содержание   ..  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..

ВЛИЯНИЕ КОВКИ НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛА

Внутреннее строение металла называется его структурой. Структура металла зависит от его химического состава, температуры, способа отливки слитка и его размеров. При изменении структуры изменяются также свойства металлов.

Наука, изучающая структуру металлов и сплавов, называется металлографией. Основоположником науки о металлах является великий русский ученый Д. К. Чернов. Учение Д , К. Чернова о внутреннем строении металлов послужило основой развития науки о металлах.

Каждый металл имеет зернистое строение. Эти зерна можно наблюдать на его изломе. Еще лучше зерна будут видны, если, например, слиток разрезать в продольном направлении, затем подготовить шлиф, т. е. поверхность разреза обработать (отшлифовать и протравить специальным раствором). Строение слитка по диаметру и по высоте разное. Это объясняется условиями литья слитков и явлениями кристаллизации стали при остывании ее в изложнице (форма, в которой отливаются слитки). Вследствие большой разности температур расплавленного металла и стенок изложницы в первый момент после заливки металла на стенках изложницы образуется тонкая корочка из мелких зерен— кристаллов 3 (рис. 17). Когда изложница разогревается, то металл затвердевает медленнее и в следующем слое образуются вытянутые, так называемые столбчатые зерна— кристаллы 4. В центре слитка влияние охлаждающих стенок изложницы почти не сказывается и металл затвердевает в виде крупных зерен 5.
 

После заливки металла в изложницу поверхность его покрывается плотной коркой, а внутри металл находится еще в жидком состоянии. При затвердевании объем жидкого металла уменьшается и вследствие этого в слитке образуются пустоты — усадочная раковина 1 и усадочная рыхлость 2. Верхняя часть слитка, в которой находятся усадочная раковина и усадочная рыхлость, и нижняя (донная) часть слитка 6, в которой столбчатые кристаллы расположены вертикально и поэтому слабо соединены с основной его частью, представляют собой недоброкачественный металл. Для изготовления поковок используется лучшая, средняя, часть слитка, составляющая 63—75% его веса.
 

Рис. 17. Строение слитка:
1 — усадочная раковина, 2 — усадочная рыхлость, 3 — наружная зона мелких кристаллов, 4 — зона вытянутых столбчатых кристаллов, 5 — зона кристаллов центральной части, 6 — донная часть слитка

Стальные слитки, как видно из рис. 17, не представляют собой однородной массы застывшего металла и имеют зернистое строение. Зерна металла различаются между собой по величине и форме, они могут изменять свои размеры и форму в зависимости от способа обработки металла.

В металлографии различают макроструктуру и микроструктуру.

Под макроструктурой понимают строение металлов и сплавов, выявляемое при рассмотрении шлифа невооруженным глазом или с небольшим увеличением (до 20 раз).

По макроструктуре стали можно определить: 1) форму внутреннего строения стали в слитке или прокате; 2) характер неоднородности по составу после отливки; 3) расположение пор, усадочных пустот, усадочной рыхлости, газовых пузырей и других пороков, встречающихся в слитке и поковках.

Микроструктурой металлов и сплавов называется их строение, которое можно наблюдать, пользуясь металломикроскопом при увеличении от 50 до 2000 раз или электронным микроскопом при увеличении в несколько десятков тысяч раз. По микроструктуре стали можно определить: 1) размеры и форму отдельных зерен, характеризующих строение стали; 2) характер пороков металла, возникших при отливке и последующей обработке (поры, трещины и т. д.); 3) структурные составляющие, получаемые после ковки и термической обработки.

При ковке изменяются макроструктура, микроструктура и

механические свойства металла. Эти изменения в основном зависят от температуры ковки, степени уковки, химического состава, способа ковки. При ковке характерная макроструктура литого металла (в том числе и литого слитка) изменяется на волокнистую макроструктуру. Образование волокнистой макроструктуры при ковке слитка происходит вследствие того, что его зерна (первичные дендритные кристаллиты), а также пороки слитка (ликвационные зоны, газовые пузыри, шлаковые включения и т. д.) вытягиваются в направлении течения металла и образуют полосы или волокна из деформированных кристаллитов, вследствие чего получается волокнистая структура.

С изменением структуры слитка изменяются механические свойства стали. При ковке слитка механические свойства стали вдоль оси лучше, чем поперек ее.

Температурные условия ковки влияют как на структуру стали, так и на ее механические свойства. При нагреве стали до 723° никаких изменений в размерах и форме зерен не происходит. При нагреве выше 723° в структуре стали происходят существенные изменения. Из разнородных и сложных по своему химическому составу отдельных зерен (феррит, перлит, цементит) получаются однородные зерна твердого раствора углерода в железе— аустенита. Этот твердый раствор может сохраняться лишь при температурах, превышающих критические; при медленном охлаждении он снова распадается, при этом сталь приобретает исходную структуру.

Если охлаждение стали вести быстро, процесс распада твердого раствора (аустенита) не успевает осуществиться полностью и сталь в зависимости от скорости охлаждения получает ряд промежуточных структур, которые придают ей различные механические свойства. Для получения высоких механических свойств кованых изделий надо ковку заканчивать при температуре, близкой к критической (около 800°). При соблюдении температурных условий ковки обеспечивается также получение кованых изделий с определенной микроструктурой.

Структура и механические свойства литой стали при ковке (вытяжкой) зависят от степени уковки. Согласно ГОСТ 2335—50 уковкой называется отношение площади поперечного сечения до ковки к площади поперечного сечения после ковки. Применительно к заготовкам и поковкам уковкой называется отношение площади поперечного сечения заготовки к площади поперечного сечения поковки. Математически уковка определяется по формуле

Для увеличения уковки иногда перед вытяжкой производят осадку. В этом случае площадью поперечного сечения до ковки считают площадь поперечного сечения заготовки после осадки.

В процессе ковки (вытяжки) литого слитка его средняя часть приобретает обычно волокнистое строение после двухтрехкратной степени уковки. С изменением макроструктуры стали в зависимости от степени уковки меняются и механические свойства кованой стали. Например, относительное удлинение при разрыве и ударная вязкость в продольном направлении увеличиваются, а в поперечном направлении уменьшаются.

Согласно ГОСТ 2335—50 степень уковки регламентирована для поковок, изготовляемых из прокатной стали, и поковок, изготовляемых из слитков. Так, при изготовлении поковок из горячекатаной стали уковка должна быть не менее 1,5 по основному телу и не менее 1,3 по фланцам или другим выступающим частям.

Пример. Определить степень уковки при вытяжке поковки с сечением

250 X 250 мм, изготовляемой из заготовки 320 X 320 .мм.

Определяем площадь сечения заготовки:

Механические свойства кованых изделий зависят также от способов ковки. При изготовлении кованых изделий нельзя перерезать волокна металла, так как это уменьшает их прочность. На рис. 18 изображены коленчатые валы, изготовленные вырубкой и изгибанием. Они отличаются по своим механическим

свойствам. У вала, изготовленного вырубкой (рис. 18, а), волокна перерезаны, следовательно, механические свойства в отдельных его частях будут неодинаковыми. Вал, изготовленный изгибанием (рис. 18, б), имеет одинаковые на всем протяжении

и, следовательно, более высокие механические свойства, так как его волокна не перерезаны и расположены вдоль всего вала.

Рис. 18. Макроструктура коленчатых валов, изготовленных: а — вырубкой, б — изгибанием

содержание   ..  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..