Пластичность и течение металла

Заготовки, подлежащие обработке ковкой, нагревают до ковочной температуры. В результате этого металл переходит в такое состояние, при котором кузнец ударами молота или давлением пресса заставляет металл течь или смещаться в нужном направлении до тех пор, пока заготовке не будет придана нужная форма и размеры.

Если круглую заготовку из стали с содержанием 0‚9% углерода (длина заготовки примерно в полтора раза больше ее диаметра) нагреть до температуры 1100° и начать обрабатывать на молоте, то под действием ударов бойка заготовка начнет осаживаться в стороны. В верхней и нижней частях заготовка обычно осаживается меньше, а посередине - больше. Это происходит вследствие того, что металл течет в центре заготовки интенсивней, чем в местах, где он соприкасается с бойками.

Заготовка после окончания ее обработки обычно получает форму бочки.

Процесс ковки круглой заготовки показывает, что металл неодинаково течет во всех направлениях. На течение металла в процессе ковки оказывают влияние размеры бойков, отделка их рабочей поверхности, охлаждающее действие бойков на обрабатываемую заготовку, трение между бойками и поковкой.

Бойки для ковки выбирают в зависимости от формы и размера поковок, марки обрабатываемой стали, технологии ковки, типа оборудования.

При пластическом деформировании между бойками зажимается объем металла. Объем металла, зажатый между бойками, называется очагом деформации. Форма очага деформации определяется длиной бойка и шириной заготовки. В широком очаге деформации большая часть металла течет в длину, а в длинном очаге деформации, наоборот, большая часть металла течет в ширину.

Такое течение металла в длину и ширину соответствует закону наименьшего сопротивления. Течение металла в процессе ковки зависит от ширины бойков. Например, при вытяжке металла узкими бойками деформируемый металл течет по закону наименьшего сопротивления вперед (поперек бойков). Поэтому при вытяжке металла пользуются узкими бойками или вытяжку производят короткой прихваткой. Для получения гладкой поверхности поковок, изготовляемых путем вытяжки, подача металла производится обычно на величину 0,4 - 0,8 ширины бойков.

При рассмотрении процесса осадки круглой заготовки было отмечено, что металл в центре заготовки течет интенсивнее,чем в местах, где она соприкасается с бойками. Это явление объясняется, с одной стороны, наличием поверхностного трения между бойками и поковкой, с другой - охлаждающим действием бойков на обрабатываемый металл.

Трение заготовки о бойки молота образуется из-за шероховатой поверхности бойков. Для уменьшения трения между бойками и заготовкой необходимо применять наиболее чистые бойки, специальную смазку для бойков или пользоваться бойками с полированной поверхностью. Применение смазки способствует скольжению металла заготовки относительно бойков, что повышает его деформацию.

Охлаждающее действие бойков на поверхность обрабатываемой заготовки также влияет на течение металла. Холодные бойки при соприкосновении с заготовкой отнимают тепло с ее поверхности, уменьшают пластичность металла. На практике нагрев бойков молота осуществляется чаще всего куском горячего металла: раскаленный кусок металла кладут на нижний боек и прижимают его верхним бойком.

НАГРЕВ МЕТАЛЛА И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Для повышения пластичности и ковкости металла его подвергают нагреву в кузнечных горнах или печах. Нагрев металла осуществляется путем передачи ему тепла, выделяемого при сжигании топлива.

Процесс горения топлива. Сжигание топлива происходит в процессе горения, т. е. быстрого соединения горючих элементов топлива - углерода, водорода и серы с кислородом воздуха. Если в топку подается достаточное количество воздуха, а следовательно, и кислорода, то происходит полное сгорание основных горючих элементов - углерода и водорода и выделяется значительное количество тепла.

При подаче недостаточного количества воздуха, а следовательно, и кислорода, сгорание горючих элементов будет неполным и тепла выделится меньше. Например, при неполном сгорании углерода тепла выделится в три с лишним раза меньше, чем при полном сгорании. Поэтому всегда нужно подавать в топку печи или в горн достаточное для полного сгорания топлива количество воздуха. Однако следует иметь в виду, что избыток подаваемого воздуха вредно влияет на качество нагреваемого металла.

О количестве воздуха, подаваемого в топку печи или в горн, можно судить по следующему внешнему признаку. При большом избытке воздуха из трубы выходит светлый, мало заметный для глаза дым, а пламя в печи или горне - короткое, состоящее из небольших блестящих язычков. Такой избыток воздуха вызывает местные перегревы и пережоги металла, и поэтому подача воздуха должна быть уменьшена.

При недостаточной подаче воздуха из трубы выходит густой черный дым, а пламя в печи или горне - длинное красного цвета с черными прожилками. Такая подача воздуха замедляет нагрев металла, вызывает излишний расход топлива и поэтому должна быть увеличена.

Более точно характер процесса горения и величину подачи воздуха определяют специальными приборами - газоанализаторами, которые анализируют состав отходящих газов (дыма). На основании этих данных регулируют подачу воздуха в кузнечную печь.