Производство поковок

                           В. А. Назарьян И. Н. Панкратов
Г. Н. Кулик





ПРОИЗВОДСТВО




                ПОКОВОК









САНКТ-ПЕТЕРБУРГ ХИМИЗДАТ 2024

УДК 621.73 Н 191


Издание осуществлено за счет средств ОАО «Дефорт» (механическая обработка и хромирование длинномерных изделий, детали и арматура, работающие при сверхвысоком давлении)


       Рецензент ы:
       д-р техн. наук, проф. СПбГПУ Б. Н. Востров;
       д-р техн. наук, проф. БГТУ им. Д. Ф. Устинова (ВОЕНМЕХ) Ю. И. Гуменюк






        | Назарьян В. АД Панкратов И. Н., Кулик Г. Н.

Н 191 Производство поковок. — СПб.: ХИМИЗДАТ, 2024, изд. 2-е, стереот. — 132 с., ил.
        ISBN 978-5-93808-451-3

           Обобщен многолетний опыт научно-исследовательской и производственной деятельности в области изготовления поковок.
           Изложены практические рекомендации по интенсификации и оптимизации процесса ковки.
           Книга предназначена для работников машиностроительных и металлургических предприятий, а также аспирантов и студентов, специализирующихся на обработке металлов давлением.



Н 2704030000⁻007    объяВл.
    050(01)—24

© Назарьян В. А., Панкратов И. Н.,
                                  Кулик Г. Н., 2011
ISBN 978-5-93808-451-3            © химиздат, 2011, 2024

СОДЕРЖАНИЕ



Предисловие                                                 4

1. Требования к заготовкам деталей, получаемым ковкой       5
2. Технологические процессы производства поковок            20
3. Технологические ограничения при протяжке                 35
4. Оптимизация режимов протяжки поковок комбинированными    40
   бойками
5. Обкатка (проглаживание)                                  54
6. Решение проблемы увода оси при протяжке в комбинированных 62 бойках
7. Особенности режима нагрева слитков и заготовок под ковку 65
8. Дефекты, возникающие при ковке                           86
9. Ковочное оборудование и тенденции его развития           97

Литература                                                  112
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Схема типового расчета технологии раскатки 116 на прессах кольцевых заготовок (по М. Г. Златкину и И. М. Балясному)
ПРИЛОЖЕНИЕ II. Определение рабочего и холостого хода        126
                ковочного пресса

ПРЕДИСЛОВИЕ



   Ковка — одно из старейших занятий человечества. Однако и в настоящее время технология производства поковок постоянно совершенствуется, поэтому рассматриваемые в брошюре вопросы весьма актуальны.
   Цель работы — способствовать повышению качества заготовок деталей за счет использования обобщенных сведений о развитии технологии производства поковок, в том числе применения принципов оптимизации технологии ковки. Излагаемый материал ранее существовал только в разрозненной технической литературе, что неудобно в практической работе.
   Книга включает 9 глав. В первой главе рассматриваются требования к поковкам, дан подробный обзор соответствующих ГОСТов. Вторая глава посвящена технологическим процессам ковки, главы с третьей по шестую — технологическим ограничениям при протяжке, оптимизации режимов протяжки поковок комбинированными бойками, обкатке и проблеме увода оси. В седьмой и восьмой главах рассмотрены особенности нагрева слитков и заготовок под ковку и дефекты, возникающие в них.
   Авторы благодарят за помощь при работе над рукописью Л. П. Белову, рецензентов В. Н. Вострова и Ю. И. Гуменюка, а также ОАО «Дефорт» за поддержку при издании данной книги.

        1. ТРЕБОВАНИЯ К ЗАГОТОВКАМ ДЕТАЛЕЙ, ПОЛУЧАЕМЫМ КОВКОЙ




   Поставка поковок потребителю производится по чертежам, на которых указываются: марка стали, категория прочности (или твердости), документ, регламентирующий качество поковки (ГОСТ, ОСТ или ТУ), наиболее нагруженное место в условиях эксплуатации готового изделия, припуски под механическую обработку и вырезки проб для определения механических свойств, проверки остаточных напряжений. Кроме этого, должны быть показаны места контроля травлением, снятия отпечатков на выявление металлургических дефектов.
   Чертеж согласуется между поставщиком и заказчиком, а в отдельных случаях — с головной металловедческой организацией.
   Требования к поковкам в общих случаях регламентируются ГОСТами. Так, поковки общего назначения диаметром до 800 мм из конструкционных углеродистых, низколегированных и легированных сталей согласно ГОСТ 8479-70 разделены на пять групп: I группа — поковки без испытаний; II и III группы — поковки с испытаниями на твердость, причем для поковок II группы предварительную термическую обработку выполняют для всей партии одновременно, а поковки III группы термообрабатывают по одинаковому режиму; IV группа — поковки с испытаниями на растяжение, ударную вязкость и твердость для поковок одной плавки и совместной термообработки; V группа — принимается индивидуально каждая поковка.
   Отнесение поковки к той или иной группе производится потребителем, и ее номер указывается на чертеже детали.
   По требованию потребителя в чертежах или специальных технических условиях указываются дополнительные испытания при сдаче поковок. К таким испытаниям относятся: проверка на флокены, проба по Бауману, ультразвуковой контроль, перископический контроль, определение величины остаточных напряжений, предела текучести и ударной вязкости

5

при рабочих и отрицательных температурах, макро- и микроанализ структуры, проба на загиб, размеры зерна, оценка содержания неметаллических включений и другие.
   Поковки, поставляемые после окончательной термообработки, разделяются по категории прочности.
   Категории прочности и соответствующие им нормы механических свойств регламентируются ГОСТ 8479—70, в котором также указаны рекомендуемые марки стали в зависимости от размера сечения поковки и требуемой категории прочности.
   Требования, регламентируемые ГОСТом, указываются в условных обозначениях на чертежах поковок. Так, например:
   Гр. II (III) - НВ 140-159 ГОСТ 8479-70 - поковки II и III группы с твердостью НВ 140-159.
   Гр. IV (V) - КП 60 ГОСТ 8479-70 - поковки IV и V группы с категорией прочности КП 60, т. е. от = 60 кгс/мм² (588 МПа).
   Общие требования к поверхности поковок допускают отдельные дефекты, если глубина их, определяемая контрольной вырубкой или зачисткой, не превышает 75 % одностороннего фактического припуска. Если глубина дефектов превышает односторонний припуск, то для поковок из углеродистой и низколегированной стали допускается заварка дефектов с предварительной вырубкой.
   Поставляемые заготовки должны быть маркированы со стороны, соответствующей прибыльной части слитка, обозначением чертежа заготовки, номера плавки и номера поковки. Маркировка наносится ударным способом на зачищенном до металлического блеска месте поверхности заготовки.
   Все перечисленные выше требования указаны в ГОСТах. Однако не меньший интерес для специалистов имеют требования, предъявляемые к наиболее ответственным изделиям. Так, например, для изготовления заготовок валов и цельнокованых роторов паровых турбин они представлены в табл. 1.1 и 1.2.
   Химический состав стали определяют в соответствии с требованиями перечисленных ниже стандартов или другими методами, обеспечивающими необходимую точность анализа.
   ГОСТ 12344-2003 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения углерода
   ГОСТ 12345-2001 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения серы
   ГОСТ 12346-78 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения кремния

6

ТАБЛИЦА 1.1
Механические свойства заготовок валов и роторов в зависимости от категории прочности

 Категория                          <Ю2, МПа    ов, МПа                       ан, КСЦ,      Угол         Рекомендуемые      
 прочности         Образцы           кге/мм     кге/мм      8s, %    V, %       кДж/м      загиба         марки стали       
                                                                               кгсм/см                                      
            Продольные,           >343          >569                        >392                                            
            с конца вала                    >35 >58                         >4                                              
            Т ангенциальные,               >324    >539                     >392                                            
            из бочки                        >33 >55                         >4                                              
            Продольные,                    >490    >637                     >588                                            
            с конца вала          >50           >65          >17      >40              >6    180                            
            Т ангенциальные,      >461             >608      >13      >32            >441 150                               
I           из бочки              >47           >62          >15      >40            >4,5    150    40Х, 34ХМА, 34ХМ1А      
II          Продольные,           637-833       >804         >11      >32   >588             120    34ХМА, 34ХМ1А           
III         с конца вала          65-85         >82          >14      >40              >6    150    34ХН1МА, 34XH3MA,       
Ша          Т ангенциальные,      637-833          >765       >Ц      >32            >441    120    38ХНЗМФА                
IV          из бочки              65-85         >78          >16      >40            >4,5    180    Р2МА                    
П р и >     Продольные,           490-667       >618         >13      >35            >392    150    ЭИ415                   
противлен!  с конца вала          50-68         >63          >13      >40   >4               150    гекучести, временное со-
при диаме'  Т ангенциальные,      490-667       >618         >11      >32   >392             120    атегория III применяется
бочек роте  из бочки              50-68         >63        :ами яе  ляютсе  >4            предел    ых точек по окружности  
сторон исг  Продольные,           588-735          >735    1Я вязк< есть и  >490          'иб; 2. К 1лю; 4. По согласованию 
5. Категоре с конца вала          60-75         >75        значее   еий тве >5            различи   енгенциальных образцах; 
            Т ангенциальные,      588-735          >716    а по     длине   >392          э Брине;  шости по ГОСТ 8479---70.
            из бочки              60-75         >73        ПрОДОЛ!  Зных о  >4            бо на т«                          
            е ч а н и я: 1. Сдатс >чными xapai  стеристик  з не сое падаю;  условный      ями про1                          
            ее разрыву, относите  льное сужене  ее, ударнг                  ероба на за,                                    
            гре бочки ротора до   800 мм; 3. 1< колебания                   рдости для                                      
            >ра или вала не дол;  кны превыш<   еть 30 ед                   --- 40 ед. п<                                   
            еытания на загиб п]   юизводятся    либо на                     бразцах, ли                                     
            ей прочности для заг  этовок валов  и роторо                       с категори                                   

<эо

ТАБЛИЦА 1.2

Химический состав марок стали, рекомендуемых для изготовления заготовок валов и цельнокованых роторов паровых турбин

 №   Марка стали                                  Содержание элементов, %                                          
п/п                     С        Si        Мп         S        Р       Сг      Ni       Мо      W      V      Си   
                     0,36     0,17      0,50                          0,80                                         
                     0,44     0,37      0,80                          1,10           0,20                          
                     0,30     0,17      0,40                          0,90           0,30                          
     40Х             0,40     0,37      0,70                          1,30    <0,25  0.40                          
 1   34ХМА           0,30     0,17      0,40       <0,030   <0,030    0,9     <0,50  0,55                    <0,25 
 2   34ХМ1А          0,38     0,37      0,70       <0,025   <0,025  1,2       <0,40  0,20                    <0,25 
 3   34ХН1МА         0,30     0,17      0,50       <0,025   <0,025  0,9        1.3   0,30                    <0,25 
 4   34XH3MA         0,40     0,37      0,80       <0,025   <0,025  1,2        1,7   0,25                    <0,25 
 5   38ХНЗМФА        0,30     0,17      0,50       <0,025   <0,025  0,7       2,75   0,40                    <0,25 
 6   Р2МА            0,40     0,37      0,80       <0,025   <0,025  1,1       3,25   0,35                    <0,25 
 7   (25Х1М1Ф)       0,34     0,17      0,25       <0,025   <0,025  1,2       3,00   0,45                    <0,20 
 8   ЭИ415           0,42     0,37      0,55       <0,025   <0,025  1,5       3,40   0,90            0,10    <0,20 
серь (20ХЗМВФ)       0,21     0,25      0,30      лонения   от заде 1,5       <0,40  1,05            0,20   ржания 
пост Тримечания:     0,29     0,50      0,60      а, допу с каются  1,8       <0,50  0,35            0,22   завода-
прев , фосфора и ни  0,16     0,17      0,25      сфора в   стали м 2,4      остава,   0,55          0,32   должна 
     авщика. 2. Сумм 0,24     0,40      0,60      ш обяза   гельно. 3,3      ешению  за исклт  0,30  0,60          
     ышать 0,045%. 3   1. Нез гачитель  ные отк                     1ННОГО с <МА, 34 главногс  0,50  0,85          
                      жнего п эедела jy юлибден                     по разр          ХМ1А,    □чение м соде        
                     а содер» <ания се  ры и фо                     арок 341                   мета? хлурга        
                       Опреде тение ме  ди в ста?                                             54XH1I ЧА не         

   ГОСТ 12347-77 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения фосфора
   ГОСТ 12348-78 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения марганца
   ГОСТ 12349-83 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения вольфрама
   ГОСТ 12350-78 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения хрома
   ГОСТ 12351-2003 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения ванадия
   ГОСТ 12352-81 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения никеля
   ГОСТ 12353-78 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения кобальта
   ГОСТ 12354-81 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения молибдена
   ГОСТ 12355-78 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения меди
   ГОСТ 12356-81 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения титана
   ГОСТ 12357-84 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения алюминия
   ГОСТ 12358-2002 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения мышьяка
   ГОСТ 12359-99 Стали углеродистые, легированные и высоколегированные. Методы определения азота
   ГОСТ 12360-82 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения бора
   ГОСТ 12361-2002 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения ниобия
   ГОСТ 12362-79 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения микропримесей сурьмы, свинца, олова, цинка и кадмия
   ГОСТ 12363-79 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения селена
   ГОСТ 12364-84 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения церия
   ГОСТ 12365-84 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения циркония
   ГОСТ 18895-97 Сталь. Метод фотоэлектрического спектрального анализа
   Соответствие размеров вала требованиям чертежа обеспечивается путем обмера заготовки универсальным мерительным инструментом.

9

   На поверхности заготовок валов, после предварительной механической обработки, не допускаются плены, трещины и другие дефекты, если глубина их выходит за 2/3 припуска на окончательную механическую обработку у заказчика.
   Для отдельных поковок это требование может быть более жестким. Так, например, на заготовки цельнокованых валов роторов турбогенераторов ТВВ-1000-4 из стали 25ХН3МФА, производимых на Ижорских заводах, глубина удаления дефектов перед окончательной термообработкой не должна превышать 1/3 одностороннего припуска для механической обработки.
   На поверхностях, подлежащих травлению, допускаются разрозненные неметаллические включения длиной 1 мм включительно, количеством не более 2 штук на площади 0,025 м². На каждом участке травления указанных дефектов допускается не более 15 штук. На окончательно обработанных поверхностях рабочих шеек, в местах посадки подшипников, указанные дефекты не допускаются. Наличие более крупных дефектов или большие их количества разрешаются только по согласованию поставщика и заказчика.
   Внешний осмотр заготовок валов производится визуально. Сомнительные места могут быть дополнительно зачищены, протравлены и осмотрены с помощью лупы.
   Если вал изготавливается с осевым отверстием, то на поверхности канала при перископическом контроле не допускаются: трещины, флокены, раковины, остатки усадочной рыхлости, крупные неметаллические включения длиной более 3 мм или скопления мелких неметаллических включений размером до 1,5 мм включительно в количестве более 10 штук на площади 0,06 м², расположение включений цепочкой.
   Допускаются разрозненные неметаллические включения: длиной от 1,5 до 3 мм в количестве 10 штук; от 1 до 1,5 мм на всей поверхности канала ротора не более 25 штук; менее 1 мм не учитываются при их разрозненном характере.
   При необходимости проводится осветление и травление поверхности, а иногда применяют цветную дефектоскопию. Суть цветной дефектоскопии заключается в том, что некоторые жидкости, которыми заполняют полости трещин на поверхности заготовок, обладают способностью люминесциро-вать под воздействием ультрафиолетового облучения либо изменять окраску нанесенного на поверхность проявителя, четко выделяясь на общем фоне.
   Контроль макроструктуры заготовок производится травлением и снятием серных отпечатков на темплетах по методу

10

Баумана. Заготовки отрезают от обоих концов в местах, указанных на чертеже, на поверхностях с Rₐ 1,25 (седьмой класс чистоты).
   Травление производится два раза 15 % водным раствором персульфата аммония с последующим травлением 10 % раствором HNO₃. Первый раз — поставщиком, после предварительной механической и термической обработки, а второй раз — заказчиком, после механической обработки, при наличии припуска не более 2 мм на сторону.
   Осмотр травленой поверхности производится два раза: первый раз не менее чем через 10 мин после травления и второй раз не менее чем через 12 ч после травления. При наличии флокенов заготовка бракуется.
   Снятие серных отпечатков производится с поверхностей шеек и торцов бочки валов на полосе шириной не менее 90 мм.
   Серные отпечатки, снятые с наружных поверхностей заготовок и темплета, должны соответствовать по развесу слитка первым трем баллам по четырехбалльным шкалам № 1 и № 2 НКМЗ. Серные отпечатки, снятые с заготовок валов из слитков развесом до 25 т, оцениваются по шкале № 1, а из слитков развесом от 25 до 65 т — по шкале № 2.
   Заготовки валов изготавливаются четырех категорий прочности и по механическим свойствам должны удовлетворять требованиям, представленным в табл. 1.1, а по химическому составу — в табл. 1.2. Пробы для определения механических свойств вырезаются холодным способом из припусков заготовок после окончательной термической обработки из мест, указанных в чертеже заготовки. Сечение припусков для проб на концах заготовки должно быть таким же, как сечение самой заготовки в месте прилегания припуска.
   Продольные образцы (рис. 1.1) вырезаются с обоих концов заготовки на расстоянии одной трети радиуса от ее поверхности.
   Тангенциальные образцы (рис. 1.1) вырезаются из кольца от припуска к бочке со стороны, соответствующей верхней части слитка, с наружным диаметром, равным наружному диаметру бочки. При повторных испытаниях образцы разрешается вырезать из нижележащих колец.
   Образцы для определения механических свойств изготавливаются в следующих количествах:
   а)    из каждой продольной пробы по одному образцу на разрыв и на загиб и по два образца на ударную вязкость;

11