Лекция 4

Механические свойства дисков в осевом направлении отли­чаются низкими значениями δ и ψ, абсолютная величина которых в центральной части уменьшается с увеличением степени осадки. Так как закономерность изменения свойств пластичности централь­ной зоны дисков в осевом и тангенциальном направлениях в за­висимости от К₀ имеет обратный характер, то отношения и с увеличенным К₀ значительно уменьшаются (рис. 5).

Изменение механических свойств металла вблизи торцов цен­тральных зон дисков с повышением степени осадки имеет резко отличный характер. Здесь, в про­тивоположность средним зонам (область, близкая к горизонталь­ной осевой плоскости), показа­тели пластичности металла в тан­генциальном и радиальном направлениях заметно повышаются только при К₀ — 4,5. При меньших степенях осадки показатели δ и ψ находятся на уровне недеформированной заготовки и характери­зуются большим разбросом значений — особенностью, свойственной металлу в литом состоянии.

Механические свойства пери­ферийной зоны достаточно высоки в заготовке диска № 1, не подвергавшейся осадке. По мере увели­чения К₀ свойства пластичности повышаются, причем показатели! δ, ψ и а_н сближаются в приторцовых и срединных участках дисков. Это явление имеет место и при относительно небольших степенях осадки.

Механические свойства дисков в приторцовых зонах средней трети радиуса по уровню показателей занимают промежуточное положение между центральными и периферийными участками, Что касается свойств срединной зоны (особенно δ, ψ и а_н), то сле­дует обратить внимание на то, что их уровень в центральной об­ласти дисков при относительно малых степенях осадки (2,0—3,0) превышает соответствующие показатели в области средней трети радиуса и периферии.

Рис. 5. Графики изменения отно­шений свойств пластичности цен­тральной зоны дисков в осевом и тангенциальном направлениях (се­редина высоты дисков) в зависимо­сти от степени осадки К₀:1- ; 2-

Обращает на себя также внимание значительная разница в свой­ствах пластичности металла обеих приторцовых зон дисков, от­кованных со степенью осадки 2,0—3,0. Например, в диске, отко­ванном с К₀ — 3,0, значения δ и ψ в тангенциальном направлении, составляют для одного из торцов центрального участка диска 8,6 и 7,8%,. а для другого, противоположного торца = 16,0%, ψ =13,6%. Для одного торца в области средней трети радиуса δ = 19,8%, ψ = 20,8%, а для другого — δ = 36,2%, ψ = 31,2%.

График изменения механических свойств дисков в тангенциаль­ном направлении в зависимости от степени осадки показан на рис. 6.

Отмеченные закономерности формирования показателей пла­стичности металла в разных участках дисков с разными степенями осадки находятся в прямой связи с макроструктурой поковок и особенностями ковки дисков. Из-за неравномерной деформации при осадке наибольшую фактическую степень укова получает Центральная зона поковки в области, горизонтальной осевой плос­кости, наименьшую — центральные зоны вблизи торцов вслед­ствие затормаживающего действия поверхностей контакта. Соот­ветствующими опытами установлено, что применительно к дискам из стали ЭИ572 при общей геометрической степени осадки, равной двум, фактическая степень осадки изменяется по высоте центрального участка от 1,05 вблизи торцов до..6,5 в зоне гори­зонтальной осевой плоскости.

а) б) в)

Рис. 6. Графики изменения механических свойств дисков в тангенциальном на­правлении в зависимости от степени осадки К₀: а — центральная зона; б — зона средней трети радиуса; в — периферия;

заштрихованная площадь — область разброса механических свойств торцовых зон ди­сков; штриховые кривые — механические свойства металла в области горизонтальной

осевой плоскости

Таким образом, даже при весьма малой степени осадки, опре­деляемой отношением высоты исходной заготовки к высоте диска, срединная зона поковки механически прорабатывается весьма эф­фективно. Соответственно формируется и макроструктура этого участка, в которой отсутствуют какие-либо следы литого состоя­ния, а зерна имеют радиальную направленность. Макроструктура металла вблизи торцов, наоборот, характеризуется наличием почти недеформированных кристаллитов, что и находит отражение в по­ниженных свойствах пластичности этих зон дисков. По мере уда­ления от центра поковки разница в характере макроструктуры торцовых и срединных участков уменьшается, соответственно сбли­жаются и показатели механических свойств. С повышением сред­ней степени осадки повышается фактический уков металла вблизи торцов и одновременно улучшаются свойства пластичности.

Считая приемлемыми для центральной зоны диска значения δ и ψ на уровне 20—25%, на основании проведенного исследования можно сказать, что для дисков рассматриваемого типа минимально необходимая степень осадки соответствует примерно 4—5. Но, учи­тывая характер распределения деформации по высоте поковки и сопоставляя механические свойства металла, полученные при испытании срединных зон, с фактическими степенями осадки в этих зонах, следует считать, что наиболее высокие показатели пластич­ности металла в центральной области диска достигаются при фак­тической степени осадки 6,0—8,0.

Разница в механических свойствах металла вблизи обоих тор­цов диска объясняется неодинаковым характером деформации этих участков при осадке. Осадка заготовки производилась бойком на нижней плите, причем металл деформировался бойком не по всему торцу заготовки, а отдельными секциями, что способствовало лучшей механической обработке металла. Противоположный (ниж­ний) торец заготовки, соприкасающийся с плитой вследствие более развитого затормаживающего действия поверхностей контакта прорабатывался слабее и при механических испытаниях показы­вал более низкие значения пластических свойств. Отсюда следует, что лучшие показатели пластичности металла в торцовых участ­ках диска достигаются при осадке заготовки не нажатием плиты, а отдельными секционными нажатиями бойка или другого ковоч­ного инструмента.

Диск, откованный со степенью укова 2,0 после предваритель­ной операции осадки — вытяжки слитка (табл. 6, диск № 7) имеет относительно высокие механические свойства в тангенциальном и радиальном направлениях по всему объему поковки. Coпоставление этого диска с другими, откованными с разными степе­нями укова без предварительной осадки слитка, показывает, что по уровню и однородности свойств он не уступает диску № 6 (степень осадки 4,5) и заметно превосходит диск № 3 (степень осадки 2,0). Преимущество диска № 7 состоит главным образом в более высоких показателях пластичности металла в приторцовых зонах. Механические свойства этого диска в осевом направлении примерно такие же, как и диска № 3.

Положительное влияние промежуточной осадки слитка на уро­вень механических свойств поковки подтверждается и характером макроструктуры (рис. 4, г). В результате интенсивной вытяжки осаженного блока эффективно прорабатывается весь объем металла и поэтому даже вблизи торцов диска, т. е. в зонах затрудненной деформации, грубых литых зерен не наблюдается, что имеет место, например, в диске № 3. Этим же объясняются более высокие свой­ства пластичности и в приторцовых участках диска № 7.

Следовательно, во всех случаях, когда не может быть достигнута относительно высокая степень осадки заготовок из аустенитных сталей или не могут быть использованы специальные мероприя­тия по резкому уменьшению зон торможения, в технологических процессах ковки дисков надлежит предусматривать операцию про­межуточной осадки слитка. Чем меньше отношение D/H диска, тем более существенным является этот технологический фактор.

Технологически важным является и вопрос о выборе оптимальных коэффициентов укова для поковок типа валов из аусте­нитных сталей. Исследование таких поковок, откованных из стали Х18Н9Т с коэффициентами укова при протяжке К_п = 1,54 без промежуточной осадки слитков (слитки весом 3,8 т с отношением = 2,08 и конусностью 6,04%), показало следующую за­кономерность изменения механических свойств при нормальных температурах [28]: с увеличением укова характеристики проч­ности как в продольном, так и в поперечном направлениях изме­няются незначительно, характеристики пластичности на продоль­ных образцах заметно повышаются до коэффициента К_п = 2,5 и почти не изменяются при большем значении К_п- На поперечных образцах свойства пластичности остаются практически постоян­ными до коэффициента К_п — 2,5 и несколько снижаются при даль­нейшем увеличении этого коэффициента. Макроструктура металла при К_п = 1,5 крупнозернистая, не разрушенная ковкой, при К_n = 2,5 среднезернистая с сохранившейся радиальной ориен­тировкой кристаллов, при К_п = 4 — мелкозернистая. Прозвучиваемость поковок (на частоте 2,5 Мгц) наблюдается только при коэффициенте укова 4,0.

Поковки, выполненные из стали Х18Н9Т с такими же коэффи­циентами укова при протяжке, но с промежуточной осадкой слитка, отличаются более высокими (на 10—30%) показателями пластичности в поперечном направлении и несколько меньшими (на 5—10%) в продольном направлении. Промежуточная осадка слитка уменьшает анизотропию механических свойств поковок типа валов, особенно при малых коэффициентах укова. Опыты, прове­денные на поковках из стали Х18Н9Т, также выявили положитель­ное влияние промежуточной осадки слитка на структуру и прозвучиваемость металла. Даже при К_n = 1,5 структура оказывается мелкозернистой и равномерной, рассеяния ультразвуковых волн не отмечается.

Аналогичные работы проведены применительно к стали ЭИ405 [17]. Из слитков весом 1,6 т были откованы ступенчатые валы по вариантам технологии, предусматривающим различные коэффициенты укова (от 2,0 до 10,0), полученные без промежу­точной осадки, с одной и с двумя промежуточными осадками слитка. Выявлено, что с увеличением степени укова характери­стики прочности в продольном направлении практически остаются на одном уровне, а характеристики пластичности интенсивно воз­растают в пределах коэффициентов укова до 4,0 и весьма незна­чительно при дальнейшем их увеличении.

Испытаниями механических свойств в тангенциальном направ­лении установлена заметно большая равномерность механических свойств поковок, откованных с промежуточными осадками слитка. В этих же поковках металлографическими исследованиями отме­чено отсутствие вытянутых карбидных включений, наличие ко­торых характерно для поковок, выполненных без промежуточной осадки слитка.

Таким образом, исследования взаимосвязи структуры и меха­нических свойств аустенитных сталей со степенью укова, прове­денные на H3J1, и другие работы в этой области свидетельствуют о положительном влиянии попеременно направленной дефор­мации при изготовлении поковок типа валов и дисков. Влияние этого фактора повышается с увеличением веса слитков. В отдель­ных случаях, например при неблагоприятной форме крупногоn диска большое отношение эффективная проработка металла, прозвучиваемость и получение необходимых свойств в заданном направлении могут быть достигнуты только применением одной или нескольких промежуточных осадок. При этом степень укова после промежуточной осадки может быть ограничена для поковок типа валов значением 3,0—4,0 (в зависимости от веса слитков), а для поковок типа дисков — значением 2,0—3,0. При отсутствии промежуточных осадок степень укова надлежит увеличить в 1,5— 2 раза.