Особенности горячей обработки труднодеформируемых сплавов (статья)

 
Современное машиностроение и приборостроение нуждаются в сплавах, обладающих большой прочностью при комнатной и высоких температурах, значительной стойкостью в агрессивных средах, а также высокими магнитными, электрическими и другими физическими свойствами. Эти свойства сообщаются сплавам, главным образом, путем высокого легирования, которое во многих случаях повышает сопротивление деформации и вызывает трудности в проведении горячей обработки давлением таких сплавов. Вследствие высокого сопротивления деформации и низкой пластичности эти высоколегированные сплавы получили название труднодеформируемых, а те из них, у которых особенно высоко сопротивление деформации и низка пластичность,— особо-труднодеформируемых. Последние по своим прочностным и пластическим свойствам приближаются к литым, недеформируемым сплавам.
Высокое легирование рассматриваемых сплавов обусловливает также: а) понижение- температуры возможного их перегрева; б) повышенную способность к дисперсионному твердению (старению) при охлаждении с высоких температур в процессе горячей обработки давлением или при термической обработке (при этом температура начала старения повышается по мере повышения степени легирования сплава); в) сужение температурного интервала горячей деформации; г) склонность к образованию термических трещин и др.
Учитывая это, современные труднодеформируемые стали и сплавы целесообразно разделить на следующие группы:
первая группа — труднодеформируемые стали и сплавы, нестареющие при воздушном охлаждении с высоких температур как при термообработке, так и в процессе горячей деформации;
вторая группа — труднодеформируемые стали и сплавы с большим сопротивлением деформации, слабостареющие, начиная с 700—800°, при воздушном охлаждении с высоких температур (при термообработке или в процессе горячей деформации);
третья группа — труднодеформируемые стали и сплавы, интенсивно стареющие, начиная с 900—930°, при воздушном охлаждении с высоких температур (при термообработке или при горячей деформации). Эти сплавы имеют суженный температурный интервал деформации, более высокое сопротивление деформации и более низкую пластичность, чем сплавы второй группы;
четвертая группа — труднодеформируемые сплавы, еще более интенсивно стареющие, начиная с 950—980°, при воздушном охлаждении с высоких температур (при термообработке или при горячей деформации). Они имеют еще более суженный температурный интервал деформации, более высокое сопротивление деформации и низкую пластичность, чем сплавы третьей группы;
пятая группа — особотруднодеформируемые сплавы, интенсивно стареющие, начиная с 1000—1050°, при воздушном охлаждении с высоких температур (при термообработке или при горячей деформации). Сплавы имеют наиболее суженный температурный интервал деформации, высокое сопротивление деформации и низкую пластичность.
Рассматриваемые свойства (высокое сопротивление деформации, низкая пластичность, низкая температура перегрева, склонность к старению и др.) в труднодеформируемых сплавах могут проявляться одновременно, однако каждое из них оказывает специфическое влияние на поведение металла в процессе горячей деформации. Поэтому практическое значение каждого из этих свойств при деформации целесообразно рассмотреть раздельно.
ВЫСОКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ
Прочность современных труднодеформируемых сплавов в области температур горячей обработки весьма значительна (см. таблицу) и в ряде случаев приближается к прочности незакаленного деформирующего инструмента. Поэтому в процессе их ковки уменьшилась степень деформации
заготовки за каждое обжатие, уменьшился рабочий ход бойка, возросла «жесткость» удара бойка. Одновременно возросла деформация рабочей части   деформирующего   инструмента.
В результате при ковке труднодеформируемых сталей и сплавов образовались качественно новые условия, характеризующиеся значительным снижением стойкости ковочных бойков (молотовых и прессовых) и штампов. Стойкость бойков из стали 5ХНМ при ковке слитков из сплавов третьей группы снижена в 3—5 раз в сравнении со стойкостью при ковке обычных нержавеющих сталей аустенитного класса или быстрорежущей стали и в ряде случаев составляет лишь 5—8 час. При ковке сутунки из сплавов второй и третьей групп стойкость бойков снижена еще значительнее и составляет всего 2—5 час. Чем меньше толщина сутунки в больше ширина, тем меньше стойкостьбойков и выше простои молотов, обусловленные частой сменой инструмента. Соответственно увеличены расходы но изготовлению или ремонту бойков. При ковке сплавов третьей, четвертой и пятой групп, имеющих узкий температурный интервал деформации, рекомендуется подогрев бойков до более высоких температур (до 400— 700°), что, однако, вызовет более значительное снижение стойкости деформирующего   инструмента.
При ковке описываемых сплавов «жесткость» ударов бойков ковочного молота в ряде случаев выше, чем при работе крупных штамповочных молотов двойного действия, хотя конструкция ковочных молотов не рассчитана на такие условия работы. Поэтому при ковке слитков и заготовок
сплавов второй, третьей и четвертой групп стойкость штоков сокращена в 3— 5 раз в сравнении со стойкостью при ковке, например, быстрорежущей стали. Также резко снижена стойкость молотовых баб и верхней части шабота. Разрушаются станины молота, поршневые кольца, цилиндры и др. При ковке сутунки из указанных сплавов стойкость деталей молотов снижается еще значительнее. Стойкость штоков ковочных молотов и баб составляет иногда всего 5—8 суток, т. е. ниже, чем у крупных штамповочных молотов двойного действия при самых тяжелых условиях работы. Существующие конструкции молотов и материалы, применяемые для изготовления их деталей, а также бойков и штампов, мало удовлетворяют повышенным требованиям ковки высокопрочных сплавов.
Ударное приложение внешней силы повышает и без того высокое сопротивление деформации и ухудшает деформируемость труднодеформируемых сплавов. Поэтому ковка высокопрочных сплавов на молотах не обеспечивает их нормальную деформируемость. Необходим другой способ деформирования таких сплавов.
Ковка (протяжка) труднодеформируемых сплавов на ковочных прессах имеет преимущество в сравнении с ковкой на молотах. Благодаря малой скорости приложения внешней силы стойкость инструмента и долговечность оборудования не получают столь значительного снижения, как в случае ковки на молотах, а применение круглых вырезных бойков обеспечивает более благоприятное напряженное состояние деформируемого металла и уменьшение поверхностных растягивающих напряжений. Однако такая ковка часто не может быть применена вследствие более быстрого охлаждения деформируемого металла при низкой скорости деформации на прессе и соответственно малом разогреве металла за счет тепла деформации. Минимальное сечение заготовки, которая успешно куется, уменьшается с увеличением числа рабочих ходов пресса. Поэтому ковка высокопрочных сплавов на обычных гидравлических прессах с небольшим количеством рабочих ходов (до 20—25 ходов в минуту) может быть успешно применена лишь для относительно крупных поковок.
С точки зрения благоприятных условий деформирования (протяжки) сплавов с высоким сопротивлением деформации значительными преимуществами в сравнении с ковкой-протяжкой на молоте обладает прокатка. Она позволяет устранить недостатки, свойственные ковке на молотах. При достаточном запасе прочности деталей стана и высоком отношении диаметра валков D к высоте прокатываемой заготовки h задача ее в валки сопровождается плавно нарастающим обжатием, меньшими ударами на валки и станину, поэтому стан переносит такие удары легче, чем молот. При установившемся процессе прокатки деформирование заготовки протекает при постоянном давлении; относительно плавно заканчивается и выход ее из валков. При прокатке обеспечивается более равномерная деформация по сечению и длине.
Сравнение двух способов протяжки высокопрочных сталей и сплавов позволяет сделать вывод о преимуществе способа деформирования прокаткой. Преимущество этого способа тем значительнее, чем выше сопротивление металла деформации, особенно с точки зрения производительности и экономичности. Преимущества прокатки еще значительнее при изготовлении сутунки. В то время как ковка сутунки из высокопрочных сплавов малопроизводительна и приводит к преждевременному разрушению молотов, получение такой сутунки прокаткой на мощном стане, при достаточном отношении Dlh не снижает обычно высокой производительности.
Таким образом, для серийного производства прокатка на станах с достаточным запасом прочности и высоким отношением Dlh является, со всех точек зрения, более целесообразным (в сравнении с ковкой на молотах) способом получения сортового металла малого и среднего сечения и
сутунки из сталей и сплавов, обладающих высоким сопротивлением деформаций.
Деформирование ковкой целесообразно лишь при: а) деформировании относительно крупных слитков и заготовок для получения крупного сорта и крупных поковок (в этом случае целесообразнее ковку вести на прессах); б) необходимости ковки мелких поковок или небольших количеств сорта, когда по причине дополнительной перевалки или создания новых калибровок прокатка оказывается затруднительной или нецелесообразной; в) изготовлении поковок штамповкой.
Для повышения стойкости ковочных и штамповочных молотов при ковке слитков, заготовок, поковок и штамповке поковок из высокопрочных сплавов основные силовые детали молотов должны быть упрочнены (за счет усиления их конструкции или применения более прочных материалов).
ПОНИЖЕННАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ И СУЖЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ИНТЕРВАЛА ДЕФОРМАЦИИ
Пониженная максимальная пластичность в области температур деформации является другой важной особенностью труднодеформируемых сталей и сплавов. Она обнаруживается с помощью стандартных испытаний и в реальных производственных процессах ковки или прокатки.
Понижение пластичности находится в зависимости от характера и степени легирования сплава и его структурного состояния. Вместе с тем наблюдается зависимость пластических свойств от переменных факторов (степени чистоты исходных материалов, совершенства технологии выплавки и др.).
По мере повышения степени легирования повышается температура рекристаллизации сплавов и механического упрочнения их, а у стареющих сталей и сплавов повышается температура начала упрочнения за счет выделения упрочняющей фазы при охлаждении с высоких температур (при горячей деформации или термообработке); при этом наличие механического упрочнения дополнительно ускоряет процесс старения. Методически понижается температура перегрева или оплавления избыточных структурных составляющих сплавов и допустимая температура нагрева под ковку или прокатку.
Эти изменения приводят к сужению температурного интервала ковки и прокатки по мере возрастания степени легирования труднодеформируемых сплавов (см. схему). Существуют сплавы в пятой группе, у которых температурный   интервал   горячей   обработки   не   превышает   50—100°.
Для улучшения деформируемости таких малопластичных труднодеформируемых сплавов в условиях металлургического завода целесообразно:
а)            снижать размеры применяемого слитка до предела, обеспечивающего минимально необходимую уковку (этому соответствует степень деформации литой структуры 3—5);
б)            подвергать тщательной обработке поверхность слитков и заготовки перед нагревом и горячей обработкой, до полного удаления поверхностных и подкорковых дефектов путем обдирки на станках (чистка наждачными кругами сопровождается местным разогревом и возникновением значительных термических напряжений, приводящих в ряде случаев к образованию местных шлифовочных трещин или увеличению имеющихся поверхностных дефектов);
в)            увеличивать количество промежуточных подогревов и уменьшать степень деформации за каждый вынос и единичные (частные) обжатия;
г)             применять профильные бойки при ковке и более «мягкие» калибровки при прокатке (круг-круг, круг-квадрат, овал-круг) с оптимальными степенями деформации;
д) производить деформацию в более узком интервале температур максимальной пластичности металла, для чего необходимо замедлить скорость охлаждения металла в процессе деформации (путем искусственного разогревания металла деформацией, применением изоляции, а также более частыми подогревами); для нестареющих сталей и сплавов первой группы иногда лучшая деформируемость достигается при пониженной температуре после некоторого подстуживания, однако в этом случае должны быть значительно уменьшены степени обжатия за каждый вынос и введены более частые подогревы во избежание большого упрочнения металла;
е)            применять прецизионные методы нагрева металла до строго заданных температур с колебаниями не более 10—15°;
ж)           максимально сократить время подачи нагретого металла из печи к молоту, стану, прессу (особенно важно для слитков и заготовок малого сечения, подверженных более быстрому остыванию).
Для преодоления низкой пластичности труднодеформируемых сплавов важен правильный выбор деформирующего агрегата (молот, пресс, прокатный стан). Молот, являющийся универсальным агрегатом, позволяет при протяжке изменять величины подачи и единичных обжатий, схему и величину напряжений, ковать подстуженный металл, а также вырубать грубые поверхностные дефекты и др. В то же время отмеченные выше недостатки, органически свойственные этому процессу (в первую очередь большая неравномерность деформации), обусловливают локализацию скалывающих напряжений и образование ковочных трещин [1]. При этом с возрастанием степени легирования сплавов (повышения сопротивления деформации) увеличивается степень локализации скалывающих напряжений и деформации в процессе ковки, в то время как допустимая неоднородность деформации и локализации скалывающих напряжений уменьшается. Соответственно возрастает склонность этих сплавов к образованию нарушений сплошности при их ковке, поэтому деформирование слитков и заготовки таких сплавов ковкой на молотах становится менее целесообразным.
При продольной прокатке достигается относительно высокая, в сравнении с ковкой, однородность деформации по сечению и длине, устраняется   значительная локализация скалывающих напряжений, создаются
условия для получения более однородной структуры. Вместе с тем продольной прокатке также свойственны недостатки: а) возникновение более значительных, чем при ковке, поверхностных продольных растягивающих напряжений в неконтактируемых зонах; б) возникновение внутренних осевых растягивающих напряжений при малых (менее критических) отношениях Dlh. Однако устранение поверхностных продольных растягивающих напряжений или уменьшение их достижимо с помощью калибровок, предусматривающих наибольшее контактирование деформируемого металла с валками по периметру (например, круглые калибры, овальные и др.)- Снижение внутренних осевых растягивающих напряжений или их устранение достигается применением валков с большим диаметром, обеспечивающим отношение Dlh выше критического значения [1].
Таким образом, для получения сортового металла (мелкого и среднего сечения) и сутунки из труднодеформируемых и особотруднодеформи-руемых сплавов продольная прокатка наиболее целесообразна. Применение при прокатке более мощных станов, в сравнении с прокаткой обычных сталей, с большим отношением Dlh, создание достаточно «мягких» калибровок, предусматривающих большее контактирование по периметру с оптимальными величинами и скоростями деформации, а также установление совершенных режимов нагрева и подогрева слитков и заготовок обеспечивают лучшие условия деформирования слитков и заготовок рассматриваемых сплавов, чем при ковке на молотах.
Слитки и крупная заготовка стали первой группы с пониженной пластичностью (при деформировании на молоте слитков до 1000 кг и на прессах более крупных слитков) лучше куются, чем прокатываются. Получение же мелкого сорта целесообразно прокаткой кованой заготовки.
При достаточно высокой пластичности слитки и заготовки сталей и сплавов первой группы прокатываются. При этом оптимальные размеры слитков определяются мощностью стана при сохранении необходимого отошения Dlh.
Ковка на прессе с применением круглых вырезных бойков создает более благоприятные условия для деформирования малопластичных сплавов, чем ковка на молоте. При ковке на прессе можно достигать более «мягких» обжатий, уменьшать величину продольных поверхностных растягивающих напряжений, а при осадке обеспечивать лучшее сваривание внутренних дефектов слитка.
Недостатком ковки на прессе являются слишком малые скорости вспомогательных операций и процесса деформации, вследствие чего деформируемый металл не только не разогревается, но, наоборот, быстро остывает ц тем интенсивнее, чем меньше сечение металла и скорость хода пресса.
РАЗОГРЕВ МЕТАЛЛА ПРИ ДЕФОРМАЦИИ
Разогрев металла полезен, поскольку замедляется его охлаждение и увеличивается продолжительность деформации за вынос. При деформировании обычной стали разогрев не приводит к перегреву деформируемого металла. Однако с ростом степени легирования сплава и сопротивления деформированию, при тех же скоростях и степенях деформации, увеличивается интенсивность разогрева. Поэтому ковка и прокатка труднодефор-мнруемых сталей и сплавов со степенями и скоростями деформации, принятыми для обычных сталей, сопровождаются более значительным разогревом и перегревом, особенно осевой зоны, в которой фактические степени деформации оказываются наибольшими [2], а отдача тепла в атмосферу наименьшая. Такой перегрев заготовки может приводить к частичному оплавлению структурных составляющих в осевой зоне заготовки и к разрыхлению этой зоны в процессе деформирования.
Вследствие этого степени и скорости деформации слитков и заготовок труднодеформируемых сталей и сплавов при ковке и прокатке должны устанавливаться с учетом не только запаса пластичности металла, но и возможного разогрева и перегрева осевой зоны деформируемой заготовки. В то же время малые скорости и степени деформации приводят к слабому разогреву деформируемого металла.
Разогрев деформируемого металла можно регулировать подбором степени единичных обжатий, скорости обжатия, продолжительности пауз после каждого обжатия.
Ковка-протяжка на прессе сопровождается относительно незначительным разогревом, поэтому почти во всех случаях обеспечивается отсутствие перегрева и разрыхления по этой причине осевой зоны заготовки [2].
При прокатке должны быть предусмотрены обжатия, не приводящие к значительному разогреву металла, а если такие степени обжатия не могут применяться по другим причинам, следует увеличивать паузы между проходами.
ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ В УЗКОМ ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР
При деформировании описываемых сплавов недопустим продолжительный контакт с холодным инструментом (например, при осаживании поковок на тихоходном прессе), так как при этом происходит остывание торцевых зон поковки, возникает хрупкость металла в этих зонах и появляются концентрические и радиальные трещины на торцевых поверхностях. При ковке на молотах и при прокатке образование таких поверхностных трещин менее вероятно. Успешное проведение деформирования сплавов в узком температурном интервале представляет сложную технологическую задачу и возможно с помощью:
а)            проведения прецизионного нагрева металла перед деформацией;
б)            быстрой подачи металла из печи на молот или к стану без значительной потери тепла;
в)            проведения деформации в темпе, обеспечивающем некоторый разогрев металла, необходимый для замедления его охлаждения;
г)             теплоизоляции заготовки после выдачи из печи (стеклотканью или другими средствами);
д)            применения горячих бандажей небольшой толщины, горячих прокладок при осадке на прессе;
е)            применения бойков, нагретых до 600—800°.
В связи с этим инструмент следует изготовлять из жаропрочной стали. Хорошую стойкость имеет прессовый инструмент (бойки, плиты), изготовленный из стали типа ЭИ-481 и подвергаемый нагреву перед осадкой до 700°. Можно применять для инструмента и более жаропрочные стали, если это необходимо по условиям работы. Рабочая поверхность такого инструмента слабо окисляется и сохраняется гладкой, что способствует снижению трения и улучшению условий деформации.
СКЛОННОСТЬ К ОБРАЗОВАНИЮ ТЕРМИЧЕСКИХ ТРЕЩИН
Рассматриваемые труднодеформттрованные стали и сплавы по структурному состоянию относятся к аустенитному классу. Однако в процессе охлаждения с высоких температур в большинстве из них (вторая — пятая группы) происходит распад твердого раствора и выделение дисперсной упрочняющей фазы. Этот процесс не приводит к значительному изменению удельного объема, но обусловливает падение пластичности сплава и тем больше, чем выше порядковый номер группы сплава.
В связи с этим недопустимы значительные температурные градиенты в металле, поскольку возникающие термические напряжения могут приводить к нарушению цельности металла. Характер напряженного состояния.
поковки или заготовки из рассматриваемых сплавов в процессе охлаждения рассмотрен в работе [1]. По времени возникновения трещины охлаждения следует разделять на возникающиев еще горячем металле, после начала интенсивного старения (в зонах, подверженных наиболее быстрому охлаждению) и появляющиеся после полного охлаждения (возникают во внутренних зонах, остывших в последнюю очередь).
В обычных слитках, цилиндрических поковках или кубиках из рассматриваемых сплавов трещины возникают главным образом в центральной зоне после полного охлаждения и ориентированы нормально к оси. Они могут выявляться путем разрезки или при ультразвуковом контроле.
Особенность остаточных внутренних термических растягивающих напряжений поковки из рассматриваемых сплавов состоит в том, что они имеют одинаковый знак с термическими напряжениями, возникающими при последующем нагревании, и суммируются с ними. Поэтому при нагревании вероятнее возникновение внутренней трещины или увеличение ее размеров, если она образовалась ранее.
В поковках типа плоских дисков (шайб) трещины могут возникать и в процессе охлаждения (в виде радиальных трещин, в периферийной зоне), и после полного охлаждения (диаметральной трещины, в центре).
На возможность образования термических трещин оказывает влияние температурный градиент и скорость старения. При медленном охлаждении поковок из стареющего сплава температурный перепад между внутренней и поверхностной зонами меньше, поэтому меньше должна быть величина термических напряжений, но при этом полнее протекает процесс старения, увеличивается хрупкость металла и возрастает склонность его к образованию трещин. При быстром охлаждении для ряда сплавов (вторая и третья группы) процесс старения может быть частично подавлен; в этом случае металл сохранит более высокую пластичность, и возникновение трещин может быть предотвращено несмотря на увеличение температурного   градиента.
Практически относительно быстрое охлаждение поковок из стареющих сплавов может быть целесообразным лишь в случаях, когда удается задержать процесс старения. В остальных случаях следует применять условия охлаждения, при которых обеспечивались бы минимальные градиенты температур, но без излишнего замедления охлаждения изделия. Это можно достигать, например, изоляцией только быстроохлаждающихся на воздухе зон поковки (асбестовой тканью, шлаковой ватой, металлическим колпаком и т. п.).
Охлаждение и особенно нагревание нагартованного стареющего сплава сопровождается интенсивным старением и дополнительным упрочнением его, поэтому склонность к образованию термических трещин резко возрастает.
Скорость процесса дисперсионного твердения нагартованного металла при нагревании часто оказывается большей, чем скорость разупрочнения и умягчения, поэтому нагрев металла сопровождается возникновением термических трещин. Избежать этого можно применением такой скорости нагрева, которая бы превышала скорость возникновения хрупкости металла, при этом удается миновать температурный интервал интенсивной хрупкости прежде, чем начнется этот процесс.
Практически это возможно осуществить только на изделиях малого сечения. Поэтому при деформировании сплавов второй—пятой групп следует избегать их упрочнения. Деформирование должно заканчиваться выше температуры начала упрочнения или старения.
У большинства сплавов второй — пятой групп пластичность в области повышенных температур оказывается ниже, чем при 20°. В тех случаях, когда ковка или прокатка сопровождается промежуточными подогревами,   деформирование   заготовки   или   поковки   также   следует
заканчивать выше температуры начала твердения и сразу же осуществлять подогрев, не допуская подстуживания их ниже этой температуры.
Сплавы третьей—пятой групп в известной мере склонны также к об разованию термических трещин и при местном разогреве, вызванном шлифованием наждачными кругами или другим способом. Поэтому обработка поверхности поковок и заготовок из этих сплавов должна приводиться по возможности без образования значительного местного разогрева. Поверхностные дефекты слитков и круглых поковок целесообразнее удалять обдиркой их на токарных станках.
СКЛОННОСТЬ К ОБРАЗОВАНИЮ РАЗНОЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРЫ В ГОТОВЫХ ИЗДЕЛИЯХ, ПОЛУЧАЕМЫХ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ
Для поковок и сорта из сталей с аллотропическими превращениями крупнозернистость или разнозернистость структуры в изделиях не имели существенного значения в связи с тем, что последующей термообработкой (отжиг, нормализация, закалка) достигалось получение оптимальной величины зерна и его однородность.
Для труднодеформируемых сталей и сплавов рассматриваемых групп, не имеющих аллотропических превращений, эти вопросы приобретают важное значение в связи с тем, что всякий последующий нагрев деформированной структуры до высоких температур сопровождается лишь ростом зерна (если не считать завершение процессов рекристаллизации, не законченных в процессе деформации). Рост зерна в изделии при таком нагреве в разных зонах поковки может быть не одинаковым. Это определяется главным образом фактическими условиями и степенью конечной деформации в этих зонах. Значение величины и однородности зерна в поковках заключается в том, что она влияет на свойства изделия. С укрупнением зерна снижаются показатели прочности, относительного удлинения, относительного сужения и ударной вязкости. При этом влияние величины зерна на эти свойства оказывается большим, чем влияние колебания легирующих элементов в пределах марочного состава.
Структурная неоднородность в готовых изделиях и сортовом металле рассматриваемых сплавов обусловливается, во-первых, ликвационными явлениями, наличием в той или иной зоне избыточных составляющих, задерживающих нормальный рост зерна при нагревании; таким ликва-ционным участком изделия свойственна относительно мелкозернистая структура, пока не будет достигнуто растворение этой избыточной составляющей. Разнозернистость, во-вторых, может быть следствием неоднородной деформации при проведении конечной горячей обработки; при этом в зонах, в которых фактические конечные деформации оказались ниже критических, сохраняется исходная крупнозернистая структура, сформировавшаяся при высокотемпературном нагреве перед деформацией, а в участках с критической степенью деформации образуется крупнозернистая структура, вследствие протекания процесса собирательной рекристаллизации. Только в зонах с деформациями выше критических, произведенными при оптимальных температурах, формируется затем (при термической обработке) нормальная, однородная структура. Чаще всего зональная крупнозернистая структура, обусловленная критическими и более низкими степенями деформаций, располагается закономерно относительно зон затрудненной деформации и конфигурации поковки. Наличие зональной крупнозернистости свидетельствует, таким образом, о наличии в поковках зон, в которых при данных условиях деформации фактические конечные степени деформации оказались неудовлетворительными — критическими или ниже критических.
Поэтому важнейшей задачей конечной стадии горячей деформации рассматриваемых сплавов является получение в них после термообработки
однородной рекристаллизованной структуры с оптимальной величиной зерна. Конечные единичные обжатия также не должны быть критическими или ниже критических, если после каждого такого обжатия успевают протекать   процессы   рекристаллизации.
Однако не всегда практически оказывается возможным получение во всех точках деформируемого тела выше критических степеней деформации. В первую очередь это относится к процессам протяжки или ковки поковок сложной формы с промежуточными подогревами, осуществляемой на молотах или прессах. Механизм деформирования при каждом единичном обжатии таков, что в очаге деформации степень деформации колеблется в очень широком диапазоне (от — 3 до 70%). Вследствие этого заготовка из рассматриваемых сплавов, полученная свободной ковкой, чаще всего обладает неоднородной структурой. При изготовлении поковок осадкой целесообразнее применять прессы, так как при этом возможно сообщать поковке оптимальные (регулируемые) степени деформации, что часто нельзя осуществить на молотах. Кроме того, применение соответствующих прокладок или смазок позволяет при сно бодной осадке на прессе значительно снизить неоднородность деформации и получить в поковке более однородную структуру.
Процесс продольной прокатки обеспечивает более однородную деформацию как по сечению, так и по длине в сравнении со свободной ковкой. Поэтому если предусмотреть в последних калибрах вышекритическне обжатия (15—20%), то продольная прокатка обеспечит получение сортового металла мелкого и среднего размера рассматриваемых сплавов с более однородной структурой, чем при свободной ковке.
Штамповка поковок из труднодеформируемых сплавов на молотах по старой методике, применявшейся для штамповки поковок из обычных сталей с аллотропическим превращением, не может обеспечить получение в поковках рассматриваемых сплавов после их термообработки однородной структуры в связи с тем, что при этом не достигается получение конечных степеней деформации по всему объему поковки выше критических.
Применение промежуточных подогревов при штамповке дополнительно затрудняет получение однородной структуры.
Штамповка поковок из сталей и сплавов, не имеющих аллотропических превращений, должна основываться на строгом подборе формы и веса исходной заготовки, при которых в процессе штамповки обеспечивались бы конечные вышекритические деформации в любой точке объема; штамповка должна проводиться в узком температурном интервале, наилучшем для данного сплава с точки зрения достижения необходимой величины рекристаллизованного зерна. При соблюдении указанных условий возможно получение изделий с относительно однородной структурой и оптимальной величиной зерна, независимо от степени однородности структуры исходной заготовки. При отсутствии названных условий не могут быть получены стабильные положительные результаты, даже если применить для штамповки заготовку с однородной мелкозернистой структурой. Штамповка на прессах достаточной мощности позволяет создать в каждом случае регулируемые степени обжатия. Высокая резкость объемного сжатия, достигаемая при осаживании на прессе, будет, кроме того, способствовать более успешному свариванию внутренних дефектов исходной   литой   структуры   металла.
Чем сложнее конфигурация штампуемой поковки, тем труднее сообщить ей однородные деформации во всех зонах, получить однородную структуру с оптимальной величиной зерна и высокие свойства. Упрощение конфигурации связано с повышением расхода металла и удорожанием механической обработки. Очевидно, что при решении этого вопроса применительно к ответственным поковкам предпочтение должно быть отдано получению   оптимальной   структуры.
ПОВЫШЕННАЯ СКЛОННОСТЬ
К ОБРАЗОВАНИЮ ВНУТРЕННИХ ТРЕЩИН И РАЗРЫВОВ ПРИ КОВКЕ И ПРОКАТКЕ
Рассматриваемые труднодеформируемые сплавы обладают большей склонностью к образованию внутренних трещин и разрывов при ковке п прокатке в сравнении с обычными сталями.
При ковке квадратной заготовки наиболее часто возникают внутренние трещины, ориентированные по диагонали сечения деформируемой заготовки. При ковке круглой заготовки образуются внутренние продольные (осевые) разрывы, возникающие под действием радиальных растягивающих напряжений. При продольной прокатке во внутренней зоне заготовки образуются внутренние поперечные разрывы под действием продольных осевых разрывающих напряжений, которые возникают в прокатываемом металле при малых (ниже критических) отношениях Dlh. Механизм образования этих внутренних дефектов рассмотрен в работе   [1].
Склонность к образованию внутренних дефектов рассматриваемых сплавов при их деформировании возрастает с увеличением порядкового номера группы и обусловливается сочетанием в них высокого сопротивления деформации и низкой пластичности. Высокое сопротивление деформации способствует большей локализации скалывающих напряжений и деформаций в более узких зонах, в которых одновременно возрастают элементарные сдвиги, а низкая пластичность уменьшает допустимые величины таких сдвигов и ускоряет образование трещин в этих зонах. Низкая пластичность повышает, кроме того, чувствительность металла к действию внутренних продольных и радиальных растягивающих напряжений. У высокопластичных сталей эти напряжения вызывают значительные пластические деформации, поэтому образование внутренних разрывов в них затруднено, в то время как в рассматриваемых сплавах с малой пластичностью возможность пластической деформации весьма ограничена и действие этих напряжений заканчивается образованием в деформируемом изделии внутренних разрывов.
Для уменьшения неравномерности деформации и исключения возможности образования внутренних разрывов по диагоналям сечения квадратной заготовки следует пользоваться подачами в пределах 0,6—1,0 и малыми единичными обжатиями. Необходимо избегать ковки перегретого или подстуженного металла, а также значительного разогрева заготовки в процессе ковки.
Протяжку заготовки ковкой на молотах следует осуществлять в квадратном сечепнн в плоских бойках, а округление ее и обкатку округленной заготовки до заданного размера — в вырезных бойках круглых или угловых с углом развала не более 110° и с соблюдением условий, указанных в работе [1]. Протяжку слитков или заготовки в круглом сечении, в круглых или угловых вырезных бойках можно успешно осуществлять на прессах. Таким образом, успешное деформирование рассматриваемых сплавов ковкой и прокаткой, исключающее образования внутренних разрывов, возможно лишь при условии предупреждения возникновения локализации значительных скалывающих напряжений, а также появления значительных внутренних растягивающих напряжений, радиальных и продольных. Эти условия подробно рассмотрены в работе [1].