7 популярных сталей для ковки: Исчерпывающее руководство

1. Ковка углеродистой конструкционной стали

Содержание углерода в углеродистой конструкционной стали низкое, с широким диапазоном температур ковки; при нагреве до высоких температур она имеет низкое сопротивление деформации, хорошую пластичность и легко поддается ковке. При ковке из стальных слитков или заготовок не возникает проблем с обеспечением требуемой формы поковки. Халатность и небрежность в производственных операциях являются основными причинами образования отходов при ковке этого вида стали.

2. Ковка легированной конструкционной стали

Легированная конструкционная сталь, благодаря низкому содержанию углерода и невысокому содержанию легирующих элементов, обладает хорошей пластичностью, теплопроводностью, низким сопротивлением деформации, а также широкой температура ковки без особых требований к нагреву и ковке.

Особые требования. Сопротивление высокотемпературной деформации многих низколегированных сталей такое же, как и у углеродистых конструкционных сталей. Однако при первоначальной ковке, поскольку исходная структура еще не разрушена, усилие ковки должно быть меньше. Когда сталь приобретает большую пластичность, для ковки можно использовать большее усилие ковки.

Явление налипания оксидной окалины на поверхности никель-хромовой конструкционной стали очень серьезное, особенно для стали с низким содержанием углерода, и иногда может появиться тонкий и прочный оксидный слой, который необходимо тщательно удалить в процессе ковки.

 3. Ковка углеродистой инструментальной стали

К распространенным углеродистым инструментальным сталям относятся T7, T8, T10, T12 и т. д. с содержанием углерода от 0,7% до 1,2% (массовая доля), пригодные для изготовления пуансонов, зубил, протяжек, штампов и ножей для ножниц. Эти Стали имеют более высокую твердость и прочностью, но хуже пластичностью и общей кузнечной способностью. Поэтому необходима предварительная ковка, особенно для сталей с повышенным содержанием углерода. Пластичность этой стали значительно ухудшается с понижением температуры.

Начальная температура ковки обычно составляет от 1100 до 1150°C, а диапазон температур ковки углеродистой инструментальной стали меньше, чем углеродистой конструкционной стали. Чем выше содержание углерода, тем ниже должна быть температура нагрева; в противном случае легко вызвать перегрев или пережог. Поэтому иногда при заготовке этой стали необходимо увеличить количество нагревов. Начальная температура ковки стали T12 не должна превышать 1100°C, иначе зерна огрубеют, и в процессе ковки легко образуются трещины.

При ковке углеродистой инструментальной стали удары молота должны идти от легких к тяжелым, с соответствующим коэффициентом ковки (обычно Y=2~4): переворачивание должно быть равномерным, острые края должны быть сглажены в любое время, чтобы избежать угловых трещин: при слишком низкой температуре ковка должна быть остановлена, повторно нагрета, а затем снова выкована. После ковки охладите на воздухе до температуры около 700°C, затем закопайте в песчаную золу для охлаждения, чтобы предотвратить осаждение крупных сетевых карбидов при ковке.

При ковке углеродистой инструментальной стали, если молот останавливается на длительное время, что приводит к длительному нагреву стали при высоких температурах, глубина обезуглероженного слоя увеличивается. Если сталь медленно охлаждать после высокотемпературного нагрева, карбиды могут графитироваться, становясь слабыми местами в стали, что приведет к браку.

4. Ковка легированной инструментальной стали

Ковка низколегированной инструментальной стали аналогична ковке углеродистой инструментальной стали. Для предотвращения образования сетевых карбидов чем ниже конечная температура ковки, тем лучше (ближе к нижней критической температуре), при этом необходимо обеспечить быстрое охлаждение поковки ниже критической температуры для предотвращения повторной агрегации и роста карбидов.

Быстро охладите до температуры ниже критической для изоляции, чтобы предотвратить повторную агрегацию и рост карбида.

Легированная инструментальная сталь с высоким содержанием углерода и составом сплава, ее заготовки и стальные поковки такие же, как и поковки из быстрорежущей стали.

5. Ковка пружинной стали

Пружинная сталь используется для ковки различных пружин. Пружинные стали подразделяются на углеродистую пружинную сталь (массовая доля углерода от 0,6% до 0,9%) и легированную пружинную сталь (массовая доля углерода от 0,5% до 0,7%).

Пружинная сталь имеет высокое содержание углерода и содержит легирующие элементы, такие как хром, марганец и кремний, обладает низкой пластичностью, высоким сопротивлением деформации, температурным диапазоном ковки и кузнечной способностью, схожей с углеродистой инструментальной сталью. Общие этапы обработки пружин включают в себя торцевую ковку проката и навивку пружин.

Во время нагрева для предотвращения таких дефектов, как огрубление зерна и обезуглероживание, необходимо строго контролировать температуру нагрева и время выдержки, при этом температура нагрева не должна превышать 950°C. Поверхность кованой заготовки не должна иметь таких дефектов, как трещины, складки и обезуглероживание, чтобы обеспечить пружине высокую усталостную прочность.

6. Ковка подшипниковой стали

К распространенным подшипниковым сталям относятся марки GCr4, GCr15 и GCr15SiMn. Средняя массовая доля углерода в подшипниковой стали составляет около 1%, а массовая доля хрома - от 0,6% до 1,5%, обычно используется для изготовления колец и шариков подшипников.

Из-за высокого содержания углерода в подшипниковой стали, карбиды хрома в виде сети существуют в литом состоянии, с сильной сегрегацией, поэтому пластичность низкая, прочность высокая, а сопротивление деформации большое, что делает ее легко растрескивающейся во время ковки. Подшипниковая сталь обладает плохой теплопроводностью, а самая высокая температура ковки составляет около 1100°C. При нагреве ее следует загружать при низкой температуре и медленно нагревать до 800°C, после чего можно быстро нагревать.

Основное внимание при ковке подшипниковой стали уделяется разрушению карбидов, гомогенизации структуры и измельчению зерен. Процесс требует большего коэффициента ковки (Y = 4-6) и включает 1-2 раза расстроповки. Последний нагрев должен исключать критическую деформацию: при 1100°C величина деформации должна быть больше 20%; при 900-1000°C величина деформации должна быть > 15%; при 800-850°C во время отделки величина деформации < 10%. Температура окончательной ковки должна контролироваться на уровне 800-850°C.

После ковки быстро (распылением) охладите до 600-650°C, затем охладите в песке, чтобы избежать образования белых пятен или грубых сетевых карбидных структур. Для получения сфероидизированных науглероженных тел после ковки необходим сфероидизирующий отжиг. Если в поковке появляются сетевые карбиды, перед сфероидизирующим отжигом следует провести нормализацию.

7. Ковка высоколегированной стали

Из-за наличия множества легирующих элементов (общая массовая доля более 10%) и повышенного содержания углерода (за исключением нержавеющей стали) высоколегированная сталь имеет сложную структуру, более низкую теплопроводность по сравнению с обычной легированной и углеродистой сталью, плохую пластичность и склонна к растрескиванию. Некоторые высоколегированные стали также склонны к росту зерен при нагреве, что приводит к перегреву и горению. При ковке высоколегированной стали необходимо учитывать следующие характеристики:

1) Поверхностные дефекты должны быть удалены до нагрева слитка, чтобы предотвратить дальнейшее увеличение дефектов во время нагрева и ковки. Поверхностные дефекты обычно можно удалить шлифованием с помощью шлифовального круга, а для некоторых видов стали также необходимы такие методы, как точение и строгание.

2) Нагрев должен осуществляться строго в соответствии с техническими условиями на нагрев. Поскольку высоколегированная сталь обладает особенно низкой теплопроводностью при низких температурах и плохой пластичностью, при низких температурах и структурных переходах ее следует нагревать медленно; при высоких температурах, когда теплопроводность повышается, а пластичность увеличивается, ее можно нагревать быстро.

3) Строго контролируйте диапазон температур ковки. Начальная температура ковки высоколегированной стали обычно ниже, чем у углеродистой конструкционной стали, а конечная температура ковки выше, чем у углеродистой конструкционной стали. Выбираемый диапазон температуры ковки для углеродистой стали составляет 350-400°C, в то время как для некоторых высоколегированных сталей он составляет всего 100-200°C.

Поэтому диапазон температур ковки высоколегированной стали относительно невелик, а действия при ковке должны быть быстрыми. Во избежание образования трещин никогда не ковать ниже конечной температуры ковки. Чтобы точно контролировать конечную температуру ковки, используйте высокотемпературный манометр для измерения в любое время.

4) Литая структура высоколегированной стали имеет сильные столбчатые кристаллы и плохую пластичность при высоких температурах. Поэтому при ковке стальных слитков следует использовать легкие и быстрые удары молотом, а затем сильные удары для разрушения грубых карбидов и столбчатых кристаллов, улучшающих пластичность; легкая ковка должна быть повторена при конечной температуре ковки.

5) При удлинении высоколегированной стали ее следует подавать равномерно, начиная со стоячего конца слитка, контролируя, чтобы каждый ковочный удар продвигался на 3/5 - 4/5 ширины наковальни; следует практиковать частые подачи и повороты, избегая повторной ковки в одном месте. Если величина подачи варьируется, это приведет к неравномерной деформации и легкому образованию трещин.

6) Распределение карбидов сети в высоколегированной стали крайне неравномерно, зерна крупные, поэтому следует использовать крупнотоннажное ковочное оборудование и больший коэффициент ковки, а для рафинирования и равномерного распределения карбидов применять методы ковки с расстройкой и удлинением попеременно.

7) Если в процессе ковки появляются трещины, их следует незамедлительно устранить, чтобы предотвратить дальнейшее расширение трещин. Если трещины серьезные, ковку следует немедленно прекратить.

8) При удлинении заготовок из высоколегированной стали на плоской наковальне сердцевина часто разрывается. Поэтому заготовку можно удлинить на V-образной нижней наковальне и верхнем и нижнем штампах (каплевидная ковка), чтобы перевести сердечник из состояния растяжения в состояние сжатия.

9) При штамповке заготовок из высоколегированной стали, чтобы предотвратить растрескивание стенок отверстий, пуансон необходимо предварительно нагреть до температуры около 300°C.

10) Высоколегированная сталь должна медленно охлаждаться после ковки.