Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

(рис. 107). Предел прочности стали достигает наибольшей величины при 300° (рис. 107, а). Дальнейшее увеличение температуры ведет к уменьшению предела прочности, который при 800—900° снижается в, 8—10 раз. Относительное удлинение уменьшается при увеличении температуры до 300° и далее растет, достигая 70% при температуре

Рис. 107. Зависимость механических свойств, стали от температуры и степени деформации

интервале. Более того, ниже точки фазовых превращений зерна металла сохраняют эти размеры, что ведет к изменению свойств металла при нормальных температурах.

На диаграмме (рис. 107, в) показана зависимость предела прочности и относительного удлинения стали от температуры пред­ варительного нагрева и медленного охлаждения на воздухе.

Микроструктура и механические свойства зависят не только от температуры обработки, но и от степени деформации. Поэтому влияние этих факторов следует рассматривать одновременно.

Из диаграммы рекристаллизации (рис. 107, г) видно, что для данного металла при некоторой температуре и степени деформации имеет место максимальный рост зерна. Интервал степени деформа­ ции, в котором при данной температуре наблюдается интенсивный рост зерна, называется критическим. С увеличением температуры этот интервал расширяется. Поэтому для получения малого зерна необходимо заканчивать обработку при более низких температурах.

Повышение скорости деформирования до 5—10 м/сек приводит к увеличению сопротивления деформации и снижению пластично­

186

сти. Дальнейшее повышение скорости до 20—30 м/сек продолжает увеличивать сопротивление деформации, но ведет к повышению пластичности на 10—20%. Следует помнить, что повышение скоро­ сти деформации ведет к увеличению температуры, поэтому необхо­ димо учитывать температурно-скоростное влияние.

При установлении режима обработки металлов давлением необходимо помнить, что в условиях,-наиболее благоприятных для деформации, значение максимально допустимой степени деформа­ ции меньше для литой и крупнозернистой структур и больше для предварительно деформированной и мелкозернистой структур.

Основные законы пластической деформации. Наука о деформа­ ции опирается на определенные законы, которые дают возможность правильно понять природу пластической деформации.

Закон сдвигающего напряжения: пластическая деформация может наступить только в том случае, если сдвигающие напряже­ ния, возникающие в деформируемом теле, достигнут определенной величины, зависящей от природы тела и условий деформации, т. е. значительное развитие процесса пластической деформации металла возможно только путем скольжения.

Закон наименьшего сопротивления: в случае возможности пере­ мещения точек деформируемого тела в различных направлениях каждая точка перемещается в направлении наименьшего сопротив­ ления.

Закон постоянства объема: объем тела до деформации равен объему его после деформации. Фактически имеет место некоторое изменение объема, однако оно настолько мало, что им следует пре­ небречь.

§ 3. Нагрев металла перед обработкой давлением

Назначение нагрева. Основным назначением нагрева перед об­ работкой давлением является повышение пластичности обрабаты­ ваемого металла и снижение его сопротивления деформированию. Для обработки давлением нагретой стали ее следует привести в состояние твердого раствора — аустенита. При этом сталь имеет

.однородную структуру, обладает одинаковыми свойствами во всех частях, пластична и хорошо куется.

Нагревать до очень высоких температур, приближающихся к линии солидуса, не рекомендуется, так как при этом возможен перегрев и пережог металла. Перегрев — явление быстрого роста зерен при высоких температурах, ведущее к ухудшению механиче­ ских свойств металла. Он может быть исправлен термической обра­ боткой. При пережоге кислород проникает внутрь заготовки и окис­ ляет границы зерен. Металл становится хрупким и при ударе рассы­ пается. Никакой обработкой пережог не исправляется.

Ковать при низких температурах нельзя, так как сталь при этом обладает большим сопротивлением деформированию и мало пластична. Особенно опасно деформировать сталь в области темпе­

187

ратур 500—300°, так как в этом интервале она очень хрупка легко дает трещины с изломом синеватого цвета (синеломкость).

Металл нужно ковать в том интервале температур, в котором его пластичность (способность изменять форму) наибольшая Это так называемый температурный интервал ковки. В его пределах металл должен находиться в однофазном состоянии, т. е. все его зерна должны иметь одинаковое строение и свойства тогда при ковке они будут деформироваться в одинаковой степени. Если же металл будет находиться в двухили многофазном состоянии то пластичность каждой фазы будет различная, деформация получит­ ся неоднородной и возможно разрушёние. Только углеродистые ста­ ли можно ковать при температурах, соответствующих двухфазному состоянию, так как аустенит и феррит между линиями GS и PS у доэвтектоидных сталей (см. рис. 10) обладают хорошей пластич­ ностью, а равномерная смесь аустенита с зернами цементита между линиями t S и S K у заэвтектоидных сталей также обладает доста­ точной пластичностью при температурах не ниже 750°.

Температурный интервал ковки различных сталей зависит от их химического состава и исходного состояния.

Режим нагрева. Правильно выбранный режим нагрева металла должен обеспечить быстрое и равномерное прогревание с наимень­ шими потерями на окалину и с наименьшей затратой топлива и энергии. Выбор режима нагрева зависит от свойств стали, формы и размеров заготовки и направления передачи тепла.

Качество нагрева в первую очередь определяется температурой печи в момент посадки металла. Если нагревается малоуглероди­ стая сталь, то ее можно загружать в печь, имеющую максимальную рабочую температуру, т. е. на 150-200° выше температуры начала ковки. При нагреве легированных сталей температура печи должна быть ниже для обеспечения равномерного прогрева.

Когда температура металла достигает критической точки (723°), в стали происходят структурные превращения, сопровождающиеся уменьшением объема, что влечет за собой уменьшение внутренних напряжений. Одновременно возрастает пластичность стали. Поэто­ му, начиная с 750°, нагрев можно вестй с любой скоростью без риска испортить поковку. Заготовки крупных сечений нужно выдер­

живать некоторое время при температуре начала ковки, чтобы вы-

.ровнять температуру во всем их объеме.

Скорость нагрева стали зависит от ее теплопроводности, тепло­ емкости, формы и размера заготовки, температуры печи и распо­ ложения заготовок в печи. Наибольшей теплопроводностью обладают стали, близкие по составу к железу; меньшая теплопро­ водность у легированных сталей. С повышением температуры угле­ родистых сталей уменьшается их теплопроводность. С увеличением температуры теплоемкость стали возрастает и нагрев идет медлен­ нее, так как требуется больше тепла для нагрева до заданной температуры. Теплоемкость у разных металлов различна.

Скорость нагрева поковки зависит от ее формы и сечения, Ьыстрее нагреваются тонкие поковки, медленнее — массивные,

188

Очень сильное влияние на скорость нагрева оказывает темпера­ тура печного пространства. Работами советских ученых и инжене­ ров создан скоростной метод нагрева, основанный на доведении температуры внутри печи до 1400—1500° и обогреве заготовки со всех сторон. При этом необходимо, чтобы температура в печи регу­ лировалась автоматически и заготовки находились в ней точно уста­ новленное время. Сокращение продолжительности нагрева при скоростом методе объясняется тем, что передача тепла металлу происходит в основном за счет теплоизлучения стенок печи и газов и только небольшая часть передается непосредственным контактам с металлом. Количество же излучаемого тепла быстро растет с уве­ личением температуры.

Время нагрева заготовки в печи можно приблизительно опре­ делить по формулам Доброхотова. Для мягкой углеродистой стали время нагрева от 0 до 850°

содержащими кислород и водяной пар. При этом кислород окисляет поверхность металла, образуя окалину. Последняя появляется не

189