Уважаемые заказчики, звоните 7-985-557-47-02 или пишите на email info@kovka-istrazone.ru.

Заказать обратный звонок

Художественная ручная ковка Художественная ручная ковка меню

Металлы и сплавы

Заготовки бывают разные. Одни могут нагреваться быстрее, а другие намного медленнее.

Для того, чтобы нагреть одинаковые по размерам заготовки, которые были изготовлены из разных материалов, до ковочной температуры, потребуется сжигание разного количества топлива.

 

Первая причина – это теплопроводность металла, которую можно охарактеризовать скоростью, с которой заготовка нагревается по сечению. Чем больше теплопроводность имеет металл, тем выше вероятность трещин в заготовке при ее нагреве.

 

Важно иметь в виду тот факт, что теплопроводность различных сталей, особенно это касается легированных, в 5 раз меньше, чем теплопроводность алюминия и меди.

 

Вторая причина – это теплоемкость. Сталь достигает максимальной теплоемкости при температуре от 800 до 1100 °С. Из этого следует, что чем выше будет теплоемкость металла, тем больше потребуется израсходовать топлива для того, чтобы нагреть заготовки до необходимой температуры.

 

Технологические свойства

К технологическим свойствам металла можно отнести:

  • усадку;
  • ковкость;
  • закаливаемость;
  • свариваемость.

«Ковкостью» можно охарактеризовать способность металла, деформироваться при ударе, а под «усадкой» понимают уменьшение размеров заготовки при ее охлаждении. Уменьшение заготовки при ее охлаждении с ковочной температуры до нормальной, находится в пределах 1.2 - 1.3 %.

 

Под термином «свариваемость» принято понимать способность образовывать у металлов сварные соединения в нагретом состоянии в результате действия удара. Стали, которые содержат в себе малое количество вредных примесей и углерода, свариваются намного лучше, чем алюминий, его сплавы и легированные стали.

 

Под понятием «закаливаемость» принято называть способность металлов приобретать высокую степень твердости в процессе закаливания. Стали, в составе которых содержится 0.4 - 0.7 % углерода, очень хорошо поддаются закаливанию. Сплав железа с углеродом (сталь), нашел широкое применение в различных кузнечных работах.

В зависимости от содержания углерода сталь подразделяется на:

  • Низкоуглеродистую сталь, в которой содержание углерода в составе не превышает 0,25 %;
  • Среднеуглеродистую сталь, с содержанием в химическом составе углерода в пределах 0.25 - 0.6 %;
  • Высокоуглеродистую стать, которая содержит в себе 0.6 - 2% углерода.

Повышение уровня углерода увеличивает закаливаемость стали и ее твердость, но понижает ее ковкость и теплопроводность. Помимо углерода, в составе стали содержится марганец, кремний, серу, фосфор и другие элементы. Сера и фосфор считаются вредными примесями.

 

Если в химическом составе стали содержится более 0,045% серы, то такая сталь становится красноломкой, если ее нагреть до состояния красного каления, то заготовка будет разрушаться под мощными ударами молота, а если в химическом составе более 0,05% фосфора, то в холодном состоянии сталь становится хрупкой .

 

Основное применения легированной стали в кузнечном деле – это изготовление инструментов, которые могут работать при высоких температурах и ударных нагрузках.

Примеси и их воздействия:

  • Никель дает прочность деталей;
  • Хром делает их более износостойкими и твердыми, но снижает теплопроводность;
  • Марганец увеличивает прочностные характеристики, твердость, износостойкость, сопротивление удару, понижает вредное воздействие серы и теплопроводность.
  • Кремний увеличивает упругость и прочность, но понижает свариваемость и вязкость.

Принятые обозначения добавок:

  • «Т» — титан;
  • «Н» — никель;
  • «X» — хром;
  • «Г» — марганец;
  • «С» — кремний;
  • «Ю» — алюминий;
  • Буква «А» подчеркивает низкое содержание фосфора и серы.

Легированные стили маркируют, используя обозначения самых распространенных легирующих элементов:

 

Примеры:

  • Сталь марки 40Х содержит: углерода не более 0,4 % и до 1 % хрома;
  • В стали 18ХГТ содержание углерода не более 0,18 %, хрома не более 1 %, марганца и титана;
  • В стали 20ХГА содержится до 0,2 % углерода, не более 1 % хрома и до 0,9 % марганца.

Углеродистые инструментальные стали содержат от 0,6 до 1,3 % углерода, от 0,15 до 0,60 % марганца, от 0,15 до 0,35 % кремния, от 0,03 до 0,35 % фосфора и серы. Эти стали обозначаются буквой «У», после которой идет цифра, которая обозначает содержание углерода в процентах.

Пример:

Сталь «У9» - это инструментальная сталь, в которой содержится углерода 0,9 % . В современном кузнечном производстве активно используют и цветные металлы, такие, как: алюминий, медь, титан, магний и их сплавы: деформируемые латуни (сплав меди и цинка) марок Л68, Л62, Л90, Л80, и др. Цифры обозначают процентное содержание меди.

Так же используют оловянистые бронзы (сплав олова и меди). БрОЦ4-3 содержит 3 % цинка и 4 % олова и др. Алюминиевые сплавы отличает хорошая ковкость.

 

Внутреннее строение металлов.

 

Диаграмма состояния «железо—углерод»

Диаграмма железо углерод

Для того чтобы лучше представить как куется металл, необходимо проникнуть в глубь и изучить его строение.

В основе любых металлов и сплавов лежит поликристаллическое строение. Этот термин всем хорошо знаком со средней школы. Они состоят из отдельных зерен, которые прочно срослись друг с другом. Между ними находятся тонкие прослойки неметаллических включений различных карбидов, оксидов и других соединений. Каждое зерно соответствует кристаллическому строению. Размеры варьируются в пределах 0.01 - 0.2 мм.

 

Деформирование заготовки во время ковки, происходит за счет скольжения относительно друг друга зерен, поскольку связь между ними значительно слабее, нежели прочность зерен.

 

В процессе ковки, зерна вытягиваются по направлению течения металла. Это приводит к образованию строчечной мелкозернистой структуры. Одновременно в процессе деформации вытягиваются и неметаллические включения. Они придают деформированной заготовке волокнистое строение. Это можно наблюдать даже визуально, невооруженным глазом без специальных приборов.

 

Размеры зерен и прочностные свойства металлов зависят от температуры окончания процесса ковки. Если температура металла в конце ковки будет очень высокой, то зерна будут крупнее, а значит, механические свойства металла будут хуже. Именно по этой причине металл необходимо деформировать при такой температуре, чтобы зерна, измельченные при деформации, не выросли до недопустимых размеров под воздействием высоких температур.

 

Чтобы качественно отковать какую-либо деталь и в дальнейшем термообработать ее, необходимо хорошо разбираться в диаграмме состояния «железо—углерод», которая представлена на рисунке.

По ней можно определить состав сплава и строение, в зависимости от концентрации и температуры компонентов сплава. По оси ординат отмечена температура сплава, а содержание углерода отмечено по оси абсцисс .

Кривые линии это соединенные критические точки. При их температуре происходят изменения и структурные превращения в сплаве.

Выше линии «АС» это сталь в жидком состоянии «ж», между линиями «АС» и «АЕ» (состояние «А» «ж») из жидкого расплава начинают выпадать кристаллы аустенита «А» - раствора углерода a в железе «Fe a».

Ниже «АЕ» и выше «GS» стали имеют структуру -аустенит, то есть твердого однородного металла, который состоит из одинаковых по строению и составу зерен.

Между «GS» и «PS» находятся зерна феррита - твердого раствора внедрения углерода в a - железо «Fe a». Ниже температуры PS аустенит начинает переходить в феррит.

Нагревая углеродистую сталь до температуры, которая ниже критической линии «PS» (T = 723 °С), изменение структуры не происходит. Структурные изменения начинают происходить выше линии «PS», поскольку феррит начинает переходить в аустенит. Выше линии «GS» находится оставшийся феррит, который переходит в аустенит. Сталь будет состоять исключительно из зерен аустенита.

Определение марок сталей по исре

вверх