Лекция 3 (Лекции)

Заготовки, используемые для ковкиИсходный материал для ковки:Стальной прокат.- слиток- прокатРазновидности проката, используемого для ковки1. Обжатая болванка (блюмы) (ГОСТ 4692-83).Размеры стороны квадрата от 1405 до 45010мм.2. Квадратная заготовка с прямыми или закругленными углами по ГОСТ 4693-83.Сторона квадрата 40 (+1/-1,5) до 250 (+5/-7) мм. Длина 1…9м.3. Сталь горячекатаная круглая по ГОСТ 2590-88.Диаметр от 5 (+0,3/-0,5) до 270 (+1,2/-3) мм. Длина 2…10м4. Сталь горячекатаная квадратная по ГОСТ 2591-88.Дефекты проката.- Долевые царапины и риски глубиной 0,2-0,5мм.- Волосовины глубиной 0,5-1,5мм в виде трещин,как следствие раскатки подкорковых пузырей в длину проката;- всевозможные закаты и др.Поверхностные дефекты должны быть выявлены и удаленыдля избежание брака поковок.Заготовки, используемые для ковкиСлиткиПо способу производствастали подразделяют на:- кипящую,- полуспокойную,- спокойную.Кипящая сталь - раскисление происходит визложнице.кипящая; полуспокойная;Бурное выделение газов, большое количествопузырей и пустот по всему сечению.Реакция FeO+C=Fe+CO.

Для ковки кипящая сталь малопригодна.спокойнаяПолуспокойная сталь - количество выделяемых газов регулируют так, чтобытолько компенсировать усадку, происходящую при его затвердевании.Спокойная сталь - раскисляется полностью до разливки.Застывает в плотные слитки с сосредоточенной в прибыльной частиусадочной раковиной. Удаляют вместе с прибыльной частью слитка впроцессе ковки.Заготовки, используемые для ковкиСлитки в качестве исходного металла применяют главным образом для ковки.Геометрию слитка характеризуют 4 основные признака.1. Отношение H/Dср:1,8…2,3– нормальные;3…5– удлиненные;1,6…1,08– укороченные.2.

Конусность:Нормальные  = 2-5, но может быть до 16 уукороченных.Существуют слитки и с переменной конусностью.3. Гранность:4-6-8-12-24 и более граней в зависимости от массы ихимического состава.4. Наличие полости:Существуют полые /специальные/ слитки.Заготовки, используемые для ковкиСтроение стального слитка отражает последовательность процессазатвердевания стали после заливки ее в изложнице и выявляет некоторые егохарактерные особенности.9Схема строения стального слитка:81.

Мелкозернистая поверхностная корка;2. Мелкозернистый слой;3. Столбчатые (шестоватые) кристаллы-дендриты;4. Наклонные столбчатые дендриты;5. Смешанная структура из равноосныхдендритов и зерен металла;6. Усадочная рыхлость;7. Усадочные пустоты;8. Усадочная раковина;9. Верхняя наружная корка;10. Донная часть с плотной зернистой структурой,загрязненная неметаллическими включениями761235410Четыре основных признака1. транскристаллизация;макроструктуры слитка,2.

зоны ликвации;затрудняющие ковку:3. осевая рыхлость;4. неметаллические включения.Заготовки, используемые для ковки1. Транскристаллизация - наличие крупных кристаллов, расположенных назначительных участках поперечного сечения слиткаЧем больше развита, тем меньше прочность на стыках отдельныхкристаллитов и тем большая опасность возникновения локальных разрушенийна этих участках на начальных этапах пластической деформации.Дендритная ликвация - химическая неоднородность по поперечному сечениюкристаллитаS, P, C, Si, Mn - увеличение степени ликвацииЛегкоплавкая эвтектика увеличивает степень ликвации больше.Сера образует с железом эвтектику [Fe+S] с температурой плавления 985С.Оплавление границ зерен при этих температурах (красноломкость), вызываетих окисление с последующим хрупким разрушением по этим границам.Транскристаллизация увеличивается- с увеличением степени легирования,- с увеличением массы слитка,- с увеличением температуры разливки и уменьшением скоростиохлажденияметалла в процессе кристаллизации.Вредное влияние транскристаллизации можно уменьшить главным образомснижением содержания вредных примесей и особенно серы в металле плавки.Заготовки, используемые для ковки2.

Зоны ликвации - следствие дендритной ликвацииКонцентрация примесей и углерода увеличивается отпериферии поперечного сечения слитка к его центру и отдонной части слитка – к прибыльной.Подразделяется на:внецентренную.1)V–образнуюи122)V – образная связана с неоднородностью распределения S,P и C. В нижней части слитка по отношению к центральнойчасти она меньше (зона отрицательной ликвации).В верхней части расположена положительная ликвация.Схема расположенияликвационных зонВнецентренная ликвация связана с распределением в слитке MnS, выделяетсяиз твердого раствора и осаживается на поверхности уже затвердевшего металлапо характерным конусовидным поверхностям.При увеличении скорости затвердевания внецентренная ликвация уменьшается,поэтому, она мало свойственна удлиненным слиткам.V – образная ликвация затрудняет получение качественных поковок, вкоторых допустимая степень ликвации обычно регламентируется.Внецентренная ликвация может быть причиной образования внутреннихнадрывов и трещин.Заготовки, используемые для ковки3.

Осевая рыхлостьЗатвердеванием металла в средней части в последнюю очередь(удельная плотность жидкой стали 6,96 г/см3, после затвердевания – 7,87 г/см3).Увеличивается:- с увеличением массы слитка; с увеличение скорости охлаждение;с увеличением легирующих добавок.Для уменьшения важно замедлить процесс остывания металла в зоне прибыли.Основные пути уменьшения и исключения осевой рыхлости:1. Увеличение прибыльной части с учетом массы и степени легирования:до 18-25% от массы слитка для углеродистых; до 30% для легированных.2. По мере увеличения массы слитка уменьшаютдлину его корпуса, иувеличивают конусность.С этим связана необходимостьиспользования укороченных слитков.Существует практика использования слитков и спеременной, двойной и даже тройной конусностью.H/Dср1,41,08Масса200т500тЗаготовки, используемые для ковки3.

Использование утепленных и подогреваемых надставки к изложницам приразливке.4. Применение слитков ЭШП и ВДП– наиболее кардинальный способ.Однако они дороги, а максимальная масса слитка до 60-80 т5. Применение комбинированного способа: обычный слиток + ЭШП.а)г)б)д)в)е)Способ комбинации обычной выплавки с ЭШП:а) исходный слиток;б) прошивка;в) полый слиток;г) исходное положение при наплавлении;д) частично переплав­ленный электрод;е) готовый слиток.Осевая рыхлость ограничивает, в частности,возможность увеличения массы слитков,которая не превышает 13 т.Заготовки, используемые для ковки4.

Неметаллические включения:Шлаки, окислы, нитриды, сульфиды и др.Снижают технологическую пластичность, особенно когда их концентрацияувеличивается на отдельных участках слитка (донная часть слитка).Донная часть является отходом, составляет: 3…7% от общей массы дляслитков из углеродистых сталей; 7…10% из легированных.Другие дефекты слитка:газовые пузыри, раковины от поверхностных газовых пузырей, окислы;плены и их разновидности – завороты: капли металла на поверхностиизложницы, окисление по поверхности, в процессе разливки онивкрапливаются и даже втягиваются в тело слитка;трещины, в том числе наружные и поперечные, наружные продольные,внутренние трещины – могут возникать при нагреве, при посадке холодногослитка в печь.Внутренние дефекты: флокены – мелкие внутренние извилистые трещинки,образуются при остывании поковок после ковки под воздействиемвыделяющих газовых фракций, преимущественно водорода.Заготовки, используемые для ковкиТри геометрические схемы моделей кузнечного слиткаа)б)в)а) высоколегированная сталь;б) углеродистая сталь (слиток средней массы);в) крупный слиток;1-столбчатые транскристаллиты;2-вытянутые вдоль оси включения во внеосевойликвации;3-осевая рыхлость и осевая ликвация;4-деформируемые неметаллические включения;5-пористость усадочного происхождения.Слитки высоколегированных сталей и специальных сплавов: столбчатыекристаллы занимают все поперечное сечение слитка, радиально направлены повсей высоте: в осевой зоне – пористость, дефекты усадочного происхожденияСлитки средней массы углеродистых сталей обычного качества, непрерывнолитой: развитые зоны внеосевой ликвации, осевая рыхлостьСлитки большой массы углеродистых и среднелегированных сталей:зоны столбчатых кристаллов- около 1/6 диаметра поперечного сечения повсей высоте; развитая зона внеосевой ликвации; осевая зона, содержащаярыхлость, пористость и обогащенная ликватами и занимающая примерно 1/6диаметра поперечного сечения и 2/3 высоты слитка; деформируемыенеметаллические включения с различной конфигурацией по объему слиткаЗаготовки, используемые для ковкиРазновидность кузнечных слитков и области их применения.1.

Нормальные слиткиИмеют наибольшее применение. Масса слитков до 140…160т.2. Малоприбыльные и бесприбыльныеслитки.Масса до 50 т. Прибыльная части 5…7% (до 1,5% у слитков малой массы).Получают при подогреве и специальном утеплении надставки. Металл,задерживающий относительно длительное время в жидком состоянии, питаетнебольшую по объему зону усадочной раковины, которая оказывается высокорасположенной.Коэффициент выхода годного 0,84-0,87.Переходы ковки бесприбыльногослитка массой 3,3 т из стали 40Х.Баланс металла:поковка вала 2970 кг – 90%,прибыль 52 кг – 1,5%,донная часть 165 кг – 5%,угар – 3,5%.Используют для ковки полых поковок судалением осевой некачественнойзоны в отходд)в)г)б)Схема удаления дефектной зоны слитка:а) слиток; б) прошивка конусным полым прошивнем; в)высадка кольцевой зоны слитка кольцом с выступом; г)высадка кольцом; д) протянутая заготовка; 1-усадочнаяраковина; 2-ликвационная зона.а)Заготовки, используемые для ковки3.

Укороченные (с повышенной конусностью) слиткиСлитки с повышенной конусностью (до 160 вместо обычных 50).Укорачивают область, в которой расположена усадочная раковина.Увеличение конусности - повышение однородности металла.Используются при большой массе.Наиболее крупный слиток, полученный фирмой JSW /Япония/ средний диаметр 4060 мм, длина 4584 мм. Масса слитка 570 т.4. Удлиненные слитки.Эффективный способов повышения выхода годного металла 85..88%.Отношение H/D=3,74,25, массу до 13 т, конусность 5%, объем металлаприбыльной части 12%.Использование экономически выгодно при отсутствует осадки илипредусматривается разрубка слитка на части.По сравнению с традиционными удлиненные слитки характеризуютсяповышенной плотностью и однородностью металла.В осевой части развита усадочная раковина и рыхлость вследствиезавершения кристаллизации металла в горизонтальном направлении слитка.Более однородный химический состав металла и большая плотность за счетменьшего количества пустот и пузырей;позволяет уменьшить уков для устранения следов литой структуры при ковке.Заготовки, используемые для ковки5.