3.1.3. Отливки и3 стали

Литейные стали относятся к многокомпонентным железоуглеродистым сплавам, содержание углерода в которых ограничивается 2%. Однако большинство сталей содержит десятые доли процента углерода. В качестве примесей они содержат Мп, Si, S, Р и другие элементы.

Стальные отливки классифицируют по составу, структуре, назначению и способу выплавки стали. Выше, в главе 2.4., рассмотрены виды классификации и соответствующие марки сталей. Здесь будут рассмотрены маркировка литейных углеродистых сталей и их литейные свойства. Печи и технология выплавки стали, рассмотрены в главе 2.2.

Нелегированные литейные стали в зависимости от содержания углерода делятся на низкоуглеродистые (до 0,2% С), среднеуглеродистые (0,2 – 0,45% С) и высокоуглеродистые (более 0,45% С). Углерод является основным элементом, определяющим механические и литейные свойства стали. Поэтому его содержание в сотых долях процента указывается в марке стали (20Л, 45Л, 65Л), всего девять марок.

По мере увеличения содержания углерода с 0,2 до 0,5% монотонно от 400 до 600 МПа возрастает σ_в и с 25 до 5% уменьшается относительное удлинение.

Литейные свойства сталей низкие. Они имеют линейную усадку 2,5%, а объемную 7,5%, вследствие чего при изготовлении отливок из сталей необходима установка прибылей, а сами отливки склоны к короблению и трещинообразованию. Жидкотекучесть сталей низкая, и, кроме того, они склоны к образованию на поверхности отливок оксидных пленок, что усложняет борьбу с пригаром и способствует образованию шлаковых включений. Стали склонны к газонасыщению, что обуславливает появление газовых раковин в отливках. Литейные свойства улучшаются по мере роста содержания углерода.

3.2. Выбор эффективного способа получения заготовки 3.2.1. Деформация

Обработкой металлов давлением (ОМД) называют группу технологических процессов, в результате которых под влиянием приложенных внешних сил происходит изменение формы заготовок без нарушения их сплошности.

Основной задачей всех видов обработки давлением является придание металлу желаемой формы посредством процесса пласти­ческой деформации. В результате пластической деформации из­меняются не только форма и размеры заготовки, но структура и свойства исходного металла.

В промышленности применяют шесть основных видов обра­ботки давлением: прокатку, прессование, волочение, ковку, объ­емную штамповку и листовую штамповку. Схемы этих видов приведены на рисунок 3.2.2.

3.2.2.1. Определение и схемы прокатки

Прокаткой называют вид обработки давлением, при котором металл пластически деформируется вращающимися гладкими или имеющими соответствующие канавки (ручьи) валками. Взаимное расположение валков и заготовки, форма и число валков могут быть различными. При этом получают прокат – готовые изделия или заготовки для последующей обработки ковкой, штамповкой, прессованием, волочением или резанием. В прокат перерабатывают до 80% всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов и сплавов, его используют в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности.

Существуют три основных вида прокатки: продольная, поперечная и поперечно-винтовая (косая) (рисунок 3.2.3.). При продольной прокатке 1 заготовка 2 деформируется между гладкими или имеющими калибры валками 1, вращающимися в противоположные стороны, и перемещается перпендикулярно к осям валков.

При поперечной прокатке II валки 1 вращаются в одном направлении и оси их параллельны, а заготовка 2 деформируется ими, вращаясь вокруг своей оси.

При поперечно-винтовой (косой) прокатке III валки 1 вращаются в одном направлении, а оси их расположены под некоторым углом, благодаря чему заготовка 2 деформируется валками; при этом она не только вращается, но и перемещается поступательно вдоль своей оси.

На рисунке 3.2.4. изображена схема продольной прокатке. В процессе прокатке уменьшается толщина заготовки при одновременном увеличении ее длины и ширины. Деформация заготовки характеризуется обжатием и коэффициентом вытяжки. Обжатие –уменьшение толщины заготовки. Различают абсолютное обжатие Δh = h₀ – h₁, где h₀ – толщина заготовки до прокатки, h₁ толщина заготовки после прокатки, и относительное обжатие: Коэффициент вытяжки:

, где l₀, F₀ – длина и площадь сечения до прокатки; l₁, F₁ – те же величины после прокатки.

Во время прокатки заготовка непрерывно втягивается в зазор между валками под действием сил трения между ними и поверхностью заготовки. Для осуществления процесса прокатки необходима определенная величина сил трения. Так, во время продольной прокатки заготовка находится под действием двух основных сил: трения – Т и нормальной – N, действующей со стороны валков. Спроектировав эти силы на горизонтальную ось, можно записать условие захвата металла валками: Т_х = T _* cos α; N_x = N _* sin α.

Угол α называется углом захвата. Заменив силу трения ее значением Т = μ _* N

Где μ – коэффициент трения, получим T_х == μ _* N _* cos α.

Для осуществления процесса прокатки необходимо выполнение условия

т.е. для осуществления захвата метала валками необходимо, чтобы коэффициент трения между валками и заготовкой был больше тангенса угла захвата.

При холодной прокатке в шлифованных валках угол захвата равен – 3 – 4⁰, а в валках с грубой поверхностью – 5 – 8⁰. При горячей прокатке в гладких валках α достигает 15 – 22⁰, а при прокатке в валках с насечкой – 27 – 34⁰.