Cómo calentar el metal al rojo. Calentamiento de metal por corriente de soldadura. Cortamos metal con un molinillo.

Calentamiento de metal por corriente de soldadura. Ley de Joule-Lenz. Resistencia eléctrica del metal.

Todos los elementos portadores de corriente se calientan descarga eléctrica, y la cantidad de calor liberado en cualquier sección del circuito eléctrico con resistencia activa R=R(t), que es función de t y τ a una corriente I=I(t) dependiendo del tiempo t, está determinada por la Ley de Joule-Lenz:

Esta es una fórmula general que no muestra ni determina temperaturas específicas en el área de la junta cuando se calienta con corriente de soldadura.

Sin embargo, debe recordarse que el valor de R e I depende en gran medida de la duración del flujo de esta corriente.

Las máquinas de contacto se fabrican estructuralmente de tal manera que la mayor cantidad de calor se libera entre los electrodos.

La soldadura por puntos de costura tiene la mayor cantidad de secciones de electrodo-electrodo, la cantidad total de resistencia es la suma de la resistencia de la parte del electrodo + detalle - detalle+ detalle + electrodo - detalle

Ree \u003d 2Rojo + Rdd + 2Rd

Todos los componentes de la resistencia total Ree cambian continuamente durante el ciclo térmico de soldadura.

Resistencia de contacto: Rdd es el valor más grande, porque. el contacto se lleva a cabo a lo largo de microprotuberancias y el área de contacto físico es pequeña.

Además, las películas de óxido y varios contaminantes están presentes en la superficie de la pieza.

Porque Principalmente soldamos aceros y aleaciones con una resistencia significativa, luego el colapso completo de las microrrugosidades ocurre solo cuando se calientan con corriente de soldadura a temperaturas de aproximadamente 600 grados C

La resistencia en el contacto electrodo-parte es mucho menor que Rdd, porque entre los salientes de las microrrugosidades de las piezas se introduce activamente material de los electrodos más blando y térmicamente más altamente conductor.

La mayor resistencia en los contactos también se debe a que existe una fuerte curvatura de la línea de corriente en las áreas de contacto, lo que determina una mayor resistencia debido a un aumento en la trayectoria de la corriente.

La resistencia de contacto Rdd y Red depende en gran medida de la limpieza de la superficie para soldar.

Al medir 2 placas de 3 mm de espesor muy fuertemente comprimidas 200N según el esquema amperímetro-voltímetro, obtuvimos los siguientes valores:

Limpieza de superficies con círculo y esmerilado: 100 µOhm

Conclusión: moler

En la práctica, se utiliza grabado (cuando se sueldan grandes superficies), tratamiento superficial con cepillos metálicos, arenado y granallado.

En la soldadura por resistencia se intenta utilizar acero laminado en frío en cuya superficie puede haber restos de aceite.

Si no hay óxido en la superficie, basta con desengrasar las superficies a soldar.

La resistencia de contacto de las piezas limpias pero recubiertas de óxido disminuye con el aumento de las fuerzas de compresión. Esto se debe a la mayor deformación de las microprotuberancias.

Encendemos la corriente, la mayor densidad de la línea de corriente se concentra en las superficies juveniles. Corriente a través de los contactos, formada durante la deformación de microprotuberancias.

En el momento inicial de tiempo, la densidad de corriente en el material de la pieza es menor, porque Las líneas de corriente se distribuyen de manera relativamente uniforme, y en el contacto de parte a parte, la corriente fluye solo a través de las zonas de conducción, por lo tanto, la densidad de corriente es mayor que en la mayor parte de la parte y la generación de calor y el calentamiento en esta área son más significativo.

El metal en contacto se volverá dúctil. Se deforma bajo la influencia de la fuerza de soldadura, el área de contactos conductores aumentará y cuando se alcanza t = 600 grados C (en centésimas de segundo), las microprotuberancias se deforman por completo, las películas de óxido se destruyen parcialmente, se difunden parcialmente en la masa de la pieza y el papel de la resistencia de contacto Rdd dejarán de ser primordiales en el proceso de calentamiento.

Sin embargo, en este momento la temperatura en el área de contacto parte-parte será la más alta, la resistividad del material ρ será la más alta y la liberación de calor será más intensa de todos modos en esta zona.

Con densidades de corriente suficientes para la duración de su flujo, es allí donde comienza la fusión del metal.

La aparición de una isoterma de fusión en el contacto parte-parte será facilitada por la menor disipación de calor de esta zona, la propia resistencia de la parte.

Resistencia intrínseca de la pieza.

Sección en S del conductor

El coeficiente A aumenta la extensión de la línea aerodinámica en la masa de la pieza, mientras que hay un aumento en el área de extensión real

dk - diámetro de dispersión

A \u003d 0.8-0.95, depende de la dureza del material y, en mayor medida, de la resistividad.

De la relación dk / δ \u003d 3-5 A \u003d 0.8

Es obvio que la resistencia de la pieza depende del espesor, esto se tiene en cuenta por el coeficiente A y por el específico resistencia eléctrica material de la pieza ρ, depende de composición química.

Además, la resistividad depende de la temperatura.

ρ(t)=ρ0*(1+αp*T)

En el proceso de soldadura con el flujo de corriente, t se mide desde el contacto hasta tmelt y más

Tmelt = 1530 grados C

Cuando se alcanza tm, la resistividad aumenta abruptamente.

αρ - coeficiente de temperatura

αρ=0.004 1/degC - para metales puros

αρ=0.001-0.003 1/degC- para aleaciones

El valor de αρ disminuye con el aumento del grado de ligadura.

Con un aumento de la temperatura, el metal, tanto en contacto como en masa debajo de los electrodos, se deforma, el área de contacto aumenta y, si la superficie de trabajo de los electrodos es esférica, el área de contacto puede aumentar entre 1,5 y 2 veces. .

Gráfico del cambio de resistencia durante el proceso de soldadura.

En el momento inicial, la resistencia de la pieza aumenta debido a un aumento de la temperatura y un aumento de la resistividad eléctrica, luego el metal se vuelve plástico y el área de contacto comienza a aumentar debido a la indentación de los electrodos en la superficie de la parte, así como un aumento en el tamaño del área de contacto parte-parte.

La resistencia total disminuirá a medida que apague corriente de soldadura. Sin embargo, esto es cierto para soldar aceros al carbono y de baja aleación.

Para soldar aleaciones de Ni y Cr a alta temperatura, la resistencia puede incluso aumentar.

Campo eléctrico y de temperatura.

La ley de Joule-Lenz Q \u003d IRt muestra la generación de calor en los elementos que transportan corriente, y los procesos de eliminación de calor aún se están produciendo.

Gracias al enfriamiento activo de los electrodos y al aumento de la disipación de calor en los mismos, obtenemos una forma lenticular del núcleo fundido.

Pero tal forma no siempre es posible de obtener, especialmente cuando se sueldan materiales diferentes, de diferentes espesores y piezas delgadas.

Conociendo la naturaleza del campo de temperatura en la zona de soldadura, es posible analizar:

1) Dimensiones del núcleo fundido.
2) Tamaño de la ZAT (estructura)
3) La magnitud de las tensiones residuales, es decir propiedades de conexión.

Campo de temperatura: un conjunto de temperaturas en varios puntos de la pieza en un momento determinado.

Los puntos con la misma temperatura conectados por una línea se llaman isoterma.

El tamaño del núcleo puro en la microsección indica la isoterma de fusión a lo largo de los límites del núcleo fundido.

En última instancia, la temperatura y el tamaño de la isoterma de fusión, es decir, núcleo fundido, afecta principalmente a la resistencia de la pieza.

El fundador, Gelman, tomó dos partes de 2 + 2 mm, las pulió, grabó y obtuvo un núcleo fundido; Tomé las partes y también obtuve un núcleo fundido.

Sin embargo, las dificultades que surgen al soldar espesores heterogéneos obligan a investigar la distribución de los campos térmicos en la zona de soldadura.

La densidad de corriente es el número de cargas que pasan durante 1 segundo a través de una pequeña área perpendicular a la dirección de movimiento de las cargas, dividido por la longitud de su superficie.

El proceso de endurecimiento del acero le permite aumentar la dureza del producto aproximadamente 3-4 veces. Muchos fabricantes realizan un proceso similar en el momento de la producción, pero en algunos casos hay que repetirlo, ya que la dureza del acero u otra aleación es baja. Es por eso que muchos se preguntan cómo endurecer el metal en casa.

Metodología

Para llevar a cabo el trabajo de endurecimiento del acero, es necesario tener en cuenta cómo se realiza correctamente dicho proceso. El endurecimiento es un proceso de aumento de la dureza de la superficie de un hierro o aleación, que implica calentar la muestra a una temperatura alta y luego enfriarla. A pesar de que a primera vista el proceso considerado es simple, los diferentes grupos de metales difieren en su estructura y características peculiares.

El tratamiento térmico en el hogar está justificado en los siguientes casos:

1. Si es necesario, endurezca el material, por ejemplo, en el borde de corte. Un ejemplo es el endurecimiento de cinceles y cinceles.
2. Si es necesario, aumente la plasticidad del objeto. Esto suele ser necesario en el caso de la forja en caliente.

El endurecimiento profesional del acero es un proceso costoso. El costo de 1 kg de aumentar la dureza de la superficie cuesta alrededor de 200 rublos. Es posible organizar el endurecimiento del acero en el hogar solo teniendo en cuenta todas las características para aumentar la dureza de la superficie.

Características del proceso

Es posible llevar a cabo el endurecimiento del acero, teniendo en cuenta los siguientes puntos:

1. El calentamiento debe ser uniforme. Solo en este caso la estructura del material es homogénea.
2. El calentamiento del acero debe realizarse sin la formación de manchas negras o azules, lo que indica un fuerte sobrecalentamiento de la superficie.
3. La muestra no debe calentarse al extremo, ya que los cambios en la estructura serán irreversibles.
4. El color rojo brillante del metal indica la corrección del calentamiento del acero.
5. El enfriamiento también debe realizarse de manera uniforme, para lo cual se utiliza un baño de agua.

Equipos y características del proceso.

A menudo se utiliza un equipo especial para calentar la superficie. Esto se debe al hecho de que es bastante difícil calentar el acero hasta el punto de fusión. En casa, a menudo se utilizan los siguientes equipos:

1. horno eléctrico;
2. soplete;
3. horno térmico;
4. una gran hoguera que se construye alrededor para redirigir el calor.

Al elegir una fuente de calor, se debe tener en cuenta el hecho de que la pieza debe colocarse completamente en el horno o fuego en el que se realiza el calentamiento. Será correcto seleccionar el equipo también de acuerdo con el tipo de metal que se procesará. Cuanto mayor sea la resistencia de la estructura, más se calienta la aleación para impartir plasticidad.

En el caso de que sea necesario endurecer solo una parte de la pieza, se utiliza el endurecimiento por chorro. Prevé que un chorro de agua fría golpee sólo una determinada parte de la pieza.

A menudo se usa una tina de agua o un barril, así como un balde, para enfriar el acero. Es importante tener en cuenta que en algunos casos se realiza un enfriamiento gradual, en otros rápido y brusco.

Aumento de la dureza en un fuego abierto

En la vida cotidiana, el endurecimiento a menudo se lleva a cabo en un fuego abierto. Este método solo es adecuado para un proceso de endurecimiento superficial de una sola vez.

Todo el trabajo se puede dividir en varias etapas:

1. primero necesitas hacer un fuego;
2. en el momento de hacer fuego se preparan dos recipientes grandes que corresponderán al tamaño de la pieza;
3. para que el fuego dé más calor, es necesario proporcionar un gran número de carbones dan mucho calor durante mucho tiempo;
4. un recipiente debe contener agua, el otro - aceite de motor;
5. Se deben usar herramientas especiales con las que se sujetará la pieza de trabajo caliente. en el video a menudo puedes encontrar pinzas de herrero, que son las más efectivas;
6. después de la preparación herramientas necesarias debes poner el objeto en el mismo centro de la llama. al mismo tiempo, es posible enterrar la pieza en las profundidades de las brasas, lo que garantizará que el metal se caliente hasta el punto de fusión;
7. brasas que tienen brillo el color blanco- más caliente que otros. el proceso de fusión del metal debe ser monitoreado de cerca. la llama debe ser carmesí, pero no blanca. si el fuego es blanco, entonces existe la posibilidad de sobrecalentamiento del metal. en este caso, el rendimiento se degrada significativamente y la vida útil se reduce;
8. el color correcto, uniforme en toda la superficie, determina la uniformidad de calentamiento del metal;
9. si se produce un oscurecimiento a azul, esto indica un fuerte ablandamiento del metal, es decir, se vuelve excesivamente dúctil. esto no debe permitirse, ya que la estructura se viola significativamente;
10. cuando el metal esté completamente caliente, debe retirarse del semillero;
11. luego se debe colocar el metal al rojo vivo en un recipiente con aceite con una frecuencia de 3 segundos;
12. la etapa final se puede denominar inmersión de la pieza en agua. Al mismo tiempo, se realiza periódicamente la agitación del agua. Esto se debe al hecho de que el agua se calienta rápidamente alrededor del producto.

Al realizar el trabajo, se debe prestar atención a la precaución, ya que el aceite caliente puede dañar la piel. En el video, puede prestar atención al color que debe tener la superficie cuando se alcanza el grado de plasticidad deseado. Pero para el endurecimiento de metales no ferrosos, a menudo es necesario ejercer una temperatura en el rango de 700 a 900 grados Celsius. Es prácticamente imposible calentar aleaciones no ferrosas a fuego abierto, ya que es imposible alcanzar esa temperatura sin un equipo especial. Un ejemplo es el uso de un horno eléctrico, que es capaz de calentar la superficie hasta 800 grados centígrados.

Si sabe cómo endurecer el metal correctamente, incluso en casa puede aumentar la dureza de los productos metálicos de dos a tres veces. Las razones por las que esto es necesario pueden ser muy diferentes. Tal operación tecnológica, en particular, se requiere si el metal debe endurecerse lo suficiente para poder cortar vidrio.

La mayoría de las veces, es necesario endurecer la herramienta de corte, y el tratamiento térmico se realiza no solo si es necesario aumentar su dureza, sino también cuando es necesario reducir esta característica. Cuando la dureza de la herramienta es demasiado baja, su parte de corte se atascará durante la operación, pero si es alta, el metal se desmoronará bajo la influencia de las cargas mecánicas.

Pocas personas saben que hay una manera fácil de verificar qué tan bien se endurece una herramienta de acero, no solo en la producción o en el hogar, sino también en una tienda cuando se compra. Para realizar dicha verificación, necesita un archivo normal. Se llevan a cabo a lo largo de la parte de corte de la herramienta comprada. Si está muy endurecido, parecerá que la lima se adhiere a su parte de trabajo y, en caso contrario, se alejará fácilmente de la herramienta probada, mientras que la mano en la que se encuentra la lima no sentirá ninguna irregularidad en el superficie del producto.

Sin embargo, si resultó que tenía una herramienta a su disposición, cuya calidad de endurecimiento no le conviene, no debe preocuparse por esto. Este problema se resuelve con bastante facilidad: es posible endurecer el metal incluso en casa, sin utilizar equipos sofisticados y dispositivos especiales para esto. Sin embargo, debe tener en cuenta que los aceros con bajo contenido de carbono no se pueden templar. Al mismo tiempo, la dureza del carbono y lo suficientemente fácil como para aumentar incluso en casa.

Matices tecnológicos del endurecimiento.

El templado, que es uno de los tipos de tratamiento térmico de los metales, se realiza en dos etapas. Primero, el metal se calienta a una temperatura alta y luego se enfría. varios metales e incluso los aceros que pertenecen a diferentes categorías difieren entre sí en su estructura, por lo que sus modos de tratamiento térmico no coinciden.

El tratamiento térmico del metal (endurecimiento, revenido, etc.) puede ser necesario para:

• su endurecimiento y aumento de dureza;
• mejorando su plasticidad, lo cual es necesario cuando se procesa por deformación plástica.

Muchas empresas especializadas templan el acero, pero el costo de estos servicios es bastante alto y depende del peso de la pieza a tratar térmicamente. Por eso es recomendable que lo hagas tú mismo, sobre todo porque puedes hacerlo incluso en casa.

Si decide endurecer el metal por su cuenta, es muy importante llevar a cabo correctamente un procedimiento como el calentamiento. Este proceso no debe ir acompañado de la aparición de manchas negras o azules en la superficie del producto. El hecho de que el calentamiento se está produciendo correctamente se evidencia por el color rojo brillante del metal. muestra bien este proceso un video que te ayudará a hacerte una idea de cuánto calentar el metal que se está tratando térmicamente.

Como fuente de calor para calentar a la temperatura requerida de un producto de metal que necesita ser endurecido, puede usar:

• un horno especial alimentado por electricidad;
• soplete;
• una fogata que puedes hacer en el patio de tu casa o en el campo.

La elección de la fuente de calor depende de la temperatura a la que debe calentarse el metal a tratar térmicamente.

La elección del método de enfriamiento depende no solo del material, sino también de los resultados que se desean lograr. Si, por ejemplo, no es necesario endurecer todo el producto, sino solo su sección separada, entonces también se realiza un enfriamiento puntual, para lo cual se puede usar un chorro de agua fría.

El esquema tecnológico, según el cual se endurece el metal, puede prever un enfriamiento instantáneo, gradual o de varias etapas.

El enfriamiento rápido, usando un tipo de enfriador, es óptimo para endurecer aceros en la categoría de carbono o aleación. Para realizar dicho enfriamiento, se necesita un contenedor, que puede ser un balde, un barril o incluso un baño común (todo depende de las dimensiones del objeto que se procesa).

En el caso de que se requieran otras categorías o si, además del temple, se requiere revenido, se utiliza un esquema de enfriamiento en dos etapas. Con este esquema, el producto calentado a la temperatura requerida primero se enfría con agua y luego se coloca en aceite mineral o sintético, en el que se produce un enfriamiento adicional. Bajo ninguna circunstancia se debe usar inmediatamente un refrigerante de aceite, ya que el aceite puede inflamarse.

Para seleccionar correctamente los modos de endurecimiento para varios grados de acero, uno debe guiarse por tablas especiales.

Cómo endurecer el acero sobre un fuego abierto

Como se mencionó anteriormente, es posible endurecer el acero en casa, usando un fuego abierto para calentar. Naturalmente, dicho proceso debería comenzar con un fuego, en el que deberían formarse muchas brasas. También necesitarás dos contenedores. Se debe verter aceite mineral o sintético en uno de ellos y agua fría ordinaria en el otro.

Para extraer hierro al rojo vivo de un fuego, necesitará unas tenazas de herrero, que se pueden reemplazar con cualquier otra herramienta de un propósito similar. después de todo trabajo de preparatoria completado, y se ha formado una cantidad suficiente de carbones calientes en el fuego, puede colocar objetos que necesitan ser endurecidos sobre ellos.

Por el color de los carbones formados, se puede juzgar la temperatura de su calentamiento. Entonces, los carbones son más calientes, cuya superficie tiene un color blanco brillante. También es importante vigilar el color de la llama del fuego, que indica régimen de temperatura en su interior. Es mejor si la llama del fuego está pintada de carmesí, no de blanco. En este último caso, indicando una temperatura demasiado alta de la llama, existe el riesgo no sólo de sobrecalentamiento, sino incluso de quemar el metal a templar.

El color del metal calentado también debe controlarse cuidadosamente. En particular, no se debe permitir que aparezcan puntos negros en los bordes de corte de la herramienta mecanizada. El color azul del metal indica que se ha ablandado mucho y se ha vuelto demasiado dúctil. No puede ser llevado a tal estado.

Después de que el producto se calcina al grado requerido, puede pasar a la siguiente etapa: enfriamiento. En primer lugar, se baja a un recipiente con aceite, y esto se hace a menudo (con una frecuencia de 3 segundos) y con la mayor precisión posible. Gradualmente, los intervalos entre estas inmersiones aumentan. Tan pronto como el acero al rojo vivo pierda el brillo de su color, puede comenzar a enfriarlo en agua.

Al enfriar el metal con agua, en cuya superficie quedan gotas de aceite caliente, se debe tener cuidado, ya que pueden estallar. Después de cada inmersión, se debe agitar el agua para mantenerla fresca en todo momento. Para tener una mejor idea de las reglas para realizar dicha operación, un video de capacitación ayudará.

Hay ciertas sutilezas en el enfriamiento de brocas endurecidas. Por lo tanto, no se pueden bajar completamente a un recipiente con refrigerante. Si hace esto, la parte inferior del taladro o cualquier otro objeto metálico que tenga forma alargada, se enfriará primero, lo que conducirá a su compresión. Es por eso que es necesario sumergir dichos productos en el refrigerante desde el lado del extremo más ancho.

Para el tratamiento térmico de grados especiales de acero y fundición de metales no ferrosos, las posibilidades de un fuego abierto no serán suficientes, ya que no podrá calentar el metal a una temperatura de 700–9000. Para tales fines, es necesario utilizar hornos especiales, que pueden ser de mufla o eléctricos. Si es bastante difícil y costoso hacer un horno eléctrico en casa, entonces con un equipo de calefacción tipo mufla es bastante factible.

Cámara de fabricación propia para endurecer metal.

Un horno de mufla, que es muy posible que usted mismo haga en casa, le permite endurecer varios grados de acero. El componente principal que se requerirá para la fabricación de este dispositivo de calefacción es la arcilla refractaria. Una capa de dicha arcilla, que se cubrirá parte interna horno, no debe tener más de 1 cm.

Esquema de una cámara para endurecer metal: 1 - alambre de nicromo; 2 - la parte interior de la cámara; 3 - parte exterior de la cámara; 4 - pared posterior con cables en espiral

Para darle al futuro horno la configuración requerida y las dimensiones deseadas, es mejor hacer un molde de cartón impregnado con parafina, sobre el cual se aplicará arcilla refractaria. La arcilla, mezclada con agua hasta obtener una masa espesa y homogénea, se aplica en el lado equivocado de la forma de cartón, de la cual se quedará atrás después del secado completo. Los productos de metal que se calientan en un dispositivo de este tipo se colocan en él a través de una puerta especial, que también está hecha de arcilla refractaria.

La cámara y la puerta del dispositivo después del secado al aire libre se secan adicionalmente a una temperatura de 100 °. Después de eso, se cuecen en un horno, cuya temperatura en la cámara se eleva gradualmente hasta 900 °. Cuando se hayan enfriado después de la cocción, deben conectarse cuidadosamente entre sí con herramientas de cerrajería y papel de lija.

En la superficie de una cámara completamente formada, se enrolla un alambre de nicromo, cuyo diámetro debe ser de 0,75 mm. La primera y la última capa de dicho devanado deben torcerse juntas. Al enrollar el cable alrededor de la cámara, debe dejarse una cierta distancia entre sus vueltas, que también debe rellenarse con arcilla refractaria para excluir la posibilidad de un cortocircuito. Después de que se seque la capa de arcilla aplicada para proporcionar aislamiento entre las vueltas del alambre de nicromo, se aplica otra capa de arcilla a la superficie de la cámara, cuyo espesor debe ser de aproximadamente 12 cm.

La cámara terminada, después del secado completo, se coloca en una caja de metal y los espacios entre ellos se llenan con virutas de asbesto. Para permitir el acceso a la cámara interior, se cuelgan puertas terminadas desde el interior en el cuerpo metálico del horno. Azulejos de cerámica. Todos los espacios existentes entre los elementos estructurales se sellan con arcilla refractaria y virutas de asbesto.

Los extremos del devanado de nicromo de la cámara, al que es necesario suministrar energía eléctrica, salen por la parte trasera de su marco metálico. Para controlar los procesos que ocurren en el interior del horno de mufla, así como para medir la temperatura en él con un termopar, se deben hacer dos orificios en su parte frontal, cuyos diámetros deben ser de 1 y 2 cm, respectivamente. . Desde el frente del marco, dichas aberturas se cerrarán con cortinas de acero especiales. Diseño casero, cuya fabricación se describe anteriormente, le permite endurecer piezas de metal y herramientas de corte, elementos de trabajo del equipo de estampado, etc.

El calentamiento de metales y aleaciones se lleva a cabo para reducir su resistencia a la deformación plástica (es decir, antes del forjado o laminado) o para cambiar la estructura cristalina que se produce bajo la influencia de altas temperaturas (tratamiento térmico). En cada uno de estos casos, las condiciones del proceso de calentamiento tienen un impacto significativo en la calidad del producto final.

Las tareas a resolver predeterminan las principales características del proceso de calentamiento: temperatura, uniformidad y duración.

La temperatura de calentamiento generalmente se denomina temperatura final de la superficie del metal, a la cual, de acuerdo con los requisitos de la tecnología, puede emitirse desde el horno. El valor de la temperatura de calentamiento depende de la composición química (grado) de la aleación y del propósito del calentamiento.

Cuando se calienta antes del tratamiento a presión, la temperatura de la palanquilla que sale del horno debe ser lo suficientemente alta, ya que esto ayuda a reducir la resistencia a la deformación plástica y conduce a una reducción en el consumo de energía para el procesamiento, un aumento en la productividad del equipo de laminación y forja. , y un aumento en su vida útil.

Sin embargo, existe un límite superior para la temperatura de calentamiento, ya que está limitada por el crecimiento de grano, el sobrecalentamiento y la sobrecombustión, y la aceleración de la oxidación del metal. Durante el calentamiento de la mayoría de las aleaciones, al alcanzar un punto que se encuentra 30-100 °C por debajo de la línea solidus en su diagrama de fase, debido a la segregación e inclusiones no metálicas, aparece una fase líquida en los límites de grano; esto conduce a un debilitamiento del enlace mecánico entre los granos, oxidación intensa en sus límites; dicho metal pierde su fuerza y ​​colapsa durante el tratamiento a presión. Este fenómeno, llamado overburning, limita temperatura máxima calefacción. El metal quemado no puede repararse mediante ningún tratamiento térmico posterior y solo es adecuado para refundirlo.

El sobrecalentamiento del metal provoca un crecimiento excesivo del grano, lo que provoca el deterioro de las propiedades mecánicas. Por lo tanto, el laminado debe completarse a una temperatura inferior a la temperatura de sobrecalentamiento. El metal sobrecalentado se puede corregir recociendo o normalizando.

El límite inferior de temperatura de calentamiento se establece en función de la temperatura permitida al final del tratamiento a presión, teniendo en cuenta todas las pérdidas de calor de la pieza de trabajo en medioambiente y liberación de calor en él debido a la deformación plástica. Por lo tanto, para cada aleación y para cada tipo de conformado existe un cierto rango de temperatura, por encima y por debajo del cual no se debe calentar la pieza de trabajo. Esta información se proporciona en los libros de referencia pertinentes.

La cuestión de la temperatura de calentamiento es especialmente importante para aleaciones tan complejas como, por ejemplo, los aceros de alta aleación que, durante el tratamiento a presión, tienen una alta resistencia a la deformación plástica y, al mismo tiempo, son propensos al sobrecalentamiento y al desgaste. Estos factores provocan un rango más estrecho de temperaturas de calentamiento para los aceros de alta aleación en comparación con los aceros al carbono.

En mesa. 21-1, como ilustración, se dan datos para algunos aceros sobre la temperatura máxima permisible de su calentamiento antes del tratamiento a presión y sobre la temperatura de quemado.

Durante el tratamiento térmico, la temperatura de calentamiento depende solo de los requisitos tecnológicos, es decir, del tipo de tratamiento térmico y su modo, debido a la estructura y la estructura de la aleación.

Uniformidad de calentamiento está determinado por la diferencia de temperatura entre la superficie y el centro (ya que esta suele ser la mayor diferencia) de la pieza de trabajo cuando sale del horno:

∆T con \u003d T con pov - T con cent. Este indicador también es muy importante, ya que una diferencia de temperatura demasiado grande en la sección transversal de la pieza de trabajo cuando se calienta antes del tratamiento a presión puede causar una deformación desigual, y cuando se calienta para el tratamiento térmico, puede provocar que las transformaciones requeridas sean incompletas en todo el espesor. del metal, es decir, en ambos casos - productos finales de matrimonio. Al mismo tiempo, el proceso de nivelación de la temperatura sobre la sección de metal requiere una exposición prolongada a una temperatura superficial alta.

Sin embargo, no se requiere una uniformidad completa de calentamiento del metal antes del tratamiento a presión, ya que en el proceso de transporte del horno al molino o prensa y laminación (forja), la temperatura se iguala inevitablemente en la sección transversal de los lingotes y palanquillas debido a la transferencia de calor al medio ambiente desde su superficie y conductividad térmica dentro del metal. En base a esto, la diferencia de temperatura permisible en la sección transversal generalmente se toma de acuerdo con datos prácticos durante el calentamiento antes del tratamiento a presión dentro de los siguientes límites: para aceros de alta aleación ∆ estafa= 100δ; para todos los demás grados de acero ∆ estafa= 200δ en δ<0,1 м и ∆estafa= 300δ a δ > 0,2 m Aquí δ es el espesor calentado del metal.

En todos los casos, la diferencia de temperatura en el espesor de la palanquilla al final de su calentamiento antes del laminado o forjado no debe exceder los 50 °C, y cuando se calienta para el tratamiento térmico, los 20 °C, independientemente del espesor del producto. Al calentar lingotes grandes, se permite dispensarlos del horno a ∆ estafa <100 °С.

Otra tarea importante de la tecnología de calentamiento de metales es garantizar una distribución uniforme de la temperatura en toda la superficie de las piezas o productos en el momento en que se descargan del horno. La necesidad práctica de este requisito es obvia, ya que con una no uniformidad significativa de calentamiento sobre la superficie del metal (incluso cuando se alcanza la diferencia de temperatura requerida en el espesor), defectos tales como el perfil desigual del producto laminado terminado o varios problemas mecánicos. Las propiedades del producto sometido al tratamiento térmico son inevitables.

Garantizar la uniformidad de la temperatura sobre la superficie del metal calentado se logra mediante la elección correcta de un horno para calentar un determinado tipo de piezas o productos y la colocación adecuada de dispositivos generadores de calor en él, que crean el campo de temperatura necesario en el espacio de trabajo de el horno, la disposición mutua de las piezas de trabajo, etc.

Tiempo de calentamiento a la temperatura final es también el indicador más importante, ya que de ella depende la productividad del horno y sus dimensiones. Al mismo tiempo, la duración del calentamiento a una temperatura determinada determina la tasa de calentamiento, es decir, el cambio de temperatura en algún punto del cuerpo calentado por unidad de tiempo. Por lo general, la tasa de calentamiento cambia durante el curso del proceso y, por lo tanto, se hace una distinción entre la tasa de calentamiento en un momento determinado y la tasa de calentamiento promedio durante el intervalo de tiempo considerado.

Cuanto más rápido se lleve a cabo el calentamiento (es decir, cuanto mayor sea la velocidad de calentamiento), obviamente mayor será la productividad del horno, en igualdad de condiciones. Sin embargo, en varios casos, la velocidad de calentamiento no se puede elegir para que sea arbitrariamente grande, incluso si las condiciones de transferencia de calor externa permiten que se lleve a cabo. Esto se debe a ciertas restricciones impuestas por las condiciones de los procesos que acompañan al calentamiento del metal en los hornos y que se consideran a continuación.

Procesos que ocurren durante el calentamiento del metal. Cuando el metal se calienta, su entalpía cambia y, dado que en la mayoría de los casos el calor se suministra a la superficie de los lingotes y palanquillas, su temperatura exterior es más alta que la temperatura de las capas internas. Como resultado de la expansión térmica de diferentes partes de un sólido en diferentes cantidades, surgen tensiones, que se denominan térmicas.

Otro grupo de fenómenos está asociado con procesos químicos en la superficie del metal durante el calentamiento. La superficie del metal, que se encuentra a alta temperatura, interactúa con el medio ambiente (es decir, con los productos de la combustión o el aire), como resultado de lo cual se forma sobre ella una capa de óxidos. Si algún elemento de la aleación interactúa con el entorno que rodea al metal con la formación de una fase gaseosa, entonces la superficie se agota de estos elementos. Por ejemplo, la oxidación del acero al carbono cuando se calienta en hornos provoca la descarburación superficial.

Estrés térmico

Como se indicó anteriormente, en la sección de lingotes y piezas brutas, cuando se calientan, se produce una distribución desigual de temperaturas y, en consecuencia, las diferentes partes del cuerpo tienden a cambiar su tamaño en diferentes grados. Dado que en un sólido hay enlaces entre todas sus partes individuales, no pueden deformarse independientemente de acuerdo con las temperaturas a las que se calientan. Como resultado, surgen tensiones térmicas debido a la diferencia de temperatura. Las capas exteriores más calentadas tienden a expandirse y, por lo tanto, se encuentran en un estado comprimido. Las capas internas más frías están sujetas a fuerzas de tracción. Si estas tensiones no exceden el límite elástico del metal calentado, entonces con la igualación de la temperatura en la sección transversal, las tensiones térmicas desaparecen.

Todos los metales y aleaciones tienen propiedades elásticas hasta cierta temperatura (por ejemplo, la mayoría de los grados de acero hasta 450-500 °C). Por encima de esta determinada temperatura, los metales pasan a un estado plástico y las tensiones térmicas que se han producido en ellos provocan una deformación plástica y desaparecen. Por lo tanto, las tensiones térmicas deben tenerse en cuenta durante el calentamiento y enfriamiento del acero solo en el rango de temperatura desde la temperatura ambiente hasta el punto de transición de un metal o aleación dada de un estado elástico a uno plástico. Tales tensiones se denominan evanescentes o temporales.

Además de temporales, existen tensiones térmicas residuales que aumentan el riesgo de destrucción durante el calentamiento. Estas tensiones surgen si el lingote o la palanquilla se ha sometido previamente a calentamiento y enfriamiento. Cuando se enfría, las capas externas del metal (más frías) alcanzan antes la temperatura de transición del estado plástico al elástico. Con un mayor enfriamiento, las capas internas están sujetas a fuerzas de tracción, que no desaparecen debido a la baja plasticidad del metal frío. Si este lingote o palanquilla se vuelve a calentar, las tensiones temporales que surjan en ellos se superpondrán con el mismo signo a las residuales, lo que agravará el riesgo de grietas y rupturas.

Además de las tensiones térmicas temporales y residuales, durante el calentamiento y enfriamiento de las aleaciones también surgen tensiones debido a cambios estructurales en el volumen. Pero como estos fenómenos suelen tener lugar a temperaturas que superan el límite de transición del estado elástico al estado plástico, las tensiones estructurales se disipan debido al estado plástico del metal.

La relación entre deformaciones y tensiones establece la ley de Hooke

σ= ( T cf-T)

donde β es el coeficiente de expansión lineal; cf- temperatura corporal media; T- temperatura en una determinada sección del cuerpo; mi- módulo de elasticidad (para muchos grados de acero, el valor mi disminuye de (18÷22) . 10 4 MPa hasta (14÷17) . 10 4 MPa con un aumento de temperatura desde temperatura ambiente hasta 500 °C; σ es tensión; v - Relación de Poisson (para acero v ≈ 0,3).

De gran interés práctico es encontrar la diferencia de temperatura máxima permitida en la sección del cuerpo ∆T add = T sur - T price. Los más peligrosos en este caso son los esfuerzos de tracción, por lo que deben tenerse en cuenta al calcular la diferencia de temperatura permitida. Como característica de resistencia, se debe tomar el valor de la resistencia a la tracción de la aleación σ in.

Entonces, usando las soluciones de los problemas de conducción de calor (ver Cap. 16) e imponiéndoles la expresión (21-1), para el caso de un régimen regular del segundo tipo, uno puede, en particular, obtener:

para placa sin fin calentada uniforme y simétricamente

∆T agregue \u003d 1.5 (1 - v) σ en / ();

para un cilindro infinito calentado uniforme y simétricamente

∆T agregue \u003d 2 (1 - v) σ en / ().

La diferencia de temperatura permisible encontrada por las fórmulas (21-2) y (21-3) no depende del tamaño del cuerpo y sus características termofísicas. Las dimensiones del cuerpo tienen un efecto indirecto sobre el valor de ∆ T adicional, ya que las tensiones residuales en cuerpos más grandes son mayores.

Oxidación y descarburación de la superficie durante el calentamiento. La oxidación de lingotes y piezas en bruto durante el calentamiento en hornos es un fenómeno extremadamente indeseable, ya que da como resultado una pérdida irreversible de metal. Esto conduce a un daño económico muy grande, que se vuelve especialmente obvio si comparamos el costo de las pérdidas de metal durante la oxidación con otros costos de procesamiento. Entonces, por ejemplo, cuando los lingotes de acero se calientan en pozos de calefacción, el costo del metal que se pierde con las incrustaciones suele ser más alto que el costo del combustible consumido para calentar este metal y el costo de la electricidad consumida para laminarlo. Cuando las palanquillas se calientan en los hornos de los talleres de laminación de perfiles, las pérdidas con las incrustaciones son algo menores, pero siguen siendo bastante grandes y proporcionales en costo a los costos de combustible. Dado que, en el camino desde el lingote hasta el producto acabado, el metal suele calentarse varias veces en diferentes hornos, las pérdidas por oxidación son muy importantes. Además, la mayor dureza de los óxidos en comparación con el metal conduce a un mayor desgaste de las herramientas y aumenta la tasa de desechos en la forja y laminación.

La menor conductividad térmica de la capa de óxido formada en la superficie en comparación con el metal aumenta la duración del calentamiento en los hornos, lo que implica una disminución de su productividad, en igualdad de condiciones, y los óxidos que se desmoronan forman acumulaciones de escoria en la solera del horno. , dificultando su funcionamiento y provocando un mayor consumo de materiales refractarios.

La aparición de incrustaciones también hace que sea imposible medir con precisión la temperatura de la superficie del metal, que establecen los tecnólogos, lo que complica el control del régimen térmico del horno.

La interacción mencionada anteriormente con el medio gaseoso en el horno de cualquier elemento de aleación es de importancia práctica para el acero. Una disminución en el contenido de carbono provoca una disminución en la dureza y la resistencia a la tracción. Para obtener las propiedades mecánicas deseadas del producto, es necesario eliminar la capa descarburada (hasta 2 mm), lo que aumenta la complejidad del procesamiento en su conjunto. Particularmente inaceptable es la descarburación de aquellos productos que posteriormente se someten a un tratamiento térmico superficial.

Los procesos de oxidación de la aleación en su conjunto y sus impurezas individuales durante el calentamiento en hornos deben considerarse conjuntamente, ya que están estrechamente relacionados entre sí. Por ejemplo, según datos experimentales, cuando el acero se calienta a una temperatura de 1100 °C y más en una atmósfera de horno convencional, la oxidación avanza más rápido que la descarburación superficial y la incrustación resultante desempeña el papel de una capa protectora que evita la descarburación. A temperaturas más bajas, la oxidación de muchos aceros (incluso en un ambiente oxidante pronunciado) es más lenta que la descarburación. Por lo tanto, el acero calentado a una temperatura de 700 a 1000 °C puede tener una superficie descarburada. Esto es especialmente peligroso, ya que el rango de temperatura de 700-1000 °C es típico para el tratamiento térmico.

oxidación de metales. La oxidación de aleaciones es un proceso de interacción de gases oxidantes con su base y elementos de aleación. Este proceso está determinado no solo por la velocidad de las reacciones químicas, sino también por la formación de una película de óxido que, a medida que crece, aísla la superficie metálica de los efectos de los gases oxidantes. Por lo tanto, la tasa de crecimiento de la capa de óxido depende no solo del curso del proceso químico de oxidación del acero, sino también de las condiciones para el movimiento de los iones metálicos (desde el metal y las capas internas de óxidos hacia las externas) y el oxígeno. átomos (desde la superficie hasta las capas internas), es decir, sobre las condiciones para el proceso físico de flujo de difusión bilateral.

El mecanismo de difusión para la formación de óxidos de hierro, estudiado en detalle por V. I. Arkharov, determina la estructura de tres capas de la capa de escamas formada cuando el acero se calienta en un ambiente oxidante. La capa interna (adyacente al metal) tiene el mayor contenido de hierro y se compone principalmente de FeO (wustita): Fe B V 2 0 2 C| FeCX El punto de fusión de la wustita es de 1317 °C. La capa intermedia - magnetita Fe 3 0 4 , que tiene un punto de fusión de 1565 ° C, se forma durante la oxidación posterior de wustita: 3FeO C 1 / 2 0 2 ift Fe s 0 4 . Esta capa contiene menos hierro y está enriquecida con oxígeno en comparación con la capa interna, aunque no en la misma medida que la hematita más rica en oxígeno Fe 2 0 8 (punto de fusión 1538 °C): 2Fe 3 0 4 -f V 2 0 2 - Ts 3Fe2Os. La composición de cada una de las capas no es constante a lo largo de la sección transversal, sino que cambia gradualmente debido a las impurezas de más (más cerca de la superficie) o menos (más cerca del metal) óxidos ricos en oxígeno.

El gas oxidante durante el calentamiento en los hornos no es solo oxígeno libre, sino también oxígeno combinado, que forma parte de los productos de la combustión completa del combustible: CO 2 H 2 0 y S0 2. Estos gases, así como el O 2, se denominan oxidantes en contraste con los reductores: CO, H 2 y CH 4, que se forman como resultado de la combustión incompleta del combustible. La atmósfera en la mayoría de las estufas de combustible es una mezcla de N 2 , CO 2 , H 2 0 y S0 2 con una pequeña cantidad de oxígeno libre. La presencia de una gran cantidad de gases reductores en el horno indica una combustión incompleta y es inaceptable desde el punto de vista del uso del combustible. Por lo tanto, la atmósfera de los hornos de combustibles convencionales siempre tiene un carácter oxidante.

La capacidad oxidante y reductora de todos estos gases con respecto al metal depende de su concentración en la atmósfera del horno y de la temperatura de la superficie del metal. El O 2 es el agente oxidante más fuerte, seguido por el H 2 O, y el CO 2 tiene el efecto oxidante más débil. El aumento de la proporción de gas neutro en la atmósfera del horno reduce la tasa de oxidación, que depende en gran medida del contenido de H 2 O y SO 2 en la atmósfera del horno. La presencia de incluso cantidades muy pequeñas de SO 2 en los gases del horno aumenta considerablemente la tasa de oxidación, ya que se forman compuestos de óxidos y sulfuros de bajo punto de fusión en la superficie de la aleación. En cuanto al H 2 S, este compuesto puede estar presente en una atmósfera reductora y su efecto sobre el metal (junto con el SO 2) provoca un aumento del contenido de azufre en la capa superficial. En este caso, la calidad del metal se deteriora mucho, y el azufre tiene un efecto particularmente nocivo sobre los aceros aleados, ya que lo absorben en mayor medida que los simples aceros al carbono, y el níquel forma un eutéctico fusible con el azufre.

El grosor de la capa de óxido que se forma en la superficie del metal depende no solo de la atmósfera en la que se calienta el metal, sino también de otros factores, que incluyen principalmente la temperatura y la duración del calentamiento. Cuanto mayor sea la temperatura de la superficie del metal, mayor será la tasa de oxidación. Sin embargo, se ha encontrado que la tasa de crecimiento de la capa de óxido aumenta más rápido después de alcanzar una cierta temperatura. Por lo tanto, la oxidación del acero a temperaturas de hasta 600 °C se produce a una velocidad relativamente baja, y a temperaturas superiores a 800-900 °C, la tasa de crecimiento de la capa de óxido aumenta considerablemente. Si tomamos la tasa de oxidación a 900 ° C como una unidad, entonces a 950 ° C será 1.25, a 1000 ° C - 2 y a 1300 - 7.

El tiempo de residencia del metal en el horno tiene una influencia muy fuerte en la cantidad de óxidos formados. Un aumento en la duración del calentamiento a una temperatura dada conduce a un aumento en la capa de óxido, aunque la velocidad de oxidación disminuye con el tiempo debido al espesamiento de la película formada y, en consecuencia, una disminución en la densidad de flujo de difusión de iones de hierro y átomos de oxígeno a través de él. Se ha establecido que si el espesor de la capa oxidada es δ 1 al tiempo de calentamiento t1 entonces en el tiempo de calentamiento t2 a la misma temperatura, el espesor de la capa oxidada será igual a:

δ2 = δ1/( t1/t2) 1/2 .

La duración del calentamiento del metal a una temperatura dada puede reducirse, en particular, como resultado de un aumento de la temperatura en la cámara de trabajo del horno, lo que conduce a una transferencia de calor externa más intensa y, por lo tanto, contribuye a una disminución en el espesor de la capa oxidada.

Se ha establecido que los factores que afectan la intensidad de la difusión de oxígeno a la superficie del metal calentado desde la atmósfera del horno no afectan significativamente el crecimiento de la capa de óxido. Esto se debe a que los procesos de difusión en la superficie más dura son lentos y son los determinantes. Por lo tanto, la velocidad del movimiento del gas prácticamente no tiene efecto sobre la oxidación de la superficie. Sin embargo, la imagen del movimiento de los productos de combustión en su conjunto puede tener un efecto notable, ya que el sobrecalentamiento local del metal debido a un campo de temperatura del gas desigual en el horno (que puede ser causado por un ángulo de inclinación excesivamente grande de los quemadores , su incorrecta colocación a lo largo de la altura y longitud del horno, etc.), conducen inevitablemente a una intensa oxidación local del metal.

Las condiciones para el movimiento de las piezas de trabajo calentadas dentro de los hornos y la composición de la aleación calentada también tienen un efecto significativo en la tasa de oxidación. Así, cuando el metal se mueve en el horno, puede ocurrir una exfoliación mecánica y una separación de la capa de óxido resultante, lo que contribuye a una oxidación posterior más rápida de las áreas desprotegidas.

La presencia de algunos elementos de aleación en la aleación (por ejemplo, para el acero Cr, Ni, Al, Si, etc.) puede asegurar la formación de una película de óxido delgada y densa, bien adherida, que previene de manera confiable la oxidación posterior. Dichos aceros se denominan resistentes al calor y resisten bien la oxidación cuando se calientan. Además, el acero con un mayor contenido de carbono es menos propenso a la oxidación que el acero con bajo contenido de carbono. Esto se explica por el hecho de que en el acero parte del hierro se encuentra en estado ligado al carbono, en forma de carburo de hierro Fe 3 C. El carbono contenido en el acero, oxidado, se convierte en monóxido de carbono, que se difunde a la superficie. y evita la oxidación del hierro.

Descarburación de la capa superficial de acero.. La descarburación del acero durante el calentamiento se produce como resultado de la interacción de los gases con el carbono, que se encuentra en forma de solución sólida o en forma de carburo de hierro Fe 8 C. Reacciones de descarburación como resultado de la interacción de varios gases con El carburo de hierro puede proceder de la siguiente manera:

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.

Reacciones similares tienen lugar durante la interacción de estos gases con el carbono en solución sólida.

La velocidad de descarburación está determinada principalmente por el proceso de difusión bidireccional, que ocurre bajo la acción de la diferencia en las concentraciones de ambos medios. Por un lado, los gases de descarburación se difunden a la capa superficial de acero y, por otro lado, los productos gaseosos resultantes se mueven en la dirección opuesta. Además, el carbono de las capas internas del metal se mueve hacia la capa superficial descarburada. Tanto las constantes de velocidad de las reacciones químicas como los coeficientes de difusión aumentan al aumentar la temperatura. Por lo tanto, la profundidad de la capa descarburada aumenta al aumentar la temperatura de calentamiento. Y dado que la densidad del flujo de difusión es proporcional a la diferencia de concentraciones de los componentes difusores, la profundidad de la capa descarburada es mayor en el caso de calentar acero con alto contenido de carbono que en el caso de calentar acero con bajo contenido de carbono. Los elementos de aleación contenidos en el acero también juegan un papel en el proceso de descarburación. Así, el cromo y el manganeso reducen el coeficiente de difusión del carbono, mientras que el cobalto, el aluminio y el tungsteno lo aumentan, evitando o favoreciendo respectivamente la descarburación del acero. El silicio, el níquel y el vanadio no tienen un efecto significativo sobre la descarburación.

Los gases que forman la atmósfera del horno y causan la descarburación incluyen H 2 0, CO 2 , O 2 y H 2 . El efecto de descarburación más fuerte sobre el acero se distingue por H 2 0 y el H 2 más débil. En este caso, la capacidad de descarburación del CO 2 aumenta con el aumento de la temperatura y la capacidad de descarburación del H 2 seco disminuye. El hidrógeno en presencia de vapor de agua tiene un efecto descarburante muy fuerte sobre la capa superficial del acero.

Protección del acero contra la oxidación y descarburación. El efecto nocivo de la oxidación y descarburación del metal durante el calentamiento sobre su calidad obliga a adoptar medidas para prevenir estos fenómenos. La protección más completa de la superficie de los lingotes, los espacios en blanco y las piezas se logra en los hornos, donde se excluye el efecto de los gases oxidantes y descarburantes. Estos hornos incluyen baños de sal y metal, así como hornos donde el calentamiento se realiza en atmósfera controlada. En hornos de este tipo, o bien se aísla el metal calentado de los gases, generalmente cubierto con una mufla hermética especial, o bien se coloca la llama misma dentro de los llamados tubos radiantes, cuyo calor se transfiere al metal calentado sin su contacto. con gases oxidantes y descarburantes. El espacio de trabajo de dichos hornos está lleno de atmósferas especiales, cuya composición se selecciona según la tecnología de calentamiento y el grado de aleación. Las atmósferas protectoras se preparan por separado en instalaciones especiales.

También se conoce un método para crear una atmósfera débilmente oxidante directamente en el espacio de trabajo de los hornos, sin amortiguación de metal o llama. Esto se logra debido a la combustión incompleta del combustible (con un coeficiente de consumo de aire de 0,5-0,55). En este caso, la composición de los productos de combustión incluye CO y H, y junto con los productos de combustión completa de CO 2 y H 2 O. Si las relaciones de CO / CO2 y H 2 / H 2 O no son inferiores a 1,3 , entonces el calentamiento del metal en tal ambiente ocurre casi sin oxidación superficial.

Una disminución de la oxidación de la superficie del metal durante su calentamiento en hornos alimentados con fuel con llama abierta (que constituyen una gran parte de la flota de hornos de las plantas metalúrgicas y de construcción de maquinaria) también puede lograrse reduciendo la duración de su estancia. a una temperatura superficial alta. Esto se logra eligiendo el modo más racional de calentar el metal en el horno.

Los cálculos de calentamiento de metales en hornos se realizan para determinar el campo de temperatura de un lingote, palanquilla o producto terminado, en función de las condiciones dictadas por el propósito tecnológico del calentamiento. Esto tiene en cuenta las restricciones impuestas por los procesos que ocurren durante el calentamiento, así como los patrones del modo de calentamiento seleccionado. A menudo se plantea el problema de determinar el tiempo de calentamiento a una determinada temperatura, siempre que se asegure la uniformidad requerida al final de su estancia en el horno (esto último en el caso de cuerpos macizos). En este caso, generalmente están establecidos por la ley de cambio en la temperatura del medio de calentamiento, eligiendo el modo de calentamiento según el grado de masividad térmica del metal. Para determinar el grado de masividad térmica y para el posterior cálculo del calentamiento, la cuestión del espesor calentado del lingote o palanquilla es muy importante.

Métodos básicos y formas de convertir la energia electrica en calor se clasifican de la siguiente manera. Hay calefacción eléctrica directa e indirecta.

En calefacción eléctrica directa la conversión de energía eléctrica en energía térmica se produce como consecuencia del paso de una corriente eléctrica directamente a través de un cuerpo o medio calentado (metal, agua, leche, suelo, etc.). En calefacción eléctrica indirecta la corriente eléctrica pasa a través de un dispositivo calefactor especial (elemento calefactor), desde el cual se transfiere calor al cuerpo o medio calentado por conducción, convección o radiación.

Existen varios tipos de conversión de energía eléctrica en energía térmica, que determinan Métodos de calentamiento eléctrico.

El flujo de corriente eléctrica a través de sólidos conductores de electricidad o medios líquidos va acompañado de la liberación de calor. De acuerdo con la ley de Joule-Lenz, la cantidad de calor Q \u003d I 2 Rt, donde Q es la cantidad de calor, J; I - silatoka, A; R es la resistencia del cuerpo o medio, Ohm; t - tiempo de flujo de corriente, s.

El calentamiento por resistencia puede llevarse a cabo por métodos de contacto y de electrodos.

manera de contacto Se utiliza para calentar metales según el principio de calentamiento eléctrico directo, por ejemplo, en máquinas de soldadura por resistencia eléctrica, y según el principio de calentamiento eléctrico indirecto, en elementos calefactores.

método de electrodo se utiliza para calentar materiales y medios conductores no metálicos: agua, leche, alimento para suculentas, tierra, etc. El material o medio a calentar se coloca entre los electrodos, a los que se les aplica un voltaje alterno.

La corriente eléctrica, que fluye a través del material entre los electrodos, lo calienta. El agua corriente (no destilada) es conductora de la corriente eléctrica, ya que siempre contiene una determinada cantidad de sales, álcalis o ácidos, que se disocian en iones que son portadores de cargas eléctricas, es decir, corriente eléctrica. La naturaleza de la conductividad eléctrica de la leche y otros líquidos, suelo, alimento suculento, etc. es similar.

El calentamiento directo del electrodo se realiza solo con corriente alterna, ya que la corriente continua provoca la electrólisis del material calentado y su deterioro.

El calentamiento por resistencia eléctrica ha encontrado una amplia aplicación en la producción debido a su simplicidad, confiabilidad, versatilidad y bajo costo de los dispositivos de calentamiento.

Calentamiento por arco eléctrico

En un arco eléctrico que se produce entre dos electrodos en un medio gaseoso, la energía eléctrica se convierte en energía térmica.

Para encender el arco, los electrodos conectados a la fuente de energía se tocan por un momento y luego se separan lentamente. La resistencia del contacto en el momento de la dilución de los electrodos se calienta fuertemente por la corriente que lo atraviesa. Los electrones libres, en constante movimiento en el metal, con un aumento de temperatura en el punto de contacto de los electrodos, aceleran su movimiento.

A medida que aumenta la temperatura, la velocidad de los electrones libres aumenta tanto que se desprenden del metal de los electrodos y salen volando por el aire. A medida que se mueven, chocan con las moléculas de aire y las dividen en iones con carga positiva y negativa. Hay una ionización del espacio de aire entre los electrodos, que se vuelve eléctricamente conductor.

Bajo la acción del voltaje de la fuente, los iones positivos se precipitan hacia el polo negativo (cátodo) y los iones negativos, hacia el polo positivo (ánodo), formando así una descarga prolongada, un arco eléctrico, acompañado de generación de calor. La temperatura del arco no es la misma en sus distintas partes y es con electrodos metálicos: en el cátodo - unos 2400 °C, en el ánodo - unos 2600 °C, en el centro del arco - unos 6000 - 7000 °C .

Hay calentamiento por arco eléctrico directo e indirecto. La principal aplicación práctica se encuentra en el calentamiento directo por arco eléctrico en instalaciones de soldadura por arco eléctrico. En las instalaciones de calefacción indirecta, el arco se utiliza como una potente fuente de rayos infrarrojos.

Si se coloca una pieza de metal en un campo magnético alterno, se inducirá en ella una variable e. d.s., bajo cuya acción surgirán corrientes de Foucault en el metal. El paso de estas corrientes en el metal hará que se caliente. Este método de calentar un metal se llama inducción. El dispositivo de algunos calentadores de inducción se basa en el uso del fenómeno del efecto de superficie y el efecto de proximidad.

Para el calentamiento por inducción, se utilizan corrientes industriales (50 Hz) y de alta frecuencia (8-10 kHz, 70-500 kHz). El más extendido es el calentamiento por inducción de cuerpos metálicos (piezas, piezas en bruto) en ingeniería mecánica y en la reparación de equipos, así como para el endurecimiento de piezas metálicas. El método de inducción también se puede utilizar para calentar agua, suelo, hormigón y pasteurizar leche.

Calentamiento dieléctrico

La esencia física del calentamiento dieléctrico es la siguiente. En medios sólidos y líquidos con baja conductividad eléctrica (dieléctricos), colocados en un campo eléctrico que cambia rápidamente, la energía eléctrica se convierte en energía térmica.

En cualquier dieléctrico hay cargas eléctricas unidas por fuerzas intermoleculares. Estas cargas se denominan cargas ligadas en lugar de cargas libres en materiales conductores. Bajo la acción de un campo eléctrico, las cargas ligadas se orientan o desplazan en la dirección del campo. El desplazamiento de cargas ligadas bajo la acción de un campo eléctrico externo se llama polarización.

En un campo eléctrico alterno, hay un movimiento continuo de cargas y, en consecuencia, de las moléculas asociadas a ellas por fuerzas intermoleculares. La energía gastada por la fuente en la polarización de las moléculas de los materiales no conductores se libera en forma de calor. En algunos materiales no conductores, hay una pequeña cantidad de cargas libres que, bajo la acción de un campo eléctrico, crean una pequeña cantidad de corriente de conducción, lo que contribuye a la liberación de calor adicional en el material.

Durante el calentamiento dieléctrico, el material a calentar se coloca entre electrodos metálicos: placas de condensadores, a los que se les suministra un voltaje de alta frecuencia (0,5 - 20 MHz y más) desde un generador especial de alta frecuencia. La instalación de calefacción dieléctrica consta de un generador de lámparas de alta frecuencia, un transformador de potencia y un dispositivo de secado con electrodos.

El calentamiento dieléctrico de alta frecuencia es un método de calentamiento prometedor y se utiliza principalmente para el secado y tratamiento térmico de madera, papel, alimentos y piensos (secado de cereales, verduras y frutas), pasteurización y esterilización de leche, etc.

Calentamiento por haz de electrones (electrónico)

Cuando una corriente de electrones (haz de electrones) acelerada en un campo eléctrico se encuentra con un cuerpo calentado, la energía eléctrica se convierte en energía térmica. Una característica del calentamiento electrónico es la alta densidad de concentración de energía, que es de 5x10 8 kW/cm2, que es varios miles de veces mayor que con el calentamiento por arco eléctrico. El calentamiento electrónico se utiliza en la industria para la soldadura de piezas muy pequeñas y para la fundición de metales ultrapuros.

Además de los métodos considerados de calefacción eléctrica, se utiliza en la producción y en la vida cotidiana. calentamiento por infrarrojos (irradiación).