Изменение структуры литого металла в результате ковки и штамповки

ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ НА СВОЙСТВА МЕТАЛЛА

При ковке (прокатке) слитков наблюдаются следующие характерные изменения литой структуры: крупные кристаллы (дендриты) под влиянием деформации вытягиваются в направлении общего течения (удлинения) металла; вместе с кристаллами вытягиваются и неметаллические включения, расположенные по границам дендритов. По мере вытягивания эти включения принимают форму прядей и придают макроструктуре поковки (проката) характерное волокнистое строение [1].

Образование волокнистого макростроения при протяжке обычно начинается в срединной части слитка, а потом уже распространяется на его периферийные слои в зону столбчатых кристаллов. Это объясняется тем, что в срединной части литой структуры (рис. 9) дендриты повернуты на некоторый угол к оси слитка; здесь же имеется область хаотично расположенных кристаллов и их частей. Таким образом, сам характер расположения кристаллов и их частей в средине слитка способствует их первоочередному повороту и вытягиванию в направлении общей вытяжки слитка, тем более, что это направление, как правило, совпадает с осью слитка.

В зоне столбчатых дендритов слитка последние расположены перпендикулярно к направлению вытяжки и поэтому для их переориентации в процессе обжима потребуется большая степень деформации, которая в данном случае характеризуется степенью вытяжки. В свою очередь, последняя определяется уковом: K=F _НАЧ/ F _КОН= L _КОН/ L _НАЧ (где F _НАЧ и F _КОН – соответственно начальная и конечная площади поперечного сечения слитка; L _НАЧ и L _КОН – соответственно начальная и конечная длина слитка).

В срединной части слитка волокнистое макростроение появляется уже при уковке K =2–3, а периферийная зона слитка приобретает волокнистое макростроение по всему сечению только при укове K =10.

Волокнистость макроструктуры проката невозможно устранить ни последующей термообработкой, ни обработкой давлением. Последняя приводит лишь к тому, что с изменением формы заготовки изменяется направленность (конфигурация) волокон, но характер волокнистости структуры сохраняется и в поковке, и в детали.

В отличие от этого микроструктура деформированного металла существенно изменяется последующей термообработкой. Причем для облегчения термической обработки желательно, чтобы после обработки давлением металл поковки имел бы более мелкое зерно.

Поэтому, учитывая тот факт, что рост зерен металла зависит от температуры нагрева, заготовки для обработки давлением следует нагревать до возможно низкой температуры ковки и все участки нагретой заготовки должны интенсивно проковываться. Следует также иметь в виду и то обстоятельство, что зерна деформируемого металла растут и после обработки давлением под воздействием повышенной температуры (рис. 15). Поэтому горячую обработку поковок необходимо заканчивать по возможности ближе к нижнему пределу допустимых температур ковки.

7.2. Зависимость свойств металла от обработки давлением.

Показатели механических свойств металла, обработанного давлением, зависят от степени его укова и от направления волокон макроструктуры. И если прочностные характеристики металла (пределы прочности и текучести) вдоль и поперек волокон оказываются практически одинаковыми, то характеристики пластичности (относительные удлинение и сужение, ударная вязкость, предел выносливости) разнятся весьма существенно. Это явление носит название векториальности механических свойств или анизотропии. Анизотропия увеличивается с увеличением степени укова. Так при К =10, ударная вязкость поперек волокон оказывается в 2–3 раза меньше, чем вдоль волокон. При этом разница в показателях предела прочности составляет всего лишь 10–15%.

Принимая во внимание то обстоятельство, что степень укова оказывает заметное влияние на изменение показателей механических свойств металла, в различных случаях рекомендуются и обработка давлением с определенными значениями укова. Например, для одинаковых механических свойств металла по всем направлениям К =3,5–4,0, а для лучших механических свойств в одном направлении К=6–10.