12.04.2018

Состояние металла в приторцовых зонах


В процессе отрезки пластическая деформация распространяется от поверхности раздела в осевом направлении в глубь заготовки, образуя приторцовые деформированные зоны. Форма и размеры этих зон, величина и распределение в них деформаций зависят от свойств металла, способа и условий отрезки.

Протяженность зон убывает при переходе от не полностью открытой к не полностью закрытой и закрытой отрезке. Наибольшая протяженность зоны пластической деформации наблюдается у заднего конца заготовки, отрезанной не полностью открытой отрезкой. Зона пластической деформации сокращается с увеличением скорости отрезки. Интенсивность деформаций убывает от поверхности торца в глубь зоны.

Отожженные на низкую твердость стальные прутки (190...210 HB) следует разрезать в холодном состоянии. Обычная холодная отрезка производится при температурах 18...26 °С.

При холодной отрезке в зонах пластической деформации развивается упрочнение металла. Поэтому механические характеристики, макро- и микроструктура металла в приторцовых зонах отличаются от исходных. Повышаются временное сопротивление, предел текучести, твердость, снижаются характеристики пластичности. Упрочнение неравномерно в разных местах пластической зоны. Наибольшее повышение твердости наблюдается на поверхности торца.

Вследствие неравномерности напряженно-деформированного состояния в зоне пластической деформации возникают дополнительные напряжения, которые присутствуют в отрезанной заготовке как остаточные. В приторцовых зонах при неоптимальных условиях отрезки могут возникнуть трещины. Макро- и микротрещины на торцах чаще возникают при отрезке заготовок от прутков из хрупких и склонных к трещинообразованию металлов. Наиболее подвержены образованию трещин твердые высокоуглеродистые и легированные стали, например, ШХ15, У10, У8, 20ХН3А и др. Появлению трещин способствует недостаточный зажим прутка.

Причины появления трещин — наличие в металле микродефектов и действие в очаге деформации растягивающих напряжений.

Образование трещин можно предотвратить подогревом прутков перед разрезкой до температуры 50...100 °С. Для высокоуглеродистых и легированных сталей рекомендуется температура подогрева 80 °С. До этой температуры отдельные прутки или связку прутков можно подогреть паром или в водяной ванне.

С целью устранения чрезмерного смятия ножами заготовки из мягкой стали разрезаемый прокат подогревают до температуры синеломкости (250...300 °С), что обеспечивает охрупчивание металла и получение чистого среза.

Прутки, не подвергавшиеся разупрочняющей термообработке (с твердостью до 380 HB), рекомендуется разделять на штучные заготовки с нагревом до температуры ПГОШ (400...800 °С). Необходимость нагрева и выбор интервала температур определяется химическим составом, диаметром прутка и механическими характеристиками материала. Нагрев металла обуславливает существенное уменьшение сил, необходимых для отрезки, и динамических нагрузок. Например, нагрев отожженной стали ШХ15 до температуры 500...600 °C способствует значительному улучшению качества отрезки: поверхность среза становится более плоской, искажения формы уменьшаются и предотвращается трещинообразование. Однако при отрезке с нагревом материалов других марок, в том числе и сталей, качество заготовок может снизиться, поэтому вопрос о целесообразности их нагрева следует решать в каждом конкретном случае с учетом конструкции используемого штампа и требований, предъявляемых к качеству заготовок.

Нагрев проката перед разрезкой проводится в газовых печах или индукционных установках.

При выборе способа нагрева прутков под разрезку следует отдавать предпочтение электронагреву, при котором облегчается автоматизация, обеспечивается более высокая скорость нагрева (10...15 с для заготовок диаметром до 50 мм) по сравнению с пламенным нагревом (30...40 с для тех же диаметров), уменьшается окалинообразование, возможен только местный нагрев в зоне реза.

Другим альтернативным способом отрезки штучных заготовок является отрезка с охлаждением их до криогенных температур. При этом снижается пластичность металла, вследствие чего уменьшается искажение геометрической формы отрезаемых заготовок. Степень влияния охлаждения на характеристики прочности сталей разных марок неодинакова. Охлаждение прутков до температуры -196 °C может быть осуществлено жидким азотом, являющимся сравнительно дешевым, невзрывоопасным, доступным. Для охлаждения до температуры -75 °C может быть использована углекислота.

При отрезке в штампе с охлаждением требуется кроме прутков охлаждать ножи, прижимы и другие рабочие детали, контактирующие с разрезаемым прутком. При отрезке разрушение должно быть вязкопластичным, без хрупких трещин, однако с минимальной пластической деформацией. Этим определяется предельно допустимая температура охлаждения металла для отрезки в штампе, которая должна быть несколько выше температуры перехода металла из вязкого состояния в хрупкое. При отрезке с охлаждением до криогенных температур заметно улучшается плоскость поверхности среза, по данным работы, а угол скоса уменьшается до одного градуса.

Таким образом, применение нагрева или охлаждения до оптимальных температур позволяет отрезать заготовки более высокого качества (значение угла у = 1°, утяжины l = 2 мм), но повышается трудоемкость разделки прутков. Усложняется конструкция штампа, особенно для отрезки с охлаждением до криогенных температур. Все это приводит к повышению себестоимости заготовок. Применение разрезки сдвигом существенно ограничивается неточностью объема отрезаемой заготовки, что обусловлено колебанием ее длины и отклонениями размеров сечения проката. Неточность объема может достигать 9... 11 %, в то время как у заготовок, используемых для ХОШ, она не должна превышать 0,5...1 %.





Яндекс.Метрика