Результат интеллектуальной деятельности: СЛИТОК ДЛЯ ДЕФОРМИРОВАНИЯ

Изобретение относится к кузнечно-прессовому производству и может быть использовано в прокатных и кузнечно-прессовых цехах 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 B21B 19/04 от 05.05.1974).

Однако форма поперечного сечения такого слитка не позволяет достигать существенного снижения ликвации и дефектов усадочного происхождения в его осевой зоне, вследствие чего при ковке не обеспечивается благоприятная схема напряженного состояния с по меньшей мере минимумом растягивающих напряжений и, как следствие, нередко не только не позволяет интенсифицировать проработку литой структуры, но и 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 части 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 донной его части к вершинам лучей головной 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 сдвиговых деформаций, что снижает качество поковок.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение этого недостатка, а именно повышение плотности изготавливаемых из слитка поковок с одновременным увеличением их прочностных характеристик, особенно ударной вязкости.

Поставленная задача решается тем, что у слитка для деформирования, имеющего трехлучевое поперечное сечение с наклоном вершин лучей от головной его части к донной, согласно предлагаемому решению, угол наклона каждого соседнего луча однонаправлено монотонно возрастает на угол 1,1÷1,5°.

Выполнение слитка заявляемой конструкции позволяет при ковке увеличить величину сдвиговых деформаций и, тем самым, более полно путем дробления проработать литую структуру поковок, преимущественно в осевой зоне слитка, повысить их плотность и, как следствие, увеличить их прочностные характеристики, особенно ударную вязкость. Особенно данный эффект важен при ковке слитков из легированных марок сталей.

Величина угла наклона лучей от головной части слитка к донной может однонаправлено изменяться как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки, увеличиваясь в соседнем луче на угол 1,1÷1,5°. Заявляемые углы наклонов лучей могут быть выполнены как по всей высоте тела слитка, так и на его головной части, предпочтительно на 1/3-1/4 высоты тела слитка, где в наибольшей степени наблюдаются дефекты после литья.

Уменьшение угла наклона в соседнем луче менее 1,1° не обеспечивает градиентно значимой интенсификации сдвиговых деформаций, а увеличение его свыше 1,5° приводит к зажимам.

Предлагаемый слиток для деформирования изображен на фиг.1-5, где на фиг.1 изображен общий вид слитка, на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 - сечение АОБ фиг.2, на фиг.4 - сечение ВОГ фиг.2, на фиг.5 - схема асимметричного дробления очага деформации на локализованные объемы.

Слиток для деформирования состоит из прибыли 1 и тела 2, имеющего трехлучевое поперечное сечение с лучами 3, 4 и 5. Вершина луча 3 наклонена от головной части в сторону донной части на угол α₃. Соответственно вершины лучей 4 и 5 наклонены под углами α₄ и α₅. Угол наклона α₄ вершины соседнего луча 4 больше угла наклона α₃ вершины луча 3 на величину 1,1÷1,5°. Угол наклона α₅ вершины соседнего луча 5 больше угла наклона α₄ на 1,1÷1,5°.

Деформация предлагаемого слитка осуществляется следующим образом.

Предварительно нагретый слиток, состоящий из прибыли 1 и тела 2, помещают между плоским бойком 6 и вырезным бойком 7 таким образом, чтобы имеющий максимальный угол наклона вершины луч 5 контактировал с плоским бойком 6, а лучи 3 и 4 - с вырезным бойком 7, и прикладывают вертикальное усилие к плоскому бойку 6, придавая ему перемещение по направлению к вырезному бойку 7. Вследствие разницы углов наклона каждого соседнего луча трехлучевого поперечного сечения слитка на 1,1÷1,5° инициируется асимметричное с эксцентриситетом е дробление очага деформации на локализованные объемы 3а, 4а и 5а (фиг.5) с преимущественным развитием сдвиговых деформаций в направлениях, обозначенных стрелками. При этом дробление очага деформации на локализованные объемы 3а, 4а и 5а сопровождается асимметрично последовательным нарастанием величины смещаемых объемов в первую очередь у луча 5, имеющего максимальный угол наклона своей вершины, затем у луча 4 и наконец у луча 3, имеющего минимальный угол наклона своей вершины, причем не только в поперечном, но и продольном сечениях трехлучевого слитка. Такой механизм асимметричного дробления очага деформации в поперечном, но и продольном сечениях трехлучевого слитка обеспечивает возникновение многонаправленных сдвиговых деформаций, увеличивающих турбулентность металлопотоков в объеме поковок, что способствует дополнительной проработке их литой структуры.

Последующие кантовки на 120° с размещением сначала луча 4, а затем луча 3 под плоским бойком 6, сопровождающиеся обжатиями, способствуют дальнейшему асимметричному дроблению очага деформации с дальнейшей активизацией многонаправленных сдвиговых деформаций, что позволяет при ковке более полно проработать литую структуру поковок, преимущественно в осевой зоне слитка.

Пример. Согласно предлагаемому решению были изготовлены слитки с традиционным восьмигранным и с трехлучевым поперечным сечениями из сталей марок Ст.45 и 17ГС массой 8 т (снимок данного слитка, а также его продольное сечение с отпечатками сернистых включений приложены к материалам заявки). У слитков с трехлучевым поперечным сечением углы наклона вершин лучей от головной части к донной составляли 2° (прототип) и однонаправлено против часовой стрелки возрастали у предлагаемого слитка и соответственно составляли 2°; 2°+1,1°=3,1° и 3,1°+1,1°=4,2°. Деформация партии таких слитков из сталей марок Ст.45 и 17ГС массой 8 т на прессе свободной ковки с уковом 2,7 позволяет получить сравнительные результаты механических испытаний, приведенных в таблице. Образцы для испытаний на растяжение и пористость изготовлены от вырезанных на расстоянии 20 мм от концов поковок валов поперечных темплетов толщиной 210 мм.

В результате реализации предлагаемого слитка для деформирования достигается по отношению к прототипу для поковок из стали:

- Ст.45 осевая рыхлость поковок снижается более чем на 30% (на 0,5 балла), результаты механических испытаний возрастают: предел прочности на 3,9% с меньшим на 18,6% среднеквадратичным отклонением, относительное удлинение на 14,1% с меньшим на 28,6% среднеквадратичным отклонением, ударная вязкость на 7,4% с меньшим на 25,5% среднеквадратичным отклонением, что свидетельствует о значимом влиянии отличительных признаков предлагаемого слитка для деформирования;

- 17ГС осевая рыхлость поковок снижается более чем на 30% (на 0,5 балла), результаты механических испытаний возрастают: предел прочности на 2,8% с меньшим на 30,4% среднеквадратичным отклонением, относительное удлинение на 17,9% с меньшим на 40,9% среднеквадратичным отклонением, ударная вязкость на 10,1% с меньшим на 21,1% среднеквадратичным отклонением, что свидетельствует о значимом влиянии отличительных признаков предлагаемого слитка для деформирования.

Предлагаемый слиток для деформирования найдет применение в прокатных и кузнечно-прессовых цехах металлургических и машиностроительных заводов преимущественно для деформации крупных слитков из легированных марок стали.