И режимы нагрева слитков

Температурные интервалы ковки

Оптимальный температурный интервал ковки устанавливается путем анализа экспериментальных диаграмм пластичности, по­казывающих изменение механических или технологических свойств данной стали в зависимости от температуры деформации. Каждая марка стали, отличаясь химическим составом, металлургическими ^и структурными признаками, имеет свой, наиболее благоприят­ный для ковки, интервал температур, в пределах которого обес­печивается эффективное деформирование металла и требуемое качество поковки. Основные особенности стали в отношении ^ее пластичности при высоких температурах выявляются на соответствующих диаграммах пластичности, но, устанавливая температурные режимы ковки, особенно предельную температуру нагрева, следует учитывать возможные отклонения от заданных температур в практических условиях цеха, например, кратковременные перегревы в печах. В рабочих технологических ин­струкциях целесообразно предусматривать несколько сниженные (на 20—30° С) значения температур нагрева металла против максимума, установленного диаграммой пластичности. Это поло­жение особенно важно для высоколегированных сталей, содержа­щих в своем составе легкоплавкие элементы. Например, перегрев стали ЭИ726 всего на 10—15°С вызывает разрушение металла при ковке вследствие наличия в этой стали легкоплавкой боридной эвтектики. Кроме того, в зависимости от металлургических особенностей производства пластические свойства стали разных плавок (даже в пределах одной и той же марки) могут быть раз­личными, что не учитывается диаграммами пластичности.

Температура нагрева высоколегированных сталей по возмож­ности должна обеспечить полное растворение карбидов и интерметаллидов в твердом растворе. Однако эффективность их рас­творения зависит не только от температуры, но и от свойств самих фаз, входящих в состав стали. Некоторые карбиды (например, карбиды ниобия) весьма устойчивы при ковочных температурах. Для полного их растворения необходим нагрев, близкий к темпе­ратуре солидуса, что, разумеется, недопустимо из-за ослабления межкристаллитных связей. Слишком высокий нагрев аустенитных сталей нежелателен еще и потому, что он приводит к укрупнению кристаллической структуры вследствие активного развития со­бирательной рекристаллизации, хотя этот фактор при условии последующего эффективного деформирования металла не является решающим. Известное значение для выбора температуры нагрева имеет и степень чистоты деформируемой стали. Наличие в стали примесей свинца, сурьмы, олова и других легкоплавких элемен­тов, а также неметаллических включений, располагающихся по границам зерен, ухудшает способность стали к горячей деформа­ции. Вредное влияние примесей на пластичность стали ослаб­ляется снижением температуры начала ковки.

В отдельных случаях температура нагрева, вполне приемле­мая с точки зрения пластичности металла, должна быть откоррек­тирована с учетом специальных требований, предъявляемых к фа­зовому составу данной марки стали. Это относится, в частности, к стали Х18Н9Т с регламентированным количеством -фазы. Установлено [22], что при высоком нагреве перед ковкой (до 1250° С) содержание -фазы в этой стали увеличивается. В связи с этим, если в исходном состоянии плавка имеет повышенное со­держание α-фазы, высокий нагрев не рекомендуется. При боль­шом содержании ферритной фазы пластичность стали при ковке резко снижается, вызывая нарушения сплошности и образование трещин в заготовках.

По сравнению с деформированной заготовкой технологическая пластичность слитка всегда ниже. В литом состоянии более раз­вита химическая и физическая неоднородность металла: зональная н дендритная ликвация, местные скопления карбидов и неметал­лических включений, неплотности металла. В результате дефор­мирования металл уплотняется, зерна раздробляются и переме­шиваются, хрупкие составляющие более равномерно распреде­ляются в объеме деформируемой заготовки. Все это способствует общему повышению пластичности металла, в связи с чем для некоторых высоколегирован­ных сталей начальный нагрев деформированной заготовки может быть установлен более высоким, чем для слитка. Ука­занная взаимосвязь техноло­гических свойств и оптимальной температуры горячей деформа­ции с исходным состоянием металла иллюстрируется диа­граммой пластичности стали ЭИ395, показанной на рис. 1. Значение соответствует степени деформации при осадке до появления первой трещины.

Таким образом, большой комплекс факторов, влияющих на выбор температуры началь­ного нагрева стали, подтверж­дает необходимость тщатель­ной проверки оптимальной тем­пературы, установленной на

основании диаграмм пластичности, в реальных условиях произ­водства на нескольких типичных плавках с учетом исходного со­стояния металла и специальных требований к качеству готовых поковок.

Оценка пластичности металла при разных температурах для построения соответствующих диаграмм производится различными методами. Наиболее распространенными из них являются проба на осадку и испытание на растяжение при ковочных температурах.

Рис. 1. Диаграмма пластичности стали ЭИ395 [17]:

1- литая сталь; 2-деформированная сталь

Метод построения диаграмм по результатам осадки образцов (рис. 1) наиболее близок условиям свободной ковки. Однако и он не полностью учитывает реальные производственные факторы де­формирования. Например, в цеховых условиях образование трещин при осадке заготовок часто вызывается не пониженной пластичностью металла, а наличием поверхностных дефектов, Раскрывающихся при деформировании, и дополнительными растягивающими напряжениями на поверхности бочки вследствие большего, чем в лабораторных условиях, захолаживания торцов. Это обстоятельство надлежит учитывать при использовании диаграмм пластичности, построенных по результатам осадки образцов.

Испытание на растяжение с построением диаграмм пластич­ности по показателям относительного удлинения и сужения попе­речного сечения образцов при высоких температурах не дает аб­солютной характеристики пластичности металла применительно к производственным условиям деформации, так как схемы напря­женного состояния образца и производственной заготовки, как правило, значительно отличаются одна от другой. Но такие диа­граммы, характеризуя относительную пластичность металла, поз­воляют сопоставлять поведение разных марок стали при различных температурах и на этом основании устанавливать вполне Обосно­ванные температурные интервалы ковки.

На рис. 2 представлены графики изменения механических свойств некоторых высоколегированных сталей в зависимости от температуры испытания.

Сталь Х18Н9 обладает высокой пластичностью при температу­рах 900—1250° С. Сталь такого же типа, но с титаном (Х18Н9Т) отличается более низкой пластичностью в интервале ковочных температур, особенно при значительном содержании в ней α-фазы. В последнем случае сталь имеет удовлетворительную пластичность при температуре 900—1200° С. Это относится и к стали такого же типа, но с пониженным содержанием углерода (сталь 0Х18Н9Т), в которой содержание α-фазы относительно велико. Наилучшая деформируемость сталей 1X13 и 1Х17Н2 достигается при нагреве их до 1250—1270° С.

Температура конца ковки высоколегированных сталей уста­навливается по диаграммам пластичности и рекристаллизации, исходя из основного условия, чтобы пониженная - температура ковки не приводила к резкому снижению пластичности, высокому сопротивлению деформации и образованию неоднородной разнозернистой структуры. В некоторых аустенитных сталях при ковке в области пониженных температур происходят нежелательные фа­зовые превращения, ухудшающие служебные свойства поковок. Это относится, в частности, к стали ЭИ572, склонной к интенсив­ному выделению σ-фазы в температурном интервале 930—650° С. В таких случаях, несмотря на достаточную пластичность металла,; температура конца ковки устанавливается выше температуры ин­тенсивного образования -фазы, т. е. выше 930° С. Отметим, что, в связи с. этой же особенностью поковки из стали ЭИ572 поел ковки надлежит ускоренно охлаждать в воде или в крайнем случае на сквозняке. Нежелательна консервация заготовок при тем­пературах 650—930° С. В табл. 3 приведены температурны интервалы ковки некоторых высоколегированных сталей.

Во избежание значительных температурных напряженийи образования термических трещин нагрев высоколегированных ста­лей до 600—700°С вследствие их низкой теплопроводности должен производиться с малыми скоростями. Дальнейший нагрев до ковочных температур немногим отличается от нагрева обычных легированных сталей, так как в этом интервале температур теплопроводность сталей почти одинакова. При горячем посаде слитков температурная зона с медленным подогревом практически отпа­дает.

Наиболее существенным элементом режима нагрева высоко­легированных сталей под ковку, оказывающим влияние на деформируемость и качество металла, является выдержка при ковочной температуре. Длительность ее, как и для обычных сталей, определяется временем, необходимым для полного про­грева металла по всему объему слитка. Но при этом оптималь­ное время выдержки при заданной температуре определяется еще и кинетикой фазовых изменений.

Известно, что наиболее благоприятное состояние металла при деформировании однофазное. Гомогенные структуры в связи с отсутствием упрочняющих фаз и более равномерным деформиро­ванием отдельных зерен обладают большей пластичностью при температурах ковки. При нагреве слитков из конструкционных легированных сталей отдельные составляющие структуры обычно успевают перейти в твердый раствор в процессе выравнивания температуры по сечению и никакой дополнительной выдержки, связанной с переходом гетерогенной структуры в гомогенную, как правило, не требуют.

В высоколегированных сталях, нагретых до ковочных темпе­ратур, кинетика растворения составляющих протекает в более сложных условиях. Диффузионные процессы, связанные с раство­рением избыточных фаз и гомогенизацией структуры, в данном случае протекают медленней и требуют более длительного времени. Следовательно, для таких сталей выдержка при высоких темпера­турах должна устанавливаться не только из условия прогрева слитков по сечению, но и из максимального растворения избыточ­ных составляющих структуры.

При соответствующей выдержке слитков при ковочной темпера­туре упрочняющие фазы в виде карбидов и интерметаллических соединений частью растворяются, частью коагулируют, располагаясь в структуре не плотной цепочкой по границам зерен, а разоб­щенно. Такое расположение малопластичных фаз более благо­приятно в отношении пластичности и деформируемости стали. Однако длительность пребывания слитков и заготовок при высо­ких температурах не должна быть чрезмерной, так как при этом действуют и некоторые отрицательные факторы, в частности вслед­ствие развития собирательной рекристаллизации происходит укрупнение кристаллической структуры заготовок. Этот фактор не имеет существенного значения для слитков, так как в них вслед­ствие особенностей литой структуры роста зерен не наблюдается даже при нагреве до очень высоких температур, и для деформиро­ванных заготовок, если после нагрева следует интенсивная ковка. Но структура и свойства поковки ухудшаются, если деформация после длительной выдержки при высоких температурах незначи­тельна. Кроме того, при содержании в стали большого количества примесей в виде окислов и сульфидов длительная выдержка умень­шает ее пластичность [17].

Применительно к первоначальному нагреву слитков и загото­вок из специальных жаропрочных сталей, когда последующая де­формация относительно велика, а содержание сульфидов и окис­лов в металле незначительно, длительные выдержки при ковочных температурах не только повышают деформируемость стали, но и улучшают ее структуру и механические свойства^ готовых изде­лиях. На НЗЛ это положение проверено на большом количестве слитков из разных плавок стали ЭИ572, использованных для по­ковок газотурбинных дисков.

Благоприятное влияние продолжительных выдержек при ко­вочных температурах отмечено и при деформировании других жа­ропрочных сплавов [23]. Поэтому в технологических инструкциях по режимам нагрева слитков из аустенитных сталей следует обус­ловить такую минимальную длительность пребывания их в печи при ковочной температуре, которая предусматривала бы выдержку в пределах 2—3 ч после полного прогрева слитка по всему сече­нию. Не вызывают опасений и более длительные выдержки (до 6—8 ч), но они нежелательны из-за большой окалины, образуемой на металле, и из соображений технико-экономического харак­тера — увеличенной загрузки нагревательных печей и повышен­ного расхода топлива.

Дата добавления: 2014-01-07