3. Термический режим ковки и штамповки

Процессы ковки и штамповки, осуществляемые при высоких температурах (для разных сталей в пределах 1300—750°С), можно рассматривать как совместные процессы обработки металлов давлением и термического воздействия на них. При ковке литого металла (слитков) возможно решить следующие четыре задачи:

1. придание заготовке заданной формы и размеров поковки;

2. полное или частичное устранение дефектов литой структуры (заварка пустот, рассредоточение ликвации, сегрегации, вырубка поверхностных трещин и т. п.);

3. преобразование литой (дендритной) макроструктуры металла для улучшения механических свойств;

4. получение оптимальной микроструктуры металла при мини­мальных остаточных напряжениях.

При ковке и штамповке прутковых заготовок и болванок (блюмов) решаются первая и последняя задачи.

Тепловое воздействие на металл приводит к почти полной потере им упругих свойств, к уменьшению (в десятки раз) его сопротивления деформации и к повышению (на десятки процентов) пластичности. В процессе горячей обработки металла давлением происходит появление и снятие напряжений, в частности при воз­врате и рекристаллизации металла (непосредственно в процессе Деформации и по ее окончании). Кроме того, тепловое воздействие приводит к перекристаллизации металла, растворению карбидов, способствует и ускоряет диффузионные и релаксационные про­цессы.

К числу наиболее вредных явлений, вызываемых нагревом, относятся окалинообразование, порча поверхности металла, обез­углероживание и некоторые виды его перегрева, приводящие к неисправимым дефектам. При неправильном ведении процесса происходит пережог стали и образование трещин вследствие рас­тягивающих тепловых напряжений. Особенно опасен в этом отно­шении процесс охлаждения металла, при котором возможны и Другие отрицательные явления, например флокенообразование (в результате повышенного содержания водорода в стали).

Оптимальный термический режим ковки, штамповки должен способствовать успешному проведению процесса, при котором вредное влияние теплоты по возможности ограничивается и обес­печивается высокое качество поковок. Поэтому термический режим разрабатывается для каждой стали с учетом исходной структуры металла, объема и соотношения размеров заготовки (слитка) и назначения поковки.

Термический цикл ковки, штамповки состоит из трех этапов: нагрева металла перед ковкой, штамповкой; остывания металла в процессе ковки, штамповки (при одновременном переходе энер­гии деформации в тепловую); остывания металла по окончании ковки, штамповки.

В общих чертах термические режимы процессов ковки и штам­повки аналогичны. Если имеется в виду ковка и штамповка оди­наковых заготовок, то первый и третий этапы термического режима могут даже совпасть. Второй этап режима имеет некоторое отличие. Более быстрый темп штамповки позволяет обычно уложиться в отрезок времени, определяемый остыванием металла. При ковке часто оказывается этого времени недостаточно и тогда прихо­дится подогревать полуфабрикат поковки иногда 5—10 раз и более. Особенно существенно отличаются термические режимы катаных заготовок и слитков, в связи с чем эти режимы будут рассмотрены раздельно.

Поскольку масса слитков, подвергающихся ковке, превышает в десятки и сотни раз массу штампованных заготовок, то все этапы термического режима ковки слитков получаются относи­тельно продолжительными. Это приводит к повышенному окалинообразованию, значительному росту зерна и развитию других процессов, зависящих от продолжительности обработки.