Ковка и объемная штамповка магниевых сплавов

24.01.2017

До введения в сплавы на основе магния в качестве легирующего элемента циркония ни один из высокопрочных магниевых сплавов нельзя было ковать на падающих молотах, поэтому возникла необходимость в применении гидравлических прессов или механических прессов с замедленным ходом. При ковке сплава AZ855 все же было необходимо в качестве заготовок пользоваться предварительно отпрессованными прутками или слитками с однородной мелкозернистой структурой, чтобы исключить горячеломкость. Гомогенизация слитков не давала заметного эффекта.
За счет мелкозернистой структуры, высокой температуры солидуса и малых количеств избыточной фазы слитки деформируемых магниевых сплавов, содержащих цирконий [даже сплавов ZK60 (ZW6)], можно ковать на молотах, хотя в некоторых случаях имеет определенные преимущества гомогенизация слитков последнего сплава. Из числа других промышленных сплавов, которые можно подвергать ковке следует отметить АМ503 и AZ31, а также малолегированные сплавы АМ503 S (Мg — 0,75%Mn), Magnox AL80 (Mg—0,75%Al — 0,005% Be) и ZA(Mg — 0,6%Zr). Размер зерна заготовок имеет первостепенное значение для свободной ковки всех магниевых сплавов независимо от степени деформации.
Механические свойства поковок зависят от температуры, степени деформации и направления течения металла. Течение металла при осадке происходит предпочтительно в радиальном направлении. так что величина предела текучести на сжатие в направлении осадки и величина предела прочности в направлении течения металла высокие. Если степень деформации в последнем переходе превышает 50%, то ориентация структуры почти не зависит от предшествующей схемы деформации.
Очень важно, чтобы в процессе ковки слиток получил максимально возможное обжатие; осадку осуществляют в различных направлениях (трехосная деформация), и заготовки проходят несколько этапов формоизменения прежде, чем осуществляется конечная операция в закрытых штампах. Эффективной промежуточной операцией, является прессование. Производство штамповок малых размеров из прессованных заготовок имеет ряд преимуществ.
Ковка и объемная штамповка магниевых сплавов

Характер повышения механических свойств поковок с увеличением степени деформации, а также развитие анизотропии показаны на диаграмме рис. 187. Поскольку образцы были вырезаны в радиальном направлении, т. е. в направлении течения металла, величина предела текучести на растяжение выше, чем при сжатии. Обычно с увеличением температуры ковки уменьшается прочностная характеристика при испытании на растяжение и ярче выражена анизотропия.
На рис. 188 приведены кривые роста усилия осадки с увеличением степени деформации при постоянной скорости деформации. Эти кривые имеют три области:
а) увеличение начального давления до начала течения металла;
б) течение при постоянном давлении;
в) рост давления, по-видимому, вследствие взаимного влияния увеличения силы трения и деформационного упрочнения.
Отрезок D на кривой отражает положение, когда после задержки в течение 1 мин при обжатии до 80% металл течет при уменьшении давления. Одно из преимуществ применения гидравлического пресса для ковки сплавов на основе магния заключается в возможности более точного регулирования скорости и температуры деформации и особенно в возможности останавливать процесс деформации в момент достижения максимального давления. Вследствие этого ряд поковок, полученных свободной ковкой, можно обрабатывать на окончательный размер на гидравлическом прессе; аналогично этому некоторые поковки, которые обрабатывают на прессе, во избежание горячеломкости можно затем подвергать свободной ковке.
Для ковки и объемной штамповки магния и его сплавов в основном применяется то же оборудование, что и для сплавов на основе алюминия, хотя при выборе необходимого оборудования следует учитывать возможную скорость деформации. Скорость деформации может быть относительно невысокой при ковке на гидравлическом прессе и значительно более высокой при ковке на .механических винтовых и кривошипных прессах, а также при горячей штамповке на мощных молотах. В Англии применяют ковочные прессы давлением до 12 000 Т, в США — до 45000 T.
В Англии заготовки диаметром 255—400 мм под ковку получают полунепрерывным литьем; поковки малых размеров изготавливают из предварительно прессованных заготовок. При наличии мощных прессов можно получать прессованные заготовки размером 400 мм для дальнейшей ковки.
Температура нагрева заготовок большинства сплавов на основе магния перед началом обработки составляет около 500° С, для магниевых сплавов, содержащих алюминий — не выше 420° С.
В процессе ковки по возможности следует избегать промежуточных нагревов; в случае необходимости следует нагревать заготовки до невысоких температур, чтобы избежать рекристаллизации и роста зерна. Конечную операцию проводят в интервале температур 275—400° С.
Инструмент прессов, работающих с малой скоростью, нагревают до 375° С, иначе заготовка быстро переохлаждается. При свободной ковке инструмент обычно нагревают не выше 200° С. чтобы избежать хрупкого его разрушения.
Заготовки из жаропрочных сплавов на основе магния, так же как и инструмент для их ковки, следует нагревать до температур 400—455° С; из сплава НМ31 — до 400—510° С; из сплавов ZTY и ZTX — до 400—480° С. В результате применения иных температурных режимов при ковке этих сплавов ухудшаются свойства поковок, они либо дают трещины, либо не заполняют гравюру штампа.
Материалом для штампов всегда служат Ni—Cr—Mo стали или стали подобного класса, которые сочетают в себе высокую твердость и сопротивление удару с хорошей обрабатываемостью резанием, В этом случае, когда штампы необходимо нагревать до верхнего предела температурного интервала (см. выше), следует рекомендовать жаростойкие стали, содержащие 5% хрома или 10% вольфрама.
В гидравлических прессах, где ударные нагрузки невелики, можно применять литые штампы, что дает экономию при механической обработке.
Облой на поковках удаляют пилой или ножницами; однако, если толщина облоя превышает 1,3 мм, обрезку следует проводить в горячем состоянии, чтобы на поверхности не появились рваные или зазубренные участки.
В качестве смазок при ковке и штамповке применяют чешуйчатый, а также коллоидный графит, жиры и различные виды воска. Очистку поковок осуществляют дробью, не содержащей железа, либо влажной галтовкой в барабане с порошком пемзы, после чего полуфабрикаты подвергают тщательному травлению и промывке.
Ковка и объемная штамповка магниевых сплавов

Различают три типа кузнечных заготовок.
а) поковки, полученные свободной ковкой. Эти поковки представляют собой грубые кованые заготовки, которые требуют дальнейшей механической обработки для получения детали,
б) штамповки, полученные деформированием в штампах обычной точности, имеющих относительно простую форму. Для получения детали необходима дополнительная механическая обработка (рис. 189, 190);
в) точные штамповки, отличающиеся точными допусками. Указанный тип штамповок изготавливают в точных штампах. Полученные этим методом детали не требуют дальнейшей механической обработки.
В случае ведения процесса со сравнительно небольшой скоростью деформации можно применять разъемный инструмент, что исключает необходимость в создании припусков на углы и создает возможность получения внутренних полостей, Штамповки, полученные таким путем, обычно называют безоблойными (рис. 191, 192).
Плоские и фасонные кольца можно изготавливать из магниевых сплавов всех марок, В настоящее время сварные кольцевые поковки для ракет штампуют из сплава НМ21.
Ковка и объемная штамповка магниевых сплавов