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 твердости, при
которой ее 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 слоев металла поковки. Поковка
охлаждается с поверхности. Поэтому температура наружных слоев металла
будет ниже, чем температура внутренних, причем температура металла будет
тем выше, чем ближе центр сечения поковки. Поверхностные слои поковок
охлаждаются и сжимаются значительно быстрее, чем средние слои, более
теплые. В результате этого наружные слои будут сжимать внутренние слои
поковки, а внутренние слои будут растягивать наружные слои металла.
При дальнейшем охлаждении слоев металла (когда наружные части поковки
почти охладятся) усадка (наружных частей почти прекращается, но так как
наружные слои металла холодные, металл становится мало пластичным. В то
же время температура внутренних слоев металла поковки будет все еще
высока, и эти слои будут продолжать сжиматься. Вследствие этого знак
напряжений меняется: в наружных слоях появляются сжимающие усилия, а во
внутренних слоях — растягивающие.
Как уже было сказано выше, если напряжения при охлаждении превысят
прочность стали, в поковке образуются трещины Появление трещин при
охлаждении зависит и от качества стали. 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, которые
образуются в результате разности температур между наружными и
внутренними слоями изделия.
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. Обычно на
заводах имеются таблицы и инструкции, на основе которых производится
охлаждение. Способы и режим охлаждения должны указываться в карте
технологического процесса ковки.
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; причем поковки будут быстрее охлаждаться, если
они будут уложены в один ряд с зазорами, медленнее при укладке их в один
ряд без зазоров и еще более медленно — при укладке штабелями. При
охлаждении поковок на воздухе их всегда нужно укладывать на сухую землю.
Укладка поковок на сырую землю, металлический пол или на холодные
поковки вызывает неравномерное охлаждение. Место охлаждения поковок на
воздухе должно быть защищено от сквозного ветра. Охлаждение в ямах (или
колодцах) идет 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 в яме так, чтобы они не соприкасались с
холодными стенками. При охлаждении в яме с пересыпкой поковки нужно
укладывать так, чтобы между ними был зазор 25—50 мм, следует засыпать
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, причем 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,
так как исключается один нагрев и одно охлаждение.