RU2558701C1

RU2558701C1 - Deformation ingot

Info

Publication number: RU2558701C1
Application number: RU2014105231/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Белевитин; Александр Владимирович Суворов; Евгений Николаевич Смирнов; Сергей Юрьевич Коваленко
Priority date: 2014-02-11
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2015-08-10
Also published as: RU2014105231A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: deformation ingot consists of a hot top 1 and a chill 2 having a three-rayed cross section. Apexes of the rays are inclined from the head part to the bottom part of the ingot. An inclination angle of every neighbouring ray is one-directional, clockwise or anticlockwise, and increases steadily by 1.1÷1.5°.

EFFECT: increasing the density of forgings made of the ingot.

5 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к кузнечно-прессовому производству и может быть использовано в прокатных и кузнечно-прессовых цехах металлургических и машиностроительных заводов, преимущественно на прессах свободной ковки крупных слитков.The invention relates to forging and pressing production and can be used in rolling and forging shops of metallurgical and engineering plants, mainly on free forging presses of large ingots.

Известен слиток для деформирования, поперечное сечение которого выполнено рельефным (Авторское свидетельство СССР №426737, Способ прокатки труб, МПК B21B 19/04 от 05.05.1974).A known ingot for deformation, the cross-section of which is embossed (USSR Author's Certificate No. 4263737, Method for rolling pipes, IPC B21B 19/04 of 05/05/1974).

Однако форма поперечного сечения такого слитка не позволяет достигать существенного снижения ликвации и дефектов усадочного происхождения в его осевой зоне, вследствие чего при ковке не обеспечивается благоприятная схема напряженного состояния с по меньшей мере минимумом растягивающих напряжений и, как следствие, нередко не только не позволяет интенсифицировать проработку литой структуры, но и приводит к возникновению внутренних разрывов - дефектов ковки.However, the cross-sectional shape of such an ingot does not allow to achieve a significant reduction in segregation and shrinkage defects in its axial zone, as a result of which forging does not provide a favorable stress state scheme with at least a minimum of tensile stresses and, as a result, often not only does not allow intensifying the study cast structure, but also leads to the occurrence of internal gaps - forging defects.

Известен слиток, уширенный кверху, две противоположные грани которого выполнены с одинаковой по всей высоте суммарной конусностью, а две другие - с переменной по высоте суммарной конусностью (Авторское свидетельство СССР №747611, Слиток, МПК B22D 7/00 от 15.07.80).An ingot broadened up is known, the two opposite faces of which are made with the same total taper along the entire height, and the other two with the total taper of varying height (USSR Author's Certificate No. 747611, Ingot, IPC B22D 7/00 of 07.15.80).

Выполнение такого слитка с переменной по высоте суммарной конусностью обеспечивает смещение тепловых центров кристаллизации в нижней и верхней его частях, следствием чего является улучшение качества осевой части слитка и, как следствие, увеличение выхода годного.The implementation of such an ingot with a variable taper of height-variable total taper provides a shift of the thermal crystallization centers in its lower and upper parts, resulting in an improvement in the quality of the axial part of the ingot and, as a result, an increase in the yield.

Вместе с тем, форма поперечного сечения такого слитка не позволяет минимизировать величину укова вследствие недостаточного развития сдвиговых деформаций.At the same time, the cross-sectional shape of such an ingot does not allow minimizing the size of the yoke due to insufficient development of shear deformation.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту предлагаемому является слиток для деформирования, имеющий трехлучевое сечение с наклоном вершин лучей от донной его части к вершинам лучей головной части (Тюрин В.А. Теория и процессы ковки слитков на прессах. - М.: Машиностроение, 1979, с.145, рис.4.14).The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed is an ingot for deformation, having a three-beam section with a slope of the tops of the rays from its bottom to the tops of the rays of the head part (Tyurin V.A. Theory and processes of forging ingots on presses. - M.: Engineering, 1979, p.145, fig. 4.14).

Недостатком наиболее близкого аналога является, как и ранее приведенных аналогов, недостаточное развития сдвиговых деформаций, что снижает качество поковок.The disadvantage of the closest analogue is, like the previously mentioned analogues, the insufficient development of shear deformations, which reduces the quality of forgings.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение этого недостатка, а именно повышение плотности изготавливаемых из слитка поковок с одновременным увеличением их прочностных характеристик, особенно ударной вязкости.The objective of the invention is to eliminate this drawback, namely increasing the density of forgings made from an ingot with a simultaneous increase in their strength characteristics, especially impact strength.

Поставленная задача решается тем, что у слитка для деформирования, имеющего трехлучевое поперечное сечение с наклоном вершин лучей от головной его части к донной, согласно предлагаемому решению, угол наклона каждого соседнего луча однонаправлено монотонно возрастает на угол 1,1÷1,5°.The problem is solved in that, for a deformation ingot having a three-beam cross section with the tips of the rays tilted from its head to the bottom, according to the proposed solution, the angle of inclination of each adjacent beam unidirectionally increases monotonically by an angle of 1.1-1.5 °.

Выполнение слитка заявляемой конструкции позволяет при ковке увеличить величину сдвиговых деформаций и, тем самым, более полно путем дробления проработать литую структуру поковок, преимущественно в осевой зоне слитка, повысить их плотность и, как следствие, увеличить их прочностные характеристики, особенно ударную вязкость. Особенно данный эффект важен при ковке слитков из легированных марок сталей.The implementation of the ingot of the claimed design allows forging to increase the magnitude of shear deformations and, thereby, more fully by crushing to work out the cast structure of the forgings, mainly in the axial zone of the ingot, increase their density and, as a result, increase their strength characteristics, especially impact strength. This effect is especially important when forging ingots from alloyed steel grades.

Величина угла наклона лучей от головной части слитка к донной может однонаправлено изменяться как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки, увеличиваясь в соседнем луче на угол 1,1÷1,5°. Заявляемые углы наклонов лучей могут быть выполнены как по всей высоте тела слитка, так и на его головной части, предпочтительно на 1/3-1/4 высоты тела слитка, где в наибольшей степени наблюдаются дефекты после литья.The angle of inclination of the rays from the head of the ingot to the bottom can unidirectionally change both clockwise and counterclockwise, increasing in the adjacent beam by an angle of 1.1 ÷ 1.5 °. The inventive angles of inclination of the rays can be performed both over the entire height of the body of the ingot, and on its head part, preferably at 1 / 3-1 / 4 of the height of the body of the ingot, where defects are most observed after casting.

Уменьшение угла наклона в соседнем луче менее 1,1° не обеспечивает градиентно значимой интенсификации сдвиговых деформаций, а увеличение его свыше 1,5° приводит к зажимам.A decrease in the angle of inclination in the adjacent beam of less than 1.1 ° does not provide gradient-significant intensification of shear deformations, and an increase of more than 1.5 ° leads to clamps.

Предлагаемый слиток для деформирования изображен на фиг.1-5, где на фиг.1 изображен общий вид слитка, на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 - сечение АОБ фиг.2, на фиг.4 - сечение ВОГ фиг.2, на фиг.5 - схема асимметричного дробления очага деформации на локализованные объемы.The proposed ingot for deformation is shown in figures 1-5, where figure 1 shows a General view of the ingot, figure 2 is a top view, figure 3 is a cross section AOB figure 2, figure 4 is a cross section FOG figure. 2, Fig. 5 is a diagram of asymmetric crushing of the deformation zone into localized volumes.

Слиток для деформирования состоит из прибыли 1 и тела 2, имеющего трехлучевое поперечное сечение с лучами 3, 4 и 5. Вершина луча 3 наклонена от головной части в сторону донной части на угол α₃. Соответственно вершины лучей 4 и 5 наклонены под углами α₄ и α₅. Угол наклона α₄ вершины соседнего луча 4 больше угла наклона α₃ вершины луча 3 на величину 1,1÷1,5°. Угол наклона α₅ вершины соседнего луча 5 больше угла наклона α₄ на 1,1÷1,5°.The ingot for deformation consists of profit 1 and body 2 having a three-beam cross section with beams 3, 4 and 5. The top of beam 3 is inclined from the head to the bottom towards an angle α ₃ . Accordingly, the vertices of beams 4 and 5 are inclined at angles α ₄ and α ₅ . The angle of inclination α _{4 of the} vertex of the adjacent beam 4 is greater than the angle of inclination α _{3 of the} vertex of beam 3 by 1.1 ÷ 1.5 °. The angle of inclination α _{5 of the} vertex of the adjacent beam 5 is greater than the angle of inclination α ₄ by 1.1 ÷ 1.5 °.

Деформация предлагаемого слитка осуществляется следующим образом.The deformation of the proposed ingot is as follows.

Предварительно нагретый слиток, состоящий из прибыли 1 и тела 2, помещают между плоским бойком 6 и вырезным бойком 7 таким образом, чтобы имеющий максимальный угол наклона вершины луч 5 контактировал с плоским бойком 6, а лучи 3 и 4 - с вырезным бойком 7, и прикладывают вертикальное усилие к плоскому бойку 6, придавая ему перемещение по направлению к вырезному бойку 7. Вследствие разницы углов наклона каждого соседнего луча трехлучевого поперечного сечения слитка на 1,1÷1,5° инициируется асимметричное с эксцентриситетом е дробление очага деформации на локализованные объемы 3а, 4а и 5а (фиг.5) с преимущественным развитием сдвиговых деформаций в направлениях, обозначенных стрелками. При этом дробление очага деформации на локализованные объемы 3а, 4а и 5а сопровождается асимметрично последовательным нарастанием величины смещаемых объемов в первую очередь у луча 5, имеющего максимальный угол наклона своей вершины, затем у луча 4 и наконец у луча 3, имеющего минимальный угол наклона своей вершины, причем не только в поперечном, но и продольном сечениях трехлучевого слитка. Такой механизм асимметричного дробления очага деформации в поперечном, но и продольном сечениях трехлучевого слитка обеспечивает возникновение многонаправленных сдвиговых деформаций, увеличивающих турбулентность металлопотоков в объеме поковок, что способствует дополнительной проработке их литой структуры.A preheated ingot, consisting of profit 1 and body 2, is placed between the flat striker 6 and the notched striker 7 so that the beam 5 having the maximum angle of inclination of the apex contacts the flat striker 6, and the beams 3 and 4 with the notched striker 7, and apply vertical force to the flat striker 6, making it move towards the cut striker 7. Due to the difference in the angles of inclination of each adjacent beam of the three-beam cross section of the ingot by 1.1-1.5 °, asymmetric crushing of the deformation zone is initiated with eccentricity and to localized volumes 3a, 4a and 5a (Fig. 5) with the predominant development of shear deformations in the directions indicated by arrows. In this case, crushing of the deformation zone into localized volumes 3a, 4a, and 5a is accompanied by an asymmetrically sequential increase in the amount of displaced volumes, first of all, for beam 5, which has a maximum angle of inclination of its peak, then for beam 4, and finally, beam 3, which has a minimum angle of inclination of its peak , and not only in the transverse, but also longitudinal sections of the three-beam ingot. Such a mechanism of asymmetric crushing of the deformation zone in the transverse, but also longitudinal sections of a three-beam ingot provides the appearance of multidirectional shear deformations, which increase the turbulence of metal flows in the forgings volume, which contributes to the additional study of their cast structure.

Последующие кантовки на 120° с размещением сначала луча 4, а затем луча 3 под плоским бойком 6, сопровождающиеся обжатиями, способствуют дальнейшему асимметричному дроблению очага деформации с дальнейшей активизацией многонаправленных сдвиговых деформаций, что позволяет при ковке более полно проработать литую структуру поковок, преимущественно в осевой зоне слитка.Subsequent tilts of 120 ° with the first placement of beam 4 and then beam 3 under a flat striker 6, accompanied by compression, contribute to further asymmetric crushing of the deformation zone with further activation of multidirectional shear deformations, which allows forging to more fully work out the forged cast structure, mainly in axial ingot zone.

Пример. Согласно предлагаемому решению были изготовлены слитки с традиционным восьмигранным и с трехлучевым поперечным сечениями из сталей марок Ст.45 и 17ГС массой 8 т (снимок данного слитка, а также его продольное сечение с отпечатками сернистых включений приложены к материалам заявки). У слитков с трехлучевым поперечным сечением углы наклона вершин лучей от головной части к донной составляли 2° (прототип) и однонаправлено против часовой стрелки возрастали у предлагаемого слитка и соответственно составляли 2°; 2°+1,1°=3,1° и 3,1°+1,1°=4,2°. Деформация партии таких слитков из сталей марок Ст.45 и 17ГС массой 8 т на прессе свободной ковки с уковом 2,7 позволяет получить сравнительные результаты механических испытаний, приведенных в таблице. Образцы для испытаний на растяжение и пористость изготовлены от вырезанных на расстоянии 20 мм от концов поковок валов поперечных темплетов толщиной 210 мм.Example. According to the proposed solution, ingots with a traditional octagonal and three-beam cross sections were made from steel grades St.45 and 17GS with a mass of 8 tons (a snapshot of this ingot, as well as its longitudinal section with imprints of sulfur inclusions, are attached to the application materials). In ingots with a three-beam cross section, the angle of inclination of the vertexes of the rays from the head to the bottom was 2 ° (prototype) and unidirectionally increased counterclockwise for the proposed ingot and, accordingly, amounted to 2 °; 2 ° + 1.1 ° = 3.1 ° and 3.1 ° + 1.1 ° = 4.2 °. Deformation of a batch of such ingots from steel grades St.45 and 17GS with a mass of 8 tons in a free forging press with a yield of 2.7 allows for comparative results of mechanical tests shown in the table. Samples for tensile and porosity tests were made from 210 mm thick transverse templates that were cut at a distance of 20 mm from the ends of the forgings of the shafts.

В результате реализации предлагаемого слитка для деформирования достигается по отношению к прототипу для поковок из стали:As a result of the implementation of the proposed ingot for deformation is achieved in relation to the prototype for steel forgings:

- Ст.45 осевая рыхлость поковок снижается более чем на 30% (на 0,5 балла), результаты механических испытаний возрастают: предел прочности на 3,9% с меньшим на 18,6% среднеквадратичным отклонением, относительное удлинение на 14,1% с меньшим на 28,6% среднеквадратичным отклонением, ударная вязкость на 7,4% с меньшим на 25,5% среднеквадратичным отклонением, что свидетельствует о значимом влиянии отличительных признаков предлагаемого слитка для деформирования;- Art. 45, axial looseness of forgings is reduced by more than 30% (by 0.5 points), the results of mechanical tests increase: tensile strength by 3.9% with a standard deviation lower by 18.6%, elongation by 14.1% with a lower by 28.6% standard deviation, impact strength by 7.4% with a lower by 25.5% standard deviation, which indicates a significant effect of the distinctive features of the proposed ingot for deformation;

- 17ГС осевая рыхлость поковок снижается более чем на 30% (на 0,5 балла), результаты механических испытаний возрастают: предел прочности на 2,8% с меньшим на 30,4% среднеквадратичным отклонением, относительное удлинение на 17,9% с меньшим на 40,9% среднеквадратичным отклонением, ударная вязкость на 10,1% с меньшим на 21,1% среднеквадратичным отклонением, что свидетельствует о значимом влиянии отличительных признаков предлагаемого слитка для деформирования.- 17GS axial forging looseness decreases by more than 30% (by 0.5 points), the results of mechanical tests increase: tensile strength by 2.8% with a standard deviation lower by 30.4%, elongation by 17.9% with less by 40.9% standard deviation, impact strength by 10.1% with a lower by 21.1% standard deviation, which indicates a significant effect of the distinctive features of the proposed ingot for deformation.

Предлагаемый слиток для деформирования найдет применение в прокатных и кузнечно-прессовых цехах металлургических и машиностроительных заводов преимущественно для деформации крупных слитков из легированных марок стали.The proposed ingot for deformation will find application in rolling and forging shops of metallurgical and engineering plants mainly for the deformation of large ingots of alloyed steel grades.

Claims

An ingot for deformation by forging, having a three-beam cross section with a slope of the tops of the rays from its head to the tops of the rays of the bottom, characterized in that the angle of inclination of each adjacent beam unidirectionally monotonically increases by 1.1 ÷ 1.5 °.