книги из ГПНТБ / Дзугутов, М. Я. Напряжения и разрывы при обработке металлов давлением

рорежущих сталей, нержавеющих, кислотостойких й других нестареющих сталей средней и высокой проч­ ности.

Напряжения и продольные разрывы, ориентированные нормально к граням сечения

Ковка квадратной заготовки трудиодеформнруемых сталей и сплавов II—V групп на плоских бойках сопро­ вождается возникновением внутренних разрывов друго­ го вида, отличающихся от показанных на рис. 63. Разли­ чия имеются в форме, расположении и в механизме обра­ зования трещин.

Как показано на рис. 64, а, разрывы ориентированы не по диагоналям сечения заготовки, а нормально к ее гра­ ням II чаще в большей мере раскрыты в одном направле­ нии— в направлении, нормальном к плоским граням за­

Характерными особенностями таких разрывов явля­ ются :

образование их только в заготовках труднодеформируемых сталей и сплавов II—V групп п отсутствие в за­ готовках других сталей;

ориентирование их нормально к граням заготовки и отсутствие их в диагоналях сечения, в зоне ковочного креста;

кристаллическая поверхность внутренних разрывов в отличие от шлифованных поверхностей в трещинах по ко­ вочному кресту;

ного вида рассмотрим два случая ковки квадратной за­ готовки в плоских бойках.

В первом случае с самого начала однозначной или единичной деформации квадратная заготовка имеет плос­ кие грани, по всей ширине которых находится в контакте с поверхностью бойков. В этом случае схема деформиро-

110

ванпя и течения металла в плоскости, взятой нормально к осп заготовки, будет соответствовать схеме, показанной на рис. 62 с сохранением во внутренней зоне напряжений отрицательного знака.

Нарушение сплошности внутренней зоны заготовки происходит лишь по диагоналям сечения заготовки (по

Рис. 64. Внутренние разрывы в макроструктуре кованой заготовки сплава ЭИ617

ІИ

ковочному кресту) благодаря концентрации в этих зонах значительных скалывающих напряжений, обусловленных наличием зон затруднений деформации А и Б. Однако в

Рис. 65. Схемы деформи­ рования квадратной заго­ товки, приводящие к об­ разованию разрывов:

(рис. 65, а) происходит уширеиие и образование выпук­ лых, округленных боковых граней. Чем больше подача, однозначное обжатие и чем мягче металл, тем больше вы­ пуклость боковых граней однозначно обжатой заготовки.

112

позначных обжатий, с кантовкой на 90° и величиной в пределах АЛ. Деформирование металла на молоте с им­ пульсным характером приложения внешнего напряжения способствует возникновению более высоких упругих нап­ ряжений, меньшему проникновению деформации в глу­ бинные зоны заготовки и тем самым дополнительно спо­ собствует образованию разрывов, показанных на рис. 64. Поэтому целесообразно уменьшить скорость приложения внешнего напряжения при ковке квадратной заготовки из сталей и сплавов II—V групп, избегая, однако, подстуживания заготовки ниже допустимого и из-за слишком малой скорости деформации.

Очевидно, что если единичное пли однозначное обж а­ тие заканчивать каждый раз после достижения бойком положения /1і Б и когда еще сохраняются внутренние рас­ тягивающие напряжения, то может происходить накап­ ливание остаточных напряжений положительного знака, приводящих к образованию разрывов (см. рис. 64) п уве­ личению их размеров. Для того чтобы устранить радиаль­ ные растягивающие напряжения, создать необходимый уровень сжимающих напряжений и тем самым достичь заваривания образовавшихся разрывов, необходимы од­ нозначные обжатия большей величины.

Опыты показали, что проведение таких однозначных обжатий в области температур наибольшей пластичности материала в большей мере исключает возможность обра­ зования разрывов, кроме того способствует завариванию таких дефектов, если они ранее возникли. Успешное за­ варивание дефектов происходит при прокатке в овальных калибрах или при ковке в круглых вырезных бойках. В том II в другом случае достигается более резкое объ­ емное сжатие заготовки, необходимое для заваривания образовавшихся разрывов. Эти данные подтверждаются опытами, проведенными в промышленных условиях.

Слитки сплава типа ЭИ598, полученные кристаллиза­ цией в водоохлаждаемом кристаллизаторе и не имевшие внутренних дефектов, были прокованы на молоте на квадратную заготовку с размером сечения 140 мм. При ультразвуковом контроле (УЗК) в трех заготовках из восемнадцати обнаружили разрывы, аналогичные пока­ занным на рис. 64. Во втором переделе при ковке заготов­ ки размером сечения 140 мм на квадратную заготовку с размером сечения 80 мм внутренние разрывы в двух за­ готовках из трех заварились. Но одновременно в трех за­

114

готовках с размером сечения 80 мм при У З К были обна­ ружены новые внутренние разрывы, хотя исходные заго­ товки, из которых они были откованы, дефектов не имели.

35 мм в калибрах круг— овал. При У З К внутренних раз­ рывов в них не обнаружили. Таким образом, на разных стадиях ковки внутренние разрывы могут и заваривать­ ся, и возникать вновь. Поэтому важно, чтобы завершаю­ щий процесс деформации выполнялся в условиях, способ­ ствующих завариванию внутренних разрывов и преду­ преждающих образование новых.

Сравнение процесса ковки на молоте и на прессе по­ казало преимущество ковки на прессе. Меньшая ско­ рость приложения внешнего напряжения исключает воз­ можность создания во внутренней зоне заготовки столь высоких разрывающих напряжений, необходимых для об­

разования разрывов.

Применение при ковке более частых подогревов заго­ товки II меньших степеней деформации после каждого по­ догрева не способствует исключению пли уменьшению возможности образования разрывов.

Отсутствие вокруг образовавшихся разрывов включе­ ний, рыхлости или других металлургических дефектов свидетельствует о чисто ковочном их происхождении

(с помощью механизма отрыва).

Таким образом, для устранения возможности возник­ новения при ковке разрывов (см. рис. 64) целесообразно увеличить однозначную деформацию до величины боль­ шей, чем Д/г; вести деформирование в области темпера­ тур наибольшей пластичности металла и уменьшить по­ дачу; уменьшить скорость приложения внешнего напря­ жения; применять для ковки круглые вырезные бойки; вести протяжку заготовки в полосовом профиле, вместо квадратного, при этом толщина полосы не должна быть слишком малой; вести протяжку заготовки методом про­ катки в калибрах круг — овал.

Разрыхление осевой зоны заготовки при ее ковке

В заготовках квадратного сечения из высоколегиро­ ванных сталей и сплавов, полученных ковкой на молоте или прокаткой, обнаруживаются внутренние дефекты, по­

явление которых приводит к разрыхлению металла осе­ вой зоны (рис. 6 6 ). Степень развития дефекта или сте­ пень разрыхления металла осевой зоны заготовки может быть различной, от пор микроскопической величины до грубых разрывов (см. рис. 6 6 ).

На поверхность заготовки поры и разрывы не выхо­ дят, поэтому обнаружить их можно лишь при макро-

Рпс. 66. Макроструктура заготовки из стали ЭИ696 с разрыхлеішоіі осевой зоной

структурном или ультразвуковом контроле откованных заготовок.

Рассматриваемый вид дефекта обнаруживается в труднодеформпруемых сталях и сплавах, обладающих высоким сопротивлением деформации при относительно низкой температуре перегрева металла. Типичными пред­ ставителями этой группы являются стали ЭИ787, ЭИ696, у которых при температуре выше 1100° С происходит оп­ лавление эвтектической составляющей и ослабление меж­ кристаллитной прочности материала. Оно предопределя­ ет механизм образования и форму рассматриваемого де­ фекта, появляющегося под действием внутренних растя­ гивающих напряжений, которые периодически возникают и действуют в процессе ковки квадратной заготовки на плоских бойках или при прокатке.

Разрыхление осевой зоны поковки может возникать и при слишком быстром осаживании цилиндрической за­ готовки из указанных выше сталей на прессе или на мо­ лоте.

116

Н а основании результатов, выполненных автором и Б. Ф. Вахтановым опытов [24], было показано, что в дан­ ном случае образование рассматривамых дефектов не яв­ ляется результатом наличия дефектов в осевой зоне ис­ ходного слитка, например наличия рыхлости, образован­ ной при его кристаллизации. Об этом свидетельствует и то, что дефекты, аналогичные показанному на рис. 6 6 , воз­ никают и при ковке заготовки из слитков вакуумнодуго­ вого переплава (В Д П ), у которых осевая рыхлость пол­ ностью отсутствует. Все это свидетельствует о том, что образование дефекта происходит в процессе ковки плот­ ного, бездефектного исходного металла, а наличие осе­ вой рыхлости слитка может дополнительно способство­ вать образованию рассматриваемого дефекта.

Опытами [24] было показано, что разрыхление осевой зоны заготовки происходит чаще не сразу после начала ковки, а позднее, после уменьшения сечения заготовки с квадрата 180 мм до квадрата 90—70 мм. Анализ резуль­ татов макроструктурного контроля кованых квадратных заготовок с размером сечения от 170 до 75 мм показал, что дефекты появлялись лишь в заготовках последнего сечения. Как видно, образование дефекта, показанного на рис. 6 6 , происходит лишь после значительного укова за­ готовки, тогда как в первый период ковки, когда разо­ грев заготовки еще не столь значителен, дефекты еще не возникают.

Выполненные исследования позволили установить следующие стадии образования разрыхления осевой зоны заготовки из сталей типа ЭИ787, ЭИ696, ЭИ696М при ковке на плоских бойках:

а) деформационный разогрев металла осевой зоны заготовки до температуры перегрева и оплавления эвтек­ тической структурной составляющей;

б) ослабление межкристаллитной прочности матери­ ала этой зоны и создание условий для возможности про­ текания избирательного межкрнсталлитного разрушения перегретого материала под действием растягивающих на­ пряжений;

в) возникновение внутренних радиальных растягива­ ющих напряжений в начале каждого однозначного обж а­ тия в процессе ковки заготовки по схеме, представленной на рис. 65, е;

г) разрыхление перегретой осевой зоны под действи­ ем внутренних радиальных растягивающих напряжений.

117

Деформация квадратной заготовки в угловых бойках с углом развала 95—100°

Выше были рассмотрены напряжения н механизм об­ разования двух видов внутренних разрывов, возникаю­ щих при ковке квадратной заготовки в плоских бойках (см. рис. 63 и 64). Образование разрывов первого вида (см. рис. 63) происходит, как было показано, благодаря высоким знакопеременным скалывающим напряжениям, действующим в диагоналях сечения заготовки, а разру­ шение металла происходит путем механизма среза в диа­ гоналях сечения заготовки. Образование второго вида разрыва (см. рис. 64) происходит путем отрыва под дей­ ствием радиальных растягивающих напряжений, возни­ кающих по схеме, представленной на рис. 65, в.

На практике встречается еще третий вид разрыва, воз­ никающий при ковке квадратной заготовки в угловых бойках. Такая методика ковки была применена в произ­

ограничения свободного уширения заготовки в очаге де­ формации.

Очевидно, что полное устранение свободного ушире­ ния заготовки при такой ковке можно достичь, применяя бойки с углом развала в ~ 90°. Однако в таких бойках полностью исключается возможность течения металла в плоскости, нормальной к оси заготовки, и проведения

между заготовкой и бойком образуется зазор, величина которого уменьшается от плоскости разъема бойков к вершине фигуры бойка. Этот зазор соответствует углу, равному 5— 10°. Схема деформации квадратной заготов­ ки в таких бойках показана на рис. 65, б.

Исследование Б. Ф. Вахтановым значительного коли­ чества заготовок, прокованных из квадратной заготовки размером сечения 200 мм до сечения 140 мм по схеме, приведенной на рис. 65, б, показало, что большая часть их была поражена внутренними разрывами, ориентиро­ ванными по диагоналям сечения заготовки, как показано на рис. 65, г.

119