Процесс изготовления поковок

Подбор исходного
материала

Сырьем могут быть:
блюмы, слябы, слитки, сортовой
металлопрокат

Материал может быть:
- давальческим
- приобретенным
- собственного производства

Входной контроль

химсостав
способ выплавки

Виды стали по способам выплавки (ГОСТ 14959-2016):

мартеновская сталь;

кислородно-конвертерная сталь;

сталь открытой дуговой/индукционной выплавки (выплавленную в электропечах);

сталь вакуумно-индукционной выплавки - ВИ;

сталь электрошлакового переплава - Ш;

сталь вакуумно-дугового переплава - ВД;

сталь плазменно-дугового переплава - П;

сталь вакуумно-индукционной выплавки с электрошлаковым переплавом - ИШ;

сталь вакуумно-индукционной выплавки с вакуумно-дуговым переплавом - ИД.

Резка заготовки

для получения необходимых
габаритов и веса

Оборудование для резки металлических заготовок

Пила

Пресс-ножницы

Кривошипный
пресс

Газовый резак

Гильотивные ножницы для резки листового металла

Слитки для ковки из инструментальной
и высоколегированной стали обычно
режут с помощью пил.

Для разделки катаного металла
применяют способы:

резка на пресс-ножницах и в штампах на кривошипных прессах (основные способы разделки в кузнечных цехах с крупно- и среднесерийным характером производства),
резка пилами и абразивами,
ломка на хладноломах, газовая резка.

Нагрев заготовок

Время нагрева заготовок под
ковку для термообработки в
методических печах была
определена Ю. М. Чижиковым
формулой:

T _нагр = K • D

Где Т _нагр - время нахождения
заготовки при рекомендуемой
температуре, час;

D - диаметр или меньшая сторона
сечения нагреваемого тела, см;

К - коэффициент:

для углеродистых сталей К=0,1÷0,15;
для легированных
конструкционных К=0,15÷0,2;
для высоколегированных и
инструментальных К=0,3÷0,4.

Цель нагрева - повышение пластичности металла и снижения его сопротивления деформированию

Процесс нагрева металла должен обеспечивать:

достаточно равномерный прогрев по сечению заготовки до требуемой температуры
минимальное окисление и обезуглероживание поверхности
сохранение целостности нагреваемого металла т. е. отсутствие микро- и макротрещин

От способа и режима нагрева зависят:

качество и себестоимость поковок
расход металла и топлива
стойкость инструмента

Температурный интервал ковки - максимальная температура нагрева металла в печи и температура окончания ковки.

Выбор температурного интервала ковки зависит от:

химического состава материала,
структуры заготовки (литая или деформированная),
скорости деформирования (молот или пресс),
степени и вида деформации (дробная или единичная),
вида операции ковки, (осадка, протяжка и т. д.),
массы слитка.

Чем выше скорость нагрева (т. е. чем меньше его продолжительность), тем меньше окисление и обезуглероживание поверхности и тем экономичнее (рентабельнее) нагрев. Однако при чрезмерно быстром нагреве в металле могут возникать термические напряжения, которые могут привести к образованию микро- и макротрещин => к браку поковок.

Камерная печь с выдвижным подом

Шахтная колодцевая печь

Процесс ковки металла

Ковка

Ковка – процесс деформации заготовки путем воздействия ударной нагрузки бойков молота или пресса.

Преимущества:

Экономичность (по сравнению со штамповкой)
На производстве ковку применяют только в мелкосерийном и единичном производстве (ручной или машинный метод).

Недостатки:

низкая производительность (ковку применяют только в мелкосерийном и единичном производстве (ручной или машинный метод)
больший расход металла: припуск под обработку поковки кованой практически в 2 раза больше, нежели у поковки полученной методом штамповки

Виды ковки

Оборудование для ковки

Вальцы ковочные

Горизонтально-ковочная машина

Штамповка

Штамповка – процесс деформации заготовки под давлением; осуществляется в матрице штампа, форма которой полностью идентична изготовляемой поковке. Ударным элементом нагрузки - пуансон.

Виды штамповки:

с предварительным нагревом исходной заготовки
без нагрева

Преимущества:

высокая производительность,
меньший расход металла: припуск под обработку поковки штамповкой практически в 2 раза меньше, чем ковкой,
на выходе поковка имеет более высокую точность размеров и малую шероховатость поверхностного слоя.

Недостатки:

дорогостоящий процесс (применение штампов целесообразно только в массовом и серийном производстве, чтобы оправдать затраты)

Виды штамповки

Объемная штамповка - процесс изготовления поковок в штампах, когда течение металла в стороны при деформации ограничено поверхностями отдельных частей штампа

Открытая объемная штамповка

а, б, в - начальная, промежуточная и конечная стадия штамповки 1,
2 - нижняя и верхняя части штампа
3 - заготовка
4 - облойная канавка; 5 - магазин для облоя
6 - поковка на промежуточной стадии процесса
7 - готовая поковка
8 - облой

Закрытая объемная штамповка

Листовая
штамповка

Оборудование для штамповки

1 - поковка
2 - выталкиватель

Горячештамповочный
молот

Горячештамповочный
гидравлический пресс

Предварительная
термообработка

проводится с целью снижения
/снятия остаточных напряжений,
возникающих в результате
динамического воздействия
молота или статического
воздействия пресса на металл

Нормализация

НОРМАЛИЗАЦИЯ (Нормализованный отжиг)
нагрев стали до аустенитного состояния, выдержка при
температуре нагрева и последующего ускоренного
охлаждения на воздухе.

Результат:

перекристаллизация и измельчение зерна
выравнивание хим.состава и свойств
снятие внутренних остаточных напряжений
повышение твердости и прочности

Температурный интервал нагрева
стали под нормализацию

Отжиг

ОТЖИГ
нагрев стали выше критических температур, выдержка
при температуре нагрева и последующего медленного
охлаждения (вместе с печью)

Результат:

получение равновесной мелкозернистой структуры
снятие внутренних напряжений в металле
↑пластичность и вязкость (↓ тв-ть и износостойкость)
выведение флокенов (полости с газом) => достижение
требуемой чистоты металла
улучшение обрабатываемости заготовок давлением и
резанием

Температурный интервал нагрева
стали под отжиг

Выбор дальнейшего
технологического процесса
в зависимости от требуемой
группы конечной поковки
(согласно ГОСТ 8479-70)

Без группы,
I-II группа

Очистка поковок от окалины
в дробеметном барабане

III - V группа

II группа

Без группы или I группа

Невозможно или по
требованию заказчика

Возможно

Мех.обработка
по требованию заказчика

Без мех.обработки

Возможность
определения твердости
без мех.обработки

Механическая обработка

ОТК
- определение твердости

Поковка II группы
(с мех.обработкой)

Поковка II группы
(без мех.обработки)

Поковка без группы
или I группы
(с мех.обработкой по
требованию заказчика)

Поковка
без группы или I группы
(без мех.обработки)

Предварительная
механическая обработка

Обдирка, резка, правка,
зачистка…

Выбор способа
окончательной
термообработки
заготовки в зависимости от
назначения конечной детали

Закалка (не является окончательной операцией)

Закалка - является упрочняющей термообработкой, заключающейся в нагреве выше Т критич (доэвтектоидных сталей на 30-50С выше Ас3 (полная закалка), заэвтектоидных сталей на 30-50С выше Ас1 (неполная закалка), выдержке при этой Т и быстрое охлаждение со скоростью, превышающую критическую, в различных средах (вода, соляные водные растворы, техническое масло, инертные газы).

После закалки внутри стали возникают напряжения. Чтобы их снять закаленные изделия подвергают отпуску

Цель:
получение мартенситной структуры, обеспечивающей максимальную твердость, прочность и износоустойчивость

Результат:
↑ твердость и прочность (обеспечивается за счет получения структуры мартенсита)
↓ пластичность и предел на сжатие
↑ износостойкость
↑ хрупкость

Отпуск

Отпуск - заключительная термообработка, т.к. обеспечивает требуемые мех.св-ва стали.
Отпуск заключается в нагреве до Т ниже критической, выдержке при этой температуре и охлаждении на воздухе.

Цель:
- получение более равновесной структуры,
- снятие внутренних напряжений (температурных и структурных), возникающих при закалке.

Результат:
- ↑ ударная вязкость, предел упругости и пластичность
- ↓ тв-ти и внутренние напряжения

ЗАКАЛКА И НИЗКИЙ ОТПУСК

применяется для деталей машин, работающих в условиях изнашивания, высоких контактных нагрузок (детали подшипников качения, режущий, измерительный инструмент).

Микроструктура стали:

для доэвтектоидной стали - мартенсит отпуска (полная закалка)
для заэвтектоидной стали - мартенсит отпуска + цементит вторичный (неполная закалка).
Твердость - 60 HRC

ЗАКАЛКА И СРЕДНИЙ ОТПУСК

применяется для упругих элементов машин из высокоуглеродистых сталей (пружины, рессоры, мембраны).

Микроструктура стали:

троостит отпуска (обеспечивает высокий предел упругости, выносливости и релаксационной стойкости).
Твердость - 40 HRC

ПОЛНАЯ ЗАКАЛКА И ВЫСОКИЙ ОТПУСК

(термическое улучшение)
применяется для деталей машин из среднеуглеродистых сталей, испытывающих статические и динамические/циклические нагрузки (валы, оси, шатуны, крепежные детали).

Данная комбинация ТО создает наилучшее сочетание прочности и пластичности стали при повышенной ударной вязкости.

Микроструктура стали:

зернистый сорбит отпуска.
Твердость - 30 HRC

Очистка поковок от окалины
в дробеметном барабане

Проведение испытаний в
зависимости от группы
поковки согласно
ГОСТ 8479-70

III группа

IV группа

V группа

Возможность
определения твердости
без мех.обработки

Невозможно
или по требованию
заказчика

Возможно

Невозможно
или по требованию
заказчика

Возможно

Механическая обработка

ОТК

определение
твердости
(Поковки одной
марки стали,
прошедшие ТО по
одинак режиму)

ОТК

определение
твердости
(Поковки одной
марки стали,
прошедшие ТО по
одинак режиму)

ОТК

Испытание на
растяжение
Определение ударной
вязкости
Определение
твердости (Поковки
одной плавки стали,
совместно
прошедшие ТО)

ОТК

Определение
твердости (Поковки
одной плавки стали,
совместно
прошедшие ТО)

ОТК

Испытание на
растяжение
Определение ударной
вязкости
Определение
твердости (Принимается
индивидуально
каждая поковка)

Поковка III группы
(с мех.обработкой)

Поковка III группы
(без мех.обработки)

Поковка IV группы
(с мех.обработкой)

Поковка IV группы
(без мех.обработки)

Поковка V группы
(с мех.обработкой)

Этап 1

Этап 2

Этап 3

Этап 4

Этап 5

Этап 6

Этап 7

Этап 8

Этап 9

Этап 10