Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Влияние ковки на структуру и механические свойства металла

Горячая обработка давлением весьма существенно влияет на макро-и микроструктуру металла, и особенно резко это влияние сказывается на литом металле. На рис. 7.2 изображена схема строения стального слитка. Слиток вследствие неоднородности по структуре и химическому составу как в пределах зерна, так и по объему, а также из-за наличия пор, газовых пузырей и других дефектов не может быть непосредственно использован для изготовления деталей машин и конструкций. Для устранения перечисленных дефектов слитки подвергаются горячей обработке давлением - прокатке или ковке.

Кликните на рисунок чтобы увеличить его

Схема строения стального слитка
Рисунок. 7.2. Схема строения стального слитка (по Н. А. Минкевич):
1 - усадочная раковина, 2 - усадочная рыхлость, 3 - зона плотного зернистого строения; 4-5 - зоны мелких и крупных столбчатых кристаллов, ориентированных перпендикулярно к стенкам изложницы; 6 - зона крупных дендритов, наклоненных к стенкам изложницы; 7 - зона средних и крупных дендритов, по-разному ориентированных; 8 - часть слитка с плотным зернистым строением.

При ковке (прокатке) литого металла первичные кристаллы (дендриты) дробятся и вытягиваются в направлении наибольшей деформации; в результате протекания процессов рекристаллизации деформированный металл приобретает зернистую микроструктуру. Одновременно с дендритами вытягиваются и их границы, которые представляют собой неметаллические вещества, создавая так называемую волокнистую макроструктуру.

При горячей деформации происходит также заваривание пузырей, трещин, пор, и сталь немного уплотняется. Кроме того, при горячей обработке давлением вследствие протекания диффузионных процессов происходит некоторое выравнивание химического состава. В результате горячей обработки давлением металл становится более прочным и пластичным. Однако вследствие образования волокнистой макроструктуры сталь приобретает анизотропию.

При сравнительно неизменных во всех направлениях прочностных характеристиках пластичности (особенно ударная вязкость) металла вдоль волокон выходят выше, чем поперек волокон. Увеличение коэффициента уковки приводит к повышению характеристик пластичности металла вдоль волокон и падению их в поперечном направлении.

Практикой установлено, что для получения качественных поковок из конструкционных сталей степень уковки для слитков должна быть не менее 2,5-3, а для проката 1,1-1,3. В тех случаях, когда куют стали карбидного класса, например быстрорежущей или инструментальной стали Х12М, в которых содержатся карбиды, которые трудно разрушать, степень уковки для слитков должна приниматься не менее 10-12.

В связи с анизотропией механических свойств металла, после деформирования его в горячем состоянии, при разработке технологического процесса изготовления деталей рекомендуется учитывать направление волокна в зависимости от условий их работы. Волокна должны либо огибать контур детали, или совпадать с направлением максимальных нормальных напряжений, возникающих в детали во время ее работы, и по возможности не должны пересекаться. В качестве примера на рис. 7.3 изображены случаи изготовления шестерни резанием из заготовки с различным направлением волокна.

Изготовление шестерни резанием из заготовки 2 с разным направлением макроволокон
Рисунок. 7.3. Изготовление шестерни резанием из заготовки 2 с разным направлением макроволокон:
  • а - из проката в виде прутка;
  • б - из листового проката;
  • в - из пруткового проката, подвергнутого предварительному оседанию вдоль волокна;
  • м - из проката, подвергнутого предварительному оседанию поперек волокна:

1 - шестерня, 2 - заготовка, 3 - волокно в исходной заготовке; 4 - ликвационная зона в исходной заготовке; 5 - ликвационная зона в поковке

Из приведенных на рис. 7.3 четырех случаев наиболее благоприятным является случай изготовления шестерни из проката, подвергнутого оседанию вдоль волокон (рис. 7.3, в). Следует отметить, что несмотря на наличие в прокате (круг, квадрат) волокнистой макроструктуры в его осевой зоне может сохраниться ликвация и потому, если делать осадки поперек направления волокна (рис. 7.3, г), осевая зона вследствие контактного трения может быть выведена наружу и тем самым оказаться в области зубов шестерен.

Зубья шестерни, изготовленной по такой технологии, будут подвергаться быстрому износу и даже поломке. Чтобы избежать этого явления при изготовлении поковок типа тел вращения с рабочей областью, рекомендуется делать осадки в направлении волокна, как это изображено на (рис. 7.3, в). Так как механическая обработка не позволяет сохранить волокно неперерезанным, то ни один из приведенных на (рис. 7.3) случаев изготовления шестерни не обеспечивает в полной мере условия огибания волокном контура зубов. Наиболее приемлемым с этой точки зрения может быть лишь метод изготовления шестерен методом накатки.

Читать далее >>

Источник [1] → список литературы.


Вернуться в начало раздела: Обработка металла давлением (ОМД)
Вернуться на главную: Черная металлургия