Учебники по популярным профессиям
на asv0825.ru

Исходные материалы и их подготовка к ковке

       

Виды и размеры исходных заготовок

Заготовками в кузнечно-штамповочном производстве служат слитки, прокат различных профилей (чаще круглого и квадратного) и прессованные прутки. Для изготовления крупных поковок на гидравлических прессах и ковочных молотах используют слитки, а также профили проката большого сечения. Для объемной штамповки и ручной ковки заготовками являются профили проката и прессованные прутки средних и небольших размеров.

Слитки получают на металлургических заводах заливкой жидкого металла в металлические формы, называемые изложницами. Кузнечные слитки отливают массой до 500 т. По высоте слитки имеют форму усеченной пирамиды с расширяющимся кверху сечением (рис. 3.1, а) и отношением высоты к среднему поперечному размеру от 2 до 3. Слитки небольшой массы имеют круглое или квадратное, а более крупные — многогранное (шести-, восьми- и двенадцатигранное) поперечное сечение. Во избежание появления трещин при охлаждении или нагревании слитка перед обработкой давлением его грани делают вогнутыми .

Слитки имеют сложное строение, и чем больше их масса, тем в большей степени они неоднородны по строению и содержат больше дефектов. Объясняется это тем, что после заливки изложницы различные части слитка затвердевают неодновременно.

Рис. 3.1. Внешний вид (а) и строение (б) слитка:
1 - зона мелких зерен, 2 - зона вытянутых зерен, 3 - центральная зона крупных зерен, 4 - усадочная рыхлость, 5 - усадочная раковина; 1 - зона усадочной раковины, II — средняя часть слитка, III — донная часть слитка

Вследствие наибольшей скорости охлаждения на поверхности слитка сразу после заливки жидкого металла образуется тонкий плотный мелкозернистый слой — зона 1 (рис. 3.1, б). Затем охлаждение замедляется, теплота отводится в направлении стенок изложницы и образуется зона 2, состоящая из вытянутых и перпендикулярных поверхности слитка зерен — дендритов. Центральная зона 3 состоит из произвольно ориентированных крупных дендритов, так как отвод теплоты в этой зоне замедлен и примерно одинаков во всех направлениях. По границам дендритов скапливаются неметаллические включения и вредные примеси — сера и фосфор. Механические свойства этой зоны самые низкие.

В верхней части слитка располагаются зоны усадочной рыхлости 4 и усадочной раковины 5. Эти зоны образуются вследствие объемной усадки металла в процессе кристаллизации. Зона / усадочной раковины и донная часть III слитка удаляются в процессе ковки и отправляются на переплавку. Для изготовления поковки используют только среднюю часть II слитка (’’тело”), которая составляет 60 ... 80 % его общей массы.

К дефектам слитка относят также ликвацию — неоднородность химического состава. Так, в нижней части тела слитка массой 19 т из стали 55Х содержание углерода составляет ~0,5 %, а в верхней — 0,8 %. Объясняется это тем,что менее легкоплавкие компоненты сплава затвердевают позже, чем основной сплав, и выжимаются в центральную и верхнюю части слитка.

К другим дефектам слитка следует отнести плены, трещины, газовые пузыри, частицы различных неметаллических включений.

Плены образуются при заливке жидкого металла в изложницу. Струя металла, падая с большой высоты и ударяясь в дно, разбрызгивается на стенки и затвердевает в виде пленки. Плены имеют окисленную поверхность и не свариваются с основным металлом ни при затвердевании слитка, ни при его ковке. Во время ковки плены могут попасть в тело поковки и привести к браку.

Трещины могут возникать при быстром охлаждении слитка, когда наружные его слои охладились, а внутренние имеют высокую темпера-iypy. Наружные слои из-за усадки металла стремятся к сжатию, но так как этому препятствуют внутренние слои, то в наружных возникают большие растягивающие напряжения, которые и могут вызвать разрушение металла.

Газовые пузыри образуются вследствие уменьшения растворимости газов с понижением температуры жидкого металла. Если скорость охлаждения слитка высокая, то растворенные в жидком металле газы не успевают выйти в атмосферу и часть их остается в затвердевшем металле, образуя в нем пустоты — газовую пористость. В микропорах металла может накапливаться водород под высоким давлением, что приводит к образованию внутренних надрывов (флокенов) в металле.

Чаще всего флокены образуются в некоторых легированных сталях, поэтому слитки из таких сталей охлаждают очень медленно, чтобы максимально удалить растворенные в жидком металле газы, а также во избежание возникновения трещин при охлаждении.

Неметаллические включения (шлаки, песчинки, куски огнеупоров и тл.) служат концентраторами напряжений, снижающими механические свойства стали (прочность, пластичность). Они могут попасть в жидкий металл как в процессе плавки, так и при разливке и кристаллизации слитка.

Дня повышения качества слитков плавку металла осуществляют в вакуумных, электронно-лучевых и плазменных печах; слитки отливают в вакууме (вакуумная дегазация металла), а также получают электрошлаковым (ЭШП) и вакуумно-дуговым (ВДП) переплавом.

В качестве заготовок для ковки и штамповки используют также слитки, получаемые непрерывной разливкой в водоохлаждаемых медных изложницах — кристаллизаторах и имеющие квадратное или прямоугольное сечение. Они отличаются плотной мелкозернистой структурой, отсутствием усадочной раковины, уменьшенным количеством неметаллических включений и пониженной себестоимостью. Отходы металла как при изготовлении таких слитков, так и при их последующей ковке значительно снижаются. Другим путем снижения расхода металла в кузнечных цехах и повышения производительности ковки является применение специальных слитков — удлиненных, укороченных, полых, малоприбыльных, с повышенной конусностью (до 12 ° вместо обычных 5 °) и др.

Сортовой прокат, используемый в качестве заготовок для изготовления стальных поковок, получают прокаткой на сортовых прокатных станах. Наиболее часто применяют горячекатаные профили круглого, квадратного или шестигранного сечения (рис. 3.2, а. . .в). Металлургические заводы выпускают круглые и квадратные профили длиной до 10 м, диаметр или сторона квадрата которых составляет 5 . . . 250 мм. Реже в качестве заготовок используют полосовую, угловую сталь (рис. 3.2,г, д) и трубы.

Катанный металл применяемый для ковки и штамповки:
а, б, в - круглого, квадратного и шестигранного сечения, г - полоса, д — угловая сталь, е — блюм, ж — периодический прокат; Lзar — длина заготовок, на которые разделывают прокат

Крупные поковки изготовляют на прессах и молотах из обжатых на блюминге заготовок (блюмов) квадратного сечения со стороной 140 . . . 450 мм (рис. 3.2, е). Стороны квадрата вогнуты, а углы скруглены радиусом 20 ... 60 мм.

Для штамповки поковок применяют также периодический прокат с переменным сечением, периодически повторяющимся по длине (рис. 3.2, ж). Поскольку форма и размеры таких заготовок близки к форме и размерам готовой поковки, обеспечиваются экономия металла и повышение производительности труда за счет уменьшения числа переходов в процессе штамповки. При меньшем количестве штамповочных ручьев уменьшаются размеры штампов, достигается экономия дорогостоящей штамповой стали, сокращаются затраты на изготовление штампов.

Рис. 3.3. Виды дефектов исходных заготовок:
а - риски, б - волосовины, в - закаты, г - плены, д - расслоения, е - инородные включения, ж - флокены

Катаные заготовки могут иметь следующие дефекты: риски; по-лосовины; закаты; плены; расслоения; инородные включения; флокены.

Риски (рис. 3.3, а) — мелкие, глубиной 0,2 ... 0,5 мм продольные царапины на поверхности, возникающие при прокатке металла валками, которые имеют задиры и заусенцы, а при прессовании — от задиров на матрице.

Волосовины (рис. 33,б) — тонкие (волосные) трещины на поверхности, имеющие глубину 0,5 ... 1,5 мм и направленные вдоль профиля. Возникают волосовины вследствие раскатки в длину подкорковых газовых пузырей слитка при прокатке металла.

Закаты (рис. 3.3, в) — заусенцы, закатанные в виде диаметрально противоположных складок глубиной более 0,5 мм. Появляются они вследствие образования заусенцев на профиле в промежуточной стадии прокатки (по причине изнашивания ручьев прокатных валков) и вдавливания этих заусенцев в металл при дальнейшей прокатке.

Плены (рис. 3.3, г) — отслаивающиеся с поверхности заготовок пленки толщиной до 1,5 мм, которые образуются при прокатке слитков. Плены заковываются или заштамповываются в поверхность поковок, поэтому их перед ковкой и штамповкой следует удалять.

Расслоения (рис. 3.3, д) — вытянутая на значительную длину при прокатке слитка усадочная раковина или рыхлость.

Инородные включения (рис. 3.3, е) - попавшие в жидкую сталь шлаки, песок и другие неметаллические включения. При прокатке слитка они могут оказаться в середине проката и обнаруживаются при разделке прутков на мерные заготовки либо при изготовлении образцов для микро- или макроанализа структур. Инородные включения понижают прочность металла и могут приводить к поломкам инструмента при обработке резанием.

Флокены (рис. 3.3, ж) — скопления мельчайших извилистых трещин или пятен серебристо-белого цвета. Обнаруживаются они на поверхности среза при отрезке заготовок или при обработке поковок резанием. Детали при наличии флокенов растрескиваются при закалке.

Прессованные профили, применяемые в кузнечноштамповочном производстве, обычно представляют собой прутки круглого, квадратного или шестигранного поперечного сечения. Получают их горячим прессованием из конструкционных, инструментальных, жаропрочных и других сталей. Многообразные прессованные профили изготовляют из цветных металлов. Поставляемые алюминиевые прутки имеют диаметр или сторону 5 ... 400 мм, латунные — 10 ... 160 мм. Бронзу выпускают в виде круглых прутков с размерами 40 ... 110 мм. Прессованные заготовки отличаются хорошей структурой металла и более точными размерами по сравнению с катаными.

Для горячей штамповки в ряде случаев применяют полосовые заготовки толщиной более 5 мм и шириной до 200 мм. Для штамповки на горячештамповочных автоматах часто используют заготовки из проволоки, свернутой в бунты. В отдельных случаях применяют заготовки, полученные литьем. Их форма близка к окончательной форме поковки и при штамповке достигается более высокое качество литого металла.

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru