Кузнечное производство

Изменение свойств металла и химического состава при нагреве и ковке

5.1. Влияние углерода, постоянных примесей и легирующих элементов на свойства сталей

Углерод (С) оказывает сильное влияние на механиче­ские, физические и технологические свойства сталей. Сталь с небольшим содержанием углерода более пластич­ная, имеет большую теплопроводность и температуру плав­ления, меньшую прочность и твердость, хорошо куется. С увеличением в стали содержания углерода увеличива­ется прочность, закаливаемость, но ухудшаются ков­кость, пластичность, свариваемость, теплопроводность, уменьшается температура плавления. Чем больше в стали углерода, тем медленнее ее надо нагревать.

Сплав железа с углеродом (больше 2,14%) становится твердым и хрупким. Он не поддается ковке даже в горя­чем состоянии и его называют Чугуном.

Кремний (Si) — постоянная примесь и при содержа­нии до 0,4% не оказывает существенного влияния на свойства стали, а при добавлении его, сверх указанного, в виде легирующего элемента, увеличивает прочность и упругость, ухудшает пластичность, теплопроводность и, незначительно, свариваемость стали. Кремний добав­ляют при получении пружинно-рессорных сталей (до 2,8%), жаростойких (до3,5%) и трансформаторных (до 4%).

Марганец (Mn) — постоянная примесь и при содержа­нии до 0,8% не оказывает существенного влияния на свойства, а при большем содержании, как легирующий элемент, увеличивает прочность и упругость, улучшает свариваемость стали. Стали с большим количеством мар­ганца имеют хорошую сопротивляемость изнашиванию при трении. Добавление марганца ухудшает пластичность

74

И теплопроводность. Марганец добавляют при получении пружинно-рессорных сталей.

Сера (S) и фосфор (Р), хотя и не желательны, но яв­ляются постоянными примесями в сталях. Сера представ­ляет большую опасность при кузнечной обработке сталей, так как может вызвать Красноломкость, т. е. излом стали при температуре красного цвета каления. Фосфор в ко­личестве, превышающем нормы, приводит к Хладнолом­кости, т. е. к излому металла при пониженной или отри­цательной температурах.

Никель (Ni) увеличивает вязкость и прочность сталей, улучшает теплопроводность и способствует сохранению пластичности сталей при отрицательных температурах. Стали, содержащие никель, хорошо куются. Отрицатель­ным свойством является то, что с никелевых сталей трудно удалять окалину.

Хром (Сг) увеличивает прочность, но ухудшает вяз­кость сталей. Сильно уменьшает теплопроводность ста­лей. Чем больше хрома в стали, тем медленнее ее надо нагревать, тщательнее следить за температурой нагрева и за выдержкой при высоких температурах во избежание перегрева. Ковка хромистых сталей при высоких темпе­ратурах протекает удовлетворительно, при подстывании твердость быстро возрастает, что может вызвать появление трещин.

Сведения о влиянии на свойства стали других легирую­щих элементов имеются в работах [4, 7, 23].

5.2. Режимы нагрева металлов

Чтобы правильно вести процесс ковки, любому куз­нецу необходимо знать температуру начала и конца ковки каждого металла, каждой марки стали, т. е. знать ре­жимы нагрева.

Под режимом нагрева понимают определенные пра­вила, порядок и способы нагрева металла, обеспечиваю­щие температуры и скорость, которые необходимы для получения заготовок, пригодных для ковки и получения из них качественных поковок.

Температура ковки для различных марок сталей не одинакова и зависит от их химического состава. Для углеродистых сталей нагрев их определяется наличием углерода, т. е. чем больше углерода встали, тем ниже тем­пература плавления и ковки.

75

Температура'нагрева металла для ковки имеет очень важное значение, так как может влиять на качество де­талей получаемых ковкой, поэтому за ней требуется по­стоянный контроль. Для этого в кузницах с нагреватель­ными печами используют термопары и различные виды пирометров, описание которых имеется в работах [9, 23]. При нагреве металла в горнах, как правило, кузнец должен уметь сам приближенно определять температуру нагрева металлов на глаз по следующим цветам каления, при дневном освещении в тени:

Температура.............. °С

Темно-коричневый (заметен в темноте). . , 530 ... 580

Коричнево-красный........... 580 ... 650

Темно-красный............. 650... 730

Темно-вишнево-красный......... 730 ... 770

Вишневый............... 720 ... 830

Светло-вишневый............ 780... 830

Красный................ 830... 900

Светло-красный............. 900 ... 1050

Желтый................. 1050 ... 1150

Светло-желтый............ 1150... 1250

Белый................. 1250 ... 1300

При охлаждении металла цвет каления изменяется в об­ратной последовательности.

Температура нагрева сталей в начале ковки должна быть ниже их температуры плавления на 150...200°С. При более высокой температуре может наступить явление пережога (см. ниже). Во время ковки металл остывает и ковать его становится затруднительно, а затем и невоз­можно. Поэтому ковку металла следует заканчивать с температурой на 20 ... 30 °С выше допускаемой темпе­ратуры ковки. Температурные интервалы ковки некото­рых марок сталей приведены в табл. 5.1. Границы тем­ператур начала ковки — линия Гн и конца ковки —• линия Гк обозначены на рис. 8.2. Сведения о температурах ковки цветных металлов и их сплавов имеются в гл. 2 и работе [15].

Время нагрева сталей зависит от размеров заготовок и Химического состава их. С одной стороны, для уменьшения образования Окалины и увеличения производительности желательно уменьшать время нагрева. С другой, — заго­товки больших размеров, а также из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей следует нагревать посте­пенно и даже ступенчато, так как они имеют меньшую теп­лопроводность, в результате чего внутренние слои ме-

76

Таблица 5.1 Температурные интервалы ковки некоторых марок сталей

Углеродистые и легированные стали

Инструментальные стали

Талла не успевают прогреваться — ив заготовках возни­кают внутренние температурные напряжения, которые могут привести к образованию трещин.

Ориентировочное время нагрева заготовок из углеро­дистых сталей с размерами в сечении до 100 мм можно принимать из табл. 5.2, если нагрев заготовок осуществ­ляется в горне, работающем на древесном угле. Чтобы гарантировать равномер­ный прогрев заготовок по всему сечению, их сле­дует еще выдержать на огне примерно до 25% от времени, указанного в табл. 5.2. Очевидно, что время нагрева заготовок при работе горна на ка­менном угле будет не­сколько больше, так как теплотворность его меньше, чем у. древес-

77-

Наго угля. Это следует учитывать при нагреве заго­товок.

Особенность нагрева заготовок из высокоуглероди­стых, инструментальных и легированных сталей состоит в том, что время нагрева, указанное в табл. 5.2, рекомен­дуется увеличивать яа 30 .„ 50%, а лучше их нагревать по режиму, состоящему из трех периодов: первый — мед­ленно до температуры 550 ... 600 °С, второй — быстро до температуры начала ковки (см. табл. 5.1), третий — выдержка при постоянной температуре для выравнивания температуры по всему сечению. При нагреве заготовок из таких сталей в горнах ступенчатость нагрева можно, в какой-то мере, достигать путем регулирования пламени воздушной струёй, подаваемой в очаг горна. Нормы на стуненчатые режимы нагрева заготовок в печах приведены в работал 19, 10, 231.

5.3. Дефекты при нагреве и меры их предупреждения

При нагреве заготовок в них могут появиться следую­щие дефекты: окалииообразование или угар, обезуглеро­живание. недогрев, перегрев и пережог металла.

Окалинообразование или угар получается в результате образования оксидов железа на поверхности заготовки яри ее нагреве. Образование окалины обычно называют угаром металла.

Окалина — это хрупкое и непрочное вещество с со­держанием до 30% железа. Угар стали, в результате об­разования окалины, может достигать 4 ... 5% от массы заготовки за один нагрев в горнах и несколько меньше (до 3%) в нагревательных печах. Если учесть, что при ковке заготовку приходится нагревать несколько раз (иногда до шести), то станет ясно, какое большое коли­чество металла идет в отходы в результате угара металла,

Количество образующейся окалины зависит от ско­рости и температуры нагрева метелла, формы заготовки, химического состава стали, вида топлива, пламени и дру­гих факторов.

С повышением температуры процесс окалинообразова-ния идет быстрее. Если скорость окалинообразования при температуре 850...900°С принять за единицу, то ско­рость окисления при 1000 °С будет равна двум, при 1200 °С — пяти, при 1300 °С — семи.

Т&

Чем больше отношение поверхности заготовки к ее объему (поковки сложной формы), тем больше количество металла, при прочих равных условиях, превращается в окалину, так как окисление происходит по поверхности W пропорционально ее величине.

Легированные стали окисляются меньше. Окалина получается тонкой, значит уменьшается угар металла. Однако такая окалина плотяо прилегает к металлу и плохо очищается.

Окалинообразовавие происходит интенсивнее при иа-греве металла на сжигаемом топливе со значительным содержанием серы и при избытке воздуха, когда полу­чается светлое короткое прозрачное пламя, называемое Окислительным.

Следует отметить, что окадинообразование происходит не только при нагреве заготовки, но и при переносе ее от нагревательного устройства к месту ковки и даже в про­цессе ковки. Если заготовка покрылась слоем окалины, то этот слой, как говорят кузнецы, — «шуба», защищает металл от дальнейшего окисления. Если окалина осы­палась, то металл снова окисляется и часто еще быстрее, чем при нагреве.

Для уменьшения потерь металла на окалинообразова-нне или угар необходимо соблюдать следующие условия. По возможности применять малосернистое топливо. На­гревать металл так, чтобы при горении топлива не было избытка воздуха и не получалось окислительного пла­мени. По возможности уменьшать время нагрева заготовок и выдержки их в зоне нагрева. Транспортировать заго­товки от места нагрева до места ковки надо осторожно, не допуская разрушения слоя окалины. С заготовки ока­лину следует счищать непосредственно перед самой ков­кой, на наковальне или нижнем бойке молота.

Обезуглероживание происходит одновременно с окисле­нием железа и выражается в том, что при нагреве стали углерод, содержащийся в ее верхних слоях, выгорает и сталь становится более мягкой. Значит химический со­став стали изменится и не будет соответствовать той марке, из которой должна быть изготовлена деталь. При умень­шении содержания углерода уменьшается прочность и твердость стали, ухудшается способность ее закалива­ться. Глубина обезуглероженного слоя может достигать 2 ... 4 мм, поэтому обезуглероживание опасно и для мел­ких поковок, имеющих небольшие припуски и для поко-

79

Вок, которые после механической обработки подверга­ются закалке. Низкоуглеродистая сталь может не зака­литься.

Процесс обезуглероживания начинается при темпера­туре 800 ... 850 °С. Интенсивность его зависит от содер­жания углерода в стали. Чем больше углерода, тем мед­леннее идет обезуглероживание.

Для крупных заготовок обезуглероживание не опасно, так как в процессе ковки и остывания заготовки углерод перемещается из внутренних слоев к наружным и хими­ческий состав стали выравнивается.

Интенсивное обезуглероживание происходит при со­прикосновении с заготовкой острого окислительного пла­мени в виде языков.

При термической обработке ответственных деталей и инструмента обезуглероживание недопустимо. Поэтому в таких случаях нагрев деталей ведут в специальных за­щитных атмосферах.

Для уменьшения обезуглероживания следует, по воз­можности, не допускать соприкосновения заготовок с окислительным пламенем.

Недогрев — это такой нагрев металла, при котором заготовка нагрелась неравномерно по сечению или участ­кам длины. Очевидно, что такую заготовку нельзя вы­нимать из горна или печи и ковать. Если заготовка с од­ной стороны имеет белый цвет каления, а с другой еще желтый или красный, то из нее будет затруднительно получить поковку требуемой формы. Недогрев заготовок по толщине нельзя обнаружить по цвету каления. Поэ­тому необходимо знать расчетную или опытную норматив­ную величину продолжительности нагрева различных по сечению заготовок и строго ее придерживаться (табл. 5.2). Недогрев может появляться при плохом тепловом ре­жиме. Следовательно, в горне нужно обеспечить соответ­ствующее пламя, а в печи проверить температуру.

Перегрев нельзя обнаружить по внешнему виду нагре­той заготовки и даже в процессе ее ковки. Деталь, изго­товленная из перегретого металла, быстро ломается, так как перегретый металл имеет крупнозернистую струк­туру и поэтому не прочен. Сильно перегретая заготовка иногда разрушается уже при ковке — в углах появляются трещины. Для предотвращения перегрева не следует допу­скать выдержки заготовки в горне или печи при высокой

80

Температуре больше, чем рекомендуется расчетами или нормативами.

Перегрев можно устранить, если заготовку охладить и снова нагреть до температуры 800 ... 850 °С и медленно охладить,

Пережог является ^опасным дефектом нагрева металла. Явление пережога объясняется следующим образом. При температуре выше 1250 ... 1300 °С зерна металла стано­вятся очень крупными, а связь между ними настолько ослабевает, что начинает проникать кислород и сталь при действии на нее небольших сил разрушается. Переж­женную сталь необходимо отправлять на переплавку.

Пережог можно обнаружить по внешнему виду нагре­ваемого металла. Поверхность металла при пережоге имеет ослепительно белый искрящийся цвет. При пере­движении пережженной заготовки от нее отлетают ярко-белые искры.

. Для предупреждения пережога необходимо соблюдать следующее. Не допускать нагрева заготовок острым окис­лительным пламенем и касания поверхностей заготовок этим пламенем. Следить за цветом каления при нагреве заготовок в горне или печи. Не допускать превышения установленного времени выдержки заготовки при вы­сокой температуре. При появлении признаков пережога немедленно удалять заготовку из зоны нагрева. В на­гревательных печах поддерживать температуру на 120 ... 150 °С ниже температуры пережога, указанной в табл. 5.1.

Трещины и раскалывание поковок являются дефектами нагрева металла. Наиболее часто поковки с такими дефек­тами получают из легированных и инструментальных ста­лей вследствие несоблюдения режимов нагрева их и про­должения ковки с температурой ниже температуры окон­чания ковки (см. табл. 5.1). Например, Поперечные тре­щины образуются из-за быстрого нагрева заготовок для ковки до температуры 800 ... 900 °С, при этом наружные слои заготовок успевают нагреться до высокой темпера­туры, достаточной для ковки (см. табл. 5.1), а середины заготовок остаются еще холодными. Поверхностные тре­щины образуются при ковке подстывшего металла, а Раскалывание заготовок от ударов свидетельствует о том, что металл пережжен. Поэтому кузнецам следует тща­тельно соблюдать режимы нагрева (см. выше) и пра­вила ковки указанных и других сталей (см. ниже).

Д1

5.4. Изменения, происходящие в металлах при нагреве и ковке

Пластичность стали увеличивается при нагреве, т. е. когда в ней начинаются внутренние превращения, состоя­щие в укрупнении зерен и ослаблении связей между ними. Поэтому прочность стали уменьшается, она становится мягкой и пластичной. Это позволяет с меньшими усилиями деформировать металлы. Например, для обычной угле­родистой стали 45 при нагревании до 600 °С временное сопротивление ее уменьшается с 600 до 250 МПа, т. е. больше чем в 2 раза. При дальнейшем нагревании стали 45 временное сопротивление ее уменьшается и имеет сле­дующие значения: при 700 °С—150 МПа, при 1000 °С — 55 МПа, при 1200 °С—25 МПа, при 1300 °С — 20 МПа. Следовательно, прочность стали, нагретой до температуры 1200 ... 1300 °С, уменьшается в 25 ... 30 раз по сравнению с холодной сталью. Однако следует иметь в виду, что при нагреве стали до температуры 200 ... 400 °С прочность Ее увеличивается, а пластичность резко уменьшается и она становится хрупкой. Этот интервал температур назы­вают Зоной синеломкости. При таких температурах сталь­ные изделия легче всего ломаются.

При нагреве цветных металлов и их сплавов наблю­дается такое же явление. Разница состоит в том, что они имеют более низкие температуры плавления, чем Сталь, и все критические температуры у них имеют мень­шие значения, чем у сталей. Например, прочность меди уменьшается в 6 ... 7 раз при нагреве с 15 до 800 °С, алюминия—в 30 ... 35 раз при нагреве до 600 °С.

Зернистое строение металла изменяется в зависимости от температуры и скорости деформирования его. Соот­ветственно этим воздействием на металл изменяется и прочность его. Например, нр№ нагреве стали до критиче­ской температуры (723 °С) начинается рост зерен и про­должается вплоть до расплавления его. При нагреве стали до ковочной температуры (см. табл. 5.1) соответственно вырастают и зерна. Если после этого сталь охлаждать без деформации, то обратного явления не наблюдается, т. е. зерна не уменьшаются, а металл становится непрочным и хрупким. Если же сталь подвергать пластической де--формации, например путем ковки, вплоть до температуры окончания ковки (см. табл. 5.1), то зерна не восстанавли* ваются, а металл становится более прочным, твердым в

82

Рис. 5.1. Изменение форм поковок по закону наименьшего сопроти­вления

Износостойким. Чем быстрее будет проходить процесс де­формации металла от начала ковки до конца ковки, тем металл будет прочнее, следовательно, ковку горячего металла рекомендуется проводить как можно быстрее и сильными ударами, потому что при ковке сильно нагре­того металла слабыми ударами в конце ковки он получа­ется - с крупнозернистым строением и поковка будет не прочной. Если требуется небольшая деформация металла, то перед ковкой его можно нагревать несколько ниже тем­пературы начала ковки (см. табл. 5.1), имея в виду, что ковка будет закончена до наступления критической тем­пературы (723 °С).

При продолжении ковки ниже критической температу­ры зерна пластически деформируются (вытягиваются) и остаются в напряженном состоянии, потому что при низкой температуре они уже не успевают переформиро­ваться в более мелкие зерна. После этого металл утрачи­вает пластичность и становится более прочным, твердым и хрупким. Упрочнение металла под действием пласти­ческой деформации называется Наклепом или Нагартов-кой. Наклеп не желателен, так как при этом, кроме хрупкости, резко уменьшается свойство металла обрабаты­ваться резанием.

Закон наименьшего сопротивле­ния заключается в том, что при пластической деформа­ции частицы металла всегда перемещаются по направле­ниям, где встречают наименьшее сопротивление. Напри­мер, брусок металла (рис. 5.1) длиной I и шириной Ь При ковке течет в направлении длины и ширины. Причем частицы металла перемещаются по кратчайшим расстоя­ниям. Увеличение ширины бруска происходит в большей степени, чем увеличение длины - При значительной осадке

83

Брусок принимает форму, близкую к овалу 1, а затем —• к кругу 2 (рис. 5.1, А). Форму круга принимают также квадратные заготовки и заготовки, имеющие в сечении форму треугольника, шестигранника и других много­угольников.

При осадке цилиндра (рис. 5.1, Б) металл течет интен­сивнее в середине по высоте, а не в местах установки и удара. Заготовка приобретает бочкообразную форму.

Зная этот закон, можно направлять течение металла по длине или ширине заготовки и быстрее выполнять опе­рации протяжки и разгонки, применяя более узкий удар­ный или накладной инструмент и соответственно нанося удары по заготовке (см. рис. 7.2, А, б, 7.21, Б и 7.23).

Закон о постоянстве объема указы­вает на то, что при пластической деформации объем ме­талла практически остается йостоянным, т. е. металл при ковке не уплотняется, а только изменяет форму. Если говорить строго, то некоторое уплотнение металла при ковке есть, но оно настолко незначительно, что им пренебрегают и считают, что объем поковки равен объ­ему заготовки за вычетом неизбежных отходов и потерь. Закон о постоянстве объема используется при определе­нии массы и размеров заготовок и поковок, а также пере­ходов ковки (см. гл. 6).

Степенью укова называется отношение пло­щади поперечного сечения заготовки 5з к площади по­перечного сечения поковки Sa после протяжки, т. е.

Y = 5,/sn, или, наоборот, отношение

Y == 5п/5з

Будет также уковом после осадки. Обычно степень укова для сталей из проката составляет 1,5 ... 4, а для слитков достигает 12. С увеличением степени укова увеличивается прочность металла (он лучше прокован), так как полу­чаются более мелкие зерна, поэтому на поковки для от­ветственных деталей задают определенную величину степени укова.

Для поковок с известными диаметрами диаметры за­готовок, с учетом степени укова, можно определять по формулам:

, при протяжке

D^Ydly; (5.3) 84

Где с? з, Da — диаметры заготовки и поковки.

Из формул (5.1) и (5.2) можно получить формулы для определения размеров сечений заготовок, имеющих дру­гие формы. ^

Усадка металла, т. е. уменьшение размеров поковки, наблюдается при охлаждении металла. Для определения усадки надо знать, что при снижении температуры сталь­ной поковки с 750 ... 800 °С (см. табл. 5.1) до 20 °С ее Размеры уменьшаются на 0,75 ... 0,8 %.

Например, поковка длиной 400 мм в нагретом состоя­нии при охлаждении будет иметь длину 400—400.0,8/100= = 396,8 мм. Из примера видно, что усадку следует учи­тывать только при изготовлении достаточно крупных и длинных поковок. Для мелких и средних поковок усадка будет незначительной и находится в пределах допусков.

Влияние расположения волокон на прочность металла. Основным материалом при ковке мелких и средних поко­вок является сортовой прокат. Прокатанная сталь имеет волокнистое строение, получающееся в результате из­мельчения и сплющивания зерен, которые вытягиваются и образуют ориентированные волокна в направлении прокатки. Механические свойства (прочность) металла вдоль и поперек волокон различны. При действии сил вдоль волокон прочность металла больше, чем при дей­ствии их поперек волокон. Перерезание волокон умень­шает прочность деталей из проката.

Ковкой можно переориентировать эти волокна или перепутать их, что будет способствовать получению более прочных деталей из поковок, чем из проката. Примеры такого упрочнения показаны на рис. 5.2.

Изготовить болт можно тремя способами (рис. 5.2, A):

1 — точением из проката диаметром D; 2 — ковкой из проката диаметром D; 3 — осадкой головки из проката диаметром D. Наибольшей прочностью будет обладать болт, изготовленный третьим способом.

В шестерне (рис. 5.2, б), изготовленной из проката резанием, волокна направлены параллельно ее оси. При работе шестерни в зацеплении с зубчатым колесом силы будут направлены поперек волокон, т. е. неблагоприятно. При изготовлении той же шестерни из заготовки, полу­ченной осадкой (рис. 5.2, в), волокна будут иметь радиаль-

85

Рис. 5.2. Влияние расположения волокон на прочность металла

Ное направление, т. е. более благоприятное относительно действия на зуб силы от колеса.

Крюк, изготовленный гибкой и ковкой проката (рис. 5.2, г), будет прочнее, чем крюк, вырезанный из толстой плиты (рис. 5.2, Д).

Коленчатый вал, изготовленный гибкой и ковкой про­ката (рис. 5.2, Е} имеет волокна, направленные вдоль действия рабочих растягивающих сил. Такой же вал, полученный из проката резанием (рис. 5.2, Ж}, имеет неблагоприятное направление волокон, а в некоторых частях волокна перерезаны при обработке. Следовательно,

66

Вал, изготовленный гибкой и ковкой, будет более проч­ным и может иметь меньший диаметр и массу для восприя­тия одинаковой силы с валом, изготовленным с приме­нением обработки резанием.

На рис. 5.2, э показаны два способа образования усту­пов: при помощи топора и полукруглой пережимки. При получении уступа пережымкой вал будет более прочным.

В некоторых случаях требуются поковки, механиче­ская прочность которых должна быть одинаковой во всех направлениях. Очевидно, что в такой поковке волокна должны быть разориентированы и перепутаны во всем объеме поковки. Это достигается путем осадки заготовки в разных направлениях по нескольку раз. Подобная об­работка повышает стойкость, например, штампов в 1,5 ... 2 раза и больше [23]. Иногда этого можно достичь путем кузнечной сварки многих мелких заготовок (отходов) в одну поковку при беспорядочном расположении этих заготовок.

Таким образом, при изготовлении поковок кузнец должен уметь ориентировать направления волокон так, чтобы они совпадали с направлением наибольших растя­гивающих сил, действующих на детали при эксплуатации, и по возможности не перерезать волокна металла при ковке.

Влияние рабочей поверхности инструмента на обра­батываемый металл выражается в следующем. При мень­шей лицевой поверхности инструмента он легче внедря­ется в металл и требуется меньшая сила удара по инстру­менту. Однако острые инструменты перерезают волокна и уменьшают прочность поковки. Поэтому при образова­нии переходов лучше применять инструмент без острых кромок, позволяющий получать плавные переходы у по­ковок.

Между рабочей поверхностью инструмента и металлом при ковке возникают силы трения. Этим и объясняется выпучивание металла (см. рис. 5.1). Силы трения как бы задерживают перемещение металла вдоль ударного или накладного инструмента и он течет преимущественно в ту сторону, где силы трения оказывают меньшее сопротив­ление. Поэтому при протяжке применяют узкие верхние бойки, так как металл течет не вдоль, а поперек бойков или раскаток.

Следует учитывать охлаждающее действие инстру­мента на нагретый металл. Особенно интенсивно это ох­лаждение в начале ковки, когда инструмент сравнительно

87

Холодный, а металл нагрет до ковочной температуры. Так как заготовка с опорным инструментом (наковальней, нижним бойком) соприкасается более продолжительное время, то для выравнивания температуры обрабатывае­мого металла необходимо периодически кантовать его на наковальне или нижнем бойке.

На рабочих поверхностях инструмента не должно быть выбоин, вмятин, нагаров, поэтому его периодически надо зачищать и шлифовать, иначе на металле будут получать­ся неровности, соответствующие выбоинам и вмятинам.

5.5. Особенности ковки легированных и инструментальных сталей

Поковки из легированных и инструментальных сталей, как правило, предназначаются для изготовления наиболее ответственных деталей машин и должны быть всегда вы­сококачественными. Поэтому при нагреве и ковке их необходимо вести ступенчатый режим нагрева. Поковки надо ковать частыми и сильными ударами, при этом пово­рачивая их после каждых двух-трех ударов и постоянно следить за тем, чтобы на заготовке не образовывались острые углы и кромки. При ковке на молотах следует использовать узкие бойки, чтобы хорошо проковать сталь. Нужно обязательно делать осадку не менее 2—3 раз в зависимости от характера ковки. После каждой осадки и последующей протяжки заготовки требуется подвергать промежуточному отжигу. Ковку следует за­канчивать при температуре на 30 ... 50 °С большей, чем температура конца ковки (см. табл. 5.1). При невыпол­нении этих требований (особенно режима нагрева и конца ковки) в металле образуется не наклеп, как у углероди­стых сталей обыкновенного качества, а трещины. Нак­леп — устранимый дефект, а трещины чаще всего при­водят к окончательному браку.

Перед ковкой инструментальной стали марок У7 ... У 13 рекомендуется убедиться, из той ли марки стали полу­чена заготовка. Для этого из нее отковывают брусок сече­нием 10 х 10 мм, который надрубают, затем закаливают и ло­мают. В месте излома металл должен иметь матовый цвет.

Из приведенного видно, что изготовление поковок из легированных и инструментальных сталей более трудо­емко, чем из углеродистых сталей обыкновенного ка­чества.