce con l'ambiente (cioè con i prodotti della combustione o con l'aria), per cui si forma uno strato di ossidi su di essa. Se alcuni elementi della lega interagiscono con l'ambiente circostante il metallo con la formazione di una fase gassosa, la superficie si esaurisce di questi elementi. Ad esempio, l'ossidazione dell'acciaio al carbonio quando viene riscaldato nei forni provoca la decarburazione superficiale.

Sollecitazioni termiche

Come notato sopra, nella sezione dei lingotti e dei grezzi, quando vengono riscaldati, si verifica una distribuzione disomogenea delle temperature e, di conseguenza, diverse parti del corpo tendono a cambiare dimensione in gradi diversi. Poiché in un solido ci sono legami tra tutte le sue singole parti, non possono deformarsi indipendentemente in base alle temperature a cui vengono riscaldati. Di conseguenza, si verificano sollecitazioni termiche dovute alla differenza di temperatura. Gli strati esterni, più riscaldati, tendono ad espandersi e sono quindi in uno stato compresso. Gli strati interni più freddi sono soggetti a forze di trazione. Se queste sollecitazioni non superano il limite elastico del metallo riscaldato, con l'equalizzazione della temperatura sulla sezione trasversale, le sollecitazioni termiche scompaiono.

Tutti i metalli e le leghe hanno proprietà elastiche fino a una certa temperatura (ad esempio, la maggior parte degli acciai fino a 450-500 ° C). Al di sopra di questa certa temperatura, i metalli passano allo stato plastico e le sollecitazioni termiche che si sono verificate in essi provocano la deformazione plastica e scompaiono. Pertanto, le sollecitazioni termiche dovrebbero essere prese in considerazione durante il riscaldamento e il raffreddamento dell'acciaio solo nell'intervallo di temperatura dalla temperatura ambiente al punto di transizione di un determinato metallo o lega da uno stato elastico a uno plastico. Tali sollecitazioni sono chiamate svanite o temporanee.

Oltre a quelle temporanee, ci sono sollecitazioni termiche residue che aumentano il rischio di distruzione durante il riscaldamento. Queste sollecitazioni si verificano se il lingotto o la billetta sono stati precedentemente sottoposti a riscaldamento e raffreddamento. Una volta raffreddati, gli strati esterni del metallo (più freddo) raggiungono prima la temperatura di transizione dalla plastica allo stato elastico. Con un ulteriore raffreddamento, gli strati interni sono soggetti a forze di trazione, che non scompaiono a causa della bassa plasticità del metallo freddo. Se questo lingotto o billetta viene nuovamente riscaldato, le sollecitazioni temporanee che si verificano in esso verranno sovrapposte con lo stesso segno a quelle residue, aggravando il rischio di crepe e rotture.

Oltre alle sollecitazioni termiche temporanee e residue, durante il riscaldamento e il raffreddamento delle leghe, si verificano anche sollecitazioni dovute a variazioni strutturali di volume. Ma poiché questi fenomeni si verificano solitamente a temperature superiori al limite del passaggio dallo stato elastico allo stato plastico, le sollecitazioni strutturali si dissipano a causa dello stato plastico del metallo.

La relazione tra deformazioni e sollecitazioni stabilisce la legge di Hooke

σ= ( T cfr -T)

dove β è il coefficiente di dilatazione lineare; T cfr- temperatura corporea media; T- temperatura in una determinata sezione del corpo; e- modulo elastico (per molti tipi di acciaio, il valore e decresce da (18÷22) . 10 4 MPa fino a (14÷17) . 10 4 MPa con un aumento della temperatura da temperatura ambiente a 500 °C; σ è lo stress; v - Rapporto di Poisson (per acciaio v ≈ 0,3).

Di grande interesse pratico è trovare la differenza di temperatura massima consentita attraverso la sezione del corpo ∆T add = T sur - T prezzo. Le più pericolose in questo caso sono le sollecitazioni di trazione, quindi dovrebbero essere prese in considerazione nel calcolo della differenza di temperatura consentita. Come caratteristica di resistenza, si dovrebbe prendere il valore della resistenza alla trazione della lega σ in.

Quindi, utilizzando le soluzioni dei problemi di conduzione del calore (vedi Cap. 16) e imponendo loro l'espressione (21-1), per il caso di un regime regolare del secondo tipo, si può, in particolare, ottenere:

per piastre continue riscaldate in modo uniforme e simmetrico

∆T aggiungi \u003d 1,5 (1 - v) σ in / ();

per un cilindro infinito riscaldato uniformemente e simmetricamente

∆T aggiungi \u003d 2 (1 - v) σ in / ().

La differenza di temperatura ammissibile rilevata dalle formule (21-2) e (21-3) non dipende dalle dimensioni del corpo e dalle sue caratteristiche termofisiche. Le dimensioni del corpo hanno un effetto indiretto sul valore di ∆ T in più, poiché le sollecitazioni residue nei corpi più grandi sono maggiori.

Ossidazione e decarburazione della superficie durante il riscaldamento. L'ossidazione di lingotti e grezzi durante il riscaldamento nei forni è un fenomeno estremamente indesiderabile, poiché provoca una perdita irreversibile di metallo. Ciò comporta un danno economico molto grande, che diventa particolarmente evidente se confrontiamo il costo delle perdite di metallo durante l'ossidazione con altri costi di lavorazione. Ad esempio, quando i lingotti di acciaio vengono riscaldati in pozzi di riscaldamento, il costo del metallo perso con le incrostazioni è solitamente superiore al costo del carburante consumato per riscaldare questo metallo e al costo dell'elettricità consumata per rotolarlo. Quando le billette vengono riscaldate nei forni delle officine di laminazione di sezioni, le perdite di scala sono leggermente inferiori, ma sono ancora abbastanza grandi e commisurate al costo del carburante. Poiché, nel percorso dal lingotto al prodotto finito, il metallo viene solitamente riscaldato più volte in diversi forni, le perdite dovute all'ossidazione sono molto significative. Inoltre, la maggiore durezza degli ossidi rispetto al metallo porta a una maggiore usura degli utensili e aumenta il tasso di scarto durante la forgiatura e la laminazione.

La minore conduttività termica dello strato di ossido formato sulla superficie del metallo aumenta la durata del riscaldamento nei forni, il che comporta una diminuzione della loro produttività, a parità di condizioni, e gli ossidi di sbriciolamento formano accumuli di scorie sulla suola del forno, rendendo difficile il funzionamento e provocando un aumento del consumo di materiali refrattari.

L'aspetto della scala rende inoltre impossibile misurare con precisione la temperatura della superficie metallica, impostata dai tecnologi, il che complica il controllo del regime termico del forno.

L'interazione sopra menzionata con il mezzo gassoso nel forno di qualsiasi elemento di lega è di importanza pratica per l'acciaio. Una diminuzione del contenuto di carbonio in esso contenuto provoca una diminuzione della durezza e della resistenza alla trazione. Per ottenere le proprietà meccaniche desiderate del prodotto, è necessario rimuovere lo strato decarburato (fino a 2 mm), che aumenta la complessità della lavorazione nel suo insieme. Particolarmente inaccettabile è la decarburazione di quei prodotti che vengono successivamente sottoposti a trattamento termico superficiale.

I processi di ossidazione della lega nel suo insieme e le sue singole impurità durante il riscaldamento nei forni dovrebbero essere considerati congiuntamente, poiché sono strettamente correlati tra loro. Ad esempio, secondo i dati sperimentali, quando l'acciaio viene riscaldato a una temperatura di 1100°C e oltre in un'atmosfera di forno convenzionale, l'ossidazione procede più velocemente della decarburazione superficiale e la scala risultante svolge il ruolo di uno strato protettivo che impedisce la decarburazione. A temperature più basse, l'ossidazione di molti acciai (anche in un ambiente fortemente ossidante) è più lenta della decarburazione. Pertanto, l'acciaio riscaldato a una temperatura di 700–1000 °C può avere una superficie decarburata. Ciò è particolarmente pericoloso, poiché l'intervallo di temperatura di 700-1000 °C è tipico per il trattamento termico.

ossidazione dei metalli. L'ossidazione delle leghe è un processo di interazione dei gas ossidanti con la loro base e gli elementi di lega. Questo processo è determinato non solo dalla velocità delle reazioni chimiche, ma anche dalla formazione di un film di ossido che, man mano che cresce, isola la superficie del metallo dagli effetti dei gas ossidanti. Pertanto, il tasso di crescita dello strato di ossido dipende non solo dal corso del processo chimico di ossidazione dell'acciaio, ma anche dalle condizioni per il movimento degli ioni metallici (dal metallo e dagli strati interni degli ossidi a quelli esterni) e dell'ossigeno atomi (dalla superficie agli strati interni), cioè sulle condizioni per il processo fisico del flusso di diffusione bilaterale.

Il meccanismo di diffusione per la formazione di ossidi di ferro, studiato in dettaglio da V. I. Arkharov, determina la struttura a tre strati dello strato di scaglie formato quando l'acciaio viene riscaldato in un ambiente ossidante. Lo strato interno (adiacente al metallo) ha il più alto contenuto di ferro ed è costituito principalmente da FeO (wustite): Fe B V 2 0 2 C| FeCX Il punto di fusione della wustite è 1317 °C. Lo strato intermedio - magnetite Fe 3 0 4 , avente un punto di fusione di 1565 ° C, si forma durante la successiva ossidazione della wustite: 3FeO C 1 / 2 0 2 ift Fe s 0 4 . Questo strato contiene meno ferro ed è arricchito di ossigeno rispetto allo strato interno, sebbene non nella stessa misura dell'ematite più ricca di ossigeno Fe 2 0 8 (punto di fusione 1538 ° C): 2Fe 3 0 4 -f V 2 0 2 - Ts 3Fe2Os. La composizione di ciascuno degli strati non è costante lungo la sezione trasversale, ma cambia gradualmente a causa delle impurità di più (più vicino alla superficie) o meno (più vicino al metallo) ossidi ricchi di ossigeno.

Il gas ossidante durante il riscaldamento nei forni non è solo ossigeno libero, ma anche ossigeno legato, che fa parte dei prodotti della combustione completa del combustibile: CO 2 H 2 0 e S0 2. Questi gas, oltre all'O 2, sono chiamati ossidanti in contrasto con riducenti: CO, H 2 e CH 4, che si formano a seguito della combustione incompleta del carburante. L'atmosfera nella maggior parte delle stufe a combustibile è una miscela di N 2 , CO 2 , H 2 0 e S0 2 con una piccola quantità di ossigeno libero. La presenza di una grande quantità di gas riducenti nel forno indica una combustione incompleta ed è inaccettabile dal punto di vista dell'uso del combustibile. Pertanto, l'atmosfera dei forni a combustibile convenzionali ha sempre un carattere ossidante.

La capacità ossidante e riducente di tutti questi gas rispetto al metallo dipende dalla loro concentrazione nell'atmosfera del forno e dalla temperatura della superficie del metallo. O 2 è l'agente ossidante più forte, seguito da H 2 O e CO 2 ha l'effetto ossidante più debole. L'aumento della proporzione di gas neutro nell'atmosfera del forno riduce il tasso di ossidazione, che dipende in gran parte dal contenuto di H 2 O e SO 2 nell'atmosfera del forno. La presenza anche di quantità molto piccole di SO 2 nei gas del forno aumenta notevolmente il tasso di ossidazione, poiché sulla superficie della lega si formano composti a basso punto di fusione di ossidi e solfuri. Come per H 2 S, questo composto può essere presente in atmosfera riducente e il suo effetto sul metallo (insieme a SO 2) porta ad un aumento del contenuto di zolfo nello strato superficiale. Allo stesso tempo, la qualità del metallo si deteriora notevolmente e lo zolfo ha un effetto particolarmente dannoso sugli acciai legati, poiché lo assorbono in misura maggiore rispetto ai semplici acciai al carbonio e il nichel forma un eutettico fusibile con lo zolfo.

Lo spessore dello strato di ossido formato sulla superficie del metallo dipende non solo dall'atmosfera in cui il metallo viene riscaldato, ma anche da una serie di altri fattori, che includono principalmente la temperatura e la durata del riscaldamento. Maggiore è la temperatura superficiale del metallo, maggiore è la velocità della sua ossidazione. Tuttavia, è stato riscontrato che il tasso di crescita dello strato di ossido aumenta più rapidamente dopo aver raggiunto una certa temperatura. Pertanto, l'ossidazione dell'acciaio a temperature fino a 600°C avviene a una velocità relativamente bassa e, a temperature superiori a 800-900°C, la velocità di crescita dello strato di ossido aumenta bruscamente. Se prendiamo come unità il tasso di ossidazione a 900 ° C, a 950 ° C sarà 1,25, a 1000 ° C - 2 e a 1300 - 7.

Il tempo di permanenza del metallo nel forno ha un'influenza molto forte sulla quantità di ossidi formati. Un aumento della durata del riscaldamento a una data temperatura porta ad un aumento dello strato di ossido, sebbene la velocità di ossidazione diminuisca nel tempo a causa dell'ispessimento del film formato e, di conseguenza, di una diminuzione della densità del flusso di diffusione attraverso di esso di ioni ferro e atomi di ossigeno. È stato stabilito che se lo spessore dello strato ossidato è δ 1 al momento del riscaldamento t1 poi al momento del riscaldamento t2 fino alla stessa temperatura, lo spessore dello strato ossidato sarà pari a:

δ2 = δ1/( t1/t2) 1/2 .

La durata del riscaldamento del metallo ad una determinata temperatura può essere ridotta, in particolare, aumentando la temperatura nella camera di lavoro del forno, che porta ad uno scambio termico esterno più intenso e, quindi, aiuta a ridurre lo spessore dell'ossidato strato.

È stato stabilito che i fattori che influenzano l'intensità della diffusione dell'ossigeno sulla superficie del metallo riscaldato dall'atmosfera del forno non influenzano significativamente la crescita dello strato di ossido. Ciò è dovuto al fatto che i processi di diffusione nella superficie più dura procedono lentamente e sono quelli determinanti. Pertanto, la velocità del movimento del gas non ha praticamente alcun effetto sull'ossidazione della superficie. Tuttavia, l'immagine del movimento dei prodotti della combustione nel suo insieme può avere un effetto notevole, poiché il surriscaldamento locale del metallo a causa di un campo di temperatura del gas irregolare nel forno (che può essere causato da un angolo di inclinazione eccessivamente ampio dei bruciatori , il loro errato posizionamento lungo l'altezza e la lunghezza del forno, ecc.), portano inevitabilmente ad un'intensa ossidazione locale del metallo.

Anche le condizioni per il movimento dei pezzi riscaldati all'interno dei forni e la composizione della lega riscaldata hanno un effetto significativo sulla velocità della sua ossidazione. Pertanto, quando il metallo viene spostato nel forno, possono verificarsi esfoliazione meccanica e separazione dello strato di ossido risultante, che contribuisce a una successiva ossidazione più rapida delle aree non protette.

La presenza di alcuni elementi di lega nella lega (ad esempio per acciai Cr, Ni, Al, Si, ecc.) può garantire la formazione di un film di ossido sottile e denso, ben aderente, che previene in modo affidabile la successiva ossidazione. Tali acciai sono chiamati resistenti al calore e resistono bene all'ossidazione quando riscaldati. Inoltre, l'acciaio con un contenuto di carbonio più elevato è meno soggetto all'ossidazione rispetto all'acciaio a basso tenore di carbonio. Ciò è spiegato dal fatto che nell'acciaio parte del ferro è allo stato legato al carbonio, sotto forma di carburo di ferro Fe 3 C. Il carbonio contenuto nell'acciaio, ossidato, si trasforma in monossido di carbonio, che si diffonde in superficie e previene l'ossidazione del ferro.

Decarburazione dello strato superficiale di acciaio. La decarburazione dell'acciaio durante il riscaldamento avviene a seguito dell'interazione dei gas con il carbonio, che è sotto forma di soluzione solida o sotto forma di carburo di ferro Fe 8 C. Reazioni di decarburazione come risultato dell'interazione di vari gas con carburo di ferro può procedere come segue:

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.

Reazioni simili si verificano durante l'interazione di questi gas con il carbonio in soluzione solida.

La velocità di decarburazione è determinata principalmente dal processo di diffusione bidirezionale, che avviene sotto l'azione della differenza nelle concentrazioni di entrambi i mezzi. Da un lato, i gas di decarburazione si diffondono sullo strato superficiale dell'acciaio e, dall'altro, i prodotti gassosi risultanti si muovono nella direzione opposta. Inoltre, il carbonio dagli strati interni del metallo si sposta verso lo strato superficiale decarburato. Sia le costanti di velocità delle reazioni chimiche che i coefficienti di diffusione aumentano all'aumentare della temperatura. Pertanto, la profondità dello strato decarburato aumenta all'aumentare della temperatura di riscaldamento. E poiché la densità del flusso di diffusione è proporzionale alla differenza di concentrazione dei componenti diffondenti, la profondità dello strato decarburato è maggiore nel caso del riscaldamento dell'acciaio ad alto tenore di carbonio che nel caso del riscaldamento dell'acciaio a basso tenore di carbonio. Anche gli elementi di lega contenuti nell'acciaio svolgono un ruolo nel processo di decarburazione. Così cromo e manganese abbassano il coefficiente di diffusione del carbonio, mentre cobalto, alluminio e tungsteno lo aumentano, prevenendo o favorendo rispettivamente la decarburazione dell'acciaio. Silicio, nichel e vanadio non hanno un effetto significativo sulla decarburazione.

I gas che costituiscono l'atmosfera del forno e causano la decarburazione includono H 2 0, CO 2 , O 2 e H 2 . L'effetto decarburante più forte sull'acciaio si distingue per H 2 0 e il più debole H 2 . In questo caso, la capacità di decarburazione della CO 2 aumenta all'aumentare della temperatura e la capacità di decarburazione dell'H 2 secco diminuisce. L'idrogeno in presenza di vapore acqueo ha un effetto decarburante molto forte sullo strato superficiale dell'acciaio.

Protezione dell'acciaio contro l'ossidazione e la decarburazione. L'effetto dannoso dell'ossidazione e della decarburazione del metallo durante il riscaldamento sulla sua qualità richiede l'adozione di misure per prevenire questi fenomeni. La protezione più completa della superficie di lingotti, grezzi e parti si ottiene nei forni, dove è escluso l'effetto dei gas ossidanti e decarburanti su di esso. Questi forni includono bagni di sale e metalli, nonché forni in cui il riscaldamento viene effettuato in atmosfera controllata. Nei forni di questo tipo, o il metallo riscaldato viene isolato dai gas, solitamente ricoperto da una speciale muffola ermetica, oppure la fiamma stessa viene posta all'interno dei cosiddetti tubi radianti, il cui calore viene ceduto al metallo riscaldato senza il suo contatto con gas ossidanti e decarburanti. Lo spazio di lavoro di tali forni è riempito con atmosfere speciali, la cui composizione è selezionata in base alla tecnologia di riscaldamento e al grado della lega. Le atmosfere protettive vengono preparate separatamente in installazioni speciali.

È anche noto un metodo per creare un'atmosfera debolmente ossidante direttamente nell'area di lavoro dei forni, senza metallo o smorzamento della fiamma. Ciò si ottiene a causa della combustione incompleta del carburante (con un coefficiente di consumo d'aria di 0,5-0,55). In questo caso, la composizione dei prodotti della combustione comprende CO e H, e insieme ai prodotti della combustione completa di CO 2 e H 2 O. Se i rapporti di CO / CO2 e H 2 / H 2 O non sono inferiori a 1,3 , quindi il riscaldamento del metallo in un tale ambiente avviene quasi senza ossidazione superficiale.

Una diminuzione dell'ossidazione della superficie metallica durante il suo riscaldamento nei forni a combustibile a fiamma libera (che costituiscono gran parte del parco forni degli impianti metallurgici e meccanici) si può ottenere anche riducendo la durata della sua permanenza a alta temperatura superficiale. Ciò si ottiene scegliendo la modalità più razionale di riscaldamento del metallo nella fornace.

I calcoli del riscaldamento dei metalli nei forni vengono eseguiti per determinare il campo di temperatura di un lingotto, billetta o prodotto finito, in base alle condizioni dettate dallo scopo tecnologico del riscaldamento. Ciò tiene conto delle restrizioni imposte dai processi che si verificano durante il riscaldamento, nonché dei modelli della modalità di riscaldamento selezionata. Si pone spesso il problema di determinare il tempo di riscaldamento ad una data temperatura, a patto che l'uniformità richiesta sia assicurata dalla fine della sua permanenza nel forno (quest'ultima nel caso di corpi massicci). In questo caso, di solito sono impostati dalla legge di variazione della temperatura del mezzo riscaldante, scegliendo la modalità di riscaldamento in base al grado di massività termica del metallo. Per determinare il grado di massività termica e per il successivo calcolo del riscaldamento, la questione dello spessore riscaldato del lingotto o della billetta è molto importante.

Il trattamento termico dei metalli è uno dei modi principali per migliorarne le caratteristiche meccaniche e fisico-chimiche: durezza, resistenza e altro.

Un tipo di trattamento termico è l'indurimento. È stato utilizzato con successo dall'uomo in modo artigianale fin dai tempi antichi. Nel Medioevo, questo metodo di trattamento termico veniva utilizzato per migliorare la resistenza e la durezza degli articoli per la casa in metallo: asce, falci, seghe, coltelli, nonché armi militari sotto forma di lance, sciabole e altri.

E ora usano questo metodo per migliorare le caratteristiche del metallo, non solo su scala industriale, ma anche a casa, principalmente per temprare oggetti domestici in metallo.

L'indurimento è inteso come un tipo di trattamento termico di un metallo, consistente nel riscaldarlo a una temperatura alla quale si verifica un cambiamento nella struttura del reticolo cristallino (trasformazione polimorfica) e nel raffreddamento ulteriormente accelerato in acqua o in un mezzo oleoso. Lo scopo di questo trattamento termico è aumentare la durezza del metallo.

Viene anche utilizzato l'indurimento, a cui la temperatura di riscaldamento del metallo non consente la trasformazione polimorfica. In questo caso, il suo stato è fisso, che è caratteristico del metallo alla temperatura di riscaldamento. Questo stato è chiamato soluzione solida supersatura.

La tecnologia di tempra per trasformazione polimorfica viene utilizzata principalmente per prodotti in lega di acciaio. I metalli non ferrosi sono soggetti ad indurimento senza ottenere una variazione polimorfica.

Dopo tale lavorazione, le leghe di acciaio diventano più dure, ma allo stesso tempo acquisiscono maggiore fragilità, perdendo duttilità.

Per ridurre la fragilità indesiderata dopo il riscaldamento del polimorfo, viene applicato un trattamento termico chiamato rinvenimento. Si effettua a temperatura più bassa con un graduale ulteriore raffreddamento del metallo. In questo modo si elimina lo stress del metallo dopo il processo di indurimento e si riduce la sua fragilità.

Nella tempra senza trasformazione polimorfica non si hanno problemi di eccessiva fragilità, ma la durezza della lega non raggiunge il valore richiesto, pertanto, durante ripetuti trattamenti termici, chiamati invecchiamento, viene anzi aumentata per decomposizione di un soluzione solida supersatura.

Caratteristiche della tempra dell'acciaio

Principalmente i prodotti in acciaio inossidabile e le leghe destinati alla loro fabbricazione sono temprati. Hanno una struttura martensitica e sono caratterizzati da una maggiore durezza, che porta alla fragilità dei prodotti.

Se il trattamento termico di tali prodotti viene effettuato con il riscaldamento a una certa temperatura, seguito da un rapido rinvenimento, è possibile ottenere un aumento della viscosità. Ciò consentirà l'uso di tali prodotti in vari campi.

Tipi di tempra dell'acciaio

A seconda della destinazione dei prodotti inossidabili, è possibile indurire l'intero oggetto o solo quella parte di esso, che deve essere funzionante ed avere caratteristiche di resistenza maggiorate.

Pertanto, la tempra dei prodotti inossidabili si divide in due metodi: globale e locale.

Mezzo di raffreddamento

Il raggiungimento delle proprietà richieste dei materiali inossidabili dipende in gran parte dalla scelta del metodo di raffreddamento.

Diversi gradi di acciai inossidabili sono sottoposti a raffreddamento in modi diversi. Se gli acciai bassolegati vengono raffreddati in acqua o sue soluzioni, per questi scopi vengono utilizzate soluzioni oleose per le leghe inossidabili.

Importante: quando si sceglie un mezzo in cui il metallo viene raffreddato dopo il riscaldamento, è necessario tenere presente che il raffreddamento in acqua è più veloce che in olio! Ad esempio, l'acqua a 18°C ​​può raffreddare una lega di 600°C in un secondo, ma l'olio solo di 150°C.

Per ottenere un'elevata durezza del metallo, il raffreddamento viene effettuato in acqua fredda corrente. Inoltre, per aumentare l'effetto di spegnimento, viene preparata una soluzione di salamoia per il raffreddamento aggiungendo circa il 10% di cloruro di sodio all'acqua, oppure viene utilizzato un mezzo acido in cui viene utilizzato almeno il 10% di acido (solitamente acido solforico).

Oltre alla scelta del mezzo di raffreddamento, sono importanti anche la modalità e la velocità di raffreddamento. La velocità di diminuzione della temperatura deve essere di almeno 150°C al secondo. Pertanto, in 3 secondi la temperatura della lega dovrebbe scendere a 300°C. Un ulteriore abbassamento della temperatura può comunque essere effettuato, poiché la struttura fissata a seguito di un rapido raffreddamento a basse temperature non crollerà più.

Importante: il raffreddamento troppo rapido del metallo porta alla sua eccessiva fragilità! Questo dovrebbe essere preso in considerazione durante l'autoindurimento.

Esistono i seguenti metodi di raffreddamento:

• Utilizzando un mezzo, quando il prodotto viene messo in un liquido e tenuto lì fino a completo raffreddamento.
• Raffreddamento in due mezzi liquidi: olio e acqua (o soluzione salina) per acciai inossidabili. I prodotti realizzati con acciai al carbonio vengono prima raffreddati in acqua, poiché è un mezzo di raffreddamento rapido, e quindi in olio.
• Il metodo a getto, quando la parte viene raffreddata con un getto d'acqua. Questo è molto conveniente quando si desidera indurire un'area specifica del prodotto.
• Il metodo di raffreddamento graduale in conformità con le condizioni di temperatura.

Regime di temperatura

Il corretto regime di temperatura per l'indurimento dei prodotti inossidabili è una condizione importante per la loro qualità. Per ottenere buone prestazioni, vengono riscaldati uniformemente a 750-850°C e quindi raffreddati rapidamente a una temperatura di 400-450°C.

Importante: il riscaldamento del metallo al di sopra del punto di ricristallizzazione porta a una struttura a grana grossa che ne peggiora le proprietà: eccessiva fragilità, che porta alla fessurazione!

Per alleviare lo stress dopo il riscaldamento alla temperatura di indurimento del metallo desiderata, a volte viene utilizzato il raffreddamento graduale dei prodotti, abbassando gradualmente la temperatura in ogni fase del riscaldamento. Questa tecnologia consente di rimuovere completamente le sollecitazioni interne e ottenere un prodotto durevole con la durezza desiderata.

Come indurire il metallo a casa

Usando le conoscenze di base, puoi indurire l'acciaio a casa. Il riscaldamento dei metalli viene solitamente effettuato utilizzando un fuoco, forni elettrici a muffola o bruciatori a gas.

Tempra un'ascia sul fuoco e in una fornace

Se vuoi dare ulteriore forza agli strumenti domestici, ad esempio per rendere un'ascia più resistente, il modo più semplice per indurire può essere fatto a casa.

Gli assi sono stampati durante la produzione, da cui è possibile riconoscere il grado di acciaio. Considereremo il processo di tempra utilizzando l'acciaio per utensili U7 come esempio.

La tecnologia deve essere eseguita nel rispetto delle seguenti regole:

1. Ricottura. Prima della lavorazione, smussare il bordo affilato della lama e mettere l'ascia in un forno di mattoni ardente per riscaldare. La procedura di trattamento termico deve essere attentamente monitorata per evitare il surriscaldamento (riscaldamento consentito 720-780°C). I maestri più avanzati riconoscono la temperatura dal colore del calore.

E i principianti possono scoprire la temperatura con un magnete. Se il magnete non si attacca più al metallo, l'ascia si è riscaldata a oltre 768 ° C (colore rosso-bordeaux) ed è ora di raffreddarsi.

Con un attizzatoio, sposta un'ascia rovente sulla porta della fornace, rimuovi il calore in profondità, chiudi la porta e la valvola, lascia il metallo riscaldato nella fornace per 10 ore. Lascia che l'ascia si raffreddi gradualmente con il fornello.

2. Tempra dell'acciaio. Riscalda l'ascia su un fuoco, un fornello o un fornello a un colore rosso scuro - temperatura 800-830 ° C (il magnete ha smesso di magnetizzare, attendi altri 2-3 minuti).

L'indurimento avviene in acqua riscaldata (30°C) e olio. Abbassa la lama dell'ascia nell'acqua di 3-4 cm, muovendola intensamente.

3. Rilascio della lama dell'ascia. Il rinvenimento riduce la fragilità dell'acciaio e allevia lo stress interno. Carteggiare il metallo con carta vetrata per distinguere meglio i colori del bianco.

Conservare l'ascia per 1 ora in forno, a una temperatura di 270-320°C. Dopo l'esposizione, estrarre e raffreddare all'aria.

Video: trattamento termico di un'ascia a casa, tre fasi: ricottura, tempra, rinvenimento.

Indurimento del coltello

Si consiglia di utilizzare forni indipendenti per l'indurimento dei metalli. Per gli articoli per la casa sotto forma di coltelli, asce e altri, i forni a muffola di piccole dimensioni sono i più adatti. In essi è possibile raggiungere una temperatura di indurimento molto più elevata rispetto a quella a fuoco ed è più facile ottenere un riscaldamento uniforme del metallo.

Un tale forno può essere realizzato in modo indipendente. Su Internet puoi trovare molte semplici opzioni per il suo design. In tali forni, un prodotto metallico può essere riscaldato fino a 700-900°C.

Considera come indurire un coltello in acciaio inossidabile a casa usando un forno elettrico a muffola. Per il raffreddamento, invece dell'acqua o dell'olio, viene utilizzata la ceralacca fusa (puoi ottenerla in un'unità militare).

Riscaldamento del metallo mediante corrente di saldatura. Legge Joule-Lenz. Resistenza elettrica del metallo.

Tutti gli elementi che trasportano corrente sono riscaldati dalla corrente elettrica e dalla quantità di calore generata in qualsiasi sezione del circuito elettrico con resistenza attiva R=R(t), che è funzione di t e τ ad una corrente I=I(t ) a seconda del tempo t, è determinato dalla legge di Joule -Lenza:

Questa è una formula generale che non mostra né determina temperature specifiche nell'area del giunto quando viene riscaldata dalla corrente di saldatura.

Tuttavia, va ricordato che il valore di R e I dipende in gran parte dalla durata del flusso di questa corrente.

Le macchine a contatto sono strutturalmente realizzate in modo tale che la maggior quantità di calore venga rilasciata tra gli elettrodi.

La saldatura a punti della cucitura ha il maggior numero di sezioni elettrodo-elettrodo, la quantità totale di resistenza è la somma della resistenza dell'elettrodo-pezzo + pezzo-pezzo + pezzo + elettrodo-pezzo

Ree \u003d 2Rosso + Rdd + 2Rd

Tutti i componenti della resistenza totale Ree cambiano continuamente durante il ciclo termico di saldatura.

Resistenza di contatto - Rdd è il valore più grande, perché. il contatto avviene lungo microsporgenze e l'area di contatto fisico è piccola.

Inoltre, sulla superficie del pezzo sono presenti pellicole di ossido e vari contaminanti.

Perché Saldiamo principalmente acciai e leghe di notevole resistenza, quindi il completo collasso delle microrugosità avviene solo quando vengono riscaldate mediante corrente di saldatura a temperature di circa 600 gradi C

La resistenza nel contatto elettrodo-parte è molto inferiore a Rdd, perché materiale più morbido e più termicamente conduttivo degli elettrodi viene introdotto attivamente tra le sporgenze della microrugosità delle parti.

La maggiore resistenza nei contatti è dovuta anche al fatto che c'è una forte curvatura della linea di corrente nelle zone di contatto, che determina una maggiore resistenza per un aumento del percorso di corrente.

La resistenza di contatto Rdd e Red dipende in gran parte dalla pulizia della superficie per la saldatura.

Misurando 2 piastre, spesse 3 mm, fortemente compresse 200N secondo lo schema amperometro-voltmetro, abbiamo ottenuto i seguenti valori:

Pulizia delle superfici con un cerchio e levigatura: 100 µOhm

Conclusione: macinare

In pratica si utilizza l'incisione (nella saldatura di grandi superfici), il trattamento superficiale con spazzole metalliche, la sabbiatura e la granigliatura.

Nella saldatura a contatto, cercano di utilizzare acciaio laminato a freddo sulla cui superficie potrebbero esserci residui di olio.

Se non c'è ruggine sulla superficie, è sufficiente sgrassare le superfici da saldare.

La resistenza di contatto delle parti pulite ma rivestite di ossido diminuisce all'aumentare delle forze di compressione. Ciò è dovuto alla maggiore deformazione delle microsporgenze.

Accendiamo la corrente, la massima densità della linea di flusso è concentrata sulle superfici giovanili. Corrente attraverso i contatti, formatisi durante la deformazione di microsporgenze.

Al momento iniziale, la densità di corrente nel materiale della parte è inferiore, perché Le linee di corrente sono distribuite in modo relativamente uniforme e nel contatto da parte a parte la corrente scorre solo attraverso le zone di conduzione, pertanto la densità di corrente è maggiore rispetto alla maggior parte della parte e la produzione di calore e il riscaldamento in quest'area sono più significativo.

Il metallo a contatto diventerà duttile. Si deforma sotto l'azione della forza di saldatura, l'area dei contatti conduttivi aumenterà e quando si raggiunge t=600 degC (in centesimi di secondo), le microsporgenze sono completamente deformate, i film di ossido vengono parzialmente distrutti, parzialmente diffusi nella massa della parte e il ruolo della resistenza di contatto Rdd cesserà di essere fondamentale nel processo di riscaldamento.

Tuttavia, a questo punto la temperatura nell'area di contatto parte-parte sarà la più alta, la resistività del materiale ρ sarà la più alta e il rilascio di calore sarà comunque più intenso in questa zona.

Con densità di corrente sufficienti per la durata del suo flusso, è lì che inizia la fusione del metallo.

La comparsa di un'isoterma di fusione proprio nel contatto parte-parte sarà facilitata dalla più piccola rimozione di calore da quest'area, la resistenza propria della parte.

Resistenza intrinseca del pezzo

Sezione a S del conduttore

Il coefficiente A aumenta lo spargimento della linea di flusso nella massa del pezzo, mentre aumenta l'area di spargimento reale

dk - diametro di diffusione

A \u003d 0,8-0,95, dipende dalla durezza del materiale e, in misura maggiore, dalla resistività.

Dal rapporto dk / δ \u003d 3-5 A \u003d 0,8

Ovviamente la resistenza del pezzo dipende dallo spessore, questo è tenuto in considerazione dal coefficiente A e dalla resistenza elettrica specifica del materiale del pezzo ρ, dipende dalla composizione chimica.

Inoltre, la resistività dipende dalla temperatura.

ρ(t)=ρ0*(1+αp*T)

Nel processo di saldatura con il flusso di corrente, t viene misurato dal contatto alla fusione e oltre

Tempo di fusione=1530 gradi centigradi

Quando si raggiunge tm, la resistività aumenta bruscamente.

αρ - coefficiente di temperatura

αρ=0,004 1/degC - per metalli puri

αρ=0,001-0,003 1/degC- per leghe

Il valore di αρ diminuisce con l'aumentare del grado di legatura.

Con un aumento della temperatura, il metallo, sia a contatto che nella massa sotto gli elettrodi, si deforma, l'area di contatto aumenta e se la superficie di lavoro degli elettrodi è sferica, l'area di contatto può aumentare di 1,5-2 volte .

Grafico della variazione della resistenza durante il processo di saldatura.

Al momento iniziale, la resistenza del pezzo aumenta per un aumento della temperatura e un aumento della resistività elettrica, quindi il metallo diventa plastica e l'area di contatto inizia ad aumentare per la rientranza degli elettrodi nella superficie del parte, nonché un aumento delle dimensioni dell'area di contatto parte-parte.

La resistenza totale diminuirà man mano che la corrente di saldatura viene disattivata. Tuttavia, questo è vero per la saldatura di acciai al carbonio e bassolegati.

Per la saldatura di leghe Ni e Cr ad alta temperatura, la resistenza può anche aumentare.

Campo elettrico e termico.

La legge di Joule-Lenz Q \u003d IRT mostra la generazione di calore negli elementi che trasportano corrente e i processi di rimozione del calore sono ancora in corso.

Grazie al raffreddamento attivo degli elettrodi e all'aumento della rimozione del calore in essi contenuto, otteniamo una forma lenticolare del nucleo fuso.

Ma una tale forma non è sempre possibile ottenere, soprattutto quando si saldano materiali di diverso spessore e parti sottili.

Conoscendo la natura del campo di temperatura nella zona di saldatura, è possibile analizzare:

1) Dimensioni del nucleo fuso.
2) Dimensione della HAZ (struttura)
3) L'entità delle sollecitazioni residue, ovvero proprietà di connessione.

Campo di temperatura: un insieme di temperature in vari punti della parte in un determinato momento.

I punti con la stessa temperatura collegati da una linea sono chiamati isoterma.

La dimensione del nucleo puro sulla microsezione indica l'isoterma di fusione lungo i confini del nucleo fuso.

Infine, la temperatura e la dimensione dell'isoterma di fusione, cioè nucleo fuso, colpisce principalmente la resistenza della parte.

Il fondatore - Gelman, ha preso due parti 2 + 2 mm, lucidato, inciso e ottenuto un'anima fusa; Ho preso le parti e ho ottenuto anche un nucleo fuso.

Tuttavia, le difficoltà che si presentano quando si saldano spessori eterogenei ci obbligano ad indagare la distribuzione dei campi termici nella zona di saldatura.

La densità di corrente è il numero di cariche che passano per 1 secondo attraverso una piccola area perpendicolare alla direzione di movimento delle cariche, diviso per la lunghezza della sua superficie.

Metodi di base e modi per convertire l'energia elettrica in calore sono classificati come segue. Ci sono riscaldamento elettrico diretto e indiretto.

In riscaldamento elettrico diretto la conversione dell'energia elettrica in energia termica avviene a seguito del passaggio di una corrente elettrica direttamente attraverso un corpo o mezzo riscaldato (metallo, acqua, latte, suolo, ecc.). In riscaldamento elettrico indiretto la corrente elettrica passa attraverso uno speciale dispositivo di riscaldamento (elemento riscaldante), dal quale il calore viene trasferito al corpo o al mezzo riscaldato per conduzione, convezione o irraggiamento del calore.

Esistono diversi tipi di conversione dell'energia elettrica in energia termica, che determinano metodi di riscaldamento elettrico.

Il flusso di corrente elettrica attraverso solidi elettricamente conduttivi o mezzi liquidi è accompagnato dal rilascio di calore. Secondo la legge di Joule-Lenz, la quantità di calore Q \u003d I 2 Rt, dove Q è la quantità di calore, J; io - silatoka, A; R è la resistenza del corpo o del mezzo, Ohm; t - tempo di flusso attuale, s.

Il riscaldamento a resistenza può essere effettuato con metodi a contatto ed elettrodi.

metodo di contatto Viene utilizzato per riscaldare i metalli sia secondo il principio del riscaldamento elettrico diretto, ad esempio nelle saldatrici elettriche a contatto, sia secondo il principio del riscaldamento elettrico indiretto - negli elementi riscaldanti.

Metodo dell'elettrodo Viene utilizzato per riscaldare materiali e mezzi conduttivi non metallici: acqua, latte, foraggi succulenti, terra, ecc. Il materiale o il mezzo da riscaldare viene posto tra gli elettrodi, ai quali viene applicata una tensione alternata.

La corrente elettrica, che scorre attraverso il materiale tra gli elettrodi, lo riscalda. L'acqua ordinaria (non distillata) conduce corrente elettrica, poiché contiene sempre una certa quantità di sali, alcali o acidi, che si dissociano in ioni che sono portatori di cariche elettriche, cioè corrente elettrica. La natura della conduttività elettrica del latte e di altri liquidi, del terreno, dei mangimi succulenti, ecc. è simile.

Il riscaldamento diretto dell'elettrodo viene effettuato solo a corrente alternata, poiché la corrente continua provoca l'elettrolisi del materiale riscaldato e il suo deterioramento.

Il riscaldamento a resistenza elettrica ha trovato ampia applicazione nella produzione grazie alla sua semplicità, affidabilità, versatilità e basso costo dei dispositivi di riscaldamento.

Riscaldamento ad arco elettrico

In un arco elettrico che si verifica tra due elettrodi in un mezzo gassoso, l'energia elettrica viene convertita in energia termica.

Per avviare l'arco, gli elettrodi collegati alla fonte di alimentazione vengono toccati per un momento e poi allontanati lentamente. La resistenza del contatto al momento della diluizione degli elettrodi è fortemente riscaldata dalla corrente che lo attraversa. Gli elettroni liberi, in costante movimento nel metallo, con un aumento della temperatura nel punto di contatto degli elettrodi, accelerano il loro movimento.

All'aumentare della temperatura, la velocità degli elettroni liberi aumenta così tanto che si staccano dal metallo degli elettrodi e volano nell'aria. Mentre si muovono, si scontrano con le molecole d'aria e le dividono in ioni caricati positivamente e negativamente. C'è una ionizzazione dello spazio d'aria tra gli elettrodi, che diventa elettricamente conduttivo.

Sotto l'azione della tensione della sorgente, gli ioni positivi corrono verso il polo negativo (catodo) e gli ioni negativi - verso il polo positivo (anodo), formando così una lunga scarica - un arco elettrico, accompagnato da generazione di calore. La temperatura dell'arco non è la stessa nelle sue varie parti ed è con elettrodi metallici: al catodo - circa 2400°C, all'anodo - circa 2600°C, al centro dell'arco - circa 6000 - 7000°C .

Ci sono riscaldamento ad arco elettrico diretto e indiretto. La principale applicazione pratica si trova nel riscaldamento diretto dell'arco elettrico negli impianti di saldatura ad arco elettrico. Negli impianti di riscaldamento indiretto, l'arco viene utilizzato come potente sorgente di raggi infrarossi.

Se un pezzo di metallo viene posto in un campo magnetico alternato, verrà indotta una variabile e. d.s., sotto l'azione di cui si formeranno correnti parassite nel metallo. Il passaggio di queste correnti nel metallo lo farà riscaldare. Questo metodo di riscaldamento di un metallo è chiamato induzione. Il dispositivo di alcuni riscaldatori a induzione si basa sull'utilizzo del fenomeno dell'effetto superficie e dell'effetto di prossimità.

Per il riscaldamento a induzione vengono utilizzate correnti industriali (50 Hz) e ad alta frequenza (8-10 kHz, 70-500 kHz). Il più diffuso è il riscaldamento a induzione di corpi metallici (parti, grezzi) nell'ingegneria meccanica e nella riparazione di apparecchiature, nonché per la tempra di parti metalliche. Il metodo dell'induzione può essere utilizzato anche per riscaldare acqua, terreno, cemento e pastorizzare il latte.

Riscaldamento dielettrico

L'essenza fisica del riscaldamento dielettrico è la seguente. Nei mezzi solidi e liquidi con scarsa conduttività elettrica (dielettrici) posti in un campo elettrico in rapida evoluzione, l'energia elettrica viene convertita in energia termica.

In ogni dielettrico ci sono cariche elettriche legate da forze intermolecolari. Queste cariche sono chiamate vincolate rispetto alle cariche libere nei materiali conduttivi. Sotto l'azione di un campo elettrico, le cariche legate sono orientate o spostate nella direzione del campo. Lo spostamento delle cariche legate sotto l'azione di un campo elettrico esterno è chiamato polarizzazione.

In un campo elettrico alternato, c'è un movimento continuo di cariche e, di conseguenza, le molecole ad esse associate da forze intermolecolari. L'energia spesa dalla sorgente sulla polarizzazione delle molecole dei materiali non conduttori viene rilasciata sotto forma di calore. In alcuni materiali non conduttivi è presente una piccola quantità di cariche libere che, sotto l'azione di un campo elettrico, creano una piccola quantità di corrente di conduzione, che contribuisce al rilascio di calore aggiuntivo nel materiale.

Durante il riscaldamento dielettrico, il materiale da riscaldare viene posizionato tra elettrodi metallici - piastre di condensatori, a cui viene fornita una tensione ad alta frequenza (0,5 - 20 MHz e superiore) da uno speciale generatore ad alta frequenza. L'impianto di riscaldamento dielettrico è costituito da un generatore di lampade ad alta frequenza, un trasformatore di alimentazione e un dispositivo di asciugatura con elettrodi.

Il riscaldamento dielettrico ad alta frequenza è un metodo di riscaldamento promettente e viene utilizzato principalmente per l'essiccazione e il trattamento termico di legno, carta, alimenti e mangimi (essiccazione di cereali, frutta e verdura), pastorizzazione e sterilizzazione del latte, ecc.

Riscaldamento a fascio di elettroni (elettronico).

Quando un flusso di elettroni (fascio di elettroni) accelerato in un campo elettrico incontra un corpo riscaldato, l'energia elettrica viene convertita in energia termica. Una caratteristica del riscaldamento elettronico è l'elevata densità di concentrazione di energia, che è 5x10 8 kW/cm2, che è diverse migliaia di volte superiore rispetto al riscaldamento ad arco elettrico. Il riscaldamento elettronico è utilizzato nell'industria per la saldatura di parti molto piccole e per la fusione di metalli purissimi.

Oltre ai metodi considerati di riscaldamento elettrico, viene utilizzato nella produzione e nella vita di tutti i giorni. riscaldamento a infrarossi (irraggiamento).