Ковка

КОВКА, способ обработки металлов давлением, при котором в результате однократного или многократного воздействия инструмента нагретая до пластичного состояния исходная заготовка приобретает заданные форму и размеры, а также формируются требуемые структура и свойства. Получаемое ковкой изделие называется поковкой. Поковки могут иметь разнообразную форму с массой от нескольких граммов до 350 тонн и более. Большие поковки получают непосредственно из слитков, поковки средних и малых размеров - из предварительно деформированных заготовок.

Ковка - древнейший способ изготовления предметов различного назначения из меди, железа, серебра, золота, широко применявшийся разными народами. Древние мастера (кузнецы) ковали сельскохозяйственного  орудия, холодное и огнестрельное оружие, замки, а также изделия сложной формы с тончайшими деталями, украшенные рельефным узором, насечкой и др., представляющие собой изделия ковки художественной. Способом ковки изготавливались изделия с уникальными свойствами, например клинки, сабли из булата и дамасской стали. В кованых изделиях из железа и стали соединение отдельных элементов осуществляли с помощью горновой (кузнечной) сварки - путём совместного деформирования мест сварки после нагрева в горне или печи. В 15-19 веках кузнечное ремесло было наиболее развито в городах Герат, Мосул, Дамаск, Милан, Аугсбург, Ноттингем, Золинген, Нюрнберг и др. В России кованые изделия изготовляли в городах Тула (оружие), Павлово (ножи и инструменты), Холмогоры (замки), Санкт-Петербург (фонари и ограды). Кузнецы пользовались особым почётом и считались «мастерами на все руки». Приспособлениями для ковки служили массивный молот (кувалда) и наковальня. Нагрев заготовки под ковку на этапе ремесленного производства осуществляли в горнах, отапливаемых древесным углем, высокая температура горения которого достигалась с помощью воздушного дутья от кожаных мехов. Впоследствии горн заменили мазутные, газовые и электрические печи.

Ковку осуществляют с нагревом и межоперационным подогревом заготовки до температуры, обеспечивающей наиболее высокую пластичность деформируемого металла, формирование предпочтительной структуры в поковке и снижение усилий, необходимых для достижения заданного формоизменения. Ковка  позволяет улучшить качество исходной литой заготовки, так как при этом завариваются несплошности, измельчается грубозернистая структура, достигается волокнистое строение и упрочнение металла. Номенклатура металлических материалов, подвергаемых ковке, включает стали, сплавы на основе меди, алюминия, магния, никеля, титана и др.

Различают ковку с применением штампов и свободную ковку (ручную или машинную) с использованием кузнечных инструментов. При ковке в штампах заготовка принимает форму полости (ручья) штампа (формоизменение ограничено полостью штампа). При свободной ковке формоизменение заготовки («течение» металла) не ограничено или частично ограничено формой инструмента. Ручную ковку осуществляют молотом, воздействуя непосредственно на заготовку или на подкладной инструмент; машинную ковку выполняют на специализированных машинах-орудиях: молотах, гидравлических прессах, радиально-ковочных и ротационных машинах, ковочных вальцах. Машинной ковкой изготавливают поковки массой до 350 тонн и более. Тип и мощность оборудования выбираются с учётом размеров и формы поковки, а также технологических свойств металла, из которого она изготавливается. Для крупных поковок технологические операции осуществляют с применением кузнечных манипуляторов и подъёмных кранов соответствующей грузоподъёмности. Свободная ковка используется в производстве единичной и малосерийной продукции, а также для предварительной обработки слитков и изготовления из них заготовок для проведения последующих операций окончательной ковки, прокатки, штамповки и др. Основные операции, применяемые при свободной ковке: протяжка - удлинение заготовки за счёт уменьшения её поперечного сечения, осадка - увеличение поперечного сечения заготовки за счёт её высоты, высадка - осадка лишь части заготовки, прошивка - пробивание отверстий в заготовке.

Большой вклад в обоснование режимов ковки стали внесли отечественные учёные П. П. Аносов, Д. К. Чернов, Н. С. Курников, С. И. Губкин и др. Создание теоретических основ процессов ковки позволило разрабатывать технологии изготовления поковок с регламентированными структурой и свойствами. Температурные режимы нагрева и ковки устанавливаются в зависимости от физических свойств, химического состава и особенностей структурных и фазовых превращений деформируемого металла. Термомеханические параметры ковки сталей и сплавов приведены в справочниках, производственных инструкциях и другой нормативно-технической документации. Наряду с температурными режимами на качество кованых изделий большое влияние оказывает схема ковки и величина деформации (коэффициент укова), оцениваемая отношением площади сечения исходной заготовки к площади сечения поковки. Для формирования более однородной структуры в поковке предпочтительной является схема всесторонней ковки с чередованием операций осадки и протяжки с достижением суммарного не менее 4-5-кратного укова. Для металлов и сплавов, обладающих повышенной склонностью к анизотропии структуры и свойств, ковку рекомендуется проводить по сложной схеме с изменением направления осей интенсивного течения металла в процессе деформации заготовки.

Лит.: Губкин С. И. Теория обработки металлов давлением. М., 1947; Бекофен В. Процессы деформации. М., 1977; Теория ковки и штамповки / Под редакцией Ε. П. Унского, А. Г. Овчинникова. М., 1992.