§ 5. Основные виды обработки металлов давлением

Основными видами обработки давлением являются прокатка, прессо­вание, волочение, ковка, объемная штамповка, листовая штамповка.

Прокаткой называют обжатие металла вращающимися валками (рис. IV.3, а). Ею получают изделия с постоянным по длине поперечным сечением (прутки, рельсы, листы, трубы, балки) или с периодически изменяющейся по длине формой. При прокатке схема главных напряже­ний соответствует объемному сжатию (рис. ^.2, а) с максимальным на­пряжением в направлении давления валков, а схема главных деформа­ций может быть с двумя деформациями растяжения (рис. IV.2, е) или двухосная схема деформации (рис. ГУ.2, ж) при прокатке с натяжением.

Прессование заключается в продавливании нагретого металла, нахо­дящегося в замкнутом объеме, через отверстие в матрице (рис. 1У.З, б). Форма и размеры поперечного сечения выдавливаемых прутков соответ­ствуют форме и размерам этого отверстия. При прессовании напряжен­ное состояние характеризуется схемой объемного сжатия (рис. IV.2, а) и схемой деформаций, представленной на рис. ^.2, д.

Волочение представляет собой протягивание заготовки через отверс­тие в волочильной матрице (волоке) (рис. IV.3, в). Волочением получают тонкие сорта проволоки, калиброванные прутки, тонкостенные трубы. Схема напряжений и деформации при волочении представлена на рис. ^.2, в, д.

Ковка — процесс деформирования нагретой заготовки между бойка­ми молота или пресса (рис. IV.3, г). Изменение формы и размеров заго-

тоша! достигается последовательным воздействием бойков или инстру­мента на различные участки заготовки.

Объемная штамповка заключается в одновременном деформировании всей заготовки в специализированном инструменте — штампе на моло-•|.| ., прессах или горизонтально-ковочных машинах (рис. IV.3, д). Форма н размеры внутренней полости штампа определяют форму и размеры за­готовки.

Схемы напряжений и деформаций при ковке и объемной штамповке аналогичны таковым при прокатке (рис. ^.2, а, е).

Листовая штамповка предназначена для получения плоских и объем­ных полых деталей из листа или полосы с помощью штампов на холодно-штамповочных прессах (рис. ^.3, е). Напряженное состояние при холод­ной штамповке может характеризоваться схемами, представленными на рис. IV.2, б; в; г, а схема деформаций в некоторых случаях двухосная рис. ^.2, ж).

Глава 2

НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ ПЕРЕД ОБРАБОТКОЙ ДАВЛЕНИЕМ

§ 6. Температурный интервал и режим нагрева

повышения пластичности и уменьшения сопротивления деформи-рованию металлы и сплавы перед обработкой давлением нагревают до ОПре I МНОЙ температуры. Для каждого металла существует такой тем­пературный интервал (диапазон температур начала и окончания обработ­ки), в котором обеспечиваются оптимальные условия горячей обработки давлением. Нагрев металла сопровождается рядом явлений, которые необходимо учитывать при выборе температуры и режима нагрева.

1. Окисление металлов. При нагревании стали выше 700 °С происходит интенсивное окисление поверхностного слоя с образованием окалины, состоящей из оксидов железа Ре₂0₃, Ре₃0₄, РеО. С повышением темпера- туры до 1330—1350 °С окалина плавится и железо горит с образованием снопа ярко-голубых искр. Потери металла на окалину (угар) при одно-, кратном нагреве в пламенной печи составляют 1,5—2,5 %, при электро- нагрезе — 0,4—0,7 %. Кроме безвозвратных потерь металла, образо- вание окалины в 1,5—2 раза повышает интенсивность изнашивания де- формирующего инструмента, так как твердость ее выше твердости деформируемого металла.

При высоких температурах наряду с окислением железа происходит также обезуглероживание поверхностного слоя стали вследствие выгора­ния углерода. Толщина обезуглероженного слоя составляет обычно 0,2—0,5 мм, достигая иногда 1,5—2,0 мм.

Для уменьшения окисления металла применяют электронагрси, а также нагрев заготовок в защитной атмосфере.

2. Перегрев и пережог. При высоких температурах нагрева интенсив- но растет зерно; Это явление называется перегревом. Перегретая сталь ха- рактеризуется более низкими механическими свойствами—уменьше- ние относительного удлинения и ударной вязкости составляет около

■1

99

25 %. Структуру перегретой стали в большинстве случаев можно испра­вить отжигом.

При нагреве стали до температуры, близкой к температуре плавле­ния, происходит интенсивная диффузия в нее кислорода, образование оксидов по границам зерен и расплавление легкоплавких межзеренных прослоек, что приводит к появлению трещин и потере пластичности. Это явление называется пережогом. Оно не устраняется термической обра­боткой, и пережженный металл приходится отправлять на переплавку.

3. Температурный интервал горячей обработки давлением. Для макси- мального повышения пластичности металла температура начала обработ- ки должна быть возможно более высокой, но не вызывающей перегрева и пережога. Температура окончания обработки должна быть выше тем- пературы рекристаллизации и фазовых превращений.

Температурный интервал горячей обработки давлением углероди­стых сталей с 0,2—0,7 % углерода -- 1280—800 °С; с 0,8—1,3 % углеро­да— 1100—760 °С. Медные сплавы обрабатывают в интервале температур 900—700 °С; дуралюмин — 470—400 °С; титановые сплавы — 1100—900 °С.

4. Режим нагрева. Нагрев заготовок обычно происходит неравномер- но. Вначале нагреваются наружные слои, а затем за счет теплопровод- ности — сердцевина. При большой разности температур поверхности и сердцевины возникают температурные напряжения (снаружи — сжима- ющие, внутри — растягивающие), которые могут привести к образованию трещин. Опасность их появления больше у легированных и литых сталей, у которых теплопроводность меньше, и она возрастает с увеличением сечения заготовки. Поэтому заготовки из легированных сталей и заготов- ки диаметром больше 150 мм нагревают постепенно (методически) в два этапа: медленный нагрев и выдержка при 700—800 °С, а затем нагрев до необходимой температуры с максимально возможной скоростью.