При ковке высоколегированной стали для получения качественных поковок, кроме дифференцированного выбора для каждого класса стали общей степени уковки, необходимо учитывать и другие технологические факторы.
К числу их относятся:
- подготовка слитков и заготовок к ковке;
- режим нагрева перед ковкой;
- оптимальные температуры начала и конца ковки;
- выбор схемы процесса ковки и формы бойков, охлаждение поковок и др.
Подготовка слитков и заготовок к ковке. Если на поверхности слитков или заготовок есть дефекты (литейные плены, подкорковые пузыри и др.), то они остаются и в поковках в виде коночных плен, волосовин, песочин, трещин и др. Поэтому для обеспечения чистой поверхности поковок требовании к состоянию поверхности слитков и заготовок должны быть максимально повышены.
Предварительный и промежуточный отжиг. Для слитков высоколегированной стали многих марок производят предварительный и промежуточный отжиг, который применяют с целью:
- снятия полученных при охлаждении слитка остаточных напряжений;
- снижения твердости в тех случаях, когда производится обработка поверхности слитка резанием (обдирка, нырубка);
- ослабления неравномерности химического состава слитка;
- разрушения по границам первичного (литого) зерна хрупкой ледебуритной оболочки (смесь цементита с аустенитом), имеющейся в стали карбидного и аустенитного классов (быстрорежущая, хромоникелевая и хромоникелевольфрамовая с высоким содержанием углерода и др.). Хотя полное разрушение таких оболочек первичного зерна путем термообработки и не достигается, слитки, подвергнутые отжигу, поддаются ковке или прокатке значительно лучше, дают меньше трещин и обеспечивают больший выход годного металла.
Нагрев металла перед ковкой. Основными дефектами в слитках высоколегированной и легированной стали являются флокены, усадочные и интеркристаллические (по стыкам зерен) трещины, образующиеся в процессе остывания слитка. Чтобы предотвратить возникновение дефектов, в тех условиях, где это возможно, следует подавать слитки для нагрева под конку в горячем состоянии непосредвенно после отливки с наружной температурой не ниже 600° С. Закладку холодных слитков в печь надо производить, как правило, при низких температурах печи (600-700° С), так как теплопроводность высоколегированной стали ряда марок ниже в 3-4 раза теплопроводности углеродистой стали.
Температура начала и конца ковки. Интервалы ковочных температур высоколегированной стали многих марок более узкие, чем для среднеуглеродистой и низколегированной конструкционной стали. Это обстоятельство обязывает обращать особое внимание на соблюдение температурных режимов начала и конца ковки.
Выбор схемы процесса ковки. При деформации литого металла в одном направлении (без кантовки) кристаллы литой структуры принимают вытянутую форму. Происходит недостаточное разрушение первичного (литого) зерна и структурных составляющих, расположенных по его границам. Поэтому для получения в поковке более однородной структуры и оптимальных механических свойств металла ее попеременно вращают вокруг продольной оси.
Наиболее рациональна ковка по схеме квадрат-прямоугольник-квадрат.
Форма бойков. Пластичность стали при ее деформировании ковкой можно
значительно повысить путем правильного выбора формы и размера бойков, т. е.
путем выбора наиболее благоприятной схемы объемно-напряженного состояния металла
при деформировании.
Нецелесообразно производить вытяжку высоколегированной
стали в комбинированных бойках (верхний плоский, нижний вырезной). Наиболее
благоприятные условия обеспечиваются при ковке в бойках, имеющих радиус выреза,
равный радиусу сечения. В этом случае вытяжка происходит при боковом давлении на
металл инструмента, исключающем образование растягивающих напряжений. После
предварительного обжима в вырезных (по радиусу) бойках последующая вытяжка
допускается и в ромбических бойках. Вырезные бойки обеспечивают и наибольшую
производительность.
Влияние исходного состояния металла на пластичность. Пластичность высоколегированной стали зависит и от ее исходного состояния. Литая сталь менее пластична, чем ранее деформированная. Это объясняется тем, что в литой стали хрупкие и менее прочные составляющие более концентрированно расположены по границам зерен, чем в деформированном металле. При определенных условиях, например при большой степени деформации, разрушение литой структуры может происходить в первую очередь по границам кристаллов с образованием трещин. По этой причине при первом переходе обычно производят обжатие граней слитков с небольшой степенью деформации.
Степень деформации и размер зерна. Деформация металла ковкой для получения детали заданной формы и размеров может производиться по-разному. Например, обжатие поперечного сечения или осадка заготовки могут быть выполнены за один переход, за несколько проходов с примерно одинаковыми частными обжатиями, причем обжатие за каждый переход увеличивается от первого к последнему на разную величину (20, 40, 60% и т. д.).
Возможность применения того или иного варианта определяется пластичностью металла, условиями рекристаллизации и требуемой величиной зерна в поковке. Высоколегированная сталь большинства марок перлитного и ферритного классов обладает высокой пластичностью,. Наоборот, высоколегированная сталь аустенитного класса, ледебуритной группы с карбидами и др. обладает пониженной пластичностью. Поэтому ковку слитков из быстрорежущей и жаропрочной стали производят с весьма ограниченной степенью деформации за первый переход.
Для определения величины зерна в поковках в зависимости от степени деформации руководящим материалом служат диаграммы рекристаллизации в координатах температура - величина зерна - степень деформации, которые разрабатывают отдельно для литого и деформированного металла.
