Цветные металлы

Сплавы на основе цветных металлов широко используют в различных отраслях промышленности – самолето-, ракето-, судосроении, радиоэлектронике, приборостроении и т. д. Наиболее широко применяют сплавы на основе алюминия, меди, магния, титана и др. Эти сплавы подразделяют на литейные, предназначенные для изготовления отливок, и деформируемые, предназначенные для изготовления изделия прокаткой, прессованием, ковкой и штамповкой.

Алюминиевые сплавы:

• пластичные: АМц, АМг АВ;

• средней пластичности:Д1, Д16, АК6, АК5;

• низкой пластичности АК8, В95, В96.

К алюминиевым деформируемым сплавам ГОСТ(4784-88) относятся дуралюмины марок Д1, Д16, В96, АК6 и некоторые другие. Дуралюмины представляют собой сплавы на основе алюминия с добавками меди, магния и марганца.

Медные сплавы:

латуни: Л62, Л59, ЛН65-5, ЛЖМц 59-1-1;

бронзы: БрАМц 9-2, БрАЖ-9-4, БрАЖМц 10-3 -1.5 и др.

К сплавам на основе меди относятся латуни (ГОСТ 15527-70 и 17711-72), а также бронзы – оловянистые (ГОСТ5017-74), алюминиевые (ГОСТ 1048-770), бериллиевые (ГОСТ1789—70).

Латуни – сплав меди с цинком. Маркируют буквой Л и числом, обозначающим среднее содержание меди. В марках латуни более сложного состава имеются букв, соответствующие находящимся в них легирующим элементам.

Бронзы маркируют буквами Бр, за которыми следуют буквы и цифры, показывающие соответственно легирующие элементы и их процентное содержание. Например, Бр ОЦС8-4-3 содержит 88%олова, 4% цинка, 3% свинца.

Магниевые сплавы: МА1,Ма2, МА3, МА3, МА5,МА11,ВМ65-1.

К деформируемым магниевым сплавам относятся сплавы МА1, МА5, и др. (ГОСТ 19657-74).

Технический титан ВТ1 и деформируемые сплавы на его основе обрабатывают прокаткой, ковкой и штамповкой. Из них изготовляют детали, от которых требуются высокие эксплутационные характеристики при малой плотности, а также коррозионная стойкость в агрессивных средах. Титановые деформируемые сплавы: ВТ1, ВТ3, ВТ3-1, ВТ4, ВТ5, ВТ5-1, ВТ8, ВТ14 и др. (ГОСТ 19807–74).

Цветные металлы и сплавы поставляют для ковки и горячей штамповки в виде прессованных или катанных прутков и слитков.

Кроме различных сталей, для ковки и горячей объемной штамповки применяют жаропрочные сплавы, основными составляющими элементами которых являются железо, хром, никель, вольфрам, молибден, ниобий, ванадий и др.

1.3.Сортамент материалов, используемых в кузнечно-штамповочном производстве Заготовки для ковки и объемной штамповки.

Исходными стальными заготовками для ковки и объемной штамповки являются:

• слитки;

• прокат:

а) обжатые болванки (блюмсы),

б) сортовой прокат,

в) профильный прокат,

г) периодический прокат.

• прессованная заготовка.

Слиток является заготовкой для проката и крупных кованых поковок, масса которых исчисляется в тоннах, а минимальная площадь наибольшего поперечного сечения превышает 1200 см² (d>390 мм, сторона квадрата >350 мм).

Для объемной штамповки слитки применяются редко. Они используются в качестве заготовок в специальных производствах: ж/д колеса, кольца. В зависимости от габаритов и конструкции изделия слитки из конструкционной стали можно изготавливать массой от 1200 кг до 350÷500 т. Слитки из легированной стали отливают меньшей массой. Форма слитков обычно представляет собой усеченную пирамиду с отношением длины к среднему поперечному размеру от 2 до 3.

Слитки получают в результате кристаллизации жидкой стали в изложницах. Слитки предназначенные для ковки, отливают в изложницу сверху широким концом кверху, чтобы усадочная раковина располагалась в «прибыли» (рис.). Снизу слитка имеется донная часть – поддон. Между поддоном и прибыльной частями находится корпус слитка, который представляет собой металл, пригодный для изготовления поковок.

Слитки небольшой массы имеют круглое или квадратное сечение, более крупные слитки – многогранное поперечное сечение. Во избежание появления трещин при охлаждении и нагревании грани слитка делают вогнутыми. Сталь, залитая в изложницу, охлаждается и кристаллизируется неравномерно и, в первую очередь, у стенок изложницы. Поэтому слиток имеет не однородное по объему: кристаллическое строение, химический состав, плотность и распределение неметаллических включений, которые, будучи более легкоплавкими, чем металл, отжимаются растущими кристаллитами к центру и верхней части слитка.

Рис. Распределение механических свойств по сечению слитка

Рис. Строение слитка спокойной стали

Наружная зона 1 слитка, кристаллизуясь в первую очередь и с большой скоростью, имеет мелкокристаллическое строение и соответственно высокие механические свойства. За ней располагается зона 2, состоящая из столбчатых кристоллитов-дендритов, вытянутых к центру слитка. Зона 3 в осевой части слитка состоит из крупных беспорядочно ориентированных кристаллитов. Металл этой зоны имеет низкие механические свойства.

В прибыльной части слитка находится усадочная раковина 4 с расположенной ниже усадочной рыхлостью 5. Донная часть 6 имеет плотную зернистую структуру со значительным количеством неметаллических включений.

По сечению и длине слитки обладают неоднородностью механических характеристик (см. рис.). Это является следствием неоднородности макростроения и химической неоднородности слитка, в частности, неравномерного распределения углерода.

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.

Для значительного повышения качества слитка путем уменьшения неметаллических включений и газонасыщенности стали применяют:

а) Вакуумирование слитков. В этом случае отливку слитков производят в камерах, из которых откачивают воздух. Давление воздуха в камере к началу заливки стали в изложницу составляет 2-3мм рт. ст. Этот способ применяют для получения слитков из легированной стали массой до 120 т (Мг) (102).

б) Для получения высококачественных поковок из высоколегированных сталей и сплавов применяют электрошлаковый переплав для слитков массой до 10т (Мг). Такие слитки имеют высокую плотность и низкое содержание неметаллических включений и газов. Однако электрошлаковый переплав является дорогостоящим процессом.

в) Слитки, полученные непрерывной разливкой в водоохлаждаемых медных изложницах – кристаллизаторах. Сечение получаемых этим способом слитков – квадратное, например 400х400 мм, или прямоугольное со сторонами 150/500х300/2000 мм. Слитки непрерывной разливки отличаются плотной мелкозернистой структурой, отсутствием усадочной раковины, меньшим количеством неметаллических включений и пониженной себестоимостью.

Для повышения производительности и сокращения цикла ковки, расхода металла и топлива рационально применять специальные слитки:

а) Для получения высококачественных поковок из легированных сталей используют укороченные слитки с большей, чем у обычных кузнечных слитков, конусностью.

б) Для получения пустотелых поковок используют слитки с уменьшенной прибылью или бесприбыльные. Низкокачественную осевую зоны таких слитков удаляют после осадки прошивки.

в) Еще более эффективным оказалось использование полых слитков, т.е. слитков с осевым отверстием.

Таблица 2

Типы кузнечных слитков и область их применения

Тип слитка	Общий вес слитка	Основные параметры слитка			Область рационального применения	Преимущества перед стандартным
		H/Dcp	Конусность, град 0	Вес тела слитка, в %
Стандартный	1,6-230	1,8-2,2	2-7	до 78	–	–
С повышен. конусностью	–	1,4-1,6	11-12	до 73	Роторы, валы, гидротурбины	Повышение качества, уменьшение внутр. дефектов
Удлиненные	2-13	3,5-4,3	4,8-5,3	до 87	Валы (без промежуточн. осадки)	Увелич выход годного, увелич производ-ти, сокращ расход металла
Полые	20-140	0,74-1,23	5	до 85	Баллоны, барабаны	Увелич выход годного на 13%, уменьш цикл ковки
3-х конусные	1,3-13	1,5	5-6	до 72	Поковки из спец стали	Повышение качества

Слитки из цветных металлов.

Получают, например, мерные слитки в изложницах, охлаждаемых водой. Слитки алюминиевых сплавов требуют предварительной обработки: прокатки, прессования, т.к. их структура неоднородна.

В качестве заготовок для ковки и горячей объемной штамповки чаще всего используют прокат.

Обжатую болванку – блюмс получают прокаткой слитков квадратного сечения массой 7 – 10 т на блюмингах. Обжатая стальная болванка выпускается со стороной квадрата от 140 5 до 450 10 мм и длиной от 1500 до 4000 мм. Стороны квадрата вогнуты, а углы скруглены радиусом от 20 до 60 мм.

Обжатая болванка (блюмы) (рис.) является заготовкой для средних кованых поковок, площадь наибольшего поперечного сечения которых находится в пределах от 130 до 1200 см², или диаметр от 130 до 400 мм. Обжатую болванку применяют также для крупных штампованных поковок.

Сортовой прокат (рис.) является заготовкой для подавляющего большинства штампованных поковок. Сортовой прокат применяют также при изготовлении мелких кованых поковок, площадь наибольшего поперечного сечения которых лежит в пределах от 20 до 130 см². Поперечное сечение круглое или квадратное.

Сортовой прокат получают на станах сортовой прокатки. К нему относятся: квадратная заготовка (ГОСТ 4693 – 77) с закругленными на радиус от 7 до 35 мм углами со стороной квадрата от 40 до 250 мм; сталь горячекатаная круглая по ГОСТ 2590 – 71 и квадратная по ГОСТ 2591 – 71 соответственно с диаметром или стороной квадрата от 5 до 250 мм при обычной точности и от 5 до 150 мм при повышенной точности. Длина сортового проката от 2 до6 м.

Для точной штамповки в качестве заготовок используют калиброванные, т.е. подвергнутые волочению, стальные прутки (ГОСТ 7417 – 75) диаметром от 3 до 100 мм.

Для штамповки используют в отдельных случаях также различные виды профильного сортового проката, бесшовные трубы и полосовую заготовку (ГОСТ 103 – 88).

Для горячей штамповки в массовом производстве все шире используют различные виды периодического проката (рис. ), позволяющие уменьшить расход металла, повысить производительность и улучшить качество поковок. Периодический прокат, получаемый на станах продольной прокатки (ГОСТ 8319.0 – 75), может иметь разнообразную форму поперечного сечения по длине (рис. 9, а). Периодический прокат, получаемый на станах поперечно-винтовой прокатки (ГОСТ 8320.0 – 73), имеет только круглый профиль с диаметром, меняющимся вдоль оси.

Прессованные заготовки для штамповки получают прессованием в виде прутков диаметром от 3 до 250 мм, труб – диаметром 200÷400 мм со стенкой различной толщины и фасонных профилей.