Основой термического режима ковки являются: общая продолжительность и скорость нагрева металла.

Различают максимально-возможную и допустимую скорости нагрев металла. Первая определяется:

1) конструкционной и тепловой мощностью печи;

2) условий передачи тепла металлу;

3) физических свойств металла и условий теплопередачи внутри слитка.

Допустимая скорость нагрева зависит от комплекса Химико-физических свойств. Установлено, что наиболее опасным является перепад, нагрева слитков до 500-760°С. При нагреве слитка наружный слой приобретает более высокую температуру, чем средняя часть. Этот слой стремиться расширяться, чему препятствует средняя часть слитка. В результате наружные слои оказываются в сжатом, внутренние - в растянутом состоянии, неметаллические включения, пузыри, нерастворенные карбиды, играющие роль концетраторов, при действии растягивающих напряжений могут стать очагами возникновения трещи.

Кроме этого при достижении критических температур в поверхностном слое заготовки происходят уменьшение объема (α → γ) напряжение сжатия может уменьшаться и даже сменять знак на обратный.

Когда весь металл достигнет критической температуры наружные слои вновь окажутся в сжатом, внутренние в растянутом состоянии. Однако к этому времени сопротивление деформации снижется настолько, что под влиянием тепловых напряжений может произойти местная пластическая деформация, что приведет к уменьшению напряжений. Однако, если металл недостаточно пластичен, возможно при нагреве образовании трещин.

Нагрев нежелательно осуществлять с наибольшей скоростью, т. е. за возможно короткое время. При этом меньше растет зерно, снижается отход металла на угар, т. е. в окалину, образующуюся на поверхности под воздействием кислорода из окружающего воздуха.

В пламенных печах прогрев заготовок начинается с поверхности заготовок, непосредственно воспринимающей тепло, излучаемое твердыми частицами в пламени, горячими газами и внутренней поверхностью нагревательной камеры. Прогреву поверхности заготовок способствует также передача тепла конвекцией от печных газов. Проникновение тепла внутрь заготовок происходит путем теплопроводности. Чистые металлы более теплопроводны, чем их сплавы. Высокоуглеродистая сталь почти в 1,5 раза менее, теплопроводна, чем малоуглеродистая. Теплопроводность легированных сталей еще меньше. Быстрота подъема температуры при прочих равных условиях для разных сплавов зависит, однако, не столько от теплопроводности, а от температуропроводности

, см2/сек

Где α – температуропроводность;

λ - коэф. Теплопроводности;

С - теплоемкость (кал/гºС);

γ - плотность (г/см ).

С повышением температуры коэф. теплопроводности понижается, причем у легированных сталей это понижение менее интенсивно, чем у углеродистой стали и при t=700 - 800°С коэф. температуропроводности почти выравниваются. Но из-за большой разницы между значениями этих коэффициентов в начальный период нагрева требуется для быстрого подъема температуры высокоуглеродистой, и тем более легированной стали зна­чительно более интенсивная подача тепла к их поверхности, чем при нагреве малоуглеродистой стали.

Нагрев заготовки характеризуется Температурным напором, который представляет собой разность между температурами печи и нагреваемого металла.

Чем больше температурный напор, тем быстрее осуществляется нагрев. Однако при этом увеличивается разность температур между поверхностью и серединной частью заготовки. Температурный градиент также зависит от размеров заготовки. Поэтому черезмерно быстрый нагрев может привести к образованию трещин,

В связи с этим, для слитков и заготовок больших размеров и низкопластичных материалов применяют, так называемый ступенчатый нагрев в несколько этапов. Первый этап - нагрев до температуры фазовых превращений при допустимой скорости нагрева; второй - выдержка при температуре фазовых превращений; третий - нагрев до окончательной температуры при наибольшей скорости нагрева; четвертый - выдержка при этой температуре в целях выравнивания температуры по всему сечению. Первый и второй этапы вместе занимают 70-80% общего времени нагрева.

Общее время нагрева стали от 20-1200°С находится по формуле:

,

Где Т - время нагрева в часах;

α – коэф., учитывающий способ укладки заготовок на поду печи;

К – коэф., учитывающий содержание углерода и легирующих элементов в стали (для малоуглеродистой стали К=10, для высоколегированной К=20);

D - диаметр или сторона заготовки.