Термомеханическая обработка

Термомеханическая обработка (ТМО) — это сочетание термической обработки и пластической деформации для повышения пластичности, прочности и вязкости металла^[36].

ТМО классифицируют по уровню температуры деформации металла Т_деф (рис. 8.8) относительно температуры рекристаллизации металла Т_р: на высокотемпературную ВТМО (если Т_деф > Т_р) и низкотемпературную НТМО (если Т_деф < Т_р).

При ВТМО сталей нагрев и деформацию производят выше точки А_с3 (см. линию GS на рис. 2.11) в однофазной области аустенита, после чего проводят ускоренное охлаждение в воде или масле до температуры ниже мартенситного превращения Т_м. Высокотемпературная деформация приводит к измельчению и большей однородности мартенсита. Для снятия закалочных напряжений далее проводят отпуск стали.

Время

°С

Температура,

Т

деф

Т

деф

Т

м

3

с

А

1

2

3

4

2

ВТМО

НТМО

Рис. 8.8. Схемы термомеханической обработки стали:

1 — нагрев; 2 — пластическая деформация; 3 — ускоренное охлаждение; 4 — отпуск

При НТМО ускоренное охлаждение проводят перед пластической деформацией, чтобы не допустить развитие процессов рекристаллизации. При этом аустенит деформируется в условиях переохлаждения в состоянии метастабильного равновесия. Затем при дальнейшем охлаждении производится закалка на мартенсит для сохранения сформировавшейся в результате деформирования структуры металла. Заключительной операцией, как и при ВТМО, является отпуск металла.

Сравнение рассмотренных вариантов показывает, что ВТМО обеспечивает несколько меньшую прочность, но большую пластичность и ударную вязкость стали. НТМО требует больших энергетических затрат на проведение пластической деформации в охлажденном состоянии, что приводит к более интенсивному износу оборудования. Поэтому наибольшее промышленное использование получил способ ВТМО в линии многоклетевых прокатных станов, в том числе редукционно-калибровочных для прокатки труб, с охлаждением проката с помощью водных спрейеров.

191

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В учебном пособии рассмотрены основы традиционных технологических процессов ОМД, которые широко используются на металлургических предприятиях. Каждый процесс имеет свои достоинства и недостатки, что ограничивает область его применения. Так, прокатка предназначена для получения длинномерных изделий одинакового поперечного сечения, а штамповка — для изготовления изделий малой длины достаточно сложной конфигурации. Поэтому одно из направлений совершенствования процессов ОМД — это применение совмещенных, синтезированных процессов, объединяющих достоинства известных способов и расширяющих область их использования. Например, известен способ ОМД, совмещающий прокатку и ковку (штамповку), — вальцовка, или прокатка в валках, имеющих периодический профиль наподобие штампа. Получающийся также периодический, профиль после разделения напоминает изделия после штамповки. Другими словами, совершенствование известных процессов связано с заполнением «технологических ниш» как по сортаменту получаемой продукции, так и по особенностям известных процессов, связанных с движением деформирующего инструмента, режимами нагрева и охлаждения, конструкциями применяемых машин для деформирования, принципами их функционирования.

Например, можно составить «матрицу взаимности» известных процессов (способов) ОМД и выявить «технологические ниши» на их пересечениях (см. табл.).

По приведенной таблице можно составить матрицу М нетрадиционных способов С: М = Cij. Очевидно, что С 11 = С 22 = С 33 = = С 44 = С 55 = 0, а способы с одинаковыми индексами идентичны : С 12 = С 21, С 23 = С 32 и т. д., т. е. матрица симметрична относительно своей диагонали и содержит 2 n нетрадиционных способов, составленных из n = 5 традиционных.

Даже такой очевидно формальный подход позволяет выявить новые процессы: волочение-штамповка (4—3); прессоволочение

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Матрица взаимности известных процессов

Традиционные процессы ( способы) ОМД	(1) Прокатка	(2) Ковка	(3) Штамповка	(4) Волочение	(5) Прессование
(1) Прокатка	1—1	1—2	1—3	1—4	1 — 5
(2) Ковка	2—1	2—2	2—3	2—4	2 — 5
(3) Штамповка	3—1	3—2	3—3	3—4	3 — 5
(4) Волочение	4—1	4—2	4—3	4—4	4 — 5
(5) Прессование	5—1	5—2	5—3	5—4	5 — 5

(5—4), прессоштамповка (5—3) и др. Процесс ковки-волочения (2—4) известен и упомянут выше как вальцовка. Возможно, некоторые из перечисленных процессов также уже известны, что может подтвердиться соответствующими патентными исследованиями.

Аналогичные матрицы можно составить по некоторым технологическим признакам, таким как движение инструмента (поступательное, вращательное, возвратно-поступательное, качательное, активное, пассивное и т. д.), движение клети прокатного стана (неподвижная клеть, поступательное, вращательное, возвратно-поступательное движение и т. д.), сортамент получаемой продукции ( например, в координатах длина – поперечный размер изделия ). Может оказаться, что некоторые изделия нетипичных габаритов известными способами получить невозможно, а значит, следует изобретать новые.

Таким образом, некоторые простые системные подходы позволяют вскрыть определенные резервы совершенствования известных процессов, что является актуальной задачей для научных работников и молодых специалистов.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ¹⁹³

Баузер М. Прессование : справ. руководство : пер. с нем. / М. Баузер, Г. Зауер, К. Зигерт. М. : АЛЮСИЛ МВиТ, 2009. 918 с.

Грудев А. П. Технология прокатного производства : учеб. для вузов / А. П. Грудев, Л. Ф. Машкин, М. И. Ханин. М. : Металлургия, 1994. 653 с.

Ковка и штамповка : справочник : в 4 т. / ред. совет: Е. И. Семенов ( пред.) [и др.]. М. : Машиностроение, 1985—1987.

Краткий справочник металлиста / под ред. А. Н. Маслова. М. : Машиностроение, 1971. 767 с.

Колмогоров В. Л. Напряжения. Деформации. Разрушение / В. Л. Колмогоров. М. : Металлургия, 1970. 229 с.

Ляшков В. Б. Технологические схемы прокатного и трубного производства : учеб. пособие для вузов / В. Б. Ляшков, В. В. Шимов, С. В. Харитонин. Екатеринбург : Изд-во УГТУ-УПИ, 2006. 129 с.

Марголит Р. Б. Надежность технологических процессов : обзор / Р. Б. Марголит. М. : НИИмаш, 1984. 56 с.

Мастеров В. А. Теория пластической деформации и обработка металлов давлением : учеб. для техникумов / В. А. Мастеров, В. С. Берковский. М. : Металлургия, 1989. 400 с.

Обработка металлов давлением / Ю. Ф. Шевакин, В. Н. Чернышев, Р. Л. Шаталов, Н. А. Мочалов. М. : Интермет Инжиниринг, 2005. 496 с.

Охрименко Я. М. Технология кузнечно-штамповочного производства : учеб. для вузов / Я. М. Охрименко. М. : Машиностроение, 1976. 560 с.

Политехнический словарь. 2-е изд. / гл. ред. акад. А. Ю. Ишлинский. М. : Сов. энцикл., 1980. 656 с.

Ресурсо- и энергосбережение в металлургии. Разработка машин и технологий металлургии при инновационном риске : учеб. для вузов : в 2 кн. Кн. 1 / С. П. Буркин, Е. А. Коршунов, В. В. Шимов и др. Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2010. 498 с.

Смирнов В. К. Калибровка прокатных валков : учеб. пособие для вузов / В. К. Смирнов, В. А. Шилов, Ю. В. Инатович. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Теплотехника, 2010. 490 с.

Технология трубного производства : учеб. для вузов / В. Н. Данченко, А. П. Коликов, Б. А. Романцев, С. В. Самусев. М. : Интермет Инжиниринг, 2002. 640 с.

Список рекомендуемой литературы

Физическое металловедение : учеб. для вузов / С. В. Грачев, В. Р. Бараз, А. А. Богатов, В. П. Швейкин. Екатеринбург : Изд-во УГТУ-УПИ, 2001. 534 с.

Шилов В. А. Технология прокатного производства : учеб. пособие для вузов / В. А. Шилов, Д. Л. Шварц. Екатеринбург : Изд-во УГТУ-УПИ, 2006. 125 с.

Щерба В. Н. Технология прессования металлов : учеб. для вузов / В. Н. Щерба, Л. Х. Райтбарг. М. : Металлургия, 1995. 336 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

195

Введение .................................................................................................................. 3

1. Общие сведения о технологических процессах ......................................... 4

1.1. Основные термины и определения ........................................................ 4

1.2. Надежность технологических процессов ............................................. 17

2. Особенности и виды технологических процессов ОМД ........................ 26

2.1. Основные понятия теории ОМД ............................................................ 26

2.1.1. Напряженное состояние ................................................................ 26

2.1.2. Деформированное состояния ...................................................... 31

2.1.3. Сопротивление деформации ........................................................ 43

2.1.4. Система дифференциальных уравнений

теории пластичности ..................................................................... 43

2.1.5. Пластичность и разрушение ......................................................... 46

2.1.6. Работа и мощность пластической деформации ....................... 49

2.2. Обрабатываемость давлением металлов и сплавов ........................... 51

2.3. Качество продукции ОМД ....................................................................... 60

2.4. Виды ОМД. Этапы технологических процессов ................................. 67

2.5. Исходная заготовка для ОМД .................................................................. 71

2.6. Нагрев металла и температурный интервал ОМД ............................. 74

3. Основы технологии прокатки ..................................................................... 78

3.1. Классификация и виды продукции ........................................................ 78

3.2. Калибровка валков ..................................................................................... 81

3.3. Производство блюмов и слябов ............................................................. 84

3.4. Горячекатаный лист .................................................................................. 87

3.5. Заготовка ..................................................................................................... 89

3.6. Сортовой прокат ......................................................................................... 90

3.7. Катанка ......................................................................................................... 92

3.8. Холоднокатаный лист ............................................................................... 93

4. Основы технологии волочения .................................................................... 95

4.1. Преимущества и недостатки процесса волочения ............................ 95

4.2. Классификация процессов волочения ................................................. 96

ОГЛАВЛЕНИЕ

5. Основы технологии ковки и штамповки ................................................. 100

5.1. Технология ковки ....................................................................................... 100

5.1.1. Классификация поковок ............................................................... 102

5.1.2. Операции ковки ............................................................................. 103

5.1.3. Этапы разработки технологии .................................................... 110

5.2. Технология штамповки .......................................................................... 115

5.2.1. Горячая объемная штамповка ................................................... 117

5.2.2. Холодная объемная штамповка .................................................. 125

5.2.3. Листовая штамповка .................................................................... 129

6. Основы технологии прессования ............................................................... 135

6.1. Общие понятия ......................................................................................... 135

6.2. Разновидности прессования .................................................................. 139

6.3. Технологические схемы производства ............................................... 151

7. Технология производства труб ................................................................... 154

7.1. Стадии производства ............................................................................... 154

7.2. Производство на трубопрокатных агрегатах ..................................... 167

7.3. Производство на трубопрессовых агрегатах ..................................... 173

7.4. Производство на трубосварочных агрегатах ..................................... 174

7.5. Производство холоднодеформированных труб ................................ 176

8. Совмещенные процессы ............................................................................... 181

8.1. Литье-штамповка ...................................................................................... 181

8.2. Литье-прокатка ......................................................................................... 182

8.3. Литье-прессование .................................................................................. 187

8.4. Термомеханическая обработка ............................................................ 189 Заключение .......................................................................................................... 191

Список рекомендуемой литературы .............................................................. 193

У ч е б н о е и з д а н и е

197

Орлов Григорий Александрович

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

ДАВЛЕНИЕМ

Учебное пособие

Заведующий редакцией  М. А. Овечкина

Редактор  Р. Н. Кислых

Корректор  Р. Н. Кислых

Компьютерная верстка  Г. Б. Головиной

План изданий 2013 г. Подписано в печать 20.05.13

Формат 6084 /16. Бумага офсетная. Гарнитура Times

Уч.-изд. л. 10,92. Усл. печ. л. 11,63. Тираж 100 экз. Заказ 1107

Издательство Уральского университета

620000 , Екатеринбург, пр. Ленина, 51

Отпечатано в Издательско-полиграфическом центре УрФУ

 620000, Екатеринбург, ул. Тургенева, 4

Тел.: + (343) 350-56-64, 350-90-13

Факс +7 (343) 358-93-06

E-mail: [email protected]

ДЛЯ ЗАМЕТОК

ДЛЯ ЗАМЕТОК

[1] См.: Политехнический словарь / гл. ред. акад. А. Ю. Ишлинский. 2-е изд. М. : Сов. энцикл., 1980. 656 с.

[2] См.: Марголит Р. Б. Надежность технологических процессов : обзор. М. :

Изд-во НИИмаш, 1984. 56 с.

[3] Рисунок см. в работе: Марголит Р. Б. Надежность технологических процессов. С. 8.

[4] См.: Марголит Р. Б. Указ. соч. С. 19—20.

[5] См.: Марголит Р. Б. Указ. соч. С. 20.

[6] См.: Там же. С. 21.

[7] Физическое металловедение: учеб. для вузов / С. В. Грачев, В. Р. Бараз,

А. А. Богатов, В. П. Швейкин. Екатеринбург : Изд-во УГТУ—УПИ, 2001. С. 299.

[8] – 0,0001(_в _т)_э                0,985

нивающий энергоемкость деформирования по сумме _в+ _т, от чего зависит усилие деформации. За эталонное значение этой суммы (_в+ _т)_э = 150 мПа принято примерное среднее значение для легкодеформируемых сплавов. Например, для сплава АД1 эта сумма равна 110 МПа, для АД31 — 140 МПа, для АМц — 180 МПа.

Технологические свойства металлов при ОМД оцениваются пластичностью и сопротивлением деформации, определение которых приведено выше. В теории ОМД пластичность оценивается инвариантной (не зависящей от системы координат) характеристикой — предельной степенью деформации сдвига _р, которую может выдержать металл до разрушения. Однако в производственных условиях и в теории механических свойств пластичность

[9] Колмогоров В. Л. Напряжения. Деформации. Разрушение. М. : Металлургия, 1970. 229 с.

[10] См.: Там же. С. 48, 50.

[11] См.: Краткий справочник металлиста / под ред. А. Н. Маслова. М. : Машиностроение, 1971. 767 с.

[12] Мастеров В. А., Берковский В. С.Теория пластической деформации и обработка металлов давлением : учеб. для техникумов. М. : Металлургия, 1989. С. 153.

[13] См.: Ляшков В. Б., Шимов В. В., Харитонин С. В. Технологические схемы прокатного и трубного производства : учеб. пособие для вузов. Екатеринбург :

Изд-во УГТУ—УПИ, 2006. 129 с.

[14] Ïîäðîáíåå ñì.: Ëÿøêîâ Â. Á., Øèìîâ Â. Â., Õàðèòîíèí Ñ. Â. Óêàç. ñî÷. Ñ. 39. ⁴ Òàì æå. Ñ. 40.

[15] См.: Охрименко Я. М. Технология кузнечно-штамповочного производства : учеб. для вузов. М. : Машиностроение, 1976. 560 с.

[16] — боек; 2 — обкатываемый слиток; 3 — слиток после обкатки

П е р е д а ч а — смещение одной части заготовки относительно другой при сохранении параллельности осей или плоскостей частей заготовки (рис. 5.8). Операция применяется для ковки поковок с изогнутой осью, например, коленчатых валов.

[17] Охрименко Я. М. Технология кузнечно-штамповочного производства... С. 212.

[18] См. об этом: Охрименко Я. М. Указ. соч... С. 226.

[19] Ковка и штамповка : справочник : в 4 т. / ред. совет: Е. И. Семенов [и др.]. М. : Машиностроение, 1985—1987. Т. 2. С. 179.

[20] См.: Охрименко Я. М. Технология кузнечно-штамповочного производства... С. 466—469.

[21] См. об этом: Обработка металлов давлением / Ю. Ф. Шевакин, В. Н. Чернышев, Р. Л. Шаталов, Н. А. Мочалов. М. : Интермет Инжиниринг, 2005. 496 с.

[22] См.: Прессование : справочное руководство : пер. с нем. / М. Баузер, Г. Зауер, К. Зигерт. М. : АЛЮСИЛ МВиТ, 2009. С. 93.

[23] Подробнее см.: Там же. С. 94.

[24] См.: Прессование... С. 162.

[25] Подробнее см.: Прессование... С. 140.

[26] Там же... С. 198.

[27] См.: Прессование... С. 168.

[28] Щерба В. Н., Райтбарг Л. Х. Технология прессования металлов : учеб.

для вузов. М. : Металлургия, 1995. С. 228.

[29] Технология трубного производства: учеб. для вузов / В. Н. Данченко,

А. П. Коликов, Б. А. Романцев, С. В. Самусев. М. : Интермет Инжиниринг, 2002. С. 255.

[30] Схемы прессования труб и их описание приведены в разд. 6, посвященном прессованию (см. рис. 6.8, 6,9).

[31] Ляшков В. Б., Шимов В. В., Харитонин С. В. Технологические схемы прокатного и трубного производства : учеб. пособие для вузов / Екатеринбург :

Изд-во УГТУ—УПИ, 2006. С. 36.

[32] Ресурсо- и энергосбережение в металлургии. Разработка машин и технологий металлургии при инновационном риске : учеб. для вузов : в 2 кн. Кн.1 / С. П. Буркин, Е. А. Коршунов, В. В. Шимов [и др.]. Екатеринбург : Изд-во УрФУ, 2010. 498 с.

[33] Ресурсо- и энергосбережение в металлургии... С. 137.

[34] Ресурсо- и энергосбережение в металлургии... С. 228.

[35] Ресурсо- и энергосбережение в металлургии... С. 264.

[36] Физическое металловедение : учеб. для вузов / С. В. Грачев, В. Р. Бараз,

А. А. Богатов, В. П. Швейкин. Екатеринбург : Изд-во УГТУ—УПИ, 2001. 534 с.