§ 59. ВЛИЯНИЕ КОВКИ НА СТРУКТУРУ И НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛА
При ковке изменяются макроструктура и механические свойства металла. Эти изменения в основном зависят от следующих причин: 1) температурных условий ковки; 2) степени уковки; 3) от способа ковки; 4) химического состава стали.
Под влиянием ковки структура металла изменяется в двух противоположных направлениях. При ковке слитка структура принимает волокнистое (полосчатое) строение. Образование волокнистой структуры характеризуется тем, что при ковке слитка ликвационные зоны, газовые пузыри, шлаковые включения и т. п., а при низкой температуре и зерна стали (дендриты) вытягиваются в направлении течения металла. Крупнозернистое строение слитка превращается в мелкозернистое вследствие раздробления кристаллов под ударами молота или под давлением пресса. На фиг. 135 показано строение (макроструктура) литого и кованого металла.
При ковке прокатанного металла происходят другие структурные изменения металла. Зерна изменяются меньше, так как они уже частично разрушены в процессе прокатки. В отличие от прокатки ковка даёт более перепутанные волокна металла. Поэтому, как правило, механические свойства прокованного металла лучше, чем механические свойства прокатанного металла.
Одновременно с изменением кристаллов ковкой при высоких температурах зерна растут, так как создаются условия для объединения мелких зёрен в крупные. Явление роста зёрен, т. е. объединение мелких зёрен в крупные, называется собирательной рекристаллизацией. Зёрна растут тем больше, чем выше температура ковки.
Собирательная рекристаллизация понижает сопротивляемость металла деформации. Следовательно, ковать металл надо при температуре, которая способствует росту зёрен (рекристаллизации), а кончать ковку следует при температуре, при которой не происходит рекристаллизации металла. Это обеспечит получение поковки, состоящей из мелких зёрен с повышенными механическими свойствами.
Из сказанного можно сделать вывод, что структура металла, а вместе с нею и механические свойства поковки зависят от измельчения зёрен вследствие их деформации и рекристаллизации.
Структура металла зависит также и от степени укова (во время вытяжки). Уковом называется отношение площади поперечного сечения заготовки к площади поперечного сечения поковки. Чем больше уков (т. е. величина вытяжки), тем мельче зерно и более резко выражена полосчатая структура поковки. Уков слитка принимают больше, чем уков прокатанной заготовки. Величина минимального укова для углеродистых сталей на гладких частях — 3,0, на фланцах и выступах — 1,75; для легированных сталей на гладких частях — 2,0, на фланцах и выступах — 1,5. При ковке поковок из слитка уков по гладкому участку берётся 3–4, а по фланцу и выступу — 1,5–1,75.
При ковке слитка разрушаются крупные кристаллы, металл уплотняется за счёт возмещения пустот, имеющихся в слитке, и заваривания пузырей, тогда как кристаллическая структура металла сортовой катаной заготовки уже разрушена во время прокатки. Чем выше температура нагрева металла перед ковкой, тем больше должен быть уков.
При укове сверх нормального имеет место улучшение механических свойств вдоль вытяжки и ухудшение их в поперечном направлении.
Пример. Необходимо определить уков при вытяжке поковки с сечением 200 × 200 мм, которая изготовляется из заготовки 300 × 300 мм.
Площадь сечения поковки: Fпок = 20 × 20 = 400 см².
Площадь сечения заготовки: Fзаг = 30 × 30 = 900 см².
Уков будет: Fзаг / Fпок = 900 / 400 = 2,25.
На механические свойства поковок влияют также способы их изготовления. Одну и ту же деталь можно изготовить разными способами и получить при этом поковки, обладающие различными механическими свойствами. Необходимо стремиться изготовлять поковку так, чтобы не перерезать волокна металла.
Приведём два способа изготовления коленчатого вала: первый (фиг. 136, а) при помощи вырубки колен, второй (фиг. 136, б) — при помощи изгибания. Вал, изготовленный изгибанием, будет иметь одинаковые механические свойства во всех частях (шейке 1 и щеках 2), так как волокна не перерезаны и тянутся вдоль всего вала. Волокна вала, изготовленного вырубкой, перерезаны. Поэтому механические свойства этого вала будут хуже, чем вала, изготовленного при помощи изгибания.
