Chế Độ Nhiệt Trong Gia Công Áp Lực

Ch­¬ng­3

ChÕ­®é­nhiÖt­trong­
gia­c«ng­¸p­lùc

1


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

ưchọnưchếưđộưnungưnóngư
vàưlàmưnguội
1 mục đích nung nóng phôi để rèn và các hiện tợng
xẩy ra khi nung nóng phôi
1.1. mục đích nung nóng.
Nung nóng kim loại trớc khi gia công áp lực nhằm
nâng cao tính dẻo, giảm khả năng chống biến dạng của
chúng, tạo điều kiện thuận lợi cho qúa trình biến dạng.

2


CH¦¥ng III. ChÕ ®é nhiÖt trong gia c«ng ¸p lùc

3


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

1.2. Các hiện tợng xảy ra khi nung nóng
1.2.1. nứt nẻ

Vết nứt nẻ có thể trên bè mặt hoặc bên trong
phôi nung, có ảnh hởng đến chất lợng làm việc
của sản phẩm sau này.
Nguyên nhân. Nứt nẻ là do tác dụng của ứng
suất nhiệt do nung nóng không đều, nung nóng
với tốc độ không hợp lý.
Đối với thép hiện tợng nứt nẻ thờng xảy ra khi
nhiệt độ nung dới 8000C vì khi đó kim loại có tính
dẻo thấp, mức độ truyền nhiệt kém ... Vì thế
không nên nung với tốc độ cao trong giai đoạn
này.
4


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

1.2.2. oxy hoá
Kim loại do tiếp xúc với không khí và khí lò khi
nung nên dễ bị oxy hoá tạo nên lớp vảy sắt trên bề mặt.
Lớp vảy sắt làm hao tổn kim loại tới 2 ữ 3,5%, có trờng
hợp đến 4 ữ 6%), gây khó khăn cho qúa trình gia công,
giảm chất lợng chi tiết và gây ra hao mòn dụng cụ và thiết
bị lớn.
Qúa trình oxy hoá xảy ra là do sự khuếch tán của
nguyên tử ôxy vào lớp kim loại và sự khuếch tán của
nguyên tử kim loại qua lớp oxit ở mặt ngoài của phôi nung

5

CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

Với thép nung, qúa trình oxy hoá xảy ra nh sau: Nguyên
tử sắt có ái lực mạnh với oxy nên nó khuếch tán ra phía
ngoài mặt để kết hợp với oxy tạo nên vảy sắt mới Fe2O3.
Khi nồng độ đạt tới một lợng xác định thì xảy ra sự
chuyển biến của oxy, trong đó Fe3O4 dần dần chuyển
thành Fe2O3 , còn FeO tạo thành Fe3O4 ; lớp FeO nằm
trong cùng của lớp vảy sắt tạo ra trên mặt thép nung gồm
có hai phần, phần trong xốp hơn, làm cho vảy dễ tách khỏi
thép nung để tạo nên lớp vảy mới tiếp theo.
ở nhiệt độ bình thờng trên mặt thép hoặc kim loại th
ờng có một lớp oxit mỏng. Đối với thép lớp mỏng đó là
Fe2O3 . Khi nung nóng thì lớp này chuyển dần thành màu
nâu. Nhiệt độ nung trên 5700C lớp oxit sắt tăng lên và gồm
ba phần: phần ngoài là Fe2O3 , ở giữa là Fe3O4 và trong
cùng là FeO.
Nhiệt độ tiếp tục tăng lớp oxit này bị cháy, đồng thời tạo
nên lớp oxit mới (FeO cháy ở 13770C, Fe3O4 cháy ở
15270C, Fe2O3 cháy ở 15650C).
6


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

1.2.3. Hiện tợng mất các bon
Hiện tợng mất các bon, hay còn gọi là hiện tợng
thoát than, là hiện tợng mất mát các bon của bề
mặt vật nung, làm thay đổi cơ tính của chi tiết, có
thể gây ra cong, vênh, nứt nẻ khi tôi.

Các khí làm mất các bon trên lớp bề mặt phôi
nung là O2 , CO2 , H2O , H2 ... Chúng tác dụng với
các bít sắt Fe3C của thép theo các phản ứng sau:
2 Fe3C +O2 = 6 Fe + 2 CO
Fe3C + O2 = 3 Fe + 2 CO
Fe3C + H2O = 3 Fe + CO + H2
Fe3C + 2 H2 = 3 Fe + CH4

7


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

1.2.4. Hiện tợng quá nhiệt
Nếu nhiệt độ nung nóng quá cao thì hạt ôstenit càng lớn
làm cho tính dẻo của kim loại giảm nhiều, có thể tạo nên
nứt nẻ khi gia công hoặc giảm cơ tính của chi tiết trong
quá trình làm việc sau này. Đối với thép các bon nhiệt độ
quá nhiệt dới đờng đặc khoảng 1500C trở lên (nhiệt độ quá
nhiệt t0qn t0đặc 1500C). Nếu thời gian giữ ở nhiệt độ quá
nhiệt càng lâu thì hạt ôstenit càng lớn, kim loại càng kém
dẻo.

8


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

1.2.4. Hiện tợng cháy
Khi kim loại nung nóng tới nhiệt độ cao hơn

nhiệt độ quá nhiệt (gần đờng đặc) thì tinh giới hạt
bị oxy hoá mãnh liệt, không còn khả năng liên kết
bền vững các hạt kim loại với nhau, làm mất tính
liên tục của kim loại, độ bền và độ dẻo của kim
loại giảm đi rõ rệt; kim loại đã bị cháy thì không
thể gia công đợc nữa, chỉ có đa vào lò nấu lại hoặc
chặt vứt bỏ phần bị cháy đi. Rất dễ phát hiện hiện
tợng cháy. Khi thép các bon bị cháy sẽ phát ra ánh
sáng rất mạnh và có nhiều tia lửa bắn ra.
9


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

2. Chế độ nung nóng phôi rèn
2.1. Chọn khoảng nhiệt độ gia công áp lực
Nhiệt độ nung lớn nhất cho phép phải đảm bảo
cho kim loại có độ dẻo cao nhất. Nhiệt độ này nên
chọn gần sát với nhiệt độ sinh ra hiện tợng quá
nhiệt, nhng phải đảm bảo luôn luôn nhỏ hơn nhiệt
độ quá nhiệt (t0qn) để kim loại không bị quá nhiệt
hay cháy khi nung. Nhiệt độ nung nóng lớn nhất
cho phép là nhiệt độ bắt đầu gia công (t0bd). Nhiệt
độ kết thúc gia công (t0kt) không thể chọn quá
thấp, nhng cũng không thể kết thúc gia công khi
nhiệt độ phôi còn cao.
10


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

Đối với thép cácbon có thể chọn khoảng nhiệt độ
gia công dựa vào giản đồ trạng thái hợp kim sắt
cácbon nh sau:
Nhiệt độ bắt đầu gia công t0bd
t0bd = tođ (150 ữ 2000C)
ở đây
t0đ nhiệt độ kim loại bắt đầu nóng chảy.
Đối với thép trớc cùng tích có thể tính t0bd nh sau:
t0bd = t0Ar3 + (400 ữ 5000C)
ở đây t0Ar3 nhiệt độ ở đó thép bắt đầu chuyển
sang pha ôstenit.
Nhiệt độ kết thúc gia công t0kt

11


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

Đối với thép trớc cùng tích:
t0kt = t0Ar3 + (20 ữ 400C).
(Đối với vật lớn: t0kt = t0Ar3 + (40 ữ 800C).
Đối với thép sau cùng tích:
t0kt = t0Ar1 + (40 ữ 500C).
ở đây t0Ar1 là nhiệt độ ở tại đó péclit bắt đầu chuyển
sang tổ chức ôstenit.
Phạm vi nhiệt độ gia công áp lực của thép các bon nằm
trong giới hạn đờng

12

CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

2.2. thời gian nung
Qúa trình nung cần phải đảm bảo cho phôi đạt đ
ợc nhiệt độ yêu cầu và đông đều ở tất cả tiết diện;
oxy hoá tối thiểu và không thoát các bon ở bề mặt,
đảm bảo kim loại không bị nứt.
Có thể xác định thời gian nung phôi trong các lò
ngọn lửa theo công thức sau đây:
Z = k..D.
Z thời gian nung từ nhiệt độ 200C - 12000C, (h).
k hệ số, phụ thuộc vào loại vật liệu: k = 10 với
thép các bon; k = 20 đối với thép hợp kim.
D đờng kính hay cạnh nhỏ của tiết diện, (cm).
hệ số, phụ thuộc vào cách xếp phôi trong lò
13


CH¦¥ng III. ChÕ ®é nhiÖt trong gia c«ng ¸p lùc
C¸ch xÕp ph«i

HÖ sè
α

C¸ch xÕp ph«i

HÖ sè
α

14


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

Đối với thép hợp kim thời gian nung chia làm hai giai
đoạn, giai đoạn dự nhiệt để nâng nhiệt độ phôi đến khoảng
8500C và giai đoạn nung phôi tiếp tục để đạt tới nhiệt độ
bắt đầu rèn. Thời gian nung ở giai đoạn đầu là Z1 , còn ở
giai đoạn hai là Z2 . Thời gian chung để nung phôi từ lúc
còn nguội đến lúc đạt nhiệt độ bắt đầu rèn là Z:
Z = Z1 + Z2
Z1 = 13,3..D.
Z2 = 6,7..D.
Khi nung phôi trong lò liên tục thời gian nung tính theo
công thức sau đây:
Z = k.D (h).
Z thời gian nung (h).
D đờng kính hay cạnh nhỏ của phôi (cm).
k hệ số phụ thuộc loại vật liệu: thép các
bon k = 0,1 ữ 0,15; thép hợp kim kết cấu k = 0,15 ữ 0,20;
thép hợp kim cao và thép dụng cụ k = 0,3 ữ 0,4.
15


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

Nếu kể đến cả ảnh hởng của tỷ lệ giữa chiều dài L với
đờng kính phôi (hay cạnh nhỏ của phôi) D, đợc thể hiện

thông qua hệ số thì công thức tính thời gian nung có
dạng sau:
Z = .k..D.
L
Khi
> 3 thì = 1
D
L
=2
= 0,98
D
L
= 1,5
= 0,92
D
L
=1
= 0,71
D
Số lợng phôi cần nung trong lò để đảm bảo cho máy làm
việc liên tục đợc xác định theo công thức:
Z
N = T + 1 (cái)
ở đây Z thời gian nung, (phút)
T thời gian rèn dập một phôi trong thực tế, (phút).
16


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

3. Thiết bị nung
Để nung nóng phôi trớc khi rèn dập sử dụng một số loại lò
nung khác nhau. Dới đây giới thiệu một số loại lò thông
dụng trong sản xuất hiện nay.
3.1. lò rèn thủ công

17


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

3 2. Lò buồng
Với lò buồng hay còn gọi là lò phản xạ sự phân bố nhiệt độ tơng đối
đồng đều trong khoảng không gian công tác của lò. Buồng lò kín,
khống chế đợc nhiệt độ nung, có thể xếp nhiều phôi, sự hao phí kim
loại ít, phôi không trực tiếp tiếp xúc với nhiên liệu.
3 2 1. Lò buồng dùng nhiên liệu rắn

18


CH¦¥ng III. ChÕ ®é nhiÖt trong gia c«ng ¸p lùc

3.2.2. lß buång dïng nhiªn liÖu láng

19


CH¦¥ng III. ChÕ ®é nhiÖt trong gia c«ng ¸p lùc

3.2.3. lß buång dïng nhiªn liÖu khÝ

20


CH¦¥ng III. ChÕ ®é nhiÖt trong gia c«ng ¸p lùc

3.3. Lß liªn tôc

21


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

3.4. Lò dùng năng lợng điện
3.4.1. lò điện trở

22


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

3.4.2. Lò cảm ứng

23


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

4. Làm nguội sau khi rèn

Sau khi rèn xong, việc làm nguội vật rèn cũng phải đợc
quan tâm đầy đủ, phải xác định đợc tốc độ làm nguội hợp
lý để đảm bảo chất lợng vật rèn.
Ta đã biết rằng khi kim loại vật rèn nguội dần sau khi
rèn xong sẽ có sự thay đổi thể tích, độ hạt, tổ chức ... Lớp
kim loại bên ngoài nguội nhanh hơn bên trong nên giảm
thể tích nhanh hơn, kết quả là làm cho lớp ngoài bị kéo và
lớp trong bị nén, gây ra ứng suất d lớn có thể gây nên biến
dạng làm cho kích thớc và hình dạng của vật thay đổi,
thậm chí làm cho vật rèn bị nứt nẻ bên trong hoặc trên bề
mặt. Cần căn cứ vào thành phần hoá học, tiết diện vật rèn
và hình dáng bề mặt của nó để xác định tốc độ nguội hợp
lý và chọn phơng pháp làm nguội thích hợp.
Có ba phơng pháp làm nguội: Nguội tự nhiên ngoài
không khí tĩnh, nguội trong hòm và nguội trong lò.
24


CHƯƠng III. Chế độ nhiệt trong gia công áp lực

1 Chọn máy búa ứng với nguyên công chồn
Trọng lợng phần rơi của máy búa cần thiết để
chồn phôi có tiết diện tròn hoặc vuông có thể xác
định theo công thức:
D
G = 1, 7.(1 + 0,17 ). . .V
(kg)
H
ở đây: D1 đờng kính phôi sau khi chồn, mm.
H1 chiều cao phôis au khi chồn, mm.

ch ứng suất chảy của kim loại ở nhiệt độ
chồn, kg/mm2.
k mức độ biến dạng ở nhát đập cuối cùng.
Với vật rèn lớn k = 0,025; vật rèn bé k = 0,060.
V thể tích phôi, cm3.
1

s

k

1

25