Главная / Ковка и штамповка стали / Ковка жаропрочных сталей

Ковка жаропрочных сталей

В жаропрочных аустенитных сталях и никелевых сплавах интенсивный рост зерен начинается при приближении к верхнему температурному интервалу ковки. При этом зона критических степеней деформаций в ряде случаев охватывает область от 0 до 15-20%. Отсюда казалось бы, что для получения поковок с мелким зерном надо или ковать их вблизи нижнего предела температурного интервала, или, при ковке в области высоких температур, применять большие обжатия.

Ковка при температурах, близких к нижнему пределу температурного интервала, исключается по следующим причинам:

  • при малых степенях обжатий во время вытяжки в силу неравномерности распространения деформаций, проковывается достаточно только металл вблизи наружной поверхности. Центральная зона заготовки достаточной проковки не получает;
  • при последующем нагреве в металле, прокованном при пониженных температурах с критическими степенями деформации, неизбежен большой рост зерен;
  • ковка при низких температурах непроизводительна и неэкономична.

Применение больших обжатий при ковке в области высоких температур ограничено пластичностью сплава н особенностями формообразования.

Пластичность металла при обработке давлением зависит от напряженного состояния, свойственного выполняемой технологической операции. В зависимости от формы бойков, величины подачи и обжатий можно получить различное состояние пластичности металла при ковке.

Максимальное развитие продольных трещин в середине слитка происходит при вытяжке слитков плоскими бойками по схеме круг - круг.

При вытяжке слитков бойками, радиус выреза которых близок к радиусу слитка, трещины в середине его не образуются. То же наблюдается при ковке слитков ромбическими бойками с углом раскрытия 90-105°. С дальнейшим увеличением угла раскрытия бойков и повышением относительного обжатия за проход (более 10-12% для низкопластичных материалов) в середине слитка начинают появляться продольные трещины.

При вытяжке бойками, радиус выреза которых значительно больше радиуса слитка [rв = (1,2÷1,3) Rсл], в середине его также начинают образо вываться трещины.

Таким образом, наибольшая пластичность достигается при ковке слитков бойками с вырезом по радиусу, близкому радиусу заготовки. Однако такими бойками можно выполнять лишь небольшие обжатия. Поэтому их применяют только для первоначального обжатия слитков из малопластичных сплавов. Ковка ромбическими бойками с малым углом раскрытия (α = 90÷95°) связана с некоторыми трудностями из-за повышенной сложности манипулирования заготовкой и также ограничена относительно небольшими обжатиями, возможными в одной паре бойков. Поэтому наиболее применимыми для ковки сплавов с пониженной пластичностью оказываются ромбические бойки с углом раскрытия 105°. Остальные бойки применяют для ковки сплавов с более или менее достаточной пластичностью.

Образование поперечных трещин на поверхности заготовки в основном является следствием возникновения растягивающих напряжений в металле в месте перехода от недеформируемой к деформируемой его части. Чем меньше радиус скругления бойков, тем выше эти напряжения и тем больше обра зуется трещин при ковке.

Чтобы избежать поперечных трещин, рекомендуется скруглять бойки радиусом r= (0,2÷0,25) Rз ззаготовки.

При ковке слитков и заготовок по схеме квадрат-квадрат или квадрат-прямоугольник-квадрат также воз можно образование внутренних и наружных  трещин:

  • поперечных на поверхности при больших обжатиях вследствие возникновения растягивающих напряжений в металле в местах перехода от недеформируемой к деформируемой части;
  • поперечных на боковой поверхности по так называемому «ковочному крету» вследствие возникновения больших сдвигающих напряжений при превышении допустимых обжатий. Применение бойков с малым радиусом скругления способствует большому образованию трещин из-за концентрации напряжения;
  • внутренних вследствие повышенного разогрева металла при превышении допустимых величин обжатий. Образованию таких трещин способствует ослабление металла включениями и рыхлостью, свойственными слиткам.

Состояние поверхности слитка (ободранного или неободранного) также в значительной степени влияет на его пластичность при ковке. После удаления со слитка дефектов (разгарных трещин, рыхлостей, подкорковых пузырей, засоров и т. п.) возможны в 1,5—2 раза большие обжатия, чем для неободранного слитка.

Каждому сплаву в зависимости от его физико-химических свойств присущи свои конкретные режимы ковки. Однако при ковке аустенитных сталей и никелевых сплавов можно руководствоваться следующими общими положениями:

  1. Первые обжатия слитков следует производить легкими ударами молота или небольшими рабочими ходами пресса. Величину обжатий надо увеличивать по мере проковки литой структуры  слитка.
  2. Относительное обжатие за проход, кроме первого, должно составлять не менее 8% при ковке под прессом и 5% при ковке на молотах. При обжатиях, меньше указанных, деформации по сечению распространяются крайне неравномерно, и металл в средней части оказывается непрокованным.
  3. Ковка повышенными обжатиями за проход обеспечивает лучшую проковку материала. Однако величина возможных обжатий ограничивается пластичностью сплава и особенностями формоизменения. Наиболее высокие относительные обжатия достигаются при ковке под прессом.
    Применение широких бойков и больших подач также способствует повышению равномерности деформаций. Выполнение этих условий при ковке под молотами ограничено. Таким образом, ковку относительно крупных слитков предпочтительнее производить на гидравлических прессах.
    Относительные обжатия за проход при ковке аустеннтных жаропрочных сталей и никелевых сплавов составляют (в %): на гидравлических прессах - 15-8, на молотах - 5-8.
    При приближении к нижнему температурному интервалу ковки относительные обжатия за проход следует уменьшать.
  4. Суммарное (за несколько переходов с одного нагрева) обжатие при копке слитков и заготовок в зависимости от свойств сплавов составляет 40-80%.
  5. Для получения равномерной и достаточно мелкозернистой структуры при ковке заготовок за несколько выносов нагрев их при последнем выносе рекомендуется производить до температуры, меньшей интенсивного роста зерен, показанной на диаграмме рекристаллизации данного сплава. Для большинства жаропрочных сплавов такой температурой является 1100— 1130°С. Заканчивать ковку при температурах нижнего предела температурного интервала также не рекомендуется.

В процессе ковки макро- и микроструктура слитков значительно изменяется.

В случае деформирования литой структуры вытяжкой в одном направлении процессы рекристаллизации ограничиваются пределами строчек. Лишь при высоких степенях деформации, когда межзеренные составляющие в значительной степени утоняются и разрываются, возможно срастание зерен, расположенных в со седних строчках. При ковке всегда наблюдается деформация кристаллитов литой структуры в разных направлениях. Однако в ряде случаев степень ее может сказаться недостаточной для того, чтобы уничтожить вытянутость зерен и межзеренных составляющих в одном направлении, что наблюдается при вытяжке без промежуточных оса док.

При вытяжке в вырезных бойках, когда уширение незначительно, деформация кристаллитов в одном направлении больше, чем при вытяжке плоскими бойками брусков прямоугольного сечения.

Одинаковая проковка грубой литой структуры при вытяжке прямоугольных заготовок плоскими бойками достигается при уковке, в 1,25-1.5 раза меньшей, чем при вытяжке в вырезных бойках как круглых, так и прямоугольных заготовок. Поэтому в тех случаях, когда пластичность сплава достаточна, а форма и размеры заготовок позволяют вести вытяжку плоскими бойками по схеме квадрат-прямоугольник-квадрат, такая схема вытяжки  предпочтительнее.

При недостаточной пластичности слитков для ковки плоскими бойками по схеме квадрат-прямоугольник-квадрат рекомендуется первоначаль ное обжатие их проводить в круглом сечении радиальными, а затем ромбическими бойками. Для многих сплавов оказывается возможным первоначальное обжатие осуществлять сразу же ромбическими бойками.

При ковке слитков с удовлетворительной пластичностью хорошее состояние поверхности заготовок достигается, когда многогранный слиток обжимается не по ребрам, а по граням.

При ковке жаропрочных сплавов особенно тщательно следует выполнять операции подсечки, пережима и т. п. Во избежание образования трещин их следует производить хорошо подогретым инструментом с достаточными радиусами закруглений и небольшими обжатиями.

При ковке заготовок большой длины для сохранения тепла в заготовках рекомендуется на свободную часть поковки надевать кожуха из листового железа, обшитые асбестом.

При деформировании осадкой заготовки из жаропрочных сплавов с грубой литой структурой даже после пятикратной осадки в металле наблюдаются остатки литой структуры. Во избежание этих дефектов заготовки перед осадкой следует подвергать вытяжке. Уковка только за счет вытяжек для заготовок, предназначенных для дисков ответственного назначения, необходима не менее четырехкратной. Осадку следует производить с обеспечением мероприятий, направленных на повышение равномерности деформаций.

Последний повышается при исполь зовании инструмента с чистой и гладкой поверхностью (не менее 4), подогретого до 300-400°С, и применения антифрикционных смазок, обладающих также и теплоизолирующими свойствами.

Лучшими являются смазки, содержащие стекло или ему подобные материалы (шлаки). Дешевым и удобным способом приготовления и применения смазок является следующий. Суспензии из стеклянного порошка с измельчением не крупнее сита № 10-20 в 50% -ном водном растворе жидкого стекла (сульфатного или натриевого содового) удельного веса 1.2-1,3. ровным слоем толщиной 1-2 мм (в зависимости от размеров заготовки) наносят на одну сторону листа из тонкого картона или грубой оберточной бумаги. Обработанные таким образом листы, просушенные на воздухе, помещают на торцы заготовки перед осадкой. Размеры листа должны быть не менее диаметра заготовки после осадки.

При использовании стеклянных смазок обслуживающий персонал и оборудование следует защищать от возможного выброса смазки путем установки ограждений.

Для смазки заготовок лучше исполь зовать бесщелочные стекла и шлаки. Возможно применение и обычного бутылочного стекла. В этом случае во избежание разъедания заготовок при последующих нагревах остатки смазки с них необходимо тщательно удалять.

Для повышения равномерности деформаций в заготовках с большим D/Н (Н - высота заготовки перед осадкой; D - диаметр заготовки перед осадкой) применяют осадку их в стопе. Если по мере осадки стопы заготовки поворачивать одну к другой разными сторонами, то металл вблизи торцов попеременно будет находиться либо в зоне затрудненных деформаций, либо в зоне интенсивных деформаций. Кроме повышения равномерности распространения деформаций при осадке стопой, достигается значительное снижение по требного усилия пресса. При осадке заготовок стопой стеклянную смазку рекомендуется применять только на последней переукладке.

Для осадки заготовок с большим отношением D/Н из дорогих и низко-пластичных сплавов целесообразно применять горячие прокладки из углеродистой листовой стали. Толщина прокладок S необходима такая, чтобы в конкретных температурных условиях давление, нужное для течения металла прокладок, было несколько меньше давления, требуемого для течения осаживаемой заготовки. Для жаропрочных аустеннтных сталей и никелевых сплавов удовлетворительные результаты достигаются при следующих соотношениях размеров осаживаемой заготовки и прокладок:

для заготовок с D/Н= .5÷3.0
S = (0.70—0,1) Н;
для заготовок с D/Н=3,0÷5.0
S = (0.1÷0.15) Н

В случае осадки с несколькими промежуточными нагревами прокладки наиболее целесообразно применять на предпоследнем и последнем выносе.

Использованием прокладок при осадке заготовок с D/H - 3 достигается значительное уменьшение «бочки» на поковках по сравнению с обычной осадкой.

Допустимая степень деформации при осадке с одного нагрева и в случае осадки с паузами для «отдыха металла» практически равна, а без пауз составляет 0,8-0,9 от осадки до образования трещин при испытании образцов.

Так же как и при вытяжке, осадку, если она является последней операцией при изготовлении, следует производить при нагреве металла до температуры, несколько меньшей начала интенсивного роста зерен, и заканчивать при температуре на 30-50°С больше температуры нижнего предела ковки. Степень деформации при осадке должна быть не менее 20-25%.



 
 
Добавить предприятие
 


 
 
 
 
 
 
 
Тел.: (8552) 39-71-29
промышленные предприятия Условия использования материалов сайта Политика конфиденциальности
 
Создание сайта Вебцентр