Температурный интервал ковки

Горячую деформацию металла проводят в определенном интер­вале температур, в котором данный металл обладает минимальной прочностью в сочетании с наибольшей пластичностью. Этот интер­вал зависит в основном от химического состава стали и устанавли­вается на основании диаграммы состояния «железо — углерод».

На диаграмме по оси абцисс откладывают содержа­ние углерода в стали, ординат — температуру стали. Диаграмма состояния является графическим изображением состояния стали, показывающим ее строение и состав в зависимости от температу­ры и концентрации компонентов.

Металл состоит из большого количества мелких зерен, так на­зываемых кристаллов. Кристаллическое строение металла называ­ют его структурой. Зерна стали различны как по форме, так и по свойствам. Величина и форма зерна изменяются в зависимости от тепловой и механической обработки. При температуре ниже 723° С сталь состоит из зерен почти чистого железа — феррита, зерен хи­мического соединения железа с углеродом — цементита и перлита, зерна которого представляют собой мелкую механическую смесь феррита и цементита. Зерна феррита обладают высокой пластич­ностью и низкой твердостью. С уменьшением содержания углерода встали количество феррита увеличивается. Зерна цементита мало­пластичны и имеют высокую твердость. С увеличением содержания углерода в стали количество цементита в ее структуре увеличива­ется. Перлит содержится в структуре стали как при низком, так и при высоком содержании углерода. В перлите всегда содержится 0,9%углерода.

При нагреве выше 723° С перлит и феррит изменяют свое стро­ение и образуют аустенит, зерна которого обладают высокой вяз­костью, пластичностью и ковкостью.

На диаграмме состояния линии обозначают изменение кристал­лического состояния стали при нагреве. Линия PSK. соответствует температуре 723° С, при которой перлит переходит в аустенит. Для всех сталей эта температура одинакова. При температурах выше кривой GSE в структуру стали входит только аустенит.

При температурах выше линии АЕ начинается плавление стали, а выше линии АС сталь находится в жидком состоянии.

Наиболее благоприятной областью для горячей обработки ста­ли давлением является область между линиями GSE и АЕ, где структура стали состоит из аустенита, обладающего высокой пла­стичностью и ковкостью.

Качество поковок зависит от качества заготовок и в значитель­ной степени от температуры нагрева перед ковкой. Температура начала ковки должна быть высокой, чтобы металл обладал макси­мальной пластичностью и легко ковался. Однако температура на­грева выше определенной величины приводит к перегреву и пере­жогу металла. При перегреве происходит чрезмерное увеличение зерна. Крупнозернистая структура имеет более низкие механиче­ские свойства. Ковка перегретой стали сопровождается появлением трещин при сильных ударах. Поковки из крупнозернистой стали имеют низкие механические свойства. Перегрев устраняют терми­ческой обработкой или ковкой с большими степенями деформации, в результате которой происходит измельчение зерна.

Пережог возникает в результате продолжительного нагрева ме­талла при температуре, близкой к началу плавления. Пережог при­водит к оплавлению легкоплавких элементов, находящихся на гра­ницах зерен, и в результате диффузии кислорода — к окислению границ зерен. В результате этого связь между зернами значитель­но ослабевает, что приводит при ковке к появлению глубоких тре­щин. Пережженный металл при ковке рассыпается. Пережог явля­ется неисправимым браком. Поэтому необходимо тщательно сле­дить за температурой печи в конечной стадии нагрева заго­товки.

Температура конца ковки должна быть низкой, но не ниже тем­ператур, расположенных на линии Тк. Окончание ков­ки при температуре заготовки выше рекомендуемой температуры конца ковки приводит к получению поковки с крупнозернистой структурой, а следовательно, и с низкими механическими свойства­ми. Поэтому для получения поковок с высокими механическими свойствами необходимо нагревать заготовку до такой температуры, чтобы за время ковки она остыла до рекомендуемой температуры конца ковки.

Окончание ковки, при температуре ниже рекомендуемой приво­дит к получению поковок с мелкозернистой структурой и наличием упрочнения. Однако в этом случае металл обладает низкой пла­стичностью и появляется возможность образования трещин.

Интервал температур,расположенных между температурой на­чала и конца ковки,называется температурным интервалом ковки.

Температурные интервалы ковки для некоторых конструкцион­ных углеродистых, легированных и инструментальных сталей при­ведены в табл. 2.

Таблица2. Температурные интервалы ковки сталей.

При отсутствии рекомендаций по температурному интервалу ковки его определяют путем проведения испытаний, при которых определяют механические свойства стали при различных темпера­турах. Например, осадкой образцов на плоских бойках можно оп­ределить температурный интервал, в котором испытываемая сталь имеет наибольшую деформацию без появления трещин.