Ковка и штамповка цветных металлов. Справочник

Корнеев Н.И. и др.

Машиностроение, 1971 г.

МЕТОДЫ КОВКИ И ШТАМПОВКИ

Предварительно деформированные прессованием сплавы цветных металлов обладают достаточным запасом пластичности и их можно обрабатывать давлением даже при напряженных состояниях с наличием растягивающих деформаций и напряжений. Однако слитки большинства сплавов и предварительно деформированные высокопрочные сплавы следует обрабатывать, по возможности, при более мягких напряженных состояниях прессованием в контейнерах и штамповкой в открытых штампах с ограниченным уширением, а также в закрытых штампах.

Высоколегированные сплавы обладают пониженной пластичностью при наличии в деформируемом объеме растягивающих напряжений и отсутствии сил, препятствующих разрушению. Поэтому такие сплавы в виде прессованных прутков надо обрабатывать в открытых штампах с ограниченным уширением, а также в закрытых штампах с вертикальными поверхностями гравюр, не имеющими углов наклона, например, на горизонтальных ковочных машинах или под молотом или прессом в закрытых штампах с выталкивателем.

Малопластичные и хрупкие сплавы следует обрабатывать прессованием с противодавлением, когда пластическая деформация осуществляется при неравномерном всестороннем сжатии с высокими главными сжимающими напряжениями и при малых деформациях и напряжениях растяжения.

АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ.

Технический алюминий (АЛ1 и АЛ) имеет высокую пластичность. Он может деформироваться холодной и горячей ковкой и штамповкой при разных видах нагружения. При этом изменение скорости деформации не вызывает значительного понижения пластичности алюминия. Технический алюминий подвергают ковке и штамповке на прессах, ковочных машинах и молотах преимущественно на плоских бойках и в открытых штампах.

Алюминиевые сплавы мягкие (АВ, АМц, АМН, АМг2, АД31, АДЗЗ и др.) и средней прочности (Д1, АК2, АК4, АК6, ВД17, АМгб и др.) имеют хорошую пластичность. Они обрабатываются ковкой и горячей штамповкой при напряженно-деформированных состояниях, в которых действуют деформации и напряжения растяжения. Ковка сплавов этих групп производится на молотах и гидравлических прессах на плоских бойках и в открытых и полузакрытых штампах. Горячую штамповку мягкой и средней прочности сплавов выполняют на молотах, ковочных машинах, кривошипных и гидравлических прессах.

Мелкие и средние детали машин штампуют на кривошипных прессах, а крупные — на гидравлических прессах. Крупные штамповки могут штамповаться и на молотах. Алюминиевые сплавы высокопластичные и средней пластичности могут обрабатываться давлением при напряженно-деформированном состояниях от самых жестких (осадка с свободным уширением) до мягких (штамповка в закрытом штампе без уширения) механических схем деформации.

Алюминиевые сплавы высокой прочности (В93, В95, В96, АКЗ, В АД 23 и др.) имеют пониженную пластичность по сравнению со сплавами других групп.

Эти сплавы обрабатывают ковкой и горячей штамповкой при более мягких напряженно-деформированных состояниях и преимущественно на гидравлических и кривошипных прессах. Обработка сплавов с такой скоростью деформирования при соблюдении установленных параметров ковки и горячей штамповки не переводит их в хрупкое состояние.

Штамповку мелких и средних размеров деталей производят на кривошипных прессах, крупных — на гидравлических прессах. Сплавы высокой прочности могут обрабатываться ковкой и горячей штамповкой и на молотах.

Для обработки малопластичных сплавов необходимо применять закрытые и полузакрытые методы деформации.

Хрупкие алюминиевые сплавы, например, типа системы Be— А1 и «САП» должны обрабатываться новыми методами прессования и штамповки с противодавлением и с применением пластичных оболочек.

Деформация слитков всех алюминиевых сплавов, как правило, для исключения действия значительных растягивающих напряжений и деформаций должна производиться прессованием на деформацию 50— 60%.

Определение методов ковки и штамповки и вида напряженно-деформированного состояния в зависимости от.пластичности алюминиевых и других сплавов должно производиться по классификации методов обработки давлением по напряженному и пластическому состояниям обрабатываемого сплава.

МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ.

Сплавы системы магний — марганец с небольшими добавками церия (MAI, МА8) обладают высокой пластичностью при горячей и холодной обработке давлением и подвергаются деформации при мягких и жестких напряженных состояниях (ковке, штамповке и др.).

Сплавы магния с различным содержанием алюминия и добавками небольших количеств цинка и марганца (МА2, МА2-1, МАЗ, МА5) имеют более высокие прочностные характеристики и пониженный запас пластичности. Пластичность этих сплавов существенно понижается с увеличением содержания в них алюминия. Наибольшей пластичностью в горячем состоянии обладает сплав МА2, который удовлетворительно подвергается ковке и горячей штамповке .даже и при жестких механических схемах деформации. Однако скорость деформации при этом не должна быть высокой. Примерно такая же закономерность установлена и для сплава МАЗ, который при таких видах нагружения или ковке и штамповке обладает удовлетворительной пластичностью. Сплав МА5 имеет пониженный запас пластичности и горячую обработку давлением производят при мягких видах напряженно-деформированного состояния (прессование в контейнере, штамповку в закрытых штампах и др'.).

Сплавы магния с цирконием (ВМ65-1 и др.) относятся к группе малопластичных сплавов. Ковку и горячую штамповку сплавов этой группы производят также- при мягких видах напряженно-деформированного состояния с минимальными растягивающими напряжениями.

Высоколегированные сплавы, обладающие низким запасом пластичности, необходимо подвергать ковке и горячей штамповке методом прессования — штамповки с противодавлением, обеспечивающим деформацию с высокими главными сжимающими напряжениями.

ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ.

Технический титан (ВТ1) при осадке на прессе при комнатной температуре не разрушается до деформации 50%; при повышении температуры пластичность повышается и он может деформироваться без образования трещин при 600° С на 80%, а при 900° С на 90%.

Титановые сплавы ВТЗ-1 и ВТ5 при комнатной температуре без перевода в хрупкое состояние деформируются статической осадкой на 10—15%. В случае осадки на прессе при 600° С допустимая деформация составляет 60%, а при 900° С — увеличивается до 90%.

В случае динамического деформирования под молотом пластичность титановых сплавов снижается на   10—20%.   Так,   для   сплавов

ВТЗ-1 п ВТ5 при осадке под молотом при 600° С допустимая деформация равна 50%, а при 900°— 80%.

Титан при холодной свободной ковке осадкой и штамповкой допускают ограниченные деформации. Допустимые деформации при холодной обработке могут быть увеличены применением ковки в вырезных бойках и штамповке в закрытых и открытых штампах с ограниченным уширением, когда действуют напряженно-деформированные состояния, при которых деформации и напряжения растяжения относительно невелики.

При горячем деформировании и, особенно, при температурах 900° С и выше, когда развиваются разупроч-няющие процессы, титан и титановые сплавы имеют достаточно высокую пластичность. Из титановых сплавов ковкой и горячей штамповкой изготовляются сложные по геометрической форме детали машин (лопатки, диски компрессоров и другие детали).

Титан и титановые сплавы мало-и среднелегированные могут обрабатываться ковкой и горячей штамповкой всеми применяемыми методами, практически при многих видах нагружения. Эти сплавы при изменении напряженно-деформированного состояния, в пределах применяемых технологических процессов ковки и штамповки, сохраняют достаточно высокую технологическую пластичность.

Для трудно деформируемых титановых сплавов могут применяться полузакрытые и закрытые методы ковки и горячей штамповки — вытяжки в фигурных бойках, осадка в пластичной оболочке, штамповка в закрытых штампах с уширением и без уширения. Такие методы с мягким напряженным состоянием допускают ковку и штамповку с большими деформациями. Кроме возможности обработки с большой деформацией и повышения технологической пластичности, такой технологический процесс обработки давлением обеспечивает более равномерную деформацию и получение мелкозернистой структуры и высоких и равномерных механических свойств.

Пластичность титана и титановых сплавов резко понижается при наличии на поверхности альфированного слоя. Были проведены опыты по ковке — осадкой титановых сплавов, имевших на поверхности остатки альфированного слоя.

Испытанию на осадку подвергались образцы, у которых после обточки альфированного слоя остались на поверхности вдоль образующей черновины — необработанные полоски. Образцы осаживались на механическом кривошипном ковочном прессе на неподогретых штампах при 1000° С.

После осадки со степенью деформации выше 50% на боковой поверхности заготовок, где оставался альфированный слой, появлялись широкие трещины. Причина появления трещин на боковой поверхности заключается в том, что более хрупкий, чем основной металл, альфированный слой, в результате растяжения боковой поверхности образца в начале осадки разрушается, образуя сетку мелких трещин. Эти трещины как концентраторы напряжений, с увеличением степени деформации способствуют резрушению основного металла. Глубина таких трещин находится в пределах 1—2   мм.

Образование трещин при осадке образцов из титановых сплавов с альфированным слоем происходит при покрытии образца густыми смазками (жидкого стекла, графита и др.). Появление трещин в случае применения густых смазок объясняется тем, что пленка смазки между контактными поверхностями создает значительные растягивающие напряжения. Хрупкий альфированный слой этих напряжений не выдерживает и разрушается. С другой стороны гладкие без трещин образцы получаются после деформирования осадкой без смазки и с применением жидких смазок — мазута, машинного масла, компрессорного масла и др.

Смазки жидкой консистенции не вызывают   значительной   величины поперечной деформации и напряжений растяжения.

Наличие альфированного слоя резко снижает технологическую пластичность титана и титановых сплавов. Металл, имеющий альфированный слой, крайне чувствителен при ковке и горячей штамповке к изменению напряженно-деформированного состояния с увеличением напряжений и деформаций растяжения. Поскольку, практически, при всех методах ковки и штамповки действуют растягивающие напряжения и деформации, при нагреве под горячую механическую обработку титана и титановых сплавов следует избегать образование альфированного слоя. Это достигается нагревом под ковку и штамповку в нагревательных печах с нейтральной или безокислительной атмосферой. Наиболее подходящей средой для нагрева титана и титановых сплавов является аргон.

Титан и титановые сплавы нагреваются в воздушных печах с покрытием заготовок эмалями.

Медные сплавы имеют узкий интервал температур ковки и горячей штамповки, невысокий запас пластичности при свободной ковке и высокую теплопроводность в конечной стадии обработки, вследствие чего эти сплавы приобретают пониженную пластичность. Поэтому для медных сплавов следует применять вид нагружения при ковке и горячей штамповке с возможно наименьшими растягивающими деформациями и напряжениями. Руководствуясь этим, слитки медных сплавов деформируют преимущественно прессованием в контейнерах, а горячую штамповку обычно производят или закрытыми методами обработки (штамповка в закрытых штампах), или полузакрытыми методами, или открытыми, но с ограниченным уширением. При этом технологические процессы применяют с возможно наименьшим числом операций, а в большинстве случаев штампуют детали на одно давление или один удар молота. Для повышения пластичности металла койнтейнеры и штампы подогревают до 300—500° С.