Напряжения и разрывы при обработке металлов давлением
Дзугутов М.Я.
Металлургия, 1974 г.
ВЫБОР СПОСОБА ДЕФОРМИРОВАНИЯ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ И ОБОРУДОВАНИЯ
Особенности разных способов деформирования
Каждому из известных способов обработки давлением слитков, заготовок и поковок: ковке (протяжке) на молоте или на прессе; прокатке продольной или поперечной; осаживанию на молоте или на прессе; волочению; экструдированию и др. свойственны свои, особые условия деформирования. К ним следует отнести:
степень неравномерности деформации первого рода по длине и сечению заготовки;
неоднородность напряженного состояния в разных частях тела, по величине и знаку;
степень дробности деформации;
скорость деформации, разогрева и охлаждения тела при его деформировании и др.
Ковка на молоте заготовки квадратного сечения в плоских бойках характеризуется наиболее значительной неравномерностью напряженного и деформированного состояния. Она сопровождается наибольшей неравномерностью перемещения частиц металла в плоскости, взятой нормально к оси заготовки, и наибольшим количеством направлений перемещенных частиц в этой плоскости (см. рис. 62). То же происходит и в плоскости, расположенной вдоль оси заготовки. Это приводит к образованию поверхностных и внутренних разрывов, показанных на рис. 63 и 64, ограничивает возможность протяжки заготовок из сталей и сплавов I-—III групп ковкой и практически исключает возможность протяжки заготовок и слитков сплавов IV—V групп. Кроме тот. вследствие наибольшей неоднородности деформации, такая ковка (протяжка) обусловливает получение разнозернистой структуры, часто недопустимой в изделиях ответственного назначения.
Ковка на молоте из-за высокой скорости приложении внешней деформирующей силы дополнительно повышает сопротивление деформации сплавов I—V групп, сип жаростойкость ковочного инструмента, кроме того, повышает степень разогрева деформируемой заготовки, увеличивает возможность перегрева ее осевой зоны и образования внутренних разрывов. При интенсивном ковке па молоте деформируемая заготовка не только не охлаждается, а, наоборот, разогревается до температуры, выше допустимой температуры нагрева. Ковка па молоте сопровождается большей резкостью напряженно го состояния тела. Поэтому при одной и той же схеме деформации величина скалывающих, разрывающих π сжимающих напряжений в случае ковки па молоте всегда больше но сравнению с ковкой на прессах, и возможность образования разрывов также наибольшая.
Ковка на прессе при применении тех же схем деформирования не приводит к изменению напряженного состояния деформируемого тела. Однако более статический характер приложения внешнего напряжения при ковке на прессе обусловливает:
снижение резкости напряженного состояния, разрывающие напряжения достигают меньшего значения и соответственно уменьшается возможность разрыва металла;
повышается степень безопасности работы;
снижается степень разогрева деформируемого металла, и деформируемое тело охлаждается с большей скоростью, что приводит к ограничению возможности ковки относительно мелких поковок и заготовок, т. е. увеличивается минимальный размер сечения заготовки или по ковки, которую можно успешно проковать на прессе.
Благодаря применению профильных бойков при ковке на прессе крупных заготовок и поковок могут достигаться наиболее благоприятные условия деформирования.
Продольная прокатка характеризуется наибольшей равномерностью деформации но сечению и длине заготовки в сравнении с ковкой. В зависимости от скорости прокатки заготовка может или разогреваться и перегреваться выше допустимой температуры нагрева, если скорость и темп прокатки слишком велики, или быстро охлаждаться, если скорость и темп прокатки слишком низкие. Прокатка приводит к возникновению внутренних продольных разрывающих напряжении и к образованию поперечных внутренних разрывов в заготовке в случае низкой пластичности материала (см. рис. 110. 111). При возможности значительного свободного уширения в калибрах могут возникать внутренние радиальные растягивающие напряжения (см. рис. 122) и внутренние продольные разрывы (см. рис. 121).
Осадка поковок из труднодеформируемых сталей и сплавов более целесообразна на прессе.
Осадка поковок с H/d>l из рассматриваемых сплавов па молоте сопровождается возникновением значительных внутренних радиальных растягивающих напряжений и внутренних разрывов (см. рис. 44).
Осадка таких же поковок на прессе обычно не приводит к образованию внутренних разрывов. Использование при осадке на прессе бандажей и накладок позволяет создавать наиболее благоприятные условия для деформирования осадкой поковок из труднодеформируемых сталей и сплавов I—V групп.
Штамповка поковок на молоте характеризуется значительной неравномерностью деформации, резким разогревом поковки, приводящим к частичному оплавлению металла, получением неравномерной конечной структуры поковки, быстрым износом инструмента (штампов). Штамповка на механических прессах позволяет создавать регулируемые степени обжатия, более равномерные степени деформации во всех зонах поковки и устранять структурную неоднородность в изделиях. Штамповку крупных поковок целесообразнее производить на гидравлических прессах, с применением для теплоизоляции и смазки различных оболочек.
Таким образом, процессы ковки и штамповки во всех случаях целесообразнее вести на прессах. Фактором, ограничивающим возможность ковки сплавов I—V групп на прессах, является малая скорость деформации, малая скорость разогрева металла и быстрое охлаждение деформируемого тела. Применение быстроходных прессов с увеличенным числом рабочих ходов до 60—90 в минуту в известной мере устраняет этот недостаток.
Выбор температурного режима деформирования
Горячая пластическая деформация тела сопровождается протеканием в нем процессов противоположного направления:
процесса естественного охлаждения нагретого тела, снижения его температуры за счет отдачи тепла в окружающую атмосферу, протекающего в два периода — до начала деформирования тела и во время его деформирования;
процесса деформационного разогрева тела благодаря превращению части механической энергии деформации в тепловую.