Поковка круглая

Что такое поковка круглая

Поковка круглая — это стальная заготовка круглого сечения, полученная методом горячей ковки стального литья. В отличие от горячекатаного круга, возможности производства которого на прокатных станах ограничены диаметром около 350 мм, поковка позволяет получать круглые заготовки значительно больших диаметров — от 280 до 1500 мм и более. Именно поэтому для крупных диаметров применяется метод ковки, а сами изделия часто называют «круг кованый» или «поковка круглая». 

Круглая поковка, полученная методом ковки стальной заготовки, обладает большей плотностью и твёрдостью материала, а также практически не содержит пористости в своём теле. В процессе ковки металл уплотняется, волокна структуры вытягиваются вдоль направления деформации, что существенно повышает прочностные характеристики по сравнению с горячекатаным кругом той же марки стали. Это делает поковку круглую незаменимой при производстве ответственных деталей, работающих под высокими нагрузками. 

ГОСТ 8479-70 — основной стандарт на поковку круглую

Главный нормативный документ, регламентирующий производство и поставку круглых поковок, — ГОСТ 8479-70 «Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали. Общие технические условия». Стандарт распространяется на поковки общего назначения диаметром (толщиной) до 800 мм из конструкционной углеродистой, низколегированной и легированной стали, изготовляемые ковкой и горячей штамповкой. 

ГОСТ 8479-70 определяет:

• механические свойства материала — предел прочности и текучести, относительное удлинение и сужение, ударную вязкость, твёрдость;
• допуски размеров и формы изделия;
• качество поверхности и допустимые дефекты;
• методы контроля качества продукции;
• правила маркировки, упаковки, хранения и транспортировки. 

Примеры условных обозначений

По ГОСТ 8479-70 приняты следующие примеры обозначений поковок: 

• Гр. I ГОСТ 8479-70 — поковка группы I (без испытаний);
• Гр. II (III) НВ 143–179 ГОСТ 8479-70 — поковка группы II (III) с твёрдостью по Бринеллю;
• Гр. IV (V) КП 490 ГОСТ 8479-70 — поковка группы IV (V) с категорией прочности КП 490;
• Гр. IV–КП 490–σв≥655σв​≥655–δ5≥14δ5​≥14–KCU $\ge 64$ ГОСТ 8479-70 — поковка группы IV с конкретными требованиями по механическим свойствам.

Группы поковок по ГОСТ 8479-70

Качество и объём контроля круглых поковок определяются пятью группами: 

Группы I, III и V с различными методами испытаний и УЗК-контролем поставляются исключительно под заказ. Наиболее ходовые — группы II и IV. 

Категории прочности поковок круглых

По механическим свойствам поковки, поставляемые после окончательной термической обработки, разделяются на категории прочности: КП 175, КП 195, КП 215, КП 245, КП 275, КП 315, КП 345, КП 395, КП 440, КП 490, КП 540, КП 590, КП 640, КП 685, КП 735, КП 785. Цифра обозначает предел текучести в МПа. Для каждой категории стандартом установлены нормы временного сопротивления, относительного удлинения, сужения, ударной вязкости и твёрдости по Бринеллю в зависимости от диаметра поковки. 

Таблица рекомендуемых марок стали в зависимости от диаметра поковки и требуемой категории прочности приведена в приложении к ГОСТ 8479-70. Например, для КП 245 (предел текучести 245 МПа) и диаметра до 100 мм рекомендуются стали 25, 30, 35, Ст5, 20Х; для диаметра 300–500 мм — 30, 35, 40, 45, 40Х. 

Масса поковок круглых

Масса поковки — важный параметр, влияющий на выбор оборудования, стоимость и логистику. По ГОСТ 8479-70 масса поковок, определяемая по ГОСТ 7062-90 (для поковок, изготовляемых ковкой на прессах), не должна превышать расчётной массы, определённой по наибольшим размерам поковки с учётом плюсового отклонения для наружных размеров и минусового — для внутренних. 

Объём и массу поковок определяют расчётом по номинальным размерам с учётом напусков на скосах, торцах, сферах и других элементах. Поковка считается изготовленной по первой группе точности, если её размеры обеспечивают получение годной детали, а масса поковки, определённая расчётом по фактическим размерам, на 2–4% меньше массы, определённой по номинальным размерам. 

Для ориентировочного расчёта массы одного погонного метра круглой поковки используется формула:

где $D$ — диаметр поковки в метрах, $\rho =7850$ кг/м³ — плотность стали. 

Например, масса 1 метра поковки диаметром 300 мм составляет около 555 кг, диаметром 400 мм — около 987 кг, диаметром 500 мм — около 1541 кг.

Другие стандарты, регулирующие поковку круглую

• ГОСТ 7062-90 — припуски и допуски для поковок, изготовляемых ковкой на прессах, массой до 130 т; 
• ГОСТ 7829-70 — заготовки массой до 800 кг, изготавливаемые свободной ковкой на молотах;
• ГОСТ 1133-71 — сортамент кованой стали круглого и квадратного сечения от 40 до 200 мм; 
• ГОСТ 4543-2016 — технические условия на легированную конструкционную сталь;
• ГОСТ 1050-2013 — сталь углеродистая качественная конструкционная;
• ГОСТ 25054-81 — поковки из коррозионно-стойкой стали; 
• ГОСТ 24507-80 — методы ультразвуковой дефектоскопии поковок. 

Марки стали для поковки круглой

Для производства круглых поковок используются различные марки стали в зависимости от требуемых технических характеристик готового изделия: 

• Углеродистые стали (20, 35, 45, 50, Ст3) — для деталей общего назначения, валов, осей, фланцев средней нагруженности;
• Легированные конструкционные (40Х, 40ХН, 30ХГСА, 40ХН2МА, 38ХН3МА, 34ХН1М, 18ХГТ) — для ответственных деталей трансмиссий, валов редукторов, роторов;
• Низколегированные (09Г2С) — для сосудов под давлением, оборудования, работающего при низких температурах до $-70$ °C;
• Коррозионно-стойкие (12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 20Х13) — для химического и пищевого оборудования;
• Инструментальные (У8А, 9ХС, ХВГ, Х12МФ, 5ХНМ, 4Х5МФС, 3Х2В8Ф) — для штампов, пресс-форм, режущего инструмента;
• Жаропрочные и спецсплавы (20Х2Н4А, 38Х2МЮА, 9Х2МФ, 4Х5В2ФС) — для высоконагруженных деталей, работающих при повышенных температурах.

Производство поковки круглой

Производственный процесс круглой поковки включает несколько этапов:

1. Подготовка заготовки — нарезка проката или слитка на исходные мерные заготовки;
2. Нагрев — заготовка нагревается до температуры пластичного состояния (для стали — 1100–1250 °C);
3. Деформация — нагретый металл подвергается ковке на прессах или молотах, в результате чего формируется круглое сечение;
4. Термообработка — нормализация, закалка, отпуск для достижения требуемых механических свойств;
5. Контроль качества — визуальный осмотр, замер твёрдости, ультразвуковой контроль. 

Ковка может производиться на пневматических молотах (для поковок до 20 кг), паровоздушных молотах (20–350 кг) и гидравлических прессах (для крупных поковок свыше 800 кг). Массивные и крупногабаритные поковки круглого сечения диаметром свыше 300 мм изготавливаются преимущественно ковкой на прессах. 

При необходимости производители под заказ изготавливают стальные круги и малого размера методом ковки — когда требуются повышенные прочностные характеристики. В этом случае стоимость материала возрастает в 1,5–2 раза по сравнению с горячекатаным кругом, но механические свойства существенно улучшаются. 

Ультразвуковой контроль (УЗК) поковок круглых

УЗК — неразрушающий метод диагностики, позволяющий выявлять внутренние дефекты металла без разрушения заготовки: трещины, раковины, закаты, флокены, расслоения, неметаллические включения. 

УЗК поковок регламентируется ГОСТ 24507-80. Стандарт распространяется на поковки толщиной 10 мм и более. Цилиндрические (круглые) поковки прозвучиваются прямым преобразователем с торцевой и боковой поверхности, а также наклонным преобразователем с боковой поверхности в двух направлениях, перпендикулярных образующей (хордовое прозвучивание). 

Массивные и крупнозернистые поковки прозвучиваются на частотах 0,5–2,0 МГц, тонкие с мелкозернистой структурой — на частотах 2,0–5,0 МГц. 

По результатам УЗК поковки классифицируются на группы качества: 1, 2, 3, 2п, 3п, 4п, 4L. В поковках групп 1, 2 и 3 не допускается ни один протяжённый дефект. В поковках групп 2п, 3п и 4п допускаются мелкие непротяжённые дефекты (например, неметаллические включения). 

Наиболее распространённый метод на практике — контроль по гр. 4п, который проводится по зачищенным бороздкам поковки и является менее трудозатратным. Также производитель может поставить отметку УЗК по SEP — это означает соответствие поковки требованиям европейских стандартов. 

Области применения поковки круглой

Круглая поковка широко применяется в отраслях, где критичны прочность, износостойкость и устойчивость к механическим нагрузкам: 

• Машиностроение — валы коробок передач, коленчатые валы, шпиндели станков, оси, шестерни, муфты, фланцы;
• Энергетика — валы паровых и газовых турбин, роторы генераторов, элементы парогенераторов;
• Нефтегазовая отрасль — валы насосов, штоки, элементы буровых установок, фланцы высокого давления;
• Металлургия — валки прокатных станов, шатуны прессов, кольца прокатных станов;
• Судостроение — гребные валы, промежуточные валы, элементы рулевого управления;
• Транспортное машиностроение — полуоси, ступицы, тяговые крюки;
• Оборонная промышленность — детали спецтехники, элементы подвески;
• Крановое оборудование — оси лебёдок, валы механизмов поворота, ходовые колёса;
• Химическая промышленность — корпуса реакторов, фланцы, крышки аппаратов;
• Ремонт и модернизация — замена изношенных валов, осей, фланцев в действующем оборудовании.