2.5. Строение слитка спокойной стали(эскиз стали, особенности кристаллизации)

Залитая в изложницы сталь отдает теплоту ее стенкам, поэтому затвер­девание стали начинается у стенок изложницы. Толщина закристаллизовавшейся корки непрерывно увеличивается, при этом между жидкой сердцевиной слитка и твердой коркой металла рас­полагается зона, в которой одновремен­но имеются растущие кристаллы и жид­кий металл между ними. Кристалли­зация слитка заканчивается вблизи его продольной оси.

Сталь затвердевает в виде кристаллов древовидной формы—дендритов. Раз­меры и формы дендритов зависят от условий кристаллизации. На строение стального слитка большое влияние ока­зывает степень раскисленности стали. Спокойная сталь (рис. а, г) затвер­девает без выделения газов, в верхней части слитка образуется усадочная ра­ковина , а в средней — усадочная осе­вая рыхлость.

Для устранения усадочных дефектов слитки спокойной стали отливают с прибылью. Сталь в прибыли долгое время остается жидкой и питает слиток, а усадочная раковина располагается в прибыли. Слиток спокойной стали (рис. а) имеет следующее строение: тонкую на­ружную корку А из мелких равноосных кристаллов; зону Б крупных столбча­тых кристаллов (дендритов); зону В крупных неориентированных кристал­лов; конус осаждения Г, мелкокристал­лическую зону у донной части слитка. Стальные слитки неоднородны по хими­ческому составу. Химическая неодно­родность, или ликвация, возникает вследствие уменьшения растворимости примесей в железе при его переходе из жидкого состояния в твердое. Лик­вация бывает двух видов

дендритная и зональная.

Дендритная ликвация — неоднород­ность стали в пределах одного кристал­ла (дендрита)—центральной оси и вет­вей. Например, при кристаллизации стали содержание серы на границах дендрита по сравнению с содержанием в центре увеличивается в 2 раза, фо­сфора—в 1,2 раза, а углерода умень­шается почти наполовину.

Зональная ликвация— неоднородность состава стали в различных частях слит­ка. В верхней части слитка из-за кон­векции жидкого металла содержание серы, фосфора и углерода увеличивает­ся в несколько раз (рис. г), а в ниж­ней части — уменьшается. Зональная ликвация приводит к отбраковке метал­ла вследствие отклонения его свойств от заданных. Поэтому прибыльную и подприбыльную части слитка, а так­же донную» его часть при прокатке обрезают.

2.6. Строение слитка кипящей стали, области применения кипящей стали

В слитках кипящей стали (рис. б, д) не образуются усадочные раковины: усадка стали рассредоточена по полостям газовых пузырей, возникающих при кипении стали в изложнице. При прокатке слитка газовые пузыри завариваются. Кипение стали влияет на зональную ликвацию в слитках, которая развита в них больше, чем в слитках спокойной стали. Углерод, сера и фо­сфор потоком металла выносятся в вер­хнюю часть слитка, отчего свойства стали в этой части слитка ухудшаются. Поэтому при прокатке отрезают только верхнюю часть слитка, так как в донной ликвация мала. Для уменьшения лик­вации кипение после заполнения излож­ницы прекращают, накрывая слиток ме­таллической крышкой («механическое закупоривание»), либо раскисляют ме­талл алюминием или ферросилицием в верхней части слитка («химическое закупоривание»).

Слиток кипящей стали имеет следу­ющее строение (рис. б, д): плотную наружную корку А без пузырей; зону мелких кристаллитов; зону сотовых пузырей П, вытянутых к оси слитка и располагающихся между кристалли­тами Б; зону В неориентированных кристаллитов; промежуточную плот­ную зону С; зону вторичных круглых пузырей К и среднюю зону Д с от­дельными ПУЗЫРЯМИ

3.8.Прокатка: схемы деформирования и технологические особенности получения основных групп проката.

Прокатке подвергают до 90% всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. При прокатке ме­талл пластически деформируется вра­щающимися валками. Взаимное рас­положение валков и заготовки, форма и число валков могут быть различ­ными. Кроме наиболее распространен­ного вида прокатки — продольной (рис. 3.4,6) выделяют еще два ви­да— поперечную и поперечно-винто­вую.

При поперечной прокатке (рис. 3.6,а) валки 7, вращаясь в одном направле­нии, придают вращение заготовке 2 и деформируют ее.

При поперечно-винтовой прокатке(рис. 3.6, б) валки 1 расположены пол углом и сообщают заготовке 2 при деформировании вращательное и по­ступательное движение.

Инструментом для прокатки явля­ются валки, которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими, применяемыми для прокатки листов, лент и т. п.: ступенчатыми, например, для прокатки полосовой стали и ручьевыми для получения сортового проката. Ручьем называют вырез на боковой поверхности валка, а совокуп­ность двух ручьев образует полость, называемую калибром. Каждая пара ручьевых валков обычно образует несколько калибров.

По назначению прокатные станы подразделяют на станы для производ­ства полупродукта и станы для выпуска готового проката. К первой группе относят обжимные станы для прокатки слитков в полупродукт крупного сече­ния и за­готовочные—для получения полупро­дукта более мелкого сечения. К станам для производства готового проката относят: сортовые, листовые, трубные и специальные.

Исходной заготовкой при прокатке служат слитки: стальные массой до 60 т, из цветных металлов и их сплавов обычно массой до 10 т. При произ­водстве сортовых профилей стальной слиток массой до 15 т в горячем со­стоянии прокатывают на блюминге, получая заготовки квадратного (или близкого к нему) сечения, называемые блюма­ми. Блюмы поступают на заготовоч­ные станы для прокатки заготовок требуемых размеров или сразу на ста­ны для прокатки крупных профилей сортовой стали. На заготовочных и сортовых станах заготовка последо­вательно проходит через ряд калибров.

Разработку системы последователь­ных калибров, необходимых для по­лучения того или иного профиля, назы­вают калибровкой.

Все более широкое распространение находит бесслитковая прокатка — получение проката непосредственно по­сле непрерывного литья, минуя опера­ции отливки слитков в изложницы, ихпредварительной обработки в обжимных прокатных станах или ковкой. а также ряд вспомогательных операций

При производстве листового проката стальной слиток массой до 50т в горячем состоянии прокатывают на слябинге или блюминге, получая заготовку прямоугольного. называемую слябом.

При прокатке бесшовных труб первой операцией является прошивка — об­разование отверстия в слитке или круг­лой заготовке. Эту операцию выпол­няют в горячем состоянии на прошив­ных станах.

Последующую прокатку прошитой заготовки в трубу требуемых диаметра и толщины стенки производят на рас­катных станах. Затем для получения заданного диамет­ра трубы прокатывают в калибровоч­ном многоклетьевом стане продольной прокатки без оправки.

Сварные трубы изготовляют из плос­кой заготовки — ленты (называемой штрипсом) или из листов, ширина которых соответствует длине (или по­ловине длины) окружности трубы. Про­цесс изготовления сварной трубы вклю­чает следующие основные операции: гибку плоской заготовки в трубу, свар­ку кромок, уменьшение (редуцирование) диаметра полученной трубы. Для свар­ки чаще применяют следующие спосо­бы: печную сварку, сварку сопротивле­нием и дуговую под флюсом.

Электросваркой можно получать тру­бы большого диаметра (до 2500 мм) с тонкой стенкой (до 0,5 мм) из ле­гированных сталей.

При производстве труб сваркой со­противлением ленты или полосы гнут в холодном состоянии в трубу на непрерывных формовочных станах. При выходе из формовоч­ного стана трубная заготовка поступает на трубоэлектросварочный стан, где кромки трубы прижимаются друг к другу двумя парами вертикальных валков и одновременно свариваются роликовыми электродами. После свар­ки трубу калибруют, разрезают на части.

Периодические профили в основном изготовляют поперечной и поперечно-винтовой прокаткой. На станах попе­речно-винтовой прокатки получают не только периодические профили, но и за­готовки шаров, роликов подшипников качения .

3.9.Способы создания благоприятных условий при обработке давлением трудно деформируемых металлов

Свойствами материала, определя­ющими выбор способа обработки дав­лением, являются его технологическая пластичность и сопротивление дефор­мированию. Технологическая пластич­ность (т. е. способность материала к пластическому формоизменению при конкретной схеме и условиях дефор­мирования) особенно строго регламен­тируется в условиях применения холод­ной обработки давлением.

Ввиду пониженной технологической пластичности высоколегированных ста­лей и труднодеформируемых сплавов их предпочтительно деформировать такими способами, при которых значи-тельно снижаются растягивающие на­пряжения. Например, при ковке про-:яжку целесообразно выполнять в вы­резных бойках, при штамповке предпо­чтительнее применение закрытых штам­пов, в которых схема неравномерного всестороннего сжатия проявляется пол­нее и в большей степени способствует повышению пластичности, чем при штамповке в открытых штампах. По этой же причине наиболее предпоч-: ительна штамповка выдавливанием.

Высоколегированные стали склонны к интенсивному упрочнению, поэтому для их горячего деформирования це­лесообразнее использовать способы, осу­ществляемые на прессах, а не на молотах. Поковки из не­которых труднодеформируемых сплавов получают изотермической штамповкой.

Во избежание трещин заготовки от прутка из высоколегированных сталей отрезают с подогревом до температуры 400—700° С.

Заготовки, имеющие литую струк-туру, обладают, как правило, меньшей пластичностью, чем уже деформирован­ный металл, что необходимо учитывать при выборе способа деформирования. Например, предварительно деформиро­ванные прутки из алюминиевых спла-зов (АК5, АК6) можно подвергать ковке, тогда как слитки этих сплавов при ковке разрушаются.

3.10.Прессование: схемы деформирования особенности получаемой продукции и область рационального применения.

При прессовании металл выдавлива­ется из замкнутой полости через от­верстие, соответствующее сечению прессуемого профиля (см. рис. 3.4, г). Этим процессом изготовляют не только сплошные профили, но и полые (рис. 3.12). В этом случае в заготовке необходимо предварительно получить сквозное отверстие. Часто отверстие прошивают на том же прессе. В процес­се прессования при движении пуансона

1. с пресс-шайбой 5 металл заготовки 2 выдавливается в зазор между мат­рицей 3 и иглой 4. Прессование порассмотренным схемам называется пря­мым. Значительно реже применяют об­ратное прессование.

Исходной заготовкой при прессова­нии служит слиток или прокат. Со­стояние поверхности заготовки ока­зывает значительное влияние на ка­чество поверхности и точность прессо­ванных профилей. Поэтому во многих случаях заготовку предварительно об­тачивают на станке; после нагрева поверхность заготовки тщательно очи­щают от окалины.

Прессованием изготовляют изделия разнообразного сортамента из цветных металлов и сплавов, в том числе прутки диаметром 3—250 мм, трубы диамет­ром 20—400 мм со стенкой толщиной 1,5—12 мм и другие профили. Из углеродистых сталей 20, 35, 45, 50, конструкционных ЗОХГСА, 40ХН, коррозионно-стойких 12Х18Н10Т и других высоколегирован­ных сталей прессуют трубы с внутрен­ним диаметром 30—160 мм со стенкой толщиной 2—10 мм, профили с полкой толщиной 2—2,5 мм и линейными раз­мерами поперечных сечений до 200 мм.

При прессовании металл подверга­ется всестороннему неравномерному сжатию и поэтому имеет весьма высо­кую пластичность. Коэффициент, харак­теризующий степень деформации и определяемый как отношение пло­щади сечения заготовки к площади сечения прессуемого профиля, при прессовании составляет 10—50.

Прессованием можно обрабатывать такие специальные стали, цветные ме­таллы и их сплавы, которые ввиду низкой пластичности (особенно в литом состоянии) другими видами обработки давлением деформировать невозможно или затруднительно.

Прессованием можно получать про­фили сложных форм, которые не могут быть получены другими видами об­работки металлов давлением (в част­ности, прокаткой). Точность прессован­ных профилей выше, чем прокатанных.

К недостаткам прессования следует отнести большие отходы металла: весь металл не может быть выдавлен из контейнера, и в нем остается так называемый пресс-остаток, который по­сле окончания прессования отрезается от полученного профиля. Масса пресс-остатка может достигать 40% массы исходной заготовки (при прессовании труб большого диаметра).

3.11Волочение: схемы деформирования особенности получаемой продукции и область применения.

Исходными заготовками для волоче­ния служат прокатанные или прессован­ные прутки и трубы из стали, цветных металлов и их сплавов.

Волочение труб можно выполнять без оправки (для уменьшения внешнего диаметра) и с оправкой (для уменьше­ния внешнего диаметра и толщины стенки). На рис. 3.13, а показана схема волочения трубы 1 на короткой удер­живаемой оправке 3. В этом случае профиль полученной трубы определя­ется зазором между волокой 2 и оправ­кой 3.

Поскольку тянущая сила, приложен­ная к заготовке, необходима не только для деформирования металла, но и для преодоления сил трения металла об инструмент, эти силы трения стараются уменьшить применением смазки и по­лированием отверстия в волоке.

Обычно для получения необходимых профилей требуется деформация, пре­вышающая допустимую за один про­ход, поэтому применяют волочение че­рез ряд постепенно уменьшающихся по диаметру отверстий. Но, поскольку во­лочение осуществляют в условиях хо­лодной деформации, металл упрочня­ется. Для восстановления пластичности упрочненный волочением металл подвергают промежуточному отжигу.

Волочением обрабатывают различ­ные сорта стали и цветные металлы: медь и ее сплавы, алюминий и его сплавы и др. Сортамент изделий, из­готовляемых волочением, очень разно­образен: проволока диаметром 0,002— 5 мм и фасонные профили, примеры которых показаны на рис. 3.13, б (приз­матические и фасонные направляющие; сегментные, призматические и фасон­ные шпонки; шлицевые валики; опор­ные призмы и ножи и т. д.). Волоче­нием калибруют стальные трубы диа­метрами от капиллярных до 200 мм, стальные прутки диаметрами 3— 150 мм.

Поскольку волочение производят в условиях холодной деформации, оно обеспечивает точность размеров (сталь­ная проволока диаметром 1 —1,6 мм имеет допуск 0,02 мм), низкую шеро­ховатость поверхности, получение очень тонкостенных профилей.

Волочение производят на ба­рабанных и цепных волочильных ста­нах. Барабанные станы слу­жат для волочения проволоки, труб небольшого диаметра, наматываемых в бунты. Исходную заготовку в виде бунта укладывают на барабан 1. Пред­варительно заостренный конец прово­локи пропускают через отверстие воло­ки 2 и закрепляют на барабане 3, который приводится во вращение от электродвигателя через редуктор и зуб­чатую передачу 4. Кроме станов для однократного волочения, один из ко­торых показан на рис. 3.14, существуют станы для многократного волочения. Последние имеют до 20 барабанов с установленными перед каждым из них волоками. На цепных станах тя­нущее устройство совершает прямоли­нейное возвратно-поступательное дви­жение. Такие станы применяют для волочения прутков и труб, которые нельзя наматывать в бунты.