§ 99. ОХЛАЖДЕНИЕ ПОКОВОК
Поковки подвергаются термической обработке с целью: 1) снятия напряжений, возникающих в стали при ковке и охлаждении; 2) выравнивания структуры металла поковок; 3) придания стали такой твёрдости, при которой её легче обрабатывать на станках; 4) улучшения механических свойств стали.
Ковка, как нам уже известно, заканчивается при достаточно высокой температуре (800–900° С). При охлаждении поковок в стали возникает деформация (напряжение), которая в процессе ковки может достигнуть такой величины, что превысит прочность стали. Вследствие этого в поковке могут получиться микротрещины, т. е. трещины, не видимые простым глазом, а порой — трещины очень больших размеров. В этом случае откованное изделие бракуется.
Напряжения при охлаждении возникают в стали вследствие различных температур наружных и внутренних слоёв металла поковки. Поковка охлаждается с поверхности. Поэтому температура наружных слоёв металла будет ниже, чем температура внутренних, причём температура металла будет тем выше, чем ближе центр сечения поковки. Поверхностные слои поковок охлаждаются и сжимаются значительно быстрее, чем средние слои, более тёплые. В результате этого наружные слои будут сжимать внутренние слои поковки, а внутренние слои будут растягивать наружные слои металла.
При дальнейшем охлаждении, когда наружные части поковки почти охладятся, усадка наружных частей почти прекращается. В то же время температура внутренних слоёв металла поковки будет всё ещё высока, и эти слои будут продолжать сжиматься. Вследствие этого знак напряжений меняется: в наружных слоях появляются сжимающие усилия, а во внутренних слоях — растягивающие.
Если напряжения при охлаждении превысят прочность стали, в поковке образуются трещины. Неоднородность стали, наличие пузырей, усадочных раковин, неметаллических включений и т. д. способствуют возникновению трещин как внутри изделия, так и на его поверхности. Отсюда вывод: охлаждать поковки необходимо таким образом, чтобы охлаждение способствовало частичному или полному устранению напряжений, возникающих в стали.
При медленном охлаждении поковок с температуры 800–900° С происходит выравнивание температур по сечению поковки. Вследствие этого устраняются остаточные напряжения деформации, образующиеся в стали в процессе ковки; уменьшаются напряжения, возникающие в стали при охлаждении.
Существуют следующие способы охлаждения поковок: 1) охлаждение на воздухе; 2) охлаждение в неотапливаемых ямах (колодцах); 3) охлаждение в отапливаемых колодцах и в печах. Выбор способа охлаждения зависит от марки стали, формы, размера поперечного сечения поковки.
Наиболее быстро охлаждаются поковки на воздухе. При воздушном охлаждении поковки укладываются тремя способами: в один ряд без зазоров, в один ряд с зазорами, в штабели; причём поковки будут быстрее охлаждаться, если они уложены в один ряд с зазорами, медленнее — при укладке в один ряд без зазоров и ещё более медленно — при укладке штабелями. При охлаждении поковок на воздухе их всегда нужно укладывать на сухую землю. Место охлаждения поковок на воздухе должно быть защищено от сквозного ветра.
Охлаждение в ямах (или колодцах) идёт медленнее, чем на воздухе. Скорость охлаждения в ямах можно изменять и регулировать, открывая или закрывая крышки, засыпая поковки малотеплопроводными материалами (песком, шлаковой ватой, каменноугольной золой и т. п.), увеличивая или уменьшая толщину слоя засыпки. Температура посадки поковок в яму должна быть не ниже 500–550° С. Поковки укладываются так, чтобы они не соприкасались с холодными стенками. При охлаждении в яме с пересыпкой между поковками должен быть зазор 25–50 мм, который засыпают сухим малотеплопроводным материалом. Сверху поковки полностью засыпаются таким же материалом толщиной 80–100 мм.
Охлаждению в нагретых печах подвергаются наиболее ответственные поковки; их охлаждение должно строго регулироваться по установленному режиму. Перед посадкой поковки печь должна быть разогрета до температуры 500–700° С, причём температура посадки не может быть ниже 500–600° С. Для охлаждения поковок обычно применяются печи с выдвижным подом.
Если поковки подвергаются термической обработке, например отжигу, то процесс охлаждения целесообразно совмещать с отжигом. Для этого поковки с температурой не ниже 500° С загружаются в печь и нагреваются до температуры отжига, а затем охлаждаются вместе с печью по установленному режиму. При таком способе сокращаются время охлаждения и расход топлива.
