วิธีการพื้นฐานและ วิธีแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อนจำแนกได้ดังนี้ ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างการทำความร้อนไฟฟ้าโดยตรงและโดยอ้อม

ที่ เครื่องทำความร้อนไฟฟ้าโดยตรงการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อนเกิดขึ้นเนื่องจากการผ่าน กระแสไฟฟ้าเหนือวัตถุหรือตัวกลางที่ให้ความร้อนโดยตรง (โลหะ น้ำ นม ดิน ฯลฯ) ที่ เครื่องทำความร้อนไฟฟ้าทางอ้อมกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอุปกรณ์ทำความร้อนพิเศษ ( องค์ประกอบความร้อน) ซึ่งความร้อนถูกถ่ายโอนไปยังตัวให้ความร้อนหรือตัวกลางโดยผ่านการนำ การพาความร้อน หรือการแผ่รังสี

การแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อนมีหลายประเภทซึ่งกำหนด วิธี เครื่องทำความร้อนไฟฟ้า.

การไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านของแข็งหรือของเหลวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อน ตามกฎของจูล-เลนซ์ ปริมาณความร้อนคือ Q=I 2 Rt โดยที่ Q คือปริมาณความร้อน J; ฉัน - ศิลาท็อก, เอ; R - ความต้านทานของร่างกายหรือปานกลาง, โอห์ม; เสื้อ - เวลาไหลปัจจุบัน s

การทำความร้อนด้วยความต้านทานสามารถทำได้โดยวิธีสัมผัสและอิเล็กโทรด

วิธีการติดต่อใช้สำหรับทำความร้อนโลหะทั้งโดยหลักการทำความร้อนด้วยไฟฟ้าโดยตรง เช่น ในเครื่องเชื่อมแบบสัมผัสไฟฟ้า และโดยหลักการทำความร้อนด้วยไฟฟ้าทางอ้อม - ในองค์ประกอบความร้อน

วิธีอิเล็กโทรดใช้สำหรับทำความร้อนวัสดุและตัวกลางที่ไม่ใช่โลหะที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า: น้ำ นม อาหารสัตว์ ดิน ฯลฯ วัสดุหรือตัวกลางที่ให้ความร้อนจะถูกวางไว้ระหว่างอิเล็กโทรด ซึ่งใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ

กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวัสดุระหว่างอิเล็กโทรดทำให้ร้อนขึ้น น้ำธรรมดา (ไม่กลั่น) จะนำกระแสไฟฟ้า เนื่องจากมีเกลือ อัลคาไล หรือกรดจำนวนหนึ่งอยู่เสมอ ซึ่งจะแยกตัวออกเป็นไอออนที่เป็นพาหะของประจุไฟฟ้า ซึ่งก็คือกระแสไฟฟ้า ธรรมชาติของการนำไฟฟ้าของนมและของเหลวอื่นๆ ดิน อาหารฉ่ำ ฯลฯ มีความคล้ายคลึงกัน

การทำความร้อนด้วยอิเล็กโทรดโดยตรงจะดำเนินการเฉพาะบนเท่านั้น กระแสสลับเนื่องจากกระแสตรงทำให้เกิดอิเล็กโทรไลซิสของวัสดุที่ให้ความร้อนและการเสื่อมสภาพ

พบความร้อนไฟฟ้าโดยความต้านทาน ประยุกต์กว้างในการผลิตเนื่องจากความเรียบง่าย ความน่าเชื่อถือ ความคล่องตัว และอุปกรณ์ทำความร้อนต้นทุนต่ำ

เครื่องทำความร้อนอาร์คไฟฟ้า

ในอาร์กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดสองตัวในตัวกลางที่เป็นก๊าซ พลังงานไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน

ในการเริ่มต้นส่วนโค้ง อิเล็กโทรดที่เชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานจะถูกสัมผัสชั่วครู่แล้วจึงค่อย ๆ ดึงออกจากกัน ความต้านทานการสัมผัสในขณะที่กระจายอิเล็กโทรดนั้นได้รับความร้อนอย่างสูงจากกระแสที่ไหลผ่าน อิเล็กตรอนอิสระที่เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องในโลหะจะเร่งการเคลื่อนที่ด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ณ จุดที่อิเล็กโทรดสัมผัสกัน

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความเร็วของอิเล็กตรอนอิสระจะเพิ่มขึ้นมากจนแยกตัวออกจากโลหะของอิเล็กโทรดและลอยไปในอากาศ ขณะที่พวกมันเคลื่อนที่ พวกมันจะชนกับโมเลกุลของอากาศและแยกพวกมันออกเป็นไอออนที่มีประจุบวกและประจุลบ ช่องว่างอากาศระหว่างอิเล็กโทรดจะถูกแตกตัวเป็นไอออนซึ่งจะกลายเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

ภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าแหล่งกำเนิด ไอออนบวกวิ่งไปที่ขั้วลบ (แคโทด) และไอออนลบ - ไปที่ขั้วบวก (แอโนด) จึงทำให้เกิดการคายประจุที่ยาวนาน - ส่วนโค้งไฟฟ้าพร้อมกับการปล่อยความร้อน อุณหภูมิของส่วนโค้งในแต่ละส่วนไม่เท่ากัน และสำหรับอิเล็กโทรดโลหะคือ: ที่แคโทด - ประมาณ 2,400 °C ที่ขั้วบวก - ประมาณ 2,600 °C ที่ศูนย์กลางของส่วนโค้ง - ประมาณ 6,000 - 7,000 °C .

มีการทำความร้อนด้วยอาร์คไฟฟ้าทั้งทางตรงและทางอ้อมพื้นฐาน การใช้งานจริงค้นหาการให้ความร้อนด้วยอาร์กไฟฟ้าโดยตรงในการติดตั้งการเชื่อมอาร์กไฟฟ้า ในการติดตั้ง ความร้อนทางอ้อมส่วนโค้งถูกใช้เป็นแหล่งรังสีอินฟราเรดที่ทรงพลัง

หากวางชิ้นส่วนโลหะไว้ในสนามแม่เหล็กสลับ ตัวแปร e จะถูกเหนี่ยวนำให้เข้าไป d.s ภายใต้อิทธิพลของกระแสเอ็ดดี้ที่จะเกิดขึ้นในโลหะ การที่กระแสน้ำเหล่านี้ไหลผ่านโลหะจะทำให้โลหะร้อนขึ้น วิธีการทำความร้อนโลหะนี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำ อุปกรณ์บางอย่าง เครื่องทำความร้อนเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับการใช้ปรากฏการณ์เอฟเฟกต์พื้นผิวและเอฟเฟกต์ความใกล้ชิด

สำหรับการทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ กระแสอุตสาหกรรม (50 Hz) และ ความถี่สูง(8-10 กิโลเฮิร์ตซ์, 70-500 กิโลเฮิร์ตซ์) แพร่หลายมากที่สุดได้รับ เครื่องทำความร้อนเหนี่ยวนำตัวโลหะ (ชิ้นส่วน ช่องว่าง) ในงานวิศวกรรมเครื่องกลและการซ่อมแซมอุปกรณ์ รวมถึงการชุบแข็ง ชิ้นส่วนโลหะ. วิธีการเหนี่ยวนำยังสามารถใช้ในการให้ความร้อนแก่น้ำ ดิน คอนกรีต และนมพาสเจอร์ไรส์ได้อีกด้วย

ความร้อนอิเล็กทริก

สาระสำคัญทางกายภาพของการให้ความร้อนอิเล็กทริกมีดังนี้ ในของแข็งและของเหลวที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ (ไดอิเล็กทริก) วางอยู่ในสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว พลังงานไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน

อิเล็กทริกใด ๆ ที่มีประจุไฟฟ้าเชื่อมต่อกันด้วยแรงระหว่างโมเลกุล ประจุเหล่านี้เรียกว่าประจุผูกพันซึ่งตรงกันข้ามกับประจุอิสระในวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ภายใต้อิทธิพล สนามไฟฟ้าประจุที่ถูกผูกไว้จะถูกวางหรือเคลื่อนที่ไปในทิศทางของสนาม การกระจัดของประจุที่ถูกผูกไว้ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอกเรียกว่าโพลาไรเซชัน

ในตัวแปร สนามไฟฟ้ามีการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องของประจุและเป็นผลให้โมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับประจุเหล่านั้นโดยแรงระหว่างโมเลกุล พลังงานที่แหล่งกำเนิดใช้ไปในการโพลาไรซ์โมเลกุลของวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าจะถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อน วัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าบางชนิดมีประจุอิสระจำนวนเล็กน้อยซึ่งภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าจะสร้างกระแสการนำไฟฟ้าเล็กน้อยซึ่งมีส่วนช่วยในการปล่อยความร้อนเพิ่มเติมในวัสดุ

ในระหว่างการทำความร้อนด้วยอิเล็กทริก วัสดุที่จะให้ความร้อนจะถูกวางไว้ระหว่างอิเล็กโทรดโลหะ - แผ่นตัวเก็บประจุซึ่งมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าความถี่สูง (0.5 - 20 MHz และสูงกว่า) จากอุปกรณ์พิเศษ เครื่องกำเนิดความถี่สูง. การติดตั้งเครื่องทำความร้อนอิเล็กทริกประกอบด้วยเครื่องกำเนิดหลอดไฟความถี่สูง, หม้อแปลงไฟฟ้าและอุปกรณ์อบแห้งพร้อมอิเล็กโทรด

การให้ความร้อนด้วยไดอิเล็กตริกความถี่สูงเป็นวิธีการให้ความร้อนที่มีแนวโน้มดี และส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการอบแห้งและการรักษาความร้อนของไม้ กระดาษ อาหารและอาหาร (การอบแห้งเมล็ดพืช ผักและผลไม้) การพาสเจอร์ไรซ์และการฆ่าเชื้อนม ฯลฯ

เครื่องทำความร้อนด้วยลำแสงอิเล็กตรอน (อิเล็กทรอนิกส์)

เมื่อการไหลของอิเล็กตรอน (ลำแสงอิเล็กตรอน) ซึ่งถูกเร่งในสนามไฟฟ้ามาบรรจบกับวัตถุที่ได้รับความร้อน พลังงานไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน คุณสมบัติของการทำความร้อนแบบอิเล็กทรอนิกส์คือ ความหนาแน่นสูงความเข้มข้นของพลังงานเท่ากับ 5x10 8 kW/cm2 ซึ่งสูงกว่าการให้ความร้อนด้วยอาร์คไฟฟ้าหลายพันเท่า เครื่องทำความร้อนแบบอิเล็กทรอนิกส์ใช้ในอุตสาหกรรมการเชื่อมอย่างมาก ชิ้นส่วนขนาดเล็กและการถลุงโลหะบริสุทธิ์พิเศษ

นอกจากวิธีการทำความร้อนไฟฟ้าที่ได้รับการพิจารณาแล้วยังใช้ในการผลิตและชีวิตประจำวันอีกด้วย ความร้อนอินฟราเรด (การฉายรังสี)

การทำความร้อนของโลหะและโลหะผสมจะดำเนินการเพื่อลดความต้านทานต่อการเสียรูปพลาสติก (เช่น ก่อนการตีหรือการรีด) หรือเพื่อเปลี่ยนโครงสร้างผลึกซึ่งเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูง (การอบชุบด้วยความร้อน) ในแต่ละกรณีเหล่านี้ สภาวะของกระบวนการให้ความร้อนมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

งานที่ต้องแก้ไขกำหนดลักษณะสำคัญของกระบวนการทำความร้อนไว้ล่วงหน้า: อุณหภูมิ ความสม่ำเสมอ และระยะเวลา

อุณหภูมิความร้อนมักเรียกว่าอุณหภูมิสุดท้ายของพื้นผิวโลหะที่สามารถปล่อยออกจากเตาได้ตามความต้องการของเทคโนโลยี ค่าอุณหภูมิความร้อนขึ้นอยู่กับ องค์ประกอบทางเคมี(ยี่ห้อ) ของโลหะผสมและวัตถุประสงค์ของการทำความร้อน

เมื่อถูกให้ความร้อนก่อนการบำบัดด้วยแรงดัน อุณหภูมิของชิ้นงานที่ออกจากเตาควรจะค่อนข้างสูง เนื่องจากจะช่วยลดความต้านทานต่อการเสียรูปของพลาสติก และลดการใช้พลังงานในการประมวลผล เพิ่มผลผลิตของการรีดและ อุปกรณ์การปลอมพร้อมทั้งเพิ่มอายุการใช้งานอีกด้วย

อย่างไรก็ตาม มีขีดจำกัดบนของอุณหภูมิการให้ความร้อน เนื่องจากถูกจำกัดโดยการเจริญเติบโตของเมล็ดพืช ปรากฏการณ์ของความร้อนสูงเกินไปและความเหนื่อยหน่าย รวมถึงการเร่งของการเกิดออกซิเดชันของโลหะ ในระหว่างการให้ความร้อนโลหะผสมส่วนใหญ่ เมื่อถึงจุดที่อยู่ต่ำกว่าเส้นโซลิดัสบนแผนภาพเฟส 30-100°C เนื่องจากการแยกส่วนและการรวมตัวที่ไม่ใช่โลหะ เฟสของเหลวจะปรากฏขึ้นที่ขอบเขตเกรน สิ่งนี้นำไปสู่ความอ่อนแอของการเชื่อมต่อทางกลระหว่างธัญพืชและการเกิดออกซิเดชันที่รุนแรงที่ขอบเขต โลหะดังกล่าวจะสูญเสียความแข็งแรงและถูกทำลายระหว่างการบำบัดด้วยแรงดัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าความเหนื่อยหน่ายหรือขีดจำกัด อุณหภูมิสูงสุดเครื่องทำความร้อน โลหะที่ถูกไฟไหม้ไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยการบำบัดความร้อนในภายหลัง และเหมาะสำหรับการหลอมใหม่เท่านั้น

ความร้อนสูงเกินไปของโลหะทำให้เกรนมีการเจริญเติบโตมากเกินไป ส่งผลให้คุณสมบัติทางกลเสื่อมลง ดังนั้นการรีดจะต้องเสร็จสิ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิที่ร้อนเกินไป โลหะที่ได้รับความร้อนมากเกินไปสามารถแก้ไขได้โดยการหลอมหรือทำให้เป็นมาตรฐาน

ขีดจำกัดอุณหภูมิความร้อนต่ำสุดถูกกำหนดไว้ตามอุณหภูมิที่อนุญาตเมื่อสิ้นสุดการบำบัดด้วยแรงดัน โดยคำนึงถึงการสูญเสียความร้อนทั้งหมดจากชิ้นงานใน สิ่งแวดล้อมและการปล่อยความร้อนภายในเนื่องจากการเสียรูปของพลาสติก ดังนั้นสำหรับโลหะผสมแต่ละชนิดและการขึ้นรูปแต่ละประเภท จึงมีช่วงอุณหภูมิด้านบนและด้านล่างที่แน่นอนซึ่งไม่ควรให้ความร้อนแก่ชิ้นงาน ข้อมูลนี้มีอยู่ในหนังสืออ้างอิงที่เกี่ยวข้อง

ปัญหาเรื่องอุณหภูมิความร้อนมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโลหะผสมที่ซับซ้อน เช่น เหล็กกล้าโลหะผสมสูง ซึ่งในระหว่างการบำบัดด้วยแรงดันจะมีความต้านทานต่อการเสียรูปแบบพลาสติกได้ดีเยี่ยม และในขณะเดียวกันก็มีแนวโน้มที่จะเกิดความร้อนสูงเกินไปและเหนื่อยหน่าย ปัจจัยเหล่านี้จะกำหนดช่วงอุณหภูมิความร้อนที่แคบกว่าสำหรับเหล็กกล้าโลหะผสมสูงเมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอน

ในตาราง 21-1 ให้ข้อมูลสำหรับเหล็กบางชนิดเพื่อเป็นตัวอย่างค่าสูงสุด อุณหภูมิที่อนุญาตการให้ความร้อนก่อนการบำบัดด้วยแรงดันและอุณหภูมิเหนื่อยหน่าย

ในระหว่างการอบชุบ อุณหภูมิความร้อนจะขึ้นอยู่กับข้อกำหนดทางเทคโนโลยีเท่านั้น เช่น ประเภทของการบำบัดความร้อนและโหมดของมัน ซึ่งกำหนดโดยโครงสร้างและโครงสร้างของโลหะผสม

ความสม่ำเสมอของความร้อนถูกกำหนดโดยขนาดของความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวและศูนย์กลาง (เนื่องจากโดยปกติแล้วนี่คือความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุด) ของชิ้นงานเมื่อถูกปล่อยออกจากเตาหลอม:

∆T con = T con pov - T con c ตัวบ่งชี้นี้มีความสำคัญมากเช่นกัน เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิที่ใหญ่เกินไปทั่วทั้งหน้าตัดของชิ้นงานเมื่อได้รับความร้อนก่อนการบำบัดด้วยแรงดันอาจทำให้เกิดการเสียรูปไม่สม่ำเสมอ และเมื่อได้รับความร้อนเพื่อการบำบัดความร้อน นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่จำเป็นที่ไม่สมบูรณ์ตลอดความหนาทั้งหมดของ โลหะเช่น ในทั้งสองกรณี - มีข้อบกพร่องในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ในเวลาเดียวกัน กระบวนการปรับอุณหภูมิให้เท่ากันบนหน้าตัดของโลหะนั้นต้องอาศัยการสัมผัสเป็นเวลานาน อุณหภูมิสูงพื้นผิว

อย่างไรก็ตาม ไม่จำเป็นต้องให้ความร้อนสม่ำเสมอของโลหะก่อนการบำบัดด้วยแรงดัน เนื่องจากในระหว่างการขนส่งจากเตาเผาไปยังโรงสีหรือการกดและการรีด (การตี) การปรับอุณหภูมิให้เท่ากันจะเกิดขึ้นทั่วทั้งหน้าตัดของแท่งโลหะและแท่งเหล็กอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้เนื่องจาก การปล่อยความร้อนสู่สิ่งแวดล้อมจากพื้นผิวและการนำความร้อนเข้าสู่โลหะ จากข้อมูลนี้ โดยทั่วไปจะใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิที่อนุญาตของส่วนตัดขวางตามข้อมูลที่เป็นประโยชน์ระหว่างการให้ความร้อนก่อนการบำบัดด้วยแรงดันภายในขีดจำกัดต่อไปนี้: สำหรับเหล็กกล้าโลหะผสมสูง ∆ ทีคอน= 100δ; สำหรับเกรดเหล็กอื่นๆ ทั้งหมด ∆ ทีคอน= 200δ ที่ δ<0,1 м и ∆ทีคอน= 300δ ที่ δ > 0.2 ม. โดยที่ δ คือความหนาของโลหะที่ได้รับความร้อน

ในทุกกรณี ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างความหนาของชิ้นงานที่ปลายการให้ความร้อนก่อนการรีดหรือการทุบไม่ควรเกิน 50 °C และเมื่อให้ความร้อนเพื่อให้ความร้อนอยู่ที่ 20 °C โดยไม่คำนึงถึงความหนาของผลิตภัณฑ์ เมื่อให้ความร้อนแก่แท่งโลหะขนาดใหญ่ อนุญาตให้ปล่อยออกจากเตาได้ที่ ∆ ทีคอน <100 °С.

งานที่สำคัญอีกประการหนึ่งของเทคโนโลยีการทำความร้อนด้วยโลหะคือเพื่อให้แน่ใจว่ามีการกระจายอุณหภูมิที่สม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นผิวของชิ้นงานหรือผลิตภัณฑ์ตามเวลาที่ขนออกจากเตา ความจำเป็นในทางปฏิบัติของข้อกำหนดนี้ชัดเจน เนื่องจากมีการให้ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมออย่างมีนัยสำคัญบนพื้นผิวของโลหะ (แม้ว่าจะบรรลุถึงความแตกต่างของอุณหภูมิตามที่ต้องการตามความหนาก็ตาม) ข้อบกพร่อง เช่น ลักษณะที่ไม่สม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์รีดสำเร็จรูป หรือคุณสมบัติทางกลที่แตกต่างกันของ ผลิตภัณฑ์ที่อยู่ภายใต้การบำบัดความร้อนเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

รับประกันความสม่ำเสมอของอุณหภูมิบนพื้นผิวของโลหะที่ให้ความร้อนโดยการเลือกเตาเผาที่ถูกต้องเพื่อให้ความร้อนแก่ชิ้นงานหรือผลิตภัณฑ์บางประเภทและการจัดวางอุปกรณ์สร้างความร้อนที่เหมาะสมในนั้น สร้างสนามอุณหภูมิที่จำเป็นในพื้นที่ทำงานของ เตาหลอม ตำแหน่งสัมพัทธ์ของชิ้นงาน ฯลฯ

ระยะเวลาการทำความร้อนถึงอุณหภูมิสุดท้ายก็เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญที่สุดเช่นกันเนื่องจากประสิทธิภาพของเตาเผาและขนาดของมันขึ้นอยู่กับมัน ในเวลาเดียวกัน ระยะเวลาการให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดจะกำหนดอัตราการให้ความร้อน กล่าวคือ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ณ จุดใดจุดหนึ่งของร่างกายที่ได้รับความร้อนต่อหน่วยเวลา โดยทั่วไป อัตราการให้ความร้อนจะเปลี่ยนไปเมื่อกระบวนการดำเนินไป ดังนั้นจึงมีความแตกต่างระหว่างอัตราการให้ความร้อนที่จุดหนึ่งของเวลาหนึ่งกับอัตราการให้ความร้อนเฉลี่ยในช่วงเวลาที่พิจารณา

ยิ่งให้ความร้อนเร็วขึ้น (เช่น อัตราการให้ความร้อนยิ่งสูง) ผลผลิตของเตาเผาก็จะยิ่งสูงขึ้นอย่างเห็นได้ชัด สิ่งอื่นๆ ทั้งหมดก็เท่าเทียมกัน อย่างไรก็ตาม ในหลายกรณี ไม่สามารถเลือกอัตราการให้ความร้อนสูงได้ตามต้องการ แม้ว่าสภาวะการถ่ายเทความร้อนภายนอกจะยอมให้เกิดขึ้นก็ตาม นี่เป็นเพราะข้อจำกัดบางประการที่กำหนดโดยเงื่อนไขของกระบวนการที่มาพร้อมกับการให้ความร้อนของโลหะในเตาเผา และจะมีการกล่าวถึงด้านล่าง

กระบวนการที่เกิดขึ้นเมื่อโลหะได้รับความร้อนเมื่อโลหะได้รับความร้อน เอนทาลปีของโลหะจะเปลี่ยนไป และเนื่องจากในกรณีส่วนใหญ่ความร้อนจะถูกส่งไปยังพื้นผิวของแท่งโลหะและชิ้นงาน อุณหภูมิภายนอกของโลหะจึงสูงกว่าอุณหภูมิของชั้นภายใน อันเป็นผลมาจากการขยายตัวทางความร้อนของส่วนต่าง ๆ ของของแข็งด้วยปริมาณที่ต่างกัน ความเครียดจึงเกิดขึ้น เรียกว่าความร้อน

ปรากฏการณ์อีกกลุ่มหนึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางเคมีบนพื้นผิวของโลหะเมื่อถูกความร้อน พื้นผิวโลหะซึ่งมีอุณหภูมิสูงจะทำปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อม (เช่น ผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้หรืออากาศ) ซึ่งเป็นผลมาจากชั้นออกไซด์ที่ก่อตัวขึ้น หากองค์ประกอบใดๆ ของโลหะผสมมีปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อมรอบๆ โลหะจนเกิดสถานะเป็นแก๊ส องค์ประกอบเหล่านี้ก็จะสูญเสียพื้นผิวไป ตัวอย่างเช่น การออกซิเดชันของคาร์บอนในเหล็กเมื่อถูกให้ความร้อนในเตาเผาทำให้เกิดการลดคาร์บอนที่พื้นผิว

ความเครียดจากความร้อน

ตามที่ระบุไว้ข้างต้น ในส่วนตัดขวางของแท่งโลหะและแท่งเหล็ก เมื่อถูกความร้อน การกระจายของอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอจะเกิดขึ้น ดังนั้นส่วนต่างๆ ของร่างกายจึงมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนขนาดเป็นองศาที่ต่างกัน เนื่องจากในร่างกายที่เป็นของแข็งจะมีการเชื่อมต่อระหว่างแต่ละส่วน จึงไม่สามารถเปลี่ยนรูปได้อย่างอิสระตามอุณหภูมิที่ได้รับความร้อน เป็นผลให้ความเครียดจากความร้อนเกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ ชั้นนอกที่ได้รับความร้อนมากกว่ามีแนวโน้มที่จะขยายตัวและอยู่ในสถานะบีบอัด ชั้นในที่เย็นกว่าจะขึ้นอยู่กับแรงดึง หากความเค้นเหล่านี้ไม่เกินขีดจำกัดความยืดหยุ่นของโลหะที่ให้ความร้อน เมื่ออุณหภูมิเท่ากันกับหน้าตัด ความเค้นจากความร้อนจะหายไป

โลหะและโลหะผสมทั้งหมดมีคุณสมบัติยืดหยุ่นได้ถึงอุณหภูมิที่กำหนด (เช่น เกรดเหล็กส่วนใหญ่ที่มีอุณหภูมิสูงถึง 450-500 ° C) เหนืออุณหภูมิที่กำหนดนี้ โลหะจะผ่านเข้าสู่สถานะพลาสติก และความเค้นจากความร้อนที่เกิดขึ้นในตัวโลหะจะทำให้เกิดการเสียรูปของพลาสติกและหายไป ดังนั้นควรคำนึงถึงความเครียดจากอุณหภูมิเมื่อให้ความร้อนและความเย็นเหล็กเฉพาะในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่อุณหภูมิห้องจนถึงจุดเปลี่ยนของโลหะหรือโลหะผสมที่กำหนดจากสถานะยืดหยุ่นไปเป็นสถานะพลาสติก ความเครียดดังกล่าวเรียกว่าหายไปหรือชั่วคราว

นอกเหนือจากชั่วคราวแล้ว ยังมีความเค้นจากอุณหภูมิตกค้างที่เพิ่มความเสี่ยงต่อการถูกทำลายเมื่อถูกความร้อน ความเค้นเหล่านี้เกิดขึ้นหากแท่งโลหะหรือชิ้นงานเคยผ่านการทำความร้อนและความเย็นมาก่อน เมื่อเย็นลง ชั้นนอกของโลหะ (เย็นกว่า) จะมีอุณหภูมิเปลี่ยนจากพลาสติกเป็นสถานะยืดหยุ่นเร็วขึ้น เมื่อการระบายความร้อนเกิดขึ้นมากขึ้น ชั้นด้านในจะต้องเผชิญกับแรงดึง ซึ่งจะไม่หายไปเนื่องจากความเหนียวต่ำของโลหะเย็น หากแท่งโลหะหรือเหล็กแท่งนี้ถูกให้ความร้อนอีกครั้ง ความเค้นชั่วคราวที่เกิดขึ้นในตัวพวกเขาจะถูกซ้อนทับด้วยเครื่องหมายเดียวกันกับส่วนที่เหลือซึ่งจะทำให้รุนแรงขึ้นต่ออันตรายจากการแตกร้าวและการแตกร้าว

นอกจากความเค้นอุณหภูมิชั่วคราวและอุณหภูมิตกค้างแล้ว ความเค้นที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงเชิงโครงสร้างในปริมาตรยังเกิดขึ้นระหว่างการให้ความร้อนและความเย็นของโลหะผสมอีกด้วย แต่เนื่องจากปรากฏการณ์เหล่านี้มักจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิเกินขอบเขตของการเปลี่ยนจากสถานะยืดหยุ่นไปเป็นสถานะพลาสติก ความเค้นเชิงโครงสร้างจึงกระจายไปเนื่องจากสถานะพลาสติกของโลหะ

ความสัมพันธ์ระหว่างความเครียดและความเครียดถูกกำหนดโดยกฎของฮุค

σ= ( ที อาฟ -ต)

โดยที่ β คือสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น เฉลี่ย- อุณหภูมิร่างกายโดยเฉลี่ย ต- อุณหภูมิในส่วนที่กำหนดของร่างกาย อี- ค่าโมดูลัสความยืดหยุ่น (สำหรับเหล็กหลายเกรดมีค่า อีลดลงจาก (18÷22) . 10 4 MPa ถึง (14۞17) . 10 4 MPa โดยเพิ่มอุณหภูมิจากอุณหภูมิห้องเป็น 500 °C; σ -- แรงดันไฟฟ้า; v - อัตราส่วนปัวซอง (สำหรับเหล็ก v γ 0.3)

สิ่งที่น่าสนใจในทางปฏิบัติอย่างยิ่งคือการหาค่าความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาตข้ามส่วนตัดขวางของร่างกาย ∆T เพิ่ม = พื้นผิว T - ราคา T สิ่งที่อันตรายที่สุดในกรณีนี้คือความเค้นดึงดังนั้นจึงควรคำนึงถึงเมื่อคำนวณความแตกต่างของอุณหภูมิที่อนุญาต เนื่องจากคุณลักษณะด้านความแข็งแรง ควรคำนึงถึงค่าความต้านทานแรงดึงของโลหะผสม σv

จากนั้น เมื่อใช้วิธีแก้ปัญหาการนำความร้อน (ดูบทที่ 16) และกำหนดการแสดงออก (21-1) ในกรณีของโหมดปกติประเภทที่สอง เราสามารถได้รับ:

สำหรับจานไม่มีที่สิ้นสุดที่ให้ความร้อนสม่ำเสมอและสมมาตร

∆ตเพิ่มเติม = 1.5 (1 - v) σ ใน /();

สำหรับกระบอกสูบไม่มีที่สิ้นสุดที่ให้ความร้อนสม่ำเสมอและสมมาตร

∆ตเพิ่มเติม = 2 (1 - v) σ ใน /()

ความแตกต่างของอุณหภูมิที่อนุญาตซึ่งพบโดยใช้สูตร (21-2) และ (21-3) ไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของร่างกายและลักษณะทางอุณหฟิสิกส์ของมัน ขนาดของร่างกายมีผลทางอ้อมต่อค่า ∆ ตนอกจากนี้ เนื่องจากความเค้นตกค้างในร่างกายที่ใหญ่ขึ้นนั้นมีมากกว่า

ออกซิเดชันและดีคาร์บอนไนเซชันของพื้นผิวเมื่อถูกความร้อนการเกิดออกซิเดชันของแท่งโลหะและแท่งเหล็กเมื่อถูกความร้อนในเตาเผาเป็นปรากฏการณ์ที่ไม่พึงประสงค์อย่างยิ่ง เนื่องจากส่งผลให้เกิดการสูญเสียโลหะอย่างถาวร สิ่งนี้นำไปสู่ความเสียหายทางเศรษฐกิจขนาดใหญ่มาก ซึ่งจะเห็นได้ชัดโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเราเปรียบเทียบต้นทุนของการสูญเสียโลหะระหว่างการเกิดออกซิเดชันกับต้นทุนการประมวลผลอื่นๆ ตัวอย่างเช่น เมื่อให้ความร้อนแก่แท่งเหล็กในบ่อให้ความร้อน ค่าใช้จ่ายของโลหะที่สูญเสียไปตามตะกรันมักจะสูงกว่าต้นทุนของเชื้อเพลิงที่ใช้ทำความร้อนโลหะนี้และค่าไฟฟ้าที่ใช้ในการรีด เมื่อให้ความร้อนบิลเลตในเตาเผาของร้านค้าที่รีดยาว การสูญเสียจากขนาดจะค่อนข้างต่ำกว่า แต่ก็ยังมีขนาดค่อนข้างใหญ่และเทียบเคียงได้ในด้านต้นทุนกับต้นทุนเชื้อเพลิง เนื่องจากระหว่างทางจากแท่งโลหะไปจนถึงผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป โลหะมักจะได้รับความร้อนหลายครั้งในเตาเผาที่แตกต่างกัน การสูญเสียเนื่องจากการเกิดออกซิเดชันจึงค่อนข้างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ ความแข็งของออกไซด์ที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะ ทำให้เครื่องมือสึกหรอมากขึ้น และเพิ่มเปอร์เซ็นต์ของข้อบกพร่องระหว่างการตีและการรีด

ค่าการนำความร้อนของชั้นออกไซด์ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวซึ่งต่ำกว่าโลหะจะเพิ่มเวลาในการทำความร้อนในเตาเผาซึ่งทำให้ผลผลิตลดลง สิ่งอื่น ๆ ทั้งหมดเท่าเทียมกันและออกไซด์ที่แตกสลายจะก่อให้เกิดตะกรันสะสมบน พื้นเตาทำให้การทำงานยากขึ้นและทำให้มีการใช้วัสดุทนไฟเพิ่มขึ้น

การปรากฏตัวของสเกลยังทำให้ไม่สามารถวัดอุณหภูมิของพื้นผิวโลหะได้อย่างแม่นยำซึ่งกำหนดโดยนักเทคโนโลยีซึ่งทำให้การควบคุมระบบการระบายความร้อนของเตาเผามีความซับซ้อน

ปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวข้างต้นกับสภาพแวดล้อมของก๊าซในเตาเผาขององค์ประกอบโลหะผสมใด ๆ มีความสำคัญในทางปฏิบัติสำหรับเหล็ก ปริมาณคาร์บอนที่ลดลงทำให้ความแข็งและความต้านทานแรงดึงลดลง เพื่อให้ได้คุณสมบัติทางกลที่ระบุของผลิตภัณฑ์จำเป็นต้องถอดชั้นที่แยกคาร์บอนออก (ถึง 2 มม.) ซึ่งจะเพิ่มความซับซ้อนของการประมวลผลโดยรวม การแยกคาร์บอนของผลิตภัณฑ์เหล่านั้นซึ่งต่อมาต้องได้รับการบำบัดความร้อนที่พื้นผิวเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้เป็นพิเศษ

ควรพิจารณากระบวนการออกซิเดชั่นของโลหะผสมโดยรวมและสิ่งสกปรกแต่ละตัวเมื่อถูกความร้อนในเตาเผาเนื่องจากมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด ตัวอย่างเช่น ตามข้อมูลการทดลอง เมื่อเหล็กถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิ 1100°C และสูงกว่าในบรรยากาศเตาเผาแบบธรรมดา การเกิดออกซิเดชันจะเกิดขึ้นเร็วกว่าการแยกสลายคาร์บอนที่พื้นผิว และสเกลที่ได้จะมีบทบาทเป็นชั้นป้องกันที่ป้องกันการสลายคาร์บอน ที่อุณหภูมิต่ำกว่า การออกซิเดชันของเหล็กหลายชนิด (แม้ในสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์อย่างแรง) จะช้ากว่าการแยกคาร์บอนออก ดังนั้นเหล็กที่ได้รับความร้อนถึงอุณหภูมิ 700-1,000 °C จึงสามารถมีพื้นผิวที่ไม่เป็นคาร์บอนได้ สิ่งนี้เป็นอันตรายอย่างยิ่งเนื่องจากช่วงอุณหภูมิ 700-1,000 °C เป็นช่วงอุณหภูมิปกติสำหรับการบำบัดความร้อน

ออกซิเดชันของโลหะการออกซิเดชันของโลหะผสมเป็นกระบวนการของอันตรกิริยาของก๊าซออกซิไดซ์กับฐานและองค์ประกอบโลหะผสม กระบวนการนี้ไม่เพียงแต่กำหนดโดยอัตราของปฏิกิริยาเคมีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงรูปแบบของการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์ด้วย ซึ่งเมื่อมันโตขึ้น จะแยกพื้นผิวโลหะออกจากผลกระทบของก๊าซออกซิไดซ์ ดังนั้นอัตราการเติบโตของชั้นออกไซด์ไม่เพียงขึ้นอยู่กับกระบวนการทางเคมีของการเกิดออกซิเดชันของเหล็กเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการเคลื่อนที่ของไอออนของโลหะ (จากโลหะและชั้นภายในของออกไซด์ไปจนถึงชั้นภายนอก) และอะตอมของออกซิเจน (จากพื้นผิวถึงชั้นภายใน) เช่น บนเงื่อนไขของการไหล กระบวนการทางกายภาพของการแพร่กระจายแบบสองทาง

กลไกการแพร่กระจายของการก่อตัวของเหล็กออกไซด์ซึ่งศึกษาโดยละเอียดโดย V.I. Arkharov กำหนดโครงสร้างสามชั้นของชั้นสเกลที่เกิดขึ้นเมื่อเหล็กถูกให้ความร้อนในสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์ ชั้นใน (ติดกับโลหะ) มีปริมาณเหล็กมากที่สุดและประกอบด้วย FeO (wustite) เป็นส่วนใหญ่ ได้แก่ Fe B V 2 0 2 C| FeCX จุดหลอมเหลวของ wustite คือ 1317 °C ชั้นกลาง - แม่เหล็ก Fe 3 0 4 ซึ่งมีจุดหลอมเหลวที่ 1,565 ° C ถูกสร้างขึ้นในระหว่างการออกซิเดชันของ wustite ตามมา: 3FeO Ts 1/2 0 2 ift Fe s 0 4 ชั้นนี้มีธาตุเหล็กน้อยกว่าและอุดมด้วยออกซิเจนเมื่อเทียบกับชั้นในแม้ว่าจะไม่เท่ากับฮีมาไทต์ที่อุดมด้วยออกซิเจนมากที่สุด Fe 2 0 8 (จุดหลอมเหลว 1538 ° C): 2Fe 3 0 4 -f V 2 0 2 - C 3Fe 2 O วิ องค์ประกอบของแต่ละชั้นไม่คงที่ตลอดหน้าตัด แต่จะค่อยๆ เปลี่ยนแปลงเนื่องจากการเจือปนของออกไซด์ที่อุดมด้วยออกซิเจนมากขึ้น (ใกล้กับพื้นผิวมากขึ้น) หรือน้อยกว่า (ใกล้กับโลหะมากขึ้น)

ก๊าซออกซิไดซ์เมื่อถูกความร้อนในเตาเผาไม่เพียงแต่ออกซิเจนอิสระเท่านั้น แต่ยังจับกับออกซิเจนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงโดยสมบูรณ์: CO 2 H 2 0 และ S0 2 ก๊าซเหล่านี้เช่น O 2 เรียกว่าออกซิเดชันตรงกันข้ามกับก๊าซรีดิวซ์: CO, H 2 และ CH 4 ซึ่งเกิดขึ้นจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ไม่สมบูรณ์ บรรยากาศในเตาเผาเชื้อเพลิงส่วนใหญ่เป็นส่วนผสมของ N 2, C0 2, H 2 0 และ S0 2 โดยมีออกซิเจนอิสระจำนวนเล็กน้อย การมีก๊าซรีดิวซ์จำนวนมากในเตาเผาบ่งบอกถึงการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์และการใช้เชื้อเพลิงที่ยอมรับไม่ได้ ดังนั้นบรรยากาศของเตาเผาเชื้อเพลิงแบบธรรมดาจึงมีลักษณะออกซิไดซ์อยู่เสมอ

ความสามารถในการออกซิไดซ์และการลดของก๊าซทั้งหมดในรายการที่เกี่ยวข้องกับโลหะนั้นขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของก๊าซในบรรยากาศเตาเผาและอุณหภูมิของพื้นผิวโลหะ ตัวออกซิไดซ์ที่แรงที่สุดคือ O2 ตามด้วย H2O และ CO2 มีฤทธิ์ออกซิไดซ์ที่อ่อนที่สุด การเพิ่มสัดส่วนของก๊าซที่เป็นกลางในบรรยากาศเตาเผาจะช่วยลดอัตราการเกิดออกซิเดชัน ซึ่งส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับปริมาณของ H 2 O และ SO 2 ในบรรยากาศเตาเผา การมีอยู่ของ SO 2 ในปริมาณที่น้อยมากในก๊าซเตาหลอมจะเพิ่มอัตราการออกซิเดชั่นอย่างรวดเร็วเนื่องจากสารประกอบออกไซด์และซัลไฟด์ที่ละลายต่ำจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของโลหะผสม สำหรับ H 2 S สารประกอบนี้อาจปรากฏในบรรยากาศที่ลดลงและผลกระทบต่อโลหะ (พร้อมกับ SO 2) ส่งผลให้ปริมาณกำมะถันในชั้นผิวเพิ่มขึ้น ในกรณีนี้คุณภาพของโลหะจะลดลงอย่างมากและกำมะถันมีผลเสียอย่างยิ่งต่อเหล็กกล้าผสมเนื่องจากพวกมันดูดซับได้ดีกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดาและนิกเกิลจะก่อตัวเป็นยูเทคติกที่ละลายต่ำด้วยกำมะถัน

ความหนาของชั้นออกไซด์ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวโลหะไม่เพียงขึ้นอยู่กับบรรยากาศที่โลหะถูกให้ความร้อนเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่น ๆ อีกหลายประการ ซึ่งส่วนใหญ่รวมถึงอุณหภูมิและระยะเวลาในการให้ความร้อน ยิ่งอุณหภูมิพื้นผิวโลหะสูง อัตราการเกิดออกซิเดชันก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย อย่างไรก็ตามพบว่าอัตราการเติบโตของชั้นออกไซด์จะเพิ่มขึ้นเร็วขึ้นเมื่อถึงอุณหภูมิที่กำหนด ดังนั้นการออกซิเดชันของเหล็กที่อุณหภูมิสูงถึง 600°C จึงเกิดขึ้นในอัตราที่ค่อนข้างต่ำ และที่อุณหภูมิสูงกว่า 800-900°C อัตราการเติบโตของชั้นออกไซด์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หากเรานำอัตราการออกซิเดชันที่ 900°C เป็นหนึ่ง ดังนั้นที่ 950°C จะเป็น 1.25 ที่ 1,000°C - 2 และที่ 1300 - 7

ระยะเวลาที่โลหะยังคงอยู่ในเตาเผามีอิทธิพลอย่างมากต่อปริมาณออกไซด์ที่เกิดขึ้น การเพิ่มระยะเวลาการให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดจะนำไปสู่การเจริญเติบโตของชั้นออกไซด์ แม้ว่าอัตราการออกซิเดชันจะลดลงตามเวลาเนื่องจากฟิล์มที่เป็นผลหนาขึ้น และด้วยเหตุนี้ ความหนาแน่นของฟลักซ์การแพร่กระจายของไอออนเหล็กและออกซิเจนจึงลดลง อะตอมผ่านมัน เป็นที่ยอมรับกันว่าหากความหนาของชั้นออกซิไดซ์คือ δ 1 ในเวลาทำความร้อน เสื้อ 1จากนั้นในเวลาทำความร้อน เสื้อ 2จนถึงอุณหภูมิเดียวกันความหนาของชั้นออกซิไดซ์จะเท่ากับ:

δ 2 = δ1/( เสื้อ 1/เสื้อ 2) 1/2 .

ระยะเวลาการให้ความร้อนโลหะจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดสามารถลดลงได้ โดยเฉพาะอันเป็นผลมาจากการเพิ่มอุณหภูมิในห้องทำงานของเตาเผาซึ่งนำไปสู่การถ่ายเทความร้อนภายนอกที่รุนแรงมากขึ้น จึงช่วยลดความหนาของ ชั้นออกซิไดซ์

เป็นที่ยอมรับกันว่าปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความเข้มข้นของการแพร่กระจายของออกซิเจนไปยังพื้นผิวของโลหะที่ได้รับความร้อนจากบรรยากาศเตาเผาไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการเติบโตของชั้นออกไซด์ เนื่องจากกระบวนการแพร่กระจายบนพื้นผิวแข็งนั้นดำเนินไปอย่างช้าๆ และมีความเด็ดขาด ดังนั้นความเร็วของการเคลื่อนที่ของก๊าซแทบไม่มีผลกระทบต่อการเกิดออกซิเดชันที่พื้นผิว อย่างไรก็ตามรูปแบบของการเคลื่อนที่ของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้โดยรวมอาจมีผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจนเนื่องจากโลหะร้อนเกินไปในท้องถิ่นซึ่งเกิดจากสนามอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอของก๊าซในเตาเผา (ซึ่งอาจเกิดจากการเอียงมุมที่ใหญ่เกินไป หัวเผา, ตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องตามความสูงและความยาวของเตาเผา ฯลฯ ) นำไปสู่การออกซิเดชันที่รุนแรงของโลหะในท้องถิ่นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

เงื่อนไขในการเคลื่อนย้ายชิ้นงานที่ให้ความร้อนภายในเตาเผาและองค์ประกอบของโลหะผสมที่ให้ความร้อนก็มีผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจนต่ออัตราการเกิดออกซิเดชัน ดังนั้นเมื่อเคลื่อนย้ายโลหะในเตาเผา การลอกเชิงกลและการแยกชั้นออกไซด์ที่เกิดขึ้นอาจเกิดขึ้นได้ ซึ่งก่อให้เกิดออกซิเดชันตามมาเร็วขึ้นในพื้นที่ที่ไม่มีการป้องกัน

การมีองค์ประกอบโลหะผสมบางอย่างในโลหะผสม (เช่น สำหรับเหล็ก Cr, Ni, Al, Si ฯลฯ) ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์ที่บางและหนาแน่นและยึดเกาะได้ดี ซึ่งป้องกันการเกิดออกซิเดชันในภายหลังได้อย่างน่าเชื่อถือ เหล็กดังกล่าวเรียกว่าทนความร้อนและมีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันได้ดีเมื่อถูกความร้อน นอกจากนี้ เหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าจะไวต่อการเกิดออกซิเดชันน้อยกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเหล็กบางส่วนอยู่ในสถานะจับกับคาร์บอน ในรูปของเหล็กคาร์ไบด์ Fe 3 C คาร์บอนที่มีอยู่ในเหล็กเมื่อออกซิไดซ์จะเปลี่ยนเป็นคาร์บอนออกไซด์ กระจายไปที่พื้นผิวและ ป้องกันการเกิดออกซิเดชันของเหล็ก

การแยกสลายคาร์บอนของชั้นผิวของเหล็ก. การแยกตัวของเหล็กในระหว่างการให้ความร้อนเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาของก๊าซกับคาร์บอนซึ่งอยู่ในรูปแบบของสารละลายของแข็งหรือในรูปของเหล็กคาร์ไบด์ Fe 8 C ปฏิกิริยาการแยกตัวของคาร์บอนอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาของก๊าซต่าง ๆ กับ เหล็กคาร์ไบด์สามารถดำเนินการได้ดังนี้:

เฟ 3 C + H 2 O = 3เฟ + CO + ฮ 2; 2Fe 3 C + O 2 = 6Fe + 2CO;

เฟ 3 C + CO 2 = 3Fe + 2CO; เฟ 3 C + 2H 2 = 3เฟ + CH 4

ปฏิกิริยาที่คล้ายกันเกิดขึ้นเมื่อก๊าซเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับคาร์บอนในสารละลายของแข็ง

อัตราการลดคาร์บอนถูกกำหนดโดยกระบวนการแพร่กระจายแบบสองทางเป็นหลัก ซึ่งเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของความเข้มข้นที่แตกต่างกันของตัวกลางทั้งสอง ในอีกด้านหนึ่ง ก๊าซแยกคาร์บอนจะกระจายไปยังชั้นผิวของเหล็ก และในอีกด้านหนึ่ง ผลิตภัณฑ์ที่เป็นก๊าซจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม นอกจากนี้ คาร์บอนจากชั้นในของโลหะจะเคลื่อนไปยังชั้นที่สลายคาร์บอนของพื้นผิว ทั้งค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาเคมีและค่าสัมประสิทธิ์การแพร่จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นความลึกของชั้นที่สลายคาร์บอนจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิความร้อนที่เพิ่มขึ้น และเนื่องจากความหนาแน่นของฟลักซ์การแพร่กระจายเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างในความเข้มข้นของส่วนประกอบที่แพร่กระจาย ความลึกของชั้นที่แยกคาร์บอนออกจะมากกว่าในกรณีของการทำความร้อนเหล็กกล้าคาร์บอนสูงมากกว่าในกรณีของการทำความร้อนเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ องค์ประกอบโลหะผสมที่มีอยู่ในเหล็กยังมีบทบาทในกระบวนการแยกคาร์บอนออกด้วย ดังนั้นโครเมียมและแมงกานีสจึงลดค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายของคาร์บอน ในขณะที่โคบอลต์ อลูมิเนียม และทังสเตนจะเพิ่มขึ้น ตามลำดับในการป้องกันหรือส่งเสริมการลดการปล่อยคาร์บอนของเหล็ก ซิลิคอน นิกเกิล และวานาเดียมไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการแยกสลายคาร์บอน

ก๊าซที่ประกอบเป็นบรรยากาศเตาเผาและทำให้เกิดการสลายตัวของคาร์บอน ได้แก่ H 2 0, CO 2, O 2 และ H 2 H20 มีผลกระทบต่อการลดคาร์บอนในเหล็กมากที่สุด และ H2 มีจุดอ่อนที่สุด ในกรณีนี้ ความสามารถในการแยกคาร์บอนของ CO 2 จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และความสามารถในการแยกคาร์บอนของ H 2 แบบแห้งจะลดลง ไฮโดรเจนเมื่อมีไอน้ำมีผลในการกำจัดคาร์บอนอย่างรุนแรงต่อชั้นผิวของเหล็ก

การป้องกันเหล็กจากการเกิดออกซิเดชันและการแยกคาร์บอนผลกระทบที่เป็นอันตรายของการเกิดออกซิเดชันและการลดคาร์บอนของโลหะในระหว่างการให้ความร้อนต่อคุณภาพของโลหะนั้นจำเป็นต้องมีการใช้มาตรการเพื่อป้องกันปรากฏการณ์เหล่านี้ การปกป้องพื้นผิวของแท่งโลหะ บิลเล็ต และชิ้นส่วนที่สมบูรณ์ที่สุดนั้นทำได้ในเตาเผา โดยไม่รวมการสัมผัสกับก๊าซออกซิไดซ์และดีคาร์บอนไนซ์ เตาเผาเหล่านี้ประกอบด้วยอ่างเกลือและอ่างโลหะ รวมถึงเตาเผาที่ให้ความร้อนในบรรยากาศที่มีการควบคุม ในเตาเผาประเภทนี้ โลหะที่ให้ความร้อนจะถูกแยกออกจากก๊าซ ซึ่งมักจะปิดด้วยการเผาแบบปิดผนึกแบบพิเศษ หรือเปลวไฟนั้นถูกวางไว้ภายในหลอดรังสีที่เรียกว่าความร้อนซึ่งจะถูกถ่ายโอนไปยังโลหะที่ให้ความร้อนโดยไม่ต้องสัมผัส ด้วยก๊าซออกซิไดซ์และดีคาร์บอนิก พื้นที่ทำงานของเตาเผาดังกล่าวเต็มไปด้วยบรรยากาศพิเศษซึ่งมีการเลือกองค์ประกอบขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีการทำความร้อนและเกรดโลหะผสม บรรยากาศการป้องกันจัดทำแยกต่างหากในการติดตั้งแบบพิเศษ

นอกจากนี้ยังมีวิธีการที่รู้จักกันดีในการสร้างบรรยากาศออกซิไดซ์อย่างอ่อนโดยตรงในพื้นที่ทำงานของเตาเผาโดยไม่ต้องเผาโลหะหรือเปลวไฟ สิ่งนี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ไม่สมบูรณ์ (โดยมีค่าสัมประสิทธิ์การใช้อากาศอยู่ที่ 0.5-0.55) องค์ประกอบของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ประกอบด้วย CO และ H พร้อมด้วยผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่สมบูรณ์ของ CO 2 และ H 2 O หากอัตราส่วนของ CO/C02 และ H 2 /H 2 O ไม่น้อยกว่า 1.3 แสดงว่าการให้ความร้อนแก่โลหะ ในสภาพแวดล้อมดังกล่าวเกิดขึ้นแทบไม่มีการเกิดออกซิเดชันของพื้นผิว

การลดการเกิดออกซิเดชันของพื้นผิวโลหะเมื่อให้ความร้อนในเตาเผาเชื้อเพลิงแบบเปิด (ซึ่งประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ของกลุ่มเตาเผาของโรงงานโลหะและโรงงานสร้างเครื่องจักร) สามารถทำได้โดยการลดระยะเวลาการคงอยู่ที่อุณหภูมิพื้นผิวสูง . สามารถทำได้โดยการเลือกโหมดการให้ความร้อนที่สมเหตุสมผลที่สุดสำหรับโลหะในเตาเผา

การคำนวณการให้ความร้อนของโลหะในเตาเผาจะดำเนินการเพื่อกำหนดขอบเขตอุณหภูมิของแท่งโลหะ บิลเล็ต หรือผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป ตามเงื่อนไขที่กำหนดโดยวัตถุประสงค์ทางเทคโนโลยีของการทำความร้อน ในกรณีนี้ จะคำนึงถึงข้อจำกัดที่กำหนดโดยกระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างการให้ความร้อน รวมถึงกฎของโหมดการให้ความร้อนที่เลือกด้วย มักจะพิจารณาปัญหาในการกำหนดเวลาทำความร้อนให้กับอุณหภูมิที่กำหนดโดยมีเงื่อนไขว่าจะต้องมั่นใจในความสม่ำเสมอที่ต้องการเมื่อสิ้นสุดการเข้าพักในเตาเผา (อย่างหลังในกรณีของวัตถุขนาดใหญ่) ในกรณีนี้ กฎหมายมักกำหนดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของตัวกลางทำความร้อน โดยเลือกโหมดการทำความร้อนขึ้นอยู่กับระดับความหนาแน่นความร้อนของโลหะ ในการกำหนดระดับของความหนาแน่นทางความร้อนและสำหรับการคำนวณความร้อนในภายหลัง คำถามเกี่ยวกับความหนาของลิ่มหรือชิ้นงานที่ได้รับความร้อนนั้นมีความสำคัญมาก

การอบชุบด้วยความร้อนเป็นวิธีหลักวิธีหนึ่งในการปรับปรุงคุณลักษณะทางกลและเคมีกายภาพ ได้แก่ ความแข็ง ความแข็งแรง และอื่นๆ

การอบชุบด้วยความร้อนประเภทหนึ่งคือการชุบแข็ง มนุษย์ได้นำไปใช้อย่างประสบความสำเร็จในงานฝีมือมาตั้งแต่สมัยโบราณ ในยุคกลาง วิธีการอบชุบด้วยความร้อนนี้ใช้เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงและความแข็งของสิ่งของในครัวเรือนที่เป็นโลหะ เช่น ขวาน เคียว เลื่อย มีด ตลอดจนอาวุธทหารในรูปแบบของหอก กระบี่ และอื่นๆ

และตอนนี้พวกเขาใช้วิธีการนี้ในการปรับปรุงลักษณะของโลหะ ไม่เพียงแต่ในระดับอุตสาหกรรมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงที่บ้านด้วย เพื่อการชุบแข็งของใช้ในครัวเรือนที่เป็นโลหะเป็นหลัก

การชุบแข็งเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นการบำบัดความร้อนชนิดหนึ่งของโลหะ ซึ่งประกอบด้วยการให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิหนึ่ง เมื่อถึงจุดนั้น การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโครงตาข่ายคริสตัลเกิดขึ้น (การเปลี่ยนแปลงแบบโพลีมอร์ฟิก) และเร่งการทำความเย็นเพิ่มเติมในน้ำหรือตัวกลางของน้ำมัน วัตถุประสงค์ของการบำบัดความร้อนนี้คือเพื่อเพิ่มความแข็งของโลหะ

นอกจากนี้ยังใช้การชุบแข็ง ซึ่งอุณหภูมิความร้อนของโลหะจะป้องกันไม่ให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแบบโพลีมอร์ฟิก ในกรณีนี้สถานะจะถูกบันทึกซึ่งเป็นลักษณะของโลหะที่อุณหภูมิความร้อน สถานะนี้เรียกว่าสารละลายของแข็งอิ่มตัวยิ่งยวด

เทคโนโลยีการชุบแข็งแบบโพลีมอร์ฟิกใช้สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ทำจากโลหะผสมเหล็กเป็นหลัก โลหะที่ไม่ใช่เหล็กจะต้องผ่านการชุบแข็งโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงโพลีมอร์ฟิก

หลังการบำบัดดังกล่าว โลหะผสมของเหล็กจะแข็งขึ้น แต่ในขณะเดียวกันก็เปราะมากขึ้นจนสูญเสียความเหนียวไป

เพื่อลดความเปราะที่ไม่พึงประสงค์หลังจากให้ความร้อนด้วยการเปลี่ยนแปลงโพลีมอร์ฟิก จะใช้การบำบัดความร้อนที่เรียกว่าการแบ่งเบาบรรเทา จะดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่าโดยค่อยๆ ระบายความร้อนของโลหะต่อไป ด้วยวิธีนี้ ความเค้นของโลหะจะลดลงหลังจากกระบวนการชุบแข็ง และความเปราะบางก็ลดลง

เมื่อแข็งตัวโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงแบบโพลีมอร์ฟิก จะไม่มีปัญหาเรื่องความเปราะมากเกินไป แต่ความแข็งของโลหะผสมไม่ถึงค่าที่ต้องการ ดังนั้นในระหว่างการอบชุบด้วยความร้อนซ้ำ ๆ เรียกว่าการแก่ชรา ในทางกลับกัน กลับเพิ่มขึ้นเนื่องจากการสลายตัวของ สารละลายของแข็งอิ่มตัวยวดยิ่ง

คุณสมบัติของการชุบแข็งเหล็ก

ผลิตภัณฑ์สแตนเลสและโลหะผสมส่วนใหญ่ที่มีไว้สำหรับการผลิตนั้นได้รับการชุบแข็ง พวกเขามีโครงสร้างมาร์เทนซิติกและมีลักษณะความแข็งเพิ่มขึ้นซึ่งนำไปสู่ความเปราะบางของผลิตภัณฑ์

หากคุณให้ความร้อนกับผลิตภัณฑ์ดังกล่าวโดยให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิหนึ่งตามด้วยการอบคืนตัวอย่างรวดเร็ว คุณสามารถเพิ่มความหนืดได้ ซึ่งจะช่วยให้สามารถนำผลิตภัณฑ์ดังกล่าวไปใช้ในด้านต่างๆ

ประเภทของการชุบแข็งเหล็ก

ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของผลิตภัณฑ์สแตนเลส คุณสามารถทำให้สินค้าทั้งหมดแข็งตัวหรือเพียงบางส่วนเท่านั้นที่ต้องใช้งานได้และมีลักษณะความแข็งแรงเพิ่มขึ้น

ดังนั้นการชุบแข็งผลิตภัณฑ์เหล็กสเตนเลสจึงแบ่งออกเป็น 2 วิธี: ทั่วโลกและท้องถิ่น

สื่อความเย็น

การบรรลุคุณสมบัติที่ต้องการของวัสดุสเตนเลสส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการเลือกวิธีการทำความเย็น

สแตนเลสเกรดต่างๆ จะมีการระบายความร้อนที่แตกต่างกัน หากเหล็กโลหะผสมต่ำถูกทำให้เย็นลงในน้ำหรือสารละลาย สารละลายน้ำมันสำหรับโลหะผสมสแตนเลสก็จะถูกนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้

สำคัญ: เมื่อเลือกสื่อที่ใช้ทำให้โลหะเย็นลงหลังการให้ความร้อน ควรคำนึงว่าการระบายความร้อนจะเกิดขึ้นในน้ำได้เร็วกว่าในน้ำมัน! ตัวอย่างเช่น น้ำที่อุณหภูมิ 18°C ​​​​สามารถทำให้โลหะผสมเย็นลงได้ 600°C ในเวลาหนึ่งวินาที แต่น้ำมันจะเย็นลงได้เพียง 150°C เท่านั้น

เพื่อให้ได้ความแข็งของโลหะสูง การทำความเย็นจะดำเนินการโดยใช้น้ำเย็น นอกจากนี้ เพื่อเพิ่มผลการชุบแข็ง จึงมีการเตรียมสารละลายน้ำเกลือเพื่อทำความเย็นโดยเติมเกลือแกงประมาณ 10% ลงในน้ำ หรือใช้ตัวกลางที่เป็นกรดที่มีกรดอย่างน้อย 10% (โดยปกติคือซัลฟิวริก)

นอกจากการเลือกตัวกลางในการทำความเย็นแล้ว โหมดการทำความเย็นและความเร็วก็มีความสำคัญเช่นกัน อัตราการลดอุณหภูมิต้องมีอย่างน้อย 150°C ต่อวินาที ดังนั้นภายใน 3 วินาที อุณหภูมิของโลหะผสมควรลดลงเหลือ 300°C การลดอุณหภูมิเพิ่มเติมสามารถทำได้ทุกความเร็วเนื่องจากโครงสร้างที่ได้รับการแก้ไขเนื่องจากการทำความเย็นอย่างรวดเร็วจะไม่ถูกทำลายที่อุณหภูมิต่ำอีกต่อไป

สำคัญ: การระบายความร้อนของโลหะเร็วเกินไปทำให้เกิดความเปราะบางมากเกินไป! สิ่งนี้ควรนำมาพิจารณาเมื่อทำให้ตัวเองแข็งแกร่งขึ้น

วิธีการทำความเย็นต่อไปนี้มีความโดดเด่น:

• ใช้สื่อเดียวเมื่อวางผลิตภัณฑ์ในของเหลวและเก็บไว้ที่นั่นจนเย็นสนิท
• ทำความเย็นในตัวกลางของเหลวสองชนิด: น้ำมันและน้ำ (หรือสารละลายน้ำเกลือ) สำหรับสแตนเลส ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนจะถูกทำให้เย็นลงในน้ำก่อน เนื่องจากเป็นตัวกลางในการทำความเย็นอย่างรวดเร็ว จากนั้นจึงทำให้เย็นลงในน้ำมัน
• ใช้วิธีเจ็ทเมื่อชิ้นส่วนถูกทำให้เย็นลงด้วยกระแสน้ำ สะดวกมากเมื่อคุณต้องการทำให้พื้นที่เฉพาะของผลิตภัณฑ์แข็งตัว
• ใช้วิธีการทำความเย็นแบบขั้นตอนตามสภาวะอุณหภูมิ

อุณหภูมิ

ระบบการควบคุมอุณหภูมิที่ถูกต้องสำหรับการชุบแข็งผลิตภัณฑ์สแตนเลสถือเป็นเงื่อนไขสำคัญสำหรับคุณภาพ เพื่อให้ได้คุณลักษณะที่ดี พวกมันจะถูกให้ความร้อนอย่างสม่ำเสมอที่ 750-850°C จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วจนถึงอุณหภูมิ 400-450°C

สิ่งสำคัญ: การให้ความร้อนแก่โลหะเหนือจุดตกผลึกซ้ำจะทำให้โครงสร้างมีเนื้อหยาบ ซึ่งทำให้คุณสมบัติของโลหะแย่ลง: มีความเปราะบางมากเกินไป ทำให้เกิดการแตกร้าว!

เพื่อบรรเทาความเครียดหลังจากการทำความร้อนโลหะจนถึงอุณหภูมิการชุบแข็งที่ต้องการ บางครั้งจะใช้การทำความเย็นผลิตภัณฑ์ทีละขั้นตอน โดยค่อยๆ ลดอุณหภูมิลงในแต่ละขั้นตอนการทำความร้อน เทคโนโลยีนี้ช่วยให้คุณขจัดความเครียดภายในได้อย่างสมบูรณ์และได้รับผลิตภัณฑ์ที่ทนทานและมีความแข็งตามที่ต้องการ

วิธีชุบโลหะที่บ้าน

ใช้ความรู้พื้นฐานก็สามารถชุบแข็งเหล็กได้ที่บ้าน การทำความร้อนโลหะมักดำเนินการโดยใช้ไฟ เตาหลอมไฟฟ้า หรือเตาแก๊ส

การแข็งขวานบนเสาและในเตาอบ

หากคุณต้องการเพิ่มความแข็งแกร่งให้กับเครื่องมือในครัวเรือนเช่นเพื่อทำให้ขวานมีความทนทานมากขึ้น วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำให้แข็งขึ้น สามารถทำได้ที่บ้าน

ในระหว่างการผลิต แกนจะถูกประทับด้วยเครื่องหมายซึ่งคุณสามารถระบุเกรดของเหล็กได้ เราจะดูกระบวนการชุบแข็งโดยใช้เหล็กกล้าเครื่องมือ U7 เป็นตัวอย่าง

เทคโนโลยีจะต้องดำเนินการตามกฎต่อไปนี้:

1. การหลอม. ก่อนแปรรูป ให้ทื่อขอบคมของใบมีดแล้ววางขวานในเตาอิฐที่กำลังลุกไหม้เพื่อให้ความร้อน ขั้นตอนการบำบัดความร้อนจะต้องได้รับการตรวจสอบอย่างระมัดระวังเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไป (ความร้อนที่อนุญาตคือ 720-780°C) ช่างฝีมือขั้นสูงจะจดจำอุณหภูมิตามสีของความร้อน

และผู้เริ่มต้นสามารถค้นหาอุณหภูมิโดยใช้แม่เหล็ก หากแม่เหล็กหยุดเกาะติดกับโลหะ แสดงว่าขวานมีความร้อนสูงกว่า 768°C (สีแดงเบอร์กันดี) และถึงเวลาที่จะเย็นลง

ใช้โปกเกอร์ขยับขวานร้อนไปที่ประตูเตาอบ ขจัดความร้อนให้ลึกลงไป ปิดประตูและวาล์ว ทิ้งโลหะที่อุ่นไว้ในเตาอบเป็นเวลา 10 ชั่วโมง ปล่อยให้ขวานค่อยๆเย็นลงพร้อมกับเตา

2. เหล็กชุบแข็ง. อุ่นขวานบนไฟ เตาหม้อ หรือเตาจนเป็นสีแดงเข้ม - อุณหภูมิ 800-830°C (แม่เหล็กหยุดการเป็นแม่เหล็กแล้ว รออีก 2-3 นาที)

การชุบแข็งจะดำเนินการในน้ำร้อน (30°C) และน้ำมัน ลดใบมีดขวานลงในน้ำประมาณ 3-4 ซม. แล้วขยับอย่างแรง

3. ปล่อยใบมีดขวาน. การแบ่งเบาบรรเทาช่วยลดความเปราะบางของเหล็กและบรรเทาความเครียดภายใน ขัดโลหะด้วยกระดาษทรายเพื่อแยกแยะสีของสีได้ดีขึ้น

วางขวานในเตาอบเป็นเวลา 1 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 270-320°C หลังจากยืนแล้ว ให้นำออกและทำให้เย็นในอากาศ

วิดีโอ:การรักษาความร้อนของขวานที่บ้านสามขั้นตอน: การหลอม, การชุบแข็ง, การแบ่งเบาบรรเทา

การชุบแข็งมีด

ขอแนะนำให้ใช้เตาเผาเพื่อทำให้โลหะแข็งด้วยตัวเอง สำหรับของใช้ในบ้าน เช่น มีด ขวาน และอื่นๆ เตาเผาขนาดเล็กจะเหมาะสมที่สุด ในนั้นคุณสามารถบรรลุอุณหภูมิการชุบแข็งที่สูงกว่าบนไฟมากและง่ายกว่าที่จะให้ความร้อนที่สม่ำเสมอของโลหะ

คุณสามารถทำเตาดังกล่าวได้ด้วยตัวเอง คุณสามารถค้นหาตัวเลือกการออกแบบที่เรียบง่ายมากมายบนอินเทอร์เน็ต ในเตาอบดังกล่าว ผลิตภัณฑ์โลหะสามารถให้ความร้อนได้สูงถึง 700-900°C

มาดูวิธีทำให้มีดสแตนเลสแข็งขึ้นที่บ้านโดยใช้เตาเผาไฟฟ้ากันดีกว่า สำหรับการทำความเย็นแทนที่จะใช้น้ำหรือน้ำมัน จะใช้ขี้ผึ้งปิดผนึกที่ละลายแล้ว (สามารถรับได้จากหน่วยทหาร)

การทำความร้อนโลหะด้วยกระแสเชื่อม กฎจูล-เลนซ์ ความต้านทานไฟฟ้าของโลหะ

องค์ประกอบที่นำกระแสทั้งหมดถูกทำให้ร้อนด้วยกระแสไฟฟ้า และปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นในส่วนใดๆ ของวงจรไฟฟ้าที่มีความต้านทานเชิงแอ็คทีฟ R=R(t) ซึ่งเป็นฟังก์ชันของ t และ τ ด้วยกระแส I=I(t) ขึ้นอยู่กับเวลา t ถูกกำหนดโดยกฎของจูล -Lenza:

ซึ่งเป็นสูตรทั่วไปที่ไม่แสดงหรือกำหนดอุณหภูมิเฉพาะในบริเวณรอยต่อเมื่อได้รับความร้อนจากกระแสเชื่อม

อย่างไรก็ตามเราต้องจำไว้ว่าค่าของ R และฉันส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับระยะเวลาการไหลของกระแสนี้

เครื่องสัมผัสถูกผลิตขึ้นในเชิงโครงสร้างเพื่อให้ความร้อนจำนวนมากที่สุดถูกปล่อยออกมาระหว่างอิเล็กโทรด

การเชื่อมจุดตะเข็บมีจำนวนส่วนอิเล็กโทรด-อิเล็กโทรดมากที่สุด จำนวนความต้านทานทั้งหมดประกอบด้วยอิเล็กโทรดความต้านทาน-ส่วน + ส่วน-ส่วน + ส่วน + ส่วนอิเล็กโทรด

รี= 2แดง+ถด+2ถ

ส่วนประกอบทั้งหมดของความต้านทานรวม Ree เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องในระหว่างวงจรความร้อนของการเชื่อม

ความต้านทานต่อการสัมผัส – Rdd มีค่ามากที่สุดเนื่องจาก การสัมผัสจะดำเนินการตามส่วนที่ยื่นออกมาขนาดเล็กและพื้นที่ของการสัมผัสทางกายภาพมีขนาดเล็ก

นอกจากนี้ยังมีฟิล์มออกไซด์และสิ่งปนเปื้อนต่างๆบนพื้นผิวของชิ้นส่วน

เพราะ เราเชื่อมเหล็กและโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงเป็นหลัก จากนั้นการยุบตัวของความสม่ำเสมอระดับไมโครจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อได้รับความร้อนจากกระแสเชื่อมจนถึงอุณหภูมิประมาณ 600 องศาเซลเซียส

ความต้านทานของหน้าสัมผัสระหว่างอิเล็กโทรดกับชิ้นงานมีค่าน้อยกว่า Rdd อย่างมาก เนื่องจาก วัสดุอิเล็กโทรดที่นุ่มกว่าและนำความร้อนได้สูงจะถูกนำเข้าระหว่างส่วนที่ยื่นออกมาของความหยาบระดับไมโครของชิ้นส่วน

ความต้านทานที่เพิ่มขึ้นในหน้าสัมผัสนั้นก็เนื่องมาจากความจริงที่ว่าในบริเวณหน้าสัมผัสนั้นมีความโค้งแหลมของเส้นปัจจุบันซึ่งกำหนดความต้านทานที่สูงขึ้นเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของเส้นทางปัจจุบัน

ความต้านทานต่อการสัมผัส Rdd และ Red ขึ้นอยู่กับการทำความสะอาดพื้นผิวสำหรับการเชื่อมเป็นหลัก

การวัดแผ่น 2 แผ่นหนา 3 มม. บีบอัดอย่างแรง 200 นิวตันตามวงจรแอมมิเตอร์ - โวลต์มิเตอร์เราได้รับค่าต่อไปนี้:

การทำความสะอาดพื้นผิวด้วยล้อและการเจียร: 100 µOhm

สรุป: บด

ในทางปฏิบัติจะใช้การแกะสลัก (เมื่อเชื่อมพื้นผิวขนาดใหญ่) การรักษาพื้นผิวด้วยแปรงโลหะการพ่นทรายและการพ่นทราย

เมื่อทำการเชื่อมด้วยความต้านทานจะพยายามใช้เหล็กรีดเย็นบนพื้นผิวที่อาจมีน้ำมันตกค้าง

หากไม่มีสนิมบนพื้นผิวก็เพียงพอที่จะทำให้พื้นผิวที่จะเชื่อมลดลง

ความต้านทานการสัมผัสของชิ้นส่วนที่สะอาดแต่เคลือบด้วยออกไซด์จะลดลงตามแรงอัดที่เพิ่มขึ้น สิ่งนี้สามารถอธิบายได้โดยการเสียรูปของส่วนที่ยื่นออกมาขนาดเล็กมากขึ้น

เราเปิดกระแส ความหนาแน่นสูงสุดของเส้นปัจจุบันจะเน้นไปที่พื้นผิวของเยาวชน กระแสไฟฟ้าผ่านหน้าสัมผัสที่เกิดขึ้นระหว่างการเสียรูปของส่วนที่ยื่นออกมาขนาดเล็ก

ในช่วงเวลาเริ่มต้น ความหนาแน่นกระแสในวัสดุของชิ้นส่วนจะน้อยลงเพราะว่า เส้นกระแสมีการกระจายค่อนข้างเท่าๆ กัน และในการสัมผัสระหว่างชิ้นส่วน กระแสจะไหลผ่านโซนการนำเท่านั้น ดังนั้น ความหนาแน่นกระแสจึงสูงกว่าในส่วนของชิ้นส่วน และการสร้างความร้อนและความร้อนในบริเวณนี้มีความสำคัญมากกว่า .

โลหะที่สัมผัสจะกลายเป็นพลาสติก มันถูกเปลี่ยนรูปภายใต้อิทธิพลของแรงเชื่อม พื้นที่สัมผัสที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น และเมื่อ t = 600 องศา C (ในร้อยวินาที) ส่วนที่ยื่นออกมาขนาดเล็กจะผิดรูปโดยสิ้นเชิง ฟิล์มออกไซด์จะถูกทำลายบางส่วน บางส่วนแพร่กระจายเข้าไปใน มวลของชิ้นส่วนและบทบาทของความต้านทานต่อการสัมผัส Rdd จะไม่มีความสำคัญยิ่งในกระบวนการทำความร้อนอีกต่อไป

อย่างไรก็ตาม ณ ขณะนี้ อุณหภูมิในพื้นที่สัมผัสระหว่างชิ้นส่วนจะสูงที่สุด ความต้านทานของวัสดุ ρ จะสูงที่สุด และการปล่อยความร้อนจะรุนแรงมากขึ้นในโซนนี้อยู่ดี

หากความหนาแน่นกระแสเพียงพอและระยะเวลาของการไหลเพียงพอ นี่คือจุดเริ่มต้นของการหลอมโลหะ

การปรากฏตัวของไอโซเทอร์มการหลอมอย่างแม่นยำในการสัมผัสระหว่างชิ้นส่วนจะได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการระบายความร้อนที่น้อยที่สุดจากบริเวณนี้ ซึ่งก็คือความต้านทานภายในของชิ้นส่วน

ความต้านทานภายในของชิ้นส่วน

S- ส่วนตัดขวางของตัวนำ

ค่าสัมประสิทธิ์ A จะเพิ่มการแพร่กระจายของเส้นปัจจุบันไปสู่มวลของชิ้นส่วน ในขณะที่พื้นที่การแพร่กระจายจริงเพิ่มขึ้น

dk - เส้นผ่านศูนย์กลางการแพร่กระจาย

A = 0.8-0.95 ขึ้นอยู่กับความแข็งของวัสดุ และขึ้นอยู่กับค่าความต้านทานด้วย

จากอัตราส่วน dk/δ= 3-5 A=0.8

เห็นได้ชัดว่าความต้านทานของชิ้นส่วนขึ้นอยู่กับความหนาซึ่งคำนึงถึงค่าสัมประสิทธิ์ A และความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุชิ้นส่วน ρ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมี

นอกจากนี้ความต้านทานยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิด้วย

ρ(t)=ρ0*(1+αp*T)

ในระหว่างกระบวนการเชื่อม เมื่อกระแสไหล t จะวัดจากการสัมผัสถึง tpl และสูงกว่า

Tm=1530 องศาเซลเซียส

เมื่อถึงจุดละลาย ความต้านทานจะเพิ่มขึ้นทันที

αρ-ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ

αρ=0.004 1/degC - สำหรับโลหะบริสุทธิ์

αρ=0.001-0.003 1/degC - สำหรับโลหะผสม

ค่าของ αρ จะลดลงตามระดับของการผูกมัดที่เพิ่มขึ้น

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น โลหะทั้งที่สัมผัสและเป็นกลุ่มใต้อิเล็กโทรดจะเสียรูป พื้นที่สัมผัสจะเพิ่มขึ้น และหากพื้นผิวการทำงานของอิเล็กโทรดเป็นทรงกลม พื้นที่สัมผัสก็จะเพิ่มขึ้น 1.5-2 เท่า

กราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงความต้านทานระหว่างกระบวนการเชื่อม

ในช่วงเวลาเริ่มต้น ความต้านทานของชิ้นส่วนจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและความต้านทานไฟฟ้าเพิ่มขึ้น จากนั้นโลหะจะกลายเป็นพลาสติก และพื้นที่สัมผัสเริ่มเพิ่มขึ้นเนื่องจากการกดของอิเล็กโทรดเข้าไปในพื้นผิวของ รวมถึงการเพิ่มขนาดของพื้นที่สัมผัสแบบชิ้นส่วนต่อชิ้นส่วน

ความต้านทานรวมจะลดลงเมื่อกระแสเชื่อมปิด อย่างไรก็ตาม กรณีนี้ใช้ได้กับการเชื่อมเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าอัลลอยด์ต่ำ

สำหรับการเชื่อมโลหะผสม Ni และ Cr ทนความร้อน ความต้านทานอาจเพิ่มขึ้นด้วยซ้ำ

สนามไฟฟ้าและอุณหภูมิ

กฎจูล-เลนซ์ Q=IRt แสดงการปลดปล่อยความร้อนในองค์ประกอบที่มีกระแสไฟฟ้า และกระบวนการกำจัดความร้อนก็เกิดขึ้นเช่นกัน

ด้วยการระบายความร้อนแบบแอคทีฟของอิเล็กโทรดและการกระจายความร้อนที่เพิ่มขึ้นทำให้เราได้รูปร่างของแกนหล่อ

แต่เป็นไปไม่ได้เสมอไปที่จะได้รูปร่างดังกล่าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเชื่อมวัสดุที่ไม่เหมือนกันซึ่งมีความหนาและชิ้นส่วนบางต่างกัน

เมื่อทราบลักษณะของสนามอุณหภูมิในเขตการเชื่อมแล้ว คุณสามารถวิเคราะห์ได้:

1) ขนาดของแกนหล่อ
2) ขนาด HAZ (โครงสร้าง)
3) ขนาดของความเค้นตกค้างเช่น คุณสมบัติของสารประกอบ

สนามอุณหภูมิคือชุดของอุณหภูมิ ณ จุดต่างๆ ของชิ้นส่วน ณ จุดใดจุดหนึ่ง

จุดที่มีอุณหภูมิเท่ากันเชื่อมต่อกันด้วยเส้นตรงเรียกว่าไอโซเทอร์ม

ขนาดของแกนที่สะอาดบนไมโครเซคชันจะให้ไอโซเทอร์มการหลอมละลายตามแนวขอบเขตของแกนหล่อ

สุดท้ายคืออุณหภูมิและขนาดของไอโซเทอร์มการหลอมเหลว กล่าวคือ แกนหล่อส่วนใหญ่จะส่งผลต่อความต้านทานของชิ้นส่วน

ผู้ก่อตั้ง Gelman ได้นำชิ้นส่วนขนาด 2+2 มม. สองชิ้นมาขัด สลัก และได้แกนหล่อ ฉันเอาชิ้นส่วนและมีแกนหล่อด้วย

อย่างไรก็ตาม ปัญหาที่เกิดขึ้นเมื่อการเชื่อมที่มีความหนาไม่เท่ากันทำให้เราต้องศึกษาการกระจายตัวของสนามความร้อนในบริเวณการเชื่อม

ความหนาแน่นกระแสคือจำนวนประจุที่ไหลผ่านพื้นที่เล็กๆ ภายใน 1 วินาทีที่ตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุ หารด้วยความยาวของพื้นผิว