18. Зависимость количества а-фазы (6-феррита) от температуры

19. Влияние температуры

и выдержки иа содержание а-фазы,

%, стали 20Х15НЗМА

20. Влияние выдержки и температуры ковки иа ударную вязкость сплава

KCV-10-K кДж/м2, при продолжительности выдержки, ч

128 203 278 237 161

Схема напряженного состояния

Пластичность металла при ковке зависит от характера технологической операции, т. е. совокупности термомеханических параметров, определяющих оптимальные условия ковки.

Для количественной оценки пластичности металла при ковке используют различные методы определения пластичности, т. е. степени деформации, выраженной относительным обжимом.

Наиболее достоверные результаты при определении средней пластичности получаются, если пользоваться показателями, полученными двумя способами, т. е. растяжением образцов и открытым обжатием, с последующим сравнением результатов деформации.

Ковка слитка протяжкой. Оценку ковкости можно производить по способности слитка к изменению формы без образования трещин. В табл. 21 приведены данные деформируемости некоторых труднодеформируемых сплавов в зависимости от размеров слитков.

При протяжке плоские бойки позволяют получить относительно большой запас пластичности при ковке слитка по схеме квадрат-квадрат или квадрат-прямоугольник-квадрат. При ковке по такой схеме обеспечивается наибольшая глубина распространения деформации по сечению заготовки и создаются благоприятные условия для интенсивной проработки центральной зоны слитка. Непригодно применение плоских бойков при ковке по схеме круг-круг или при изменении схемы ковки (например, с квадрата на круг), так как в этом случае в заготовке возникают поперечные растягивающие напряжения, особенно при небольших степенях деформаций, приводящие к образованию продольных трещин в середине слитка.

При ковке слитков восьмигранного сечения жаропрочных сталей на плоских бойках при обжатии по ребрам возможно образование внутренних разрывов. Однако, если ковку такого слитка вести в ромбических бойках с углом развала 135°, в которых периметр контакта увеличивается вдвое, внутренние разрывающие напряжения не возникают независимо от величины частных обжимов. Более того, такая схема ковки приводит к закрытию

21. Зависимость деформируемости* слитка

* В условных балл} 5 - очень хрррцщя; 4 - хорошая; 3 удовлетворительная? I И плохая; 1 - очень плохая (слиток разрушается).

имеющихся в осевой зоне висимости от характера выполняемой

технологической операции: биллетировки, протяжки, проглаживания. Для каждого из этих случаев свойственны свои конкретные напряженно-деформированные условия. Величину деформации по обжатиям необходимо увеличивать по мере проковки литой структуры слитка.

В некоторых случаях после обжима слитка на первом выносе в вырезных бойках возможен вариант перехода к дальнейшей ковке в комбинированных бойках или даже использования схемы ковки круг-квадрат-круг.

При ковке слитков и заготовок пе схеме квадрат-квадрат или квадрат-прямоугольник-квадрат в зонах наиболее интенсивной деформации возможно образование внутренних трещин вследствие повышенного деформационного разогрева (теплового эффекта) и перегрева металла от превышения предельно допустимых величин и скоростей обжима, проявляющихся в первую очередь на сталях и сплавах с высоким сопротивлением деформации. Этому способствует ослабление границ кристаллитов металла слитка благодаря наличию различных видов включений и рыхлостей.

В табл. 22 приведено изменение пластичности (степени деформации) высоколегированного жаропрочного сплава ХН77ТЮ в зависимости от температуры и скорости деформации.

При увеличении скорости деформации выше критической, характерной для данного металла, наблюдается понижение пластичности, Чем более

трещии слвтка,

(амым благоприятным условием при Ковке в вырезных бойках является профиль, который обеспечивает кон-Такт с заготовкой по максимальному периметру поперечного сечения, т, е. С радиусом выреза бойков, близким К радиусу слитка. Напряженно-деформированное состояние при этом обеспечивает заготовке схему всестороннего сжатия, исключающую образование трещин в середине слитка. Но ввиДу того, что такие бойки пригодны лишь для ковки заготовок только одного размера, устанавливается оптимальный диапазон диаметров заготовок для вырезных бойков с определенным R. Технологический ряд диаметров определяется из условия сл > (сл к Яб - радиусы соответственно слитка и бойка) с ограничением верхнего предельного радиуса слитка.

Худший вариант, когда сл-б-В самом неблагоприятном случае такой вариант близок к схеме протяжки круглых заготовок на плоских бойках. При Протяжке бойками, радиус выреза которых значительно больше радиуса слитка [i?6 = (1,2--1,3) /?сл]> в середине слитка в отдельных случаях могут образоваться трещины.

В большинстве случаев после предварительного обжима слитка в вырезных по радиусу бойках вполне допустима дальнейшая протяжка в ромбических бойках с углом выреза 90-110°. Оптимальный параметр профиля бойка (угол выреза) устанавливается в за-

КОВКА ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ ЖАРОПР. СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ 613

850 850

850 850

900 900

900 900

1000 1000 1000 1000

1000 1000

1050 1050 1050 1050

испытания

30,0 40,0

46,5

52,5 55,0

30,0 40,0

46,5

51,0 55,5

31,0 40,0 50,0 53,0

58,0 60,0

30,0 39,0 43,5 47,5

Динамические

Трещин нет

Мелкие трещины

Трещины

Трещин нет

Мелкие трещины

Трещины

Трещин нет

Статические испытания Трещины

Трещины

Трещин нет

Статические испытания

Трещии нет

Трещины

Трещин нет

1000 1000 1000 1000 1000

1000

1050

1050

1050

1050

1050

1050

1100

1100

1100

1100

1150

1150

1150

1150

1150

1150

1150

1150

57,0

37,81

43,7

56,7

58,0

62,1

67,6

29,7

42,9

46,5

50,0

61,0

73,0

30,1

48,5

55,0

72,0

25,0

25,0

30,6

52,0

66,1

72,2

77,0

77,6

Трещин нет

Мелкие трещины

Трещин нет

легирована сталь или сплав, тем больше их сопротивление деформированию, причем с повышением скорости деформации сопротивление деформированию возрастает.

По условиям производства более целесообразно ковать высоколегированные жаропрочные стали и сплавы на оборудовании со скоростями деформации, обеспечивающими полное завершение процесса рекристаллизации металла. Это позволит существенно снизить сопротивление деформированию стали и сплава.

Чтобы предупредить явление возникновения деформационного перегрева и разрыхления осевой зоны заготовок, при ковке таких сталей следует

уменьшить величины обжима и скорость единичных деформаций; уменьшить частоту ударов бойка молота и темп ковки; периодически в процессе ковки немного охлаждать разогретую заготовку.

Плохое качество поверхности не-обточенного слитка снижает пластичность. При ковке обточенных слитков возможен в 1,5-2 раза больший обжим, чем слитков, ие подвергнутых обточке. При ковке высоколегированных жаропрочных сталей и сплавов требуется весьма тщательно и равномерно производить операции надрезки и т. п. При этом для предотвращения образования поверхностных трещии заготовку следует подвергать небольшим

обжимам инструментом, имеющим необходимые радиусы закруглений и достаточно высокое качество поверхности его рабочей части. Как правило, для выполнения этих операций применяют подогретый инструмент.

При ковке заготовок относительно большой длины для сохранения тепла в заготовках необходимо на свободную часть поковки накладывать специальные теплоизоляционные кожухи-экраны.

Схему напряженного состояния при протяжке слитка определяет также величина относительной подачи l/h (1 - подача, h-толщина заготовки).

При малой относительной подаче llh <5 0,5, т. е. когда имеется наибольшая неравномерность обжима по толщине заготовки, в центральной зоне ее действуют продольные растягивающие напряжения, приводящие к выявлению дефектов в структуре и образованию поперечных трещин в ослабленных местах заготовки. Наоборот, при l/h > 0,5 в центральной части заготовки возникают продольные сжимающие напряжения, приводящие к полной деформации центральной зоны. При соотношении /г > 1 в заготовке снова действуют поперечные растягивающие напряжения.

Оптимальными величинами относительной подачи при ковке независимо от формы бойков являются 0,8 > > т > 0,5.

Большие величины обжима при протяжке способствуют проникновению деформаций до оси заготовки и повышению плотности металла в центральных зонах с заваркой осевых рыхлостей и дефектов. Однако величины обжима определяются запасом пластичности высоколегированных сталей. Ковка сталей с низким запасом пластичности производится с небольшими величинами обжима АН за каждый ход траверсы пресса или удар бойка молота. В этих случаях деформация не проникает на всю толщину поковки, возникает явление опережения течения наружных слоев металла заготовки по отношению к центральным слоям, происходит образование наплыва или образование воронок на торцовой поверхности заготовки. Это явление наблюдается при ДЯ<$ (0,08-t-0,l) D и (0,64-0,8) D (D - диаметр слитка, В - ширина бойка).

Практически же многие высоколегированные стали допускают относительный обжим за один проход ие более (0,05-0,08) D при протяжке в комбинированных бойках. В таких случаях необходимо создать условия повышенной пластичности путем применения оптимального профиля бойков, допустимых температур ковки, операции обточки слитков и других факторов, которые позволили бы увеличить допустимую степень обжима при протяжке.

Образование торцовых вороиок можно предупредить предварительной осадкой заготовок, применяя сферические осадочные плиты. При последующей протяжке полученный ранее выпуклый торец блока компенсируется металлом из-за большого течения наружных зон, способствующих выравниванию торца.

Технологическая пластичность высоколегированных жаропрочных сталей на основе железа значительно выше, чем сталей и сплавов на никелевой основе.

Допустимые степени деформации ковки высоколегированных сталей при протяжке на круг в ромбических и комбинированных бойках составляют за проход на прессах 8-20 %, на молотах 5-8 %.

При обжиме заготовок со степенями деформации ниже указанных величин создаются условия непроковки центральной зоны заготовки. Для получения одинаковой структуры при протяжке заготовки квадратного сечения на плоских бойках величины относительного обжима уменьшаются. Указанные закономерности необходимы для разработки параметров технологического процесса и выбора оборудования при ковке рассматриваемой группы сталей. Допустимые степени деформации за проход при ковке в области нижнего температурного интервала следует уменьшать. Суммарные обжимы за вынос (несколько переходов) с одного нагрева при ковке на прессах и молотах в зависимости от свойств стали находятся в пределах 40-80 %. Ковка заготовок иа молоте или прессе в бойках разной формы сопровождается неравномерной деформацией. В очаге деформации при каждом единичном обжиме образуются зоны, в которых фактические степени деформа-

23. Зависимость критической степени деформации от температуры

24. Температура начала рекристаллизации сталей и сплавов

Сталь, сплав

Температура, °С

, а )£. га

го t-X о.

о го

ос: п

о о =

2 л

ч с- го

го OJ н

ЕР t- о

го го X

к 0,0.

12Х18Н9Т * 45Х14Н14В2М

ХН70Ю

700- 800 800- 850

1100

1200 1100

а: в

1-10

0-10 1-12

* В отожженном состоянии (800-900 °С) прн степени деформации 12-15 % образуется разнозернистость.

ции могут быть ниже, равны илн выше критических. Это еще больше усугубляется при ковке за несколько нагревов. После термической обработки в металле такой заготовки обнаруживается разнозернистая структура. В табл. 23 приведены данные, характеризующие изменение критической

степени деформации сплава ХН77ТЮ в зависимости от температуры, а в табл. 24 показана температура начала рекристаллизации для различных марок сталей и сплавов.

Поэтому с целью получения равномерной н сравнительно мелкозернистой структуры при ковке заготовок за несколько выносов нагрев заготовок для последнего выноса следует производить до температуры, соответствующей наименее интенсивному росту зерен по диаграмме рекристаллизации, а деформация заготовки на последнем выносе должна быть выше критической в любой части деформируемого тела. Для большего числа высоколегированных сталей и сплавов аустенитного класса такой предел температуры будет соответствовать 1100-1150 °С. Кроме того, заканчивать деформацию прн температурах вблизи нижнего интервала ковки также не рекомендуется.

В табл. 25 приведены свойства сплава ХН70ВМТЮФ прн различных температурах. По данным таблицы можно определить температурный интервал горячей пластической деформации слитков и заготовок. Данные этой таблицы дают представление о возможных пределах колебания уровня пластичности металла, поступающего в горячую пластическую дефюрмацию. Для большинства плавок максимальная температура нагрева не должна превышать 1160 °С. Начало распада твердого раствора н образования частиц упрочняющей у-фазы при охлаждении деформируемой заготовки наблюдается прн 1000-1020 °С, когда ковку заготовки следует прекращать.

Ковка слнтков осадкой. Прн деформировании заготовки осадкой, применяемой нлн в качестве вспомогательной операции для обеспечения необходимой уковкн прн последующей протяжке заготовок типа вала, нли в качестве основной операцнн при изготовлении деталей типа дисков, возникают условия неравномерного течения металла по толщине заготовки. По этой причине даже после 4-5-кратной осадки высоколегированных сталей в металле на торцах заготовок вблизи контактных поверхностей наблюдаются остатки недефор-мнрованной литой структуры. ]3,ля предотвращения этих дефектов заготовки перед осадкой подвергают про-

25. Механические свойства сплава ХН70ВМТЮФ при различных температурах

Примечание Образцы изготовляли из круглых заготовок диаметром 35 мм (плавки № 1 н 2) и квадратных сечением 75Х 75 мм (плавки № 3 н 4); заготовки получали из металла, подвергнутого прокатке (плавки № 3 н 4) и термической оОра-ботке по режиму: нагрев до 1050 °С с выдержкой 4 ч+отпуск при 800 С с выдерж-кой 16 ч.

26. Зависимость макроструктуры сплава ХН77ТЮ от степени уковки

тяжке. Степень уковкн только за счет протяжек для заготовок ответственного назначения должна быть не менее четырех, так как даже при этой степени уковки на периферии сечения заготовки еще наблюдаются неориентированные в направлении течения металла дендриты. Это подтверждается данными приведенными в табл. 26, й которой показано изменение макро-

структуры сплава ХН77ТЮ в зависимости от степени уковки.

Волокнистое строение по всему сечению наблюдается только при 10-кратной и более степени уковки.

Волокнистое строение после ковкн высоколегированных сталей в отлнчие от обычных инструментальных и конструкционных сталей наблюдается даже при 8-Катной степени уковкн.