Лекция 5 (Лекции)

Термомеханический режим ковки и штамповкиОсновные задачи ковкиПреобразование литой структуры в деформированную необходимо для:- получение заданной формы поковки без нарушения сплошности.- получение мелкозернистой структуры поковки.Требования к поковке1. Получение необходимых физико-механических свойств- показатели прочности - σB, σT - МПа- показатели пластичности- относительное удлинениеδ= (l − l ) / l %0δ 5 ⇒ l0 / d 0 = 5;δ10 ⇒ l0 / d 0 = 10; δ 5 > δ10- относительное сужение- ударная вязкость=ψ ( F0 − F ) / F0 %KCV – кДж/м2Ударная вязкость (работа удара, затраченная на излом образца отнесенная кплощади поперечного сечения в месте надреза) – характеризует склонностьметалла к хрупкому разрушению.Термомеханический режим ковки и штамповки2. Характеристики микроструктуры:- распределение свойств внутри поковки- ограничение величины зерна (бальность – стали с баллом 1…5 –крупнозернистые, 6…10 - мелкозернистые)3.

Характеристики макроструктуры- остатки литой структуры- отсутствие несплошности металла- величина и расположение (разрозненные, скопления)неметаллических включений- распределение линий волокнистого строения4. Состояние поверхности поковки после ковки5. Степень совершенства формы и размеровТермомеханический режим ковки и штамповкиФакторы, составляющие и определяющиетермомеханический режим1. Температурный режим2. Пластические свойства материала;3.

Степень деформации4. Схема напряженно-деформированного состояния5. Скорость деформацииПластические свойства материалаПластичность – свойство материала необратимо изменять свою форму безнарушения сплошности (термин относится к материалу)Деформируемость – способность тела необратимо изменять свою формубез нарушения сплошности (термин относится к телу) в данныхусловиях (технологическая пластичность) (заготовки).Термомеханический режим ковки и штамповкиДеформируемость определяется пластичностью, но ей несоответствует.Ресурс пластичности определяется специальными испытаниями наобразцах (относительное удлинение δ, относительное сужение ψ,ударная вязкость KCV, степень деформации в % до появленияпервой трещины).Деформируемость выражается в баллах1 балл – образование нарушений, которые нельзя исправитьремонтом.2 балла – несплошности, устранимые ремонтом, после котороговозможнодеформирование с понижением степенидеформации3 балла – мелкие дефекты, не препятствующие ковке.

Требуютувеличенного допуска.4 балла – мелкие единичные дефекты, не влияющие на процессковки, величина которых меньше припуска5 баллов – ковка происходит без дефектовТермомеханический режим ковки и штамповкиФакторы, оказывающие влияние на пластичность1. Тип кристаллической решетки (количество возможных плоскостей инаправлений скольжения)2.

Химический состав (различные легирующие элементы снижаютпластичность материала в различной степени)3. Структурное состояние (α и γ Fe – аустенит, многофазное) однофазноестроение более пластичен, чем многофазное4. Схема напряженно-деформированного состояния (увеличениегидростатического давления резко увеличивает пластичность)5. Чистота границ зерен (наличие на границах легкоплавких сплавов железа спримесями, уменьшает пластичность)6. Температура – с повышением температуры растет пластичность7. Скорость испытаний – с увеличением скорости испытаний пластичностьуменьшаетсяТермомеханический режим ковки и штамповкиВнешние факторы, влияющие на деформируемость1.

Масштабный фактор2. Трение3. Скорость деформацииПонятие ковкости и критерии ковкостиКовкость отражает деформационную способность материала.Совокупность влияния двух факторов – прочности и пластичности.Критерий ковкости:По значению критерияковкости ипятибалльной шкалеопределяютспособность металлови сплавов к ковке иобъемной штамповке:Kψ = ψ / σ BБаллKψ, %/МПаКовкость1<0.01Не куется20.01 – 0.3Низкая30.31 – 0.8Удовлетворительная40.81 – 2Хорошая5>2ОтличнаяТермомеханический режим ковки и штамповкиКовкость зависит от температурыМарка сталиKψ, %/МПа, при t °C7008001000Легированнаяаустенитная12Х18Н90,350,571,55ВысоколегированнаяХН35ВТЮ0,050,020,94Обычная стальСталь450,560,851,96Термомеханический режим ковки и штамповкиТемпературные режимы ковкиТермический цикл ковки и штамповки состоит из трех этапов:- Нагрева металла перед ковкой или штамповкой;- Остывания металла в процессе выполнения технологическихопераций ОД (при одновременном переходе энергиидеформации в тепловую);- Охлаждения металла по окончании процесса ковки илиштамповки;Одна из главных задач при разработке термического режима ковкисостоит в определении соответствующего температурного интервала,т.е.

температуры начала и окончания обработки металла.Температурный интервал ковкиВерхний предел - максимальная температура нагрева металла в печи,всегда выше, чем температура начала ковки, поскольку необходимовремя на перенос слитка от печи к ковочному агрегатуНижний предел – температуру окончания ковки, температураповерхности поковки в момент последнего хода пресса или удара молотаТермомеханический режим ковки и штамповкиТемпературный интервал ковки зависит от факторов:1. Химический состав стали (сплава).

Чем сложней химический состав,тем уже интервал.2. Структуры металла (литая или деформированная). Перегревметалла с литой структурой сложен, а с деформированной –возможен3. Скорости деформирования. При ковке на молоте температурныйинтервал может быть уже, т. к. потеря тепла в инструмент иокружающую среду меньше, чем на прессе, благодаря менеепродолжительному контакту.4. Степени деформации. Связано с размерами зерен. Выбор t и εследует вести с учетом диаграммы рекристаллизации.5.

Схемы напряженного состояния. Для протяжки в плоских бойках, гдепреобладают растягивающие напряжения, температура нагревадолжна быть выше, чем для протяжки в вырезных бойках, гдепреобладают сжимающие напряжения.6.Массы поковки. С увеличением массы поковки уменьшаетсяотношение свободной поверхности к объему заготовки, чтоуменьшает относительные потери тепла в окружающую среду.Термомеханический режим ковки и штамповкиРазличают интервалы ковки:- допустимый- рациональныйДопустимый интервал - универсальная характеристика стали (сплава)т.е. химического состава и не зависит от остальных факторов.Устанавливают по результатам исследования на образцахмеханических свойств материала при различныхтемпературах, исследования рекристаллизации металла ианализа диаграммы состояния материала.Рациональный интервал устанавливают на основе допустимогоинтервала и опыта освоения технологического процессаковки конкретной деталив конкретных условиях данногокузнечного цеха.Термомеханический режим ковки и штамповкиРассмотрим общие принципы определения температурного интервалаковки сталей на основе анализа диаграммы состояния Fe-C (т.н.стальной угол).Верхний предел интервала ковки определяется отсутствием в металлеявлений перегрева и пережога.III-III – линия пережога.

При температуре пережога происходитокисление и оплавление границ зерен.II-II – линия перегрева, который характеризуется значительным ростомзерна. Некоторые стали с крупнозернистой структурой поддаютсяковке (зерна измельчаются). Но в общем случае температура началаковки должна лежать ниже температуры перегрева.I-I – линия начала ковки, лежит на 150-200 градусов ниже линиисолидуса – линии, выше которой появляется жидкая фаза (верхнийпредел интервала ковки).Термомеханический режим ковки и штамповкиДиаграмма железо-углерод (стальной угол)1539IIIIIIЖЖ+А1147АIV911V727А+ЦIIА+ФIIIIIIVIIIVФ+ПVIП+ЦII0.82.14Feα − до 911°С с ОЦКрешеткойFeγ - 911…1392°С с ГЦКрешеткойФеррит – твердыйраствор внедренияуглерода в Feα,твердость имеханические свойстваблизки свойствамтехнически чистогожелеза.Аустенит – твердыйраствор внедренияуглерода в Feγ,пластичен, имеет низкиезначение пределапрочности и твердости(HB≈170…220)Цементит – химическоесоединение карбиджелеза Fe3C.Содержание углерода –6.67%Термомеханический режим ковки и штамповкиРекристаллизацией называется процесс образования и роста новыхзерен при нагреве наклепанного металла.Первичная Р.

– образование зародышей и рост новых зерен.Заканчивается полной заменой старых деформированных зеренновыми.Собирательная – рост зерен. Одни зерна растут за счет других.Имеет очень высокую твердость (HB≈800), хрупкий. Вторичный Ц. –образуется путем избыточного углерода из решетки аустенита приохлаждении и соединение этого выделившегося углерода с железом.Графит – углерод, находящийся в свободном виде. Мягок. Кристаллыграфита имеют сложную форму в виде лепестков, выходящих изодного центра.