Способ изготовления поковок из сталей

(51) 21 5/00 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ быть использовано при изготовлении поковок и заготовок из сталей под штамповку с регламентированной структурой. Данный способ включает предварительную протяжку заготовки плоскими бойками при температуре- области и последующую ее ковку за два этапа при температурах- и- областей соответственно. На первом этапе заготовку протягивают в комбинированных бойках с углом кантовки 30 и уковом 1,3 - 1,5, а на втором этапе - на радиальноковочной машине или в вырезных бойках с углом кантовки 30 и уковом 1,8-2,0.(73) Республиканское государственное казенное предприятие Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОКОВОК ИЗ СТАЛЕЙ(57) Способ изготовления поковок из сталей относится к обработке металлов давлением и может 23129 Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении поковок и заготовок из сталей и сплавов под штамповку с регламентированной структурой. Известны способы изготовления поковок или заготовок из сталей, включающие протяжку заготовок плоскими,комбинированными,вырезными или другими по конфигурации бойками при температурах выше температуры полиморфного превращения, т.е. при температурах- области(Ковка и штамповка Справочник в 4-х томах /Под ред. Е.И.Семенова. - М. Машиностроение, 1985. -т. 1. Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка./Под ред. Е.И.Семенова, 1985.- с. 432). Однако при ковке поковок прямоугольного или круглого сечения плоскими, комбинированными,вырезными или другими по конфигурации бойков могут появиться такие дефекты как трещина и разнозернистая структура, то есть в результате больших сдвиговых деформаций в осевой,поверхностной или других зонах поковки (в зависимости от формы бойков) по диагоналям сечения могут появиться нарушения сплошности металла и различная по размерам структура. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления поковок из сталей или сплавов при высоких температурах,включающий предварительную деформацию заготовки в плоских бойках, промежуточную протяжку полученной заготовки в комбинированных бойках при последовательном чередовании кантовок на 180 и 90 и окончательном ее деформирования в вырезных бойках (А.с. 703202. Способ ковки изделий / В.А. Петров, А.В.Котелкин, В.К.Воронцов и др. - Опубл. в Б.И. 1979.46). Однако, такой способ ковки не позволяет равномерно распределять суммарную деформацию по сечению заготовки, что не позволяет улучшить качество поковок или заготовок. Это связано с тем,что из-за неравномерности распределения суммарной деформации и проведение протяжки только при высоких температурах не происходит равномерное упрочнение структуры металла, а последующие нагревы и деформации не приводят к прохождению первичной рекристаллизации по всему сечению деформируемой заготовки. Все это приводит к разнозернистой структуре,а разнозернистая структура ухудшает качество металла поковок. Техническим результатом, получаемым при использовании изобретения, является в повышении качества получаемых поковок. Технический результат достигается тем, что в способе изготовления поковок из сталей и сплавов при высоких температурах, включающий предварительную деформацию заготовки плоских бойках,промежуточную протяжку полученной заготовки в комбинированных бойках при последовательном чередовании кантовок на 180 и 90 и окончательном ее деформирования в вырезных бойках,предварительную деформацию заготовки в плоских 2 бойках проводят в при температурах- области,промежуточную протяжку заготовки в комбинированных бойках осуществляют с углом кантовки 30 и уковом 1,3 - 1,5 в комбинированных бойках при температурах - области, а окончательное деформирование - с углом кантовки 30 и уковом 1,8 - 2,0 на радиально-ковочной машине или в вырезных бойках при температурах- области. Способ осуществляют следующим образом. Слиток нагревают до температуры 1200 - 1250 С(выше температуры полиморфного превращения,т.е. до температуры- области, где сталь или сплав имеет гранецентрированную кубическую решетку). Далее производят протяжку слитка в плоских бойках с обжатиями 25 - 30, относительными подачами 0,6 - 0,8 и кантовками на 90. После этого,полученные заготовки охлаждают на воздухе в течение 2-5 часов (в зависимости от размера заготовки), а затем нагревают до температуры 800 850 С (ниже температуры полиморфного превращения, т.е. до температуры - области, где сталь или сплав имеет двухфазную структуру,состоящий из объемноцентрированной и гранецентрированной кубических решеток) и протягивают в комбинированных бойках с углом выреза 120 с кантовкой 30 и уковом, равным 1,3 1,5. На окончательном этапе полученную заготовку нагревают до температуры 1100 - 1150 С (выше температуры полиморфного превращения, т.е. до температуры -области) и проводят деформирование на радиально-ковочной машине или вырезных бойках с кантовкой 30 и уковом, равным 1,8 - 2,0. Полученную заготовку используют в виде заготовки под штамповку. Протяжку в плоских бойках с обжатием 25 30, относительными подачами 0,6 - 0,8 и кантовками на 90 при температуре- области обеспечивает преимущественное деформирование осевой зоны заготовки, следствием которого является активное прохождение здесь процесса динамической рекристаллизации. В результате в этой зоне формируется мелкозернистая структура. Протяжка в комбинированных бойках с углом кантовки 30 и уковом 1,3 -1,5 при температуре () - области обеспечивает преимущественное деформирование близлежащей к осевой зоне зон заготовки, следствием которого при последующем нагреве выше температуры полиморфного превращения является активное прохождение здесь процесса статистической рекристаллизации. Протяжка с углом кантовки 30 способствует равномерному распределению деформации в близлежащих к осевой зоне зонах заготовки. В результате в этих зонах формируется мелкозернистая структура. Протяжка в комбинированных бойках при температуре области с уковом менее 1,3 вызывает менее активное прохождение рекристаллизации близлежащей к осевой зоне зонах заготовки, что может привести к сохранению в этих зонах остатков нерекристаллизованной структуры с относительно крупным зерном, уков более 1,5 приводит к на 23129 рушению сплошности поковок и снижению производительности. Дальнейшее деформирование на радиальноковочной машине или вырезных бойках с углом кантовки 30 и уковом 1,8 - 2,0 способствует перенесению акцента деформации в поверхностные слои заготовки и прохождению динамической рекристаллизации в этой области с формированием мелкозернистой структуры. Протяжка с углом кантовки 30 способствует равномерному распределению деформации в периферийных слоях заготовки. Уков менее 1,8 не обеспечивает получения требуемой структуры уков более 2,0 приводит к снижению производительности. Пример. В начале исследования предлагаемые режимы деформирования исследовали с помощью компьютерного моделирования. Исследование объемного НДС заготовки в процессе протяжки в плоских и комбинированных, вырезных бойках, а также на радиально-ковочной машине (РКМ) с точки зрения математического моделирования является сложным процессом из-за очень большого числа определяющих параметров и неоднозначным характером их влияния. Корректная постановка задачи даже для простых случаев протяжки приводит к системе интегральнодифференциальных уравнений, решить которую аналитически не представляется возможным. Однако в настоящее время для решения подобных задач широко применяется метод конечных элементов,реализованный в программных продуктах конечно-элементного анализа. Построенная впрограмметрехмерная геометрическая модель плоского,комбинированного и вырезного бойка, а также РКМ была импортирована в САЕ программу. и рассчитана степень деформации сдвига или накопленная деформация при многократных кантовках и обжатиях. Результаты расчетов показали следующее 1. При протяжке в плоских бойках степень деформации сдвига локализуется в центральных и в прилегающих к инструменту зонах заготовки, а в поверхностных зонах из-за возникновения силы трения степень деформации сдвига по величине является минимальной 2. При протяжке в вырезных бойках и на РКМ степень деформации сдвига сосредоточивается на поверхностной зоне заготовки, при этом в центральных слоях деформация имеет минимальную величину 3. При протяжке в комбинированных бойках степень деформации сдвига имеет большое значение на участках, прилегающих к поверхности или центру, в то время как в центральной зоне заготовкиминимальную величину 4. Ковка в комбинированных бойках приводит к сосредоточению степени деформации сдвига в прилегающих к инструменту зонах поковки 5. Протяжка в вырезных бойках или на РКМ и в комбинированных бойках с углом кантовки 30 способствует равномерному распределению деформации в периферийных слоях заготовки и близлежащих к осевой зоне зонах заготовки соответственно. 6. Протяжка в комбинированных бойках при температуре области с уковом более 1,5 приводит к нарушению сплошности металла заготовки 7. При протяжке в комбинированных бойках при температуре области с уковом менее 1,3 не достигается степень деформации сдвига достаточная для прохождения статической рекристаллизации 8. При протяжке в вырезных бойках или на РКМ при температуре- области с уковом менее 1,8 не достигается степень деформации сдвига достаточная для прохождения динамической рекристаллизации Вышеописанное распределение деформации при протяжке на РКМ, в вырезных, комбинированных и плоских бойках позволило разработать комбинированный метод деформирования стали. В качестве исходной заготовки использовали слитки массой 1,6 т из стали 35. Вначале слитки подвергались протяжке в плоских бойках на диаметр 300 мм при температуре 1250 С. Полученная заготовка разрезалась на три части, а затем нагревалась до 850 С и подвергалась протяжке в комбинированных бойках с углом кантовки 30 и уковами 1,2, 1,4 и 1,6. Полученные после этого заготовки разрезались на две части и деформировались при температуре 1100 С в вырезных бойках с углом кантовки 30, но с уковами 1,7 и 1,8. После деформирования с каждой поковки отрезались поперечные темплеты с целью изучения микроструктуры. Микроструктура поковок балла 9 - 10 во всем поперечном сечении без трещин, соответствующая требуемому качеству металла заготовки,наблюдалась в случаях деформирования на промежуточном этапе в комбинированных бойках с уковом 1,4 и на окончательном этапе в вырезных бойках с уковом 1,8. При этом обеспечивался максимальная производительность,т.е. минимальному времени деформирования при обеспечении требуемого качества. Технологический режим ковки с использованием протяжки в комбинированных бойках с уковом 1,2 не обеспечила требуемую микроструктуру (балл зерна 5 - 9), а с уковом 1,6 приводила к появлению на поверхности заготовки не больших трещин. Протяжка в вырезных бойках с уковом 1,7 также не обеспечивала требуемую микроструктуру (балл зерна 4-9). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ изготовления поковок из сталей и сплавов при высоких температурах, включающий предварительную деформацию заготовки в плоских бойках, промежуточную протяжку полученной заготовки в комбинированных бойках при последовательном чередовании кантовок на 180 и 90 и окончательном ее деформирования в вырезных бойках, отличающийся тем, что предварительную деформацию заготовки в плоских бойках проводят при температурах -области, промежуточную 3 23129 протяжку заготовки в комбинированных бойках осуществляют с углом кантовки 30 и уковом 1,3-1,5 в комбинированных бойках при температурах углом кантовки 30 и уковом 1,8-2,0 на радиальноковочной машине или в вырезных бойках при температурах -области.