Брак при ковке и способы его предупреждения

31.05.2018
Частыми случаями брака являются:

1. Образование в кованых прутках, особенно быстрорежущей стали, характерных поперечных трещин в сердцевине поковки («ковочный крест»), — внешний вид такой трещины приведен на фиг. 33. Может быть несколько причин, вызывающих этот брак:

а) чрезмерно быстрый нагрев заготовок под ковку, в особенности в интервале Ас1-превращения (800—900°), когда наружный слой заготовки успеет нагреться до температуры печи, а сердцевина остается еще холодной; поверхностный слой претерпевает объемные изменения (тепловые и фазовые), в результате чего в сердцевине заготовки создаются чрезмерные внутренние напряжения, вызывающие нарушения сплошности металла; трещины могут возникнуть в этом случае и в процессе ковки неполностью прогретого металла, имеющего малопластичную сердцевину;

б) неправильное ведение ковки, в частности, несоответствие между шириной бойка и диаметром (или высотой) поковки; если ширина бойка больше диаметра поковки, то течение металла вдоль направления вытяжки затрудняется, и в процессе обжатия происходит значительное свободное уширение при малой вытяжке; вследствие пониженной пластичности быстрорежущей стали такое уширение вызывает образование трещины, перпендикулярной плоскости бойка; при кантовке заготовки на 90° образуется вторая трещина с возникновением ковочного креста; для предупреждения этого вида брака необходимо вести ковку поперек бойков и таким образом, чтобы ширина бойка, соприкасающегося с заготовкой, или величина подачи, была не более диаметра (высоты) поковки, или даже 3/4 диаметра (стороны квадрата) поковки; поэтому при ковке на мощном молоте с широким бойком необходимо следить за тем, чтобы не вся поверхность бойка по его ширине участвовала в обжатии металла (ковка поперек бойка с небольшой подачей);

в) ковка без подогрева бойков, в особенности нижнего; если поковка имеет при этом небольшой размер (при диаметре менее 40—50 мм), то холодный нижний боек чрезмерно охлаждает поковку с нижней стороны, и последняя теряет требуемую пластичность; в этом случае трещины образуются с одного торца поковки;

г) наличие в сердцевине заготовки следов усадочной рыхлости и пористости, нарушающих или ослабляющих сплошность металла; поэтому заготовки следует осматривать перед ковкой, а в сомнительных случаях подвергать глубокому травлению; такой случай редко встречается при ковке быстрорежущей стали, как стали высококачественной.

2. Трещинки на поверхности поковки, главным образом на углах, образуются в случае чрезмерного остывания металла в процессе ковки; для предупреждения этого вида брака надо:

а) вести ковку быстрыми ударами молота с постоянной кантовкой после каждых одного-двух ударов; в этом случае поверхность поковки дополнительно разогревается в процессе ковки за счет энергии удара;

б) не давать переходов с острыми (быстро подстывающими) углами; образующиеся углы надо немедленно забивать; поэтому часто встречающееся указание вести ковку с переходами через «квадрат» не следует понимать в том смысле, что поковка при переходах должна иметь форму строгого квадрата; на переходах поковка должна иметь форму, приближающуюся к шести-восьмиграннику с тупыми углами (но не острыми или прямыми). Придавать заготовке форму квадрата при ковке на квадратные бруски следует на последнем переходе. При появлении в процессе ковки трещинок их надо немедленно (под молотом) вырубать.

Если поверхность поковки охладилась до потемнения, ее следует немедленно передать в печь на подогрев.

3. Длинные, обычно продольные, трещины как на поверхности заготовки, так и в середине ее, являются в большинстве случаев признаком неправильного, чрезмерно быстрого охлаждения после ковки.

4. Раскалывание или распадение заготовки на несколько кусков еще под молотом указывает на чрезмерный перегрев металла при нагреве под ковку с образованием легкоплавкой эвтектики по границам зерен или даже окислением границ зерен; поверхность кусков в последнем случае имеет темный (серовато-синий) окисленный вид. Другой причиной такого раскалывания является чрезмерно быстрый нагрев под ковку, при котором образующиеся напряжения создают трещины, выходящие на поверхность металла. По этим трещинам металл окисляется.

5. Сохранение в микроструктуре прутков диаметром менее 70—80 мм, ледебуритной эвтектики, а также карбидной сетки, что является признаком недостаточно энергичной ковки; сохранение карбидной сетки в легированной инструментальной стали может быть также вызвано неправильными условиями охлаждения.

6. Образование «нафталинистого» излома. Нафталинистый излом быстрорежущей стали, как высоковольфрамовой, так и малолегированной, характеризуется крупнозернистым строением со своеобразными блестками, которое нельзя исправить последующей обработкой. Инструмент, изготовленный из такой стали, имеет большую хрупкость и низкую стойкость, в два-три раза меньше нормальной. Исследования Н.М. Лапотышкина показали, что нафталинистый излом образуется в тех случаях, когда температура окончания горячей механической обработки была излишне высокой, а степень деформирования стали при последнем обжатии была близкой к критической Для быстрорежущей стали эта критическая степень находится в пределах 1—3%. Микроанализ стали, получившей нафталинистый излом, обнаруживает, в случае ее быстрого охлаждения, очень сильно выросшие крупные иглы мартенсита или крупные полиэдры аустенита. Рост зерна стали оказывается тем более значительным, чем выше температура окончания горячей механической обработки, Если она заканчивается, например, при 1200°, то площадь зерна в стали РФ1 вырастает, по данным Н. М. Лапотышкина, до 0,15 мм2, а в случае окончания горячей механической обработки при 1280—1300°, т. е. при еще более высокой температуре, площадь зерна может достигнуть 1 мм2. Такой значительный рост зерна, создающий повышенную хрупкость стали, Н. М. Лапотышкин объясняет происходящей при этих температурах рекристаллизацией деформированного зерна аустенита. В случае повышения при последнем обжатии стали степени ее деформации рост зерна замедляется, а при деформации, превышающей 30—40%, нафталинистый излом не образуется, даже если горячая механическая обработка заканчивается при высоких температурах. При небольшой степени деформации нафталинистый излом не возникает, если температура горячей механической обработки находится ниже 1050—1100°. Поскольку степень деформации при последнем обжатии (переходе) не достигает 30—40%, то для предупреждения образования нафталинистого излома надо заканчивать ковку или прокатку при температурах ниже 1000°.