23 Материалы, применяемые для получения заготовок обработкой давлением

Для получения заготовок обработкой давлением применяют различные деформируемые металлы и сплавы - такие, как углеродистые и легированные стали, высоколегированные стали, жаропрочные сплавы, алюминий и его сплавы, магний и сплавы на его основе, медь и медные сплавы, титан и его сплавы, а также молибден, вольфрам, миобий и др.

В зависимости от химического состава сталь бывает углеродистая, легированная; от назначения - конструкционная и инструментальная; от способа получения - мартеновская, бессемеровская, томасовская; от способа раскисления-спокойная, полуспокойная, кипящая.

Углеродистые стали содержат различные примеси: марганец от 0,25 до0, 80 %, кремний до 0,35 %, серу до 0,07 %, фосфор не более 0,09 %. К числу легирующих элементов относят кремний при содержании более 0,35 %, никель, кобальт, марганец, хром, вольфрам, молибден, ванадий и другие.

Углеродистые стали в зависимости от содержания углерода подразделяют на низкоуглеродистые (до 0,25 %), среднеуглеродистые (0,25-0,60 %) и высоколегированные (свыше 0,60 %). Низко- и среднеуглеродистые стали являются конструкционными сталями, а высокоуглеродистые - инструментальными.

Кипящей сталью называют не полностью раскисленную сталь, застывающую в изложницах с видимым выделением газов. Газовые пузыри компенсируют уменьшение объема металла при затвердевании, поэтому слиток кипящей стали не имеет сосредоточенной усадочной раковины. Кипящую сталь применяют для прокатки и в редких случаях для ковки.

Спокойная сталь после раскисления содержит минимальное количество растворенного кислорода, исключающее возможность его взаимодействия с углеродом металла во время разливки и кристаллизации. Спокойную сталь выплавляют в основных и кислых мартеновских печах. Она может быть углеродистой и легированной. Легированная сталь подразделяется на низколегированную- до 2,5 % легирующих компонентов, среднелегированную - до 10 % и высоколегированную - свыше 10 %.

Низко и среднеулеродистые стали не обнаруживают хрупкого состояния в широком интервале температур при осадке со степенью деформации 80 %, т.е. они обладают большим запасом пластичности и относятся к высокопластичным металлическим материалам.

Стали высокоуглеродистые и высоколегированные допускают однократную деформацию примерно до 60 %, их относят к материалам средней пластичности.

Количество и форма распределения неметаллических включений и газонасыщенность литого металла могут вызывать хрупкое состояние сталей в процессе горячей обработки давлением, если эти включения и газовые поры достигают больших размеров и располагаются цепочкой по границам зерен.

Кроме различных сталей, для способов ОМД применяют жаропрочные сплавы, основными составляющими элементами которых являются железо, хром, никель, вольфрам, молибден, ниобий, ванадий и др.

Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на две группы: технический алюминий и термически неупрочняемые сплавы (АМц, АМгЗ, АМг5 и др.) и термически упрочняемые сплавы (Д1, Д16, ВД17, АК4, АК8, Б95 и др.). Сплавы первой группы отличаются высокой пластичностью и хорошими технологическими свойствами. Сплавы второй группы имеют удовлетворительные пластичность и технологические свойства, более высокие прочностные характеристики, в том числе и при повышенных температурах.

Из медных сплавов обработке давлением подвергаются латуни и бронзы. Латуни (Л68, Л60, ЛМц58-2, Л070-1 и др.) хорошо обрабатываются давлением и резанием. Они деформируются при низких и высоких температурах. К деформируемым бронзам относятся в основном алюминиевые, кремнистые и некоторые оловянные бронзы (БрАЖН 10-4-4, БрА5, БрКМц4-1, БрОЦС4-4-4 и др.). Они, как правило, деформируются в горячем состоянии и могут упрочняться термической обработкой.

Деформируемые магниевые сплавы (MAI, МА2, МА2-1, МА11 и др.) используются для изготовления заготовок прокаткой, прессованием и штамповкой. Обработку давлением проводят обычно при температуре 300...400 °С.

Из титановых сплавов (ОТ4-1, ВТ5, ВТ14, ВТЗ-1, ВТ9 и Д{Э.) изготавливают прокат, листы, грубы и поковки. Они обладают удовлетворительной пластичностью, высокой прочностью, но плохо обрабатываются резанием.

В специальном машиностроении и для нужд новой техники используют сплавы сложных составов на основе вольфрама, ниобия, молибдена и сплавы, содержащие такие элементы, как бериллий, цирконий, кобальт и др. Новые сплавы сложного состава поступают в обработку в виде слитков после дуговой и электронно-лучевой плавки.

При выборе материала заготовки учитывают его эксплуатационные характеристики (прочность, коррозионную стойкость, жаропрочность и др.), пластические свойства и обрабатываемость резанием. Материал должен обладать высокой пластичностью (относительное сужение при одноосном растяжении не менее 20 %). Предпочтительно применять материалы, хорошо освоенные в производстве. Выбор материала в значительной мере определяет материалоемкость изделия. Она может быть снижена в результате применения прогрессивных материалов, отличающихся повышенными эксплуатационными и механическими свойствами, а также низкой плотностью. Во многих случаях эти свойства могут быть улучшены за счет последующего применения методов поверхностного упрочнения и защитных покрытий.