СЛИТОК ДЛЯ ДЕФОРМИРОВАНИЯ

Изобретение относится к кузнечно-прессовому производству и может быть использовано кузнечно-прессовых цехов металлургических и машиностроительных заводов, преимущественно на прессах свободной ковки крупных слитков.
Известен слиток для деформирования, поперечное сечение которого выполнено рельефным. (Авторское свидетельство СССР №426737, Способ прокатки труб, МПК В21В 19/04, от 05.05.1974).
Однако форма поперечного сечения такого слитка не позволяет достигать существенного снижения структурной и химической ликвации, интенсифицировать проработку литой структуры с закрытием («заваркой») дефектов усадочного происхождения в его осевой зоне, а нередко приводит к возникновению внутренних разрывов - дефектов ковки.
Известен слиток, уширенный кверху, две противоположные грани которого выполнены с одинаковой по всей высоте суммарной конусностью, а две другие - с переменной по высоте суммарной конусностью (Авторское свидетельство СССР №747611, Слиток, МПК B22D 7/00, от 15.07.80).
Выполнение такого слитка с переменной по высоте суммарной конусностью обеспечивает смещение тепловых центров кристаллизации в нижней и верхней его частях, следствием чего является улучшение качества осевой зоны слитка и, как следствие, увеличение выхода годного. Вместе с тем, форма поперечного сечения такого слитка не позволяет минимизировать величину укова вследствие недостаточного развития сдвиговых деформаций.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту предлагаемому является слиток для деформирования, имеющий трехлучевое сечение с наклоном вершин лучей от головной его части к вершинам донной части (Тюрин В.А. Теория и процессы ковки слитков на прессах - М.: Машиностроение, 1979, с. 145, рис. 4.14).
Недостатком наиболее близкого аналога является, как и ранее приведенных аналогов, недостаточное развития ответственных за закрытие («заварку») дефектов усадочного происхождения сдвиговых деформаций в осевой зоне подвергаемого пластическому формоизменению кузнечного слитка, что снижает качество изделий при ковке.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение этого недостатка, а именно повышение плотности изготавливаемых из слитка поковок.
1
2
1
Поставленная задача решается тем, что в слитке для деформирования, имеющем трехлучевое поперечное сечение с наклонами вершин лучей от его головной частик донной, согласно предлагаемому решению, на двух смежных лучах выполнены на их наружной поверхности равномерно расположенные выемки глубиной а, составляющей величину в диапазоне 0,08÷0,12 от диаметра, описывающего трехлучевое поперечное сечение головной части слитка, и высотой b=(1,1÷1,5)а, при этом на одном луче эти выемки выполнены с шагом h=(0,7÷1,2)а, а на другом с шагом h=(1,10÷1,25)h.
Следствием выполнения выемок на наружной поверхности двух смежных лучей заявляемых размеров с различным шагом является создание условий для интенсификации сдвиговых деформаций, наиболее ответственных за проработку литой структуры поковок, за счет дробления и асимметричивания фактического очага деформации как в поперечном, так и продольном его направлениях. Данное обстоятельство способствует масштабному инициированию возникновения пластического течения металла в различных направлениях с более активным развитием сдвиговых деформаций и, как следствие, позволяет повысить плотность и уровень механических свойств поковок, минимизировать величину их укова, материалоемкость, энерго- и ресурсосбережение, что влечет за собой увеличение эффективности технологического процесса ковки.
а
Выполнение на наружной поверхности двух смежных лучей равномерно расположенных выемок глубиной , составляющей величину менее 0,08 диаметра D, описывающего трехлучевое поперечное сечение головной части слитка, не обеспечивает градиентно значимой интенсификации сдвиговых деформаций, наиболее ответственных за проработку литой структуры поковок и, следовательно - за повышение плотности металла поковки, а свыше 0,12 D - приводит к зажимам.
a
а
Выполнение выемок высотой b, составляющей величину менее 1,1 не обеспечивает продольного дробления фактического очага деформации на локализованные объемы, достаточные для интенсификации сдвиговых деформаций в направлении вытяжки поковки, а свыше величины 1,5 - приводит к предельно недопустимым их значениям для достаточного асимметричивания и дробления фактического очага деформации в продольном направлении с позиции градиентно значимой интенсификации сдвиговых деформаций в направлении вытяжки поковки, что в итоге сказывается на недостаточном для минимизации укова накоплении суммарной интенсивности деформаций в обеспечение снижения материалоемкости, энерго- и ресурсосбережения технологического процесса ковки с одновременным увеличением его эффективности.
1
2
1
1
2
1
а
а
Выполнение выемок на одном луче с шагом h величиной менее 0,7, а на другом луче с шагом h величиной менее 1,10 h не приводит к поперечному дроблению фактического очага деформации на локализованные объемы, достаточные для интенсификации сдвиговых деформаций в направлении радиального обжатия поковки. Выполнение выемок на одном луче с шагом h величиной более 1,2, а на другом луче с шагом h величиной более 1,25h приводит к предельно недопустимому асимметричиванию фактического очага деформации в поперечном направлении по условию предотвращения зажимов в результате изгибного сплющивания, а не радиального обжатия смежных лучей деформируемой поковки.
На фиг. 1 и фиг. 2 изображены общий вид слитка предлагаемого слитка для деформирования и его сечения А-А соответственно. На фиг. 3 и фиг. 4 изображены схема обжатия комбинированными бойками предлагаемого слитка в начальный момент его биллетировки и асимметричная схема расположения его поперечного сечения А-А при обжатии комбинированными бойками соответственно.
а
а
а
ВН
ПОВ
1
2
1
Слиток имеет трехлучевое поперечное сечение в виде лучей 1, 2 и 3, вершины которых наклонены от головной части 4 к донной части 5. На двух смежных лучах 1 и 2 выполнены выемки 6 на их наружных поверхностях глубиной , составляющей величину в диапазоне 0,08÷0,12 от диаметра, описывающего трехлучевое поперечное сечение головной части слитка, и высотой b=(1,1÷1,5), где b=0,5(b+b), как показано на фиг. 1. На луче 1 эти выемки расположены с шагом h=(0,7÷1,2), на луче 2 - шагом h=(1,10÷1,25)h.
Деформация предлагаемого слитка осуществляется следующим образом.
е
Предлагаемый слиток, повергнутый нагреву до ковочной температуры, размещают в горизонтальном положении, как это показано на фиг. 3, на нижнем вырезном бойке с одинаковым расположением двух (лучи 1 и 2) из трех лучей слитка, как это показано на фиг. 4. Сверху подводят плоский боек и прикладывают к нему вертикальное усилие, придавая ему перемещение по направлению к нижнему вырезному бойку. Вследствие инициируемого выполнением разноразмерных с различным смещением выемок на смежных лучах кузнечного слитка дробления фактического очага деформации на локализованные объемы за счет его ассиметричивания в продольной и поперечном направлениях третий луч (луч 3) занимает эксцентричное положение с эксцентриситетом  в сравнении со слитком согласно наиболее близкому аналогу с симметричным поперечным сечением. Эксцентричное положение третьего луча предлагаемого слитка в процессе единичного обжатия за счет перемещения плоского бойка сверху вниз интенсифицирует многонаправленные сдвиговые деформации, что увеличивает вихревую турбулентность металлопотоков в объеме поковок и дополнительно способствует уплотняющей проработке их литой структуры, причем, что особенно важно, в наиболее рыхлой осевой зоне поковок.
Сопровождающие обжатия последующие кантовки на 120° вызывают дальнейшую активизацию многонаправленных сдвиговых деформаций, что позволяет более полно раздробить и уплотнить литую структуру рыхлой осевой зоны поковок с одновременным повышением уровня их механических свойств, минимизацией величины суммарного укова, достаточного для увеличения эффективности технологического процесса ковки по меньшей мере в части снижения его материалоемкости посредством энерго- и ресурсосбережения.
а
а
1
2
Пример. Согласно предлагаемому решению были изготовлены модельные трехлучевые слитки массой 800 кг из стали 20. Угол наклона лучей от головной части к донной составлял 5° на сторону. На наружной поверхности двух смежных лучей экспериментальной партии модельных трехлучевых слитков были выполнены выемки в форме трапеции глубиной =8 мм и высотой b=9 мм с шагом h на одном луче величиной 11 мм, а на втором луче - выемки глубиной =10 мм и высотой b=12 мм с шагом h величиной 13,5 мм. Деформация экспериментальной и контрольной партии (без выемок на смежных лучах) модельных трехлучевых слитков на прессе свободной ковки при использовании комбинированных бойков с уковом 2,42 позволила получить сравнительные результаты механических испытаний, приведенных в таблице. Образцы для механических испытаний на растяжение и пористость изготавливались из вырезанных на расстоянии 20 мм от концов полученных в результате биллетировки и протяжки круглых в поперечном сечении поковок темплетов толщиной 100 мм.
В результате реализации предлагаемого слитка для деформирования по отношению к прототипу для поковок из углеродистой стали Ст. 20 в сравнении с прототипом достигается:
- повышение плотности (снижение рыхлости) поковок в их осевой зоне минимум на 0,7 балла, что предопределяет ощутимое снижение брака по внутреннему пленкообразованию при прошивке и последующей раскатке (редуцированию) трубных заготовок;
в
- повышение уровня механических свойств с меньшим разбросом их значений (среднеквадратичным отклонением): рост значений предела прочности σ на почти 2% со снижением среднеквадратичного отклонения на 10,5%, что достаточно ощутимо, кроме выполнения повышенных требований к его уровню, еще и с позиций обеспечения большей их стабильности; рост значений ударной вязкости KCU на ~8% (фактически в среднем на 7,73%) со снижением среднеквадратичного отклонения на 16,5%, что особенно важно, поскольку технологическое обеспечение уровня ударной вязкости KCU во многих случаях сопряжено именно с данным показателей уровня механических свойств.
Предлагаемый слиток для деформирования найдет свое применение в кузнечном производстве, преимущественно при изготовлении поковок из кузнечных слитков, в том числе и из высоколегированных сталей.