Продолжение табл. 42

термический режим ковки и объемной штамповки

1. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ИНТЕРВАЛЫ КОВКИ СТАЛИ И СПЛАВОВ

Температурный интервал ковки яв-ляется одним из основных термомеха нических параметров, без знания ко торого невозможна разработка техно логического процесса ковки. Под тер мином температурный интервал ков ки подразумевается максимальная тем пература нагрева металла в печи и тем пература окончания ковки поковки Температурный интервал ковки имеет верхний и нижний пределы. Для одной и той же стали (сплава) температурные интервалы ковки и штамповки могут иметь разные значения. Объясняется это тем, что ковка проводится за несколько ударов молота или ходов пресса (дробная деформация), а штамповка на механических прессах или иа автоматах (кроме молотов), как правило, за один ход. Тепловой эффект деформации и потеря тепла при ковке и штамповке разные.

Максимальная температура нагрева метадла в печи перед ковкой, т. е. верхний предел температурного интервала ковки, не совпадает с температурой начала ковки, а всегда выше последней. Объясняется это тем, что при переносе металла из печи к кузнечному агрегату температура поверхностных слоев нагретого тела снижается из-за потери тепла излучением в окружающую среду, а также теплопроводностью через инструмент и конвективными потоками. Температура внутренних слоев массивных слитков и заготовок остается на том же уровне, что была в печи. Нижний предел температурного интервала ковки - это температура поверхности поковки в момент последнего хода пресса или удара молота.

Температурный интервал ковки зависит от химического состава стали (сплава), металлургической технологии, структуры (литая или деформированная), скорости деформирования

(молот, пресс), степени деформации (дробная или единичная, частная и суммарная), схемы напряженного состояния (осадка, протяжка, отрубка) и массы поковки.

Чем сложней химический состав, тем Уже температурный интервал ковки. Так, например, у стали 20 температурный интервал ковкь 1280- 700 °С, т. е. составляет 580°, а у сплава ХН35ВТЮ - 1170-900 °С, т. е. только 270°. Слитки в зависимости .от химического состава в ряде случаев имеют более узкий или более широкий температурный интервал ковки, чем заготовки. Однако возможность перегрева металла с литой структурой исключена, а с деформированной вполне реальна. При ковке на молоте температурный интервал деформирования уже, потеря тепла в инструмент и окружающую среду меньч ше, чем на прессе, благодаря менее продолжительному контакту.

Требуемая степень деформации или объем ковочных работ оказывают влияние на максимальную температуру нагрева. Если нагрев ведется для интенсивных обжатий, т. е. для больших деформаций, то максимальная температура нагрева должна быть выше, чем, например, для последнего прохода или отрубки. Нагрев перед первым выносом должен отличаться от иагрева перед последним, который формирует и предопределяет структуру и механические свойства поковки до и после термической обработки. В случае интенсивных обжатий ковку надо заканчибать при более высокой температуре, чем проглаживание. Схема напряженного состояния также влияет на температурный интервал ковки. Для протяжки, где преобладают растягивающие напряжения, температура нагрева должна быть выше, чем для осадки, где преобладают сжимающие напряжения. Масса поковки влияет на сохранение температуры металла и на тепловой эффект. При ковке крупных поковок тепловой эффект выше,

чем при ковке мелких заготовок, так как с увеличением массы металла отношение площади О свободной поверхности к объему V уменьшается. В то же время работа деформации А с увеличением размеров слитка (поковки) растет. Например, для куба длиной ребра а отношение 0/V = 6/а. Во сколько раз увеличилось а, во столько раз уменьшилось отношение OlV. Уменьшение отношения OlV влечет за собой снижение потерь тепла через инструмент и излучением в окружающую среду. С другой стороны, благодаря увеличению работы деформации А при ковке крупных поковок тепловыделение внутри поковки за счет теплового эффекта возрастает. Очаг деформации у крупных поковок более удален от контактных и свободной поверхностей, чем у мелких заготовок. Оба фактора - большее тепловыделение и меньшая удельная потеря тепла - обусловливают у крупных поковок температуру осевой зоны более высокую, чем у мелких заготовок.

Повышение температуры нагрева слнтка перед ковкой и снижение температуры поверхности в конце ковки в сочетании с тепловым эффектом за счет работы деформации повышают градиент температур между поверхностью и осевой зоной. Благодаря этому увеличивается доля сжимающих напряжений, действующих на осевую зону в процессе протяжки.

Повышение температуры нагрева слитка способствует росту пластичности, интенсифицирует диффузионные процессы: гомогенизацшо химического состава и структуры, рекристаллизацию и, как следствие, разупрочнение и залечивание дефектов. Все это позволяет вести ковку с большими обжатиями за ход пресса, сократить число подогревов, повысить качество поковок и производительность ковки. Понижение температуры конца ковки в ряде случаев действует в этом же направлении.

Учитывая все перечисленное, следует различать допустимый и рациональный температурные интервалы ковки. Допустимый интервал является универсальной xapaKTepnctHKoft данной стали (сплава) для обработки давлением. Он не зависит от размеров и формы поковки, процесса, операции, оборудования и др. Допустимый тем-

пературный интервал ковки устанавливают по результатам исследования на образцах механических свойств (пластичности, сопротивления деформации и упрочнения), а также рекристаллизации (первичной, собирательной и вторичной) металла, подлежащего деформации. Рациональный интервал устанавливают на основе допустимого интервала н опыта освоения технологического процесса изготовления конкретной поковки в конкретных условиях данного кузнечного цеха (кузнечно-прессовое оборудование, печь, расстояние от печи до машины, инструмент и т. п.) и последующей термической обработки с учетом требований к металлу поковки по ТУ. Если нет ТУ, температурный интервал должен быть таким, чтобы обеспечивались наилучшая структура и свойства металла поковки.

Методика установления допустимого температурного интервала ковки следующая. Из слитка, если требуется установить температурный интервал ковки литого металла, в трех взаимно перпендикулярных направлениях (аксиальном, радиальном и тангенциальном) вырезают образцы для механических испытаний из различных зон слитка: столбчатой, равноосной и осевой. Механические испытания проводят на растяжение, кручение и ударный изгиб при 20-1300°С. Столь широкий диапазон температур вызван необходимостью выявить зоны пониженной пластичности или хрупкости и учесть их при назначении режимов нагрева и охлаждения.

По зависимости показателей пластичности бв, б, V, прочности ао,2, Об. Ош, То 2, Тв, ударной вязкости KCV и ковкости от температуры строят диаграммы пластичности. По ним находят область температур наиболее высокой пластичности и наиболее низкого сопротивления деформации. С учетом необходимости создания резерва температуры (на ошибку пирометрии, существующий неуправляемый перепад температур по высоте, длине и ширине печи др.) устанавливают до-, пустимый температурный интервал ковки. Это температуры, при которых металл имеет наиболее высокие значения пластичности, ударной вязкости и наиболее низкие значения прочности. По кривым прочности устанавливаю

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ИНТЕРВАЛЫ КОВКИ И ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ 219 1. Температурные интервалы ковки, °С

Продолжение табл. 1

Продолжение табл. 1

Сталь (сплав)

Максимальная температура иагрева металла перед ковкой

Слиток

Заготовка

Минимальная температура окончания ковки

Интенсивное обжатие

Слиток

Заготовка

Проглаживание

Слиток

Заготовка