Технология ручной ковки

Я.С. Вишневецкий

Высшая школа, 1976 г.

КОВКА ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ

§ 112. Сплавы цветных металлов, обрабатываемые ковкой

и штамповкой

Сплавы цветных металлов нашли широкое применение во всех отраслях машиностроения и приборостроения. Детали арматуры водопроводов, газопроводов (корпуса кранов, вентилей), насосов, перекачивающих органические кислоты, и трубопроводов для них, детали реакторов в ядерной энергетике и узлы механизмов, работающих в морской воде, арматура приборов и установок высокого давления, кабельные и контактные башмаки и другие ответственные детали электроаппаратуры изготовляют ковкой и штамповкой из цветных сплавов на медной, алюминиевой и титановой основе.

Эти сплавы во многих отраслях промышленности применяют для изготовления ответственных кованых и штампованых деталей, подвергаемых ударным нагрузкам, воздействию щелочей, минеральных масел и других агрессивных сред.

Как уже говорилось выше, широкое применение находят деформируемые сплавы на медной основе: обыкновенные и специальные латуни, оловянистые и безоловянистые бронзы.

Алюминиевые деформируемые сплавы, сочетающие в себе высокие механические свойства при небольшом удельном весе, применяют как конструкционный металл для изготовления поковок деталей, обладающих высокой удельной прочностью и коррозионной устойчивостью.

Магниевые сплавы применяют в современном машиностроении как конструкционный материал при изготовлении поковок для деталей сложной конфигурации, подвергаемых высоким динамическим нагрузкам.

Титановые сплавы применяют в машиностроении сравнительно недавно, но они заняли видное место как конструкционные материалы при изготовлении ковкой и штамповкой ответственных деталей современных двигателей и летательных аппаратов, в радиоэлектронике и многих других отраслях производства. Уровень потребления и диапазон использования титановых сплавов быстро растет. Они обладают высокими механическими свойствами, теплостойкостью и немагнитностью при относительно малом удельном весе. Титановые сплавы —перспективный конструкционный материал для объектов, монтируемых в межпланетном пространстве, где почти полный вакуум, и сварка, резка, нагрев не потребуют специальной защиты от взаимодействия с воздухом.

§113. Пластичность цветных сплавов

Ковку и штамповку цветных сплавов осуществляют на ковочных и штамповочных молотах и прессах, применяя соответствующий основной и вспомогательный кузнечный инструмент. Технология ковки и штамповки деталей из цветных сплавов почти аналогична технологии обработки давлением различных сталей. Однако в технологии обработки давлением цветных сплавов имеются некоторые особенности, которые необходимо учитывать.

Температура нагрева под обработку давлением заготовок из цветных сплавов ниже температуры нагрева стальных заготовок. Температурный интервал ковки заготовок следующий (°С): из бронзы — 900—800; из латуни — 750—720; из алюминиевых сплавов— 480—380; из магниевых сплавов — 420—300; из титановых сплавов—1100—850.

Нагревать заготовки из бронзы и латуней можно в таких же кузнечных нагревательных печах, которые применяют для нагрева стальных заготовок. Заготовки из алюминиевых и магниевых сплавов перед ковкой и штамповкой нагревают в электрических нагревательных печах сопротивления. При нагреве заготовок из магниевых сплавов в рабочем пространстве печи не должно быть железных остатков окалины, и во избежание взрыва полностью должно быть исключено попадание в печь металлической магниевой пыли.

Нагревать заготовки из титановых сплавов, ковать и охлаждать их, как об этом говорилось выше, необходимо в герметически замкнутом пространстве, наполненном инертным газом, или в вакууме. Для примера это схематически показано на рис. 200.

Нагрев ведется в индукционном нагревателе, установленном в том же замкнутом пространстве, где помещаются бойки пресса и поковки до остывания.

Пластичность цветных сплавов отличается от пластичности сталей при ковке и штамповке и в большой степени зависит от выбора температуры, скорости и степени деформации, а также схемы деформирования.

При ковке цветных сплавов применяют вырезные бойки, обжимки и другие тщательно подогретые подкладные инструменты, с помощью которых можно создать боковое и всестороннее сжатие металла для повышения его пластичности.

Так как цветные сплавы имеют небольшие температурные интервалы ковки, то для штамповки мелких деталей из алюминиевых и магниевых сплавов, а также из латуней чаще всего применяют фрикционные прессы, способные осуществлять штамповку с высокой скоростью деформации за один удар пресса.

При изготовлении средних и крупных поковок из алюминиевых, магниевых и титановых сплавов применяют подогрев бойка и подкладного инструмента до температуры 200—250° С с тем, чтобы обеспечить формоизменение заготовки в узком температурном интервале.

При разработке технологии ковки и штамповки заготовок из цветных сплавов следует внимательно изучить их технологические свойства и правильно назначать температурные и деформационные режимы обработки, а также правильно выбирать вид обработки давлением в зависимости от типа сплава и формы изготавливаемой поковки.

§ 114. Особенности нагрева цветных сплавов

Материалы из цветных сплавов поступают в кузнечные цехи в виде слитков, заготовок, откованных из слитков, или же в виде прессованных прутков.

Слитки и прутки из цветных сплавов в осеннее и зимнее время подают со склада в цех за несколько часов до начала их нагрева под ковку. Перед нагревом поверхностные дефекты на слитках и прутках удаляют вырубкой с последующей зачисткой, а если требуется, то и проточкой на токарных станках по всей длине дефектного слоя.

Резку прессованных прутков в заготовительном отделении на мерные заготовки для ковки и штамповки осуществляют на ленточных и дисковых пилах. Разделку прутков из цветных сплавов на пресс-ножницах не применяют, так как при рубке ножами в местах среза концентрируются напряжения — появляются скалывание и торцовые трещины.

Для нагрева перед ковкой и штамповкой никелевых и медно-никелевых сплавов температура в печи при посадке холодных слитков и заготовок должна быть не выше 700°С, а для кремнисто-марганцовистой бронзы — не превышать 550° С.

Слитки и заготовки из специальных латуней и бронз типа БрАЖ9-4 после посадки в нагретую печь выдерживают некоторое время при этой температуре. Продолжительность выдержки при температуре посадки устанавливают в зависимости от средней толщины или диаметра заготовок, и время выдержки является составляющей общего времени, рекомендуемого для нагрева заготовки. При посадке заготовок в холодную печь время нагрева соответственно удлиняется.

Заготовки из цветных сплавов нагревают до температуры начала ковки со скоростью, зависящей от средней толщины или диаметра заготовки. Выдержку при температуре начала ковки для выравнивания температуры по всему сечению заготовки устанавливают также в зависимости от размеров поперечного сечения слитка или заготовки. Например, общая продолжительность нагрева заготовок цветных сплавов на медной основе состоит из суммы времен собственно нагрева и выдержки в печи, как при температуре посадки холодных заготовок, так и выдержке при температуре начала ковки (табл. 25).

Слитки и заготовки из двойных латуней выдержке при температуре посадки в печь не подвергают.

Посадка заготовок из стальных цветных сплавов допускается в печь, предварительно нагретую до любой температуры, даже до температуры начала ковки нагреваемого сплава.

Продолжительность нагрева заготовок из алюминиевых сплавов больше, чем заготовок из латуней и бронз, и зависит в основном от толщины или диаметра заготовок. Ориентировочное время нагрева заготовок из алюминиевых сплавов в электропечах сопротивления при температуре в рабочем пространстве 500° С приведено ниже.

Диаметр заготовки, мм . . .              20—30 31—50    51—80 81—100    101—120

Время нагрева заготовки,   мин    30—45 45—60 60—80 80—100     100—120

Продолжительное пребывание заготовок из алюминиевых сплавов в разогретой до 500° С печи или дополнительная передержка их при нагреве перед новой штамповкой на качество металла практически не влияет.