Течение металла при прессовании

05.10.2019

Как показывают исследования, течение металла слитка при прессовании отличается более или менее выраженной неравномерностью, что сказывается на качестве изделий. Так, например, в центре заднего конца прутка, а у трубы в середине стенки (рис. 43) образуется неплотность, называемая пресс-утяжкой; на поверхности изделий наблюдаются плены, а по контуру прутков из дуралюмина — ободок мелкораздробленных кристаллов и, наконец, механические свойства в долевом и поперечном сечении изделий оказываются неравномерными.

С целью изучения характера течения металла при прессовании изготовляют специальные образцы. Для этого разрезают опытный слиток вдоль и на плоскости разреза одной половинки делают поперечные и продольные канавки глубиной и шириной 1—2 мм (рис. 44). Углубления в канавках такой координатной сетки заполняют смесью графита с жидким стеклом. Затем обе половинки слитка складывают вместе, связывают проволокой, нагревают и пропрессовывают примерно на половину высоты слитка. После прессования изделие и оставшаяся часть слитка легко разделяются на две части. Измененный вид координатной сетки дает ясное представление о характере течения металла при прессовании. Иногда с той же целью пропрессовывают до заданной высоты цельный слиток, а затем его вместе с прутком разрезают вдоль на две половинки. После изготовления на одной половинке макрошлифа судят о характере течения металла.
Течение металла при прессовании

Такие исследования показывают, что течение металла зависит от его свойств, температуры и скорости прессования, смазки, состояния рабочей поверхности контейнера и т. д. Для иллюстрации сказанного рассмотрим влияние на характер течения металла смазки контейнера. При этом предполагается, что внутренняя его поверхность отшлифована и не имеет следов выработки.

На рис. 45 схематически показано изменение координатной сетки при прямом прессовании круглого прутка со смазкой контейнера (рис. 45, а) и без смазки (рис. 45, в). Другие условия прессования принимаются одинаковыми. На основании этого рисунка можно заключить, что ячейки координатной сетки в начальный период прессования со смазкой почти не изменяют своей прямоугольной формы. И только вблизи матрицы поперечные канавки несколько изгибаются (рис. 45, б). Из этого можно заключить, что стенки контейнера благодаря смазке не оказывают существенного тормозящего действия на металл и поэтому его поступление в матрицу происходит послойно, равномерно.

При прессовании без смазки силы трения на контактных поверхностях достигают значительной величины и поэтому координатная сетка заметно искажается, что свидетельствует о неравномерном течении металла. Пo форме изогнутых канавок слиток условно можно разделить на четыре объема: 1 — центральный, 2 — периферийный, 3 — объем затрудненной деформации и 4 — «мертвый» объем. По изгибу горизонтальных линий видно, что металл периферийного объема в своем движении отстает от металла центрального объема и перемещается к центру слитка, образуя пережим 5 вблизи пресс-шайбы. Этот пережим при дальнейшем прессовании все более сужается и затем, на конечной стадии прессования вовлекается в движение центральной частью слитка (см. рис. 45,г). Также в середину прутка в конечной стадии прессования затекает и металл из зоны затрудненной деформации. Указанные объемы металла из зон 2 и 3, попадая в середину изделия, образуют пресс-утяжку 6. В качестве примера на рис. 46 показано изменение координатной сетки в начальный период прессования прутков из латуни марки ЛC 59-1 без смазки и с графитовой смазкой контейнера. Пресс-шайбы не смазывают, поскольку смазка облегчает течение металла от периферии к центру слитка, что способствует увеличению пресс-утяжки.

Образование мертвого объема вызывается действием сил трения, которые препятствуют перемещению металла по поверхности матрицы к ее центру. Этому же способствует и более интенсивное охлаждение металла в углу между контейнером и матрицей. При выпрессовывании металла из мертвого объема он иногда располагается на изделии в виде плен.

Влияние качества поверхности контейнера на течение металла сказывается в том, что гладкая и чистая поверхность не нарушает равномерности течения, а поверхность со следами значительной выработки задерживает движение наружных слоев слитка и тем самым создает неравномерность течения. Аналогично действует и склонность некоторых металлов к налипанию на инструмент. Это особенно относится к титану и его сплавам и некоторым алюминиевым сплавам при высоких температурах. В последнем случае в периферийных слоях отпрессованных прутков иногда образуется ободок из мелкораздробленных кристаллов.

Чтобы выявить влияние температуры на характер течения, рассмотрим случай прессования, когда слиток нагрет до значительно более высокой температуры, чем контейнер. Ясно, что от соприкосновения с более холодными стенками контейнера наружные слои слитка будут несколько остывать, а их прочность повышаться. Поэтому наружные слои будут выпрессовываться более затрудненно, чем внутренние, что вызовет неравномерность течения металла. Степень неравномерности при этом будет зависеть от теплопроводности металла или сплава: чем ниже теплопроводность, тем медленнее будет выравниваться температура по сечению слитка и тем неравномернее будет течение металла. Такое положение наблюдается при прессовании латуней и, особенно, титана. При прессовании меди, отличающейся наиболее высокой теплопроводностью, течение равномерное, как и в тех случаях, когда температуры контейнера и слитка примерно одинаковы. Последнее относится только к прессованию алюминиевых и магниевых сплавов, поскольку температура нагрева контейнеров довольно близка к температуре нагрева слитков (300—450° С).

Прессование с рубашкой препятствует перемещению периферийных слоев слитка к его центру, что способствует уменьшению утяжки и попаданию наружных окисленных и загрязненных слоев в изделие. С рубашкой прессуют прутки из сплавов на медной основе (ЛС59-1; Л062-1; Л63; ЛАН69-3-2; ЛЖМц59-1-1 и др.). Рубашка должна быть цельной и с возможно более тонкой стенкой (не более 1—1,5 мм). Прутки из алюминиевых и магниевых сплавов прессуют без рубашки, поскольку металл сильно налипает на стенки контейнера и удаление рубашки затруднено.

Толщину прессостатка устанавливают такой, чтобы исключалась возможность образования в изделии утяжки. В зависимости от свойств металла, диаметра контейнера, вида прессуемых изделий и т. п. прессостаток при прессовании тяжелых цветных металлов принимают толщиной 25—60 мм, а при прессовании легких металлов 40—100 мм. При прессовании труб, благодаря тормозящему действию иглы, образование утяжки затруднено. Поэтому при прессовании труб на горизонтальных прессах прессостаток принимают по нижнему пределу, а при прессовании прутков — по верхнему пределу указанных величин.

При прессовании труб на вертикальных прессах величина прессостатка ограничивается 1—3 мм.

Высокие скорости прессования вызывают дополнительный разогрев слитка, в следовательно, также могут влиять на характер течения металла. Неравномерный нагрев слитков, фазовые превращения в металле при высоких температурах и другие факторы могут влиять на характер течения.

Для уменьшения неравномерности течения металла и, следовательно, сокращения длины пресс-утяжки рекомендуется:

1) равномерно нагревать слитки перед прессованием;

2) контейнеры нагревать до температуры, возможно более близкой к температуре слитков;

3) применять контейнеры с гладкой внутренней поверхностью;

4) смазывать, где это допускается, контейнер и матрицу, но не смазывать пресс-шайбу;

5) прессовать, где это допускается, с рубашкой;

6) оставлять в контейнере прессостаток установленной длины;

7) выбирать оптимальные скорости прессования.

С целью устранения потерь металла проводятся исследования по прессованию без прессостатков и без утяжки.

При обратном прессовании основной объем слитка находится в неподвижном состоянии, и только в зоне матрицы происходит его деформация, поэтому течение металла происходит равномерно.

Недостатком прессованных изделий являются также пониженные механические свойства переднего конца. Как видно из рис. 45, долевые канавки координатной сетки почти на всем протяжении прутков сохранили параллельность. Поперечные же канавки приобрели форму сильноизогнутых дуг. Только на переднем конце прутков изогнутость незначительна. Это говорит о том, что металл переднего конца недостаточно деформирован и, следовательно, в нем осталась структура, свойственная литому состоянию. Поэтому и механические свойства переднего конца ниже свойств остальной части изделия. Дефектный конец получается тем длиннее, чем больше диаметр прутка и меньше обжатие. Если в качестве единицы измерения взять диаметр отпрессованного прутка, то длина дефектного переднего конца у него примерно составит: при обжатии на 55, 75 и 90% соответственно 2, 1 и 0,75 диаметра.

За пределами дефектной части механические свойства прессованного изделия более равномерны, хотя отмечается незначительное повышение прочности и понижение относительного удлинения у заднего конца. Объясняется это отчасти тем, что температурные условия прессования переднего и заднего концов изделия различны, так как к концу прессования металл в контейнере остывает.

Наконец, недостатком прессованного изделия является неоднородность механических свойств в долевом и поперечном его сечении. Прочность образцов 1 и 2 (рис. 47), вырезанных вдоль прутка, выше, чем у поперечного образца 3. В табл. 7 приведены механические свойства прутков сплава Д16 диам. 320 и 170 мм, отпрессованных в контейнере диам. 450 мм с обжатиями соответственно 76,2 и 85,4% (вытяжка K=4,2 и 7). Из табл. 7 видно, что свойства прутков в поперечном направлении заметно ниже, чем в долевом. Действительно, у прутка диам. 320 мм при вытяжке 4,2 предел прочности вдоль волокна составляет 46,5 кГ/мм2, а поперек только 33,5 кГ/мм2. Также и относительное удлинение в последнем случае ниже — 2% вместо 9%. У прутка диам. 170 мм, прессовавшегося с более высокой вытяжкой (K=7), механические свойства заметно лучше, но их разница в долевом и поперечном направлении осталась также значительной.

У широких полос и профилей из алюминиевых и магниевых сплавов неравномерность механических свойств отмечается, кроме того, по ширине и высоте поперечного сечения (см. рис. 47,6). Как правило, свойства по ширине (образец 5) выше, чем по высоте (образец 4). У сплавов на медной основе это явление проявляется в меньшей мере.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна