На металургійних заводах з рідкого металу виготовляють заготовки або у вигляді круглих злитків, або мають прямокутне або квадратне розтин. У цих заготовках багато різних дефектів, метал має низькими механічними властивостями.
дефекти злитка
Дефекти злитка (газові бульбашки, тріщини, неоднорідність хімічного складу, крупнозернистий і ін.) Усуваються гарячої обробкою тиском. При куванні і прокатці заварюються газові бульбашки, подрібнюється зерно, вирівнюється хімічний склад зливка по перетину. Механічні властивості литого металу в результаті пластичної деформації значно підвищуються.
Мал. 2.12. Діаграма рекристалізації низьковуглецевої сталі (а) і розвиток рекристалізації при протяжке (Б)
вплив температури
Яке одночасний вплив температури і ступеня деформації на розмір зерна для м'якої сталі, наочно видно на діаграмі (рис. 2.12, а). Вивчивши її, можна встановити такі загальні закономірності. По-перше, розмір зерна збільшується з ростом температури, якщо остання перевищує 900 ° С. По-друге, розмір зерна при відносних деформаціях до 5% практично не збільшується навіть при значному підвищенні температури. якщо відносна деформація металу становить 5. . . 10%, розмір зерен збільшується в десятки разів (ця деформація називається критичної) .З подальшим збільшенням деформації розмір зерен зменшується. Розглянуте явище пояснюється тим, що при малих (до 5%) деформаціях межзеренного кордону не руйнуються і в процесі рекристалізації зерна не можуть об'єднуватися і зростатися один з одним. При критичної деформації руйнуються кордону між зернами, в результаті рекристалізації зерна об'єднуються один з одним, їх розмір збільшується, метал стає грубозернистим. При великих ступенях деформації зерна дробляться, утворюються нові центри рекристалізації, навколо яких ростуть нові зерна. Збільшення числа зерен в металі веде до зменшення їх розмірів, метал набуває дрібнозернисту будову і підвищені механічні властивості.
При гарячої обробці тиском одночасно здійснюються два процеси - деформація металу і рекристалізація. У момент деформування ділянки а при протяжке (Рис. 2.12, б) зерна металу в цій зоні роздроблюються, зменшується їх розмір. Але після деформування, коли ділянку а виходить із зони удару в зону b, під дією високої температури в цій зоні починається процес рекристалізації, і чим вище температура, тим інтенсивніше йде зростання рекрісталлізованних зерен. Якщо в процесі кування зона а піддавалася критичної ступеня деформації, розмір зерен буде максимальним, а механічні властивості металу - зниженими.
Підвищення якості
резервом підвищення якості поковок є раціональне використання волокнистої будови деформованого металу. Розглянемо кілька прикладів.
Мал. 2.13. вплив обробки тиском на мікроструктуру поковок: а, б - шестерень, в, г - гаків, д, е - колінчастих валів
У шестірні (рис. 2.13, а), виготовленої з прокату, волокна спрямовані паралельно її осі. При роботі шестерні в зачеплення з іншого шестернею робочі напруги s будуть спрямовані поперек волокон, т. Е. Їх напрямок несприятливо. При виготовленні тієї ж шестерні з заготівлі, отриманої осадкою (рис. 2.13, б), волокна матимуть радіальний напрямок, а так як зуб під дією напруг ст при роботі піддається згину, то цей напрям волокон є найбільш сприятливим.
Аналогічно, гак, виготовлений гнучкою прокату (рис. 2.13, в) і куванням, міцніше гака, вирізаного з товстої плити (рис. 2.13, г). На рис. 2.13, д показана макроструктура штампованого колінчастого вала, в якому волокна металу спрямовані уздовж дії робочих напруг, що розтягують ст. Вал ж, виготовлений з прокату обробкою різанням (рис. 2.13, е), має несприятливо спрямовані волокна. Штампований вал є більш міцним і, отже, його діаметр може бути зменшений без зниження потужності, наприклад, двигуна, де він встановлений.
Таким чином, для того щоб отримати деталі з високими механічними та найкращими експлуатаційними властивостями, слід не тільки виконувати обробку тиском при оптимальній для даного металу температурі, але також правильно вибирати операції кування, послідовність їх виконання і ступінь деформації.