3. Методы и задачи управления кристаллическим строением слитка.

Технологические требования к слитку, поступающему на обработку давлением, могут быть сформулированы следующим образом:

размеры и соотношения объемов годной (корпуса слитка), при­быльной и донной частей слитка должны соответствовать чертежным;

поверхностная зона должна быть достаточно прочной и одно­родной, без грубой глубокой сетки от разгара изложницы, плен и складок в виде заворотов, поверхностных открытых пузырей в виде оспы, продольных и поперечных трещин;

внутреннее строение слитка должно быть предельно одно­родным, с минимальным развитием осевой и зональной ликва­ции, без трещин и пустот; недопустимы подкорковые пузыри и окисленные корки металла; структура металла должна характери­зоваться однородностью по зернистости, отсутствием усадочных дефектов, неметаллических макровключений при допустимом количестве микровключений;

химический состав слитка при удовлетворении указанным требованиям должен обеспечивать высокие механические и другие свойства при минимальном содержании вредных примесей.

Я. Μ. Охрименко указывает, что при ковке слитков воз­можно решить следующие четыре задачи: придать заготовке заданные форму и размеры; полностью или частично устранить дефекты литой структуры (пустоты, ликвации, сегрегации, по­верхностные трещины и т. п.); преобразовать литую (дендритную) макроструктуру металла для улучшения механических свойств; по­лучить оптимальную микроструктуру металла при минимальных остаточных напряжениях.

Преимущество ковки Я. М. Охрименко видит в возможности не только придавать заготовке заданную форму и улучшать струк­туру и механические свойства обрабатываемого металла, но и исправлять (целиком или в большей мере) дефекты литою ме­талла. Это особенно важно для крупных слитков, которые отли­чаются большим количеством пузырей, плен и других несплошностей, а также повышенной зональной ликвацией.

 По мнению П. В. Камнева, технология выплавки и раз­ливки стали еще недостаточно обеспечивает получение крупных кузнечных слитков, свободных от неметаллических включений, усадочной рыхлости, усов и других дефектов, причем чем боль­ше масса слитка, тем больше в нем дефектов.

При рассмотрении требований, предъявляемых к литому ме­таллу, можно подметить следующую особенность. Помимо пока­зателей слитка, обеспечивающих решение основной задачи (придание заготовке данной формы и размеров), детально пере­числяются дефекты слитка, затрудняющие процесс обработки давлением. Иначе говоря, требования к качеству литого металла в значительной мере формируются по принципу «чего не должно быть в структуре слитка». Подобный, негативный характер тре­бований к качеству слитка обусловлен тем, что традиционный способ разливки стали по изложницам не может обеспечить од­нородность литого металла — однородность дендритного строе­ния, распределения легирующих элементов и неизбежных при­месных включений.

Указанное противоречие между современными требованиями к качеству литой стали и качеству слитка, получаемого традицион­ным способом разливки по изложницам, особенно рельефно проявляется при изготовлении крупных и сверхкрупных слитков, необходимых современному машиностроению.

Используя терминологию системного подхода, можно утвер­ждать, что налицо явное несоответствие между необходимым и фактическим положением дел: необходимо иметь однородную структуру слитка большой массы, однако традиционный способ разливки стали по изложницам указанной однородности струк­туры слитка обеспечить не может. Почему указанное несоответ­ствие усиливается с увеличением массы слитка? Можно указать по меньшей мере три причины увеличения степени неоднород­ности слитка с ростом его массы: усиление разнообразия усло­вий кристаллизации расплава на различных участках слитка; возникновение элементов грубодисперсной структуры (массивных дендритных ветвей, сгустков ликватов) вследствие увеличения длительности пребывания металла в двухфазном состоянии; интен­сификация гидродинамических явлений (движения расплава) в незатвердевшей части слитка.