книги из ГПНТБ / Биметаллические трубы

Из рис. 29, на котором представлено влияние температуры на­ грева на прочность сварки при р = Пч-20, следует, что для этой степени деформации может быть рекомендована температура нагрева 850—920° С.

Полученные биметаллические трубы были испытаны на сплющи­ вание. Результаты испытаний были удовлетворительными для всех режимов прессования. Расслоения не было даже на трубах, выпрессованных при 700° С и малом коэффициенте вытяжки 5,6.

Следовательно, так называемые критические степени деформа­ ции для данных температур нагрева (минимальные степени деформа­ ции для данной температуры нагрева, приводящие к достаточно прочной сварке слоев) при прессовании лежат за пределами исследо­ ванной области режимов прессования.

Рассмотрим результаты исследования прочности сварки слоев труб сталь 10 + бронза БрОФ 7—0,2 размерами 32ч-45 X 2,5ч- ч-6,0 мм, выпрессованных в интервале температур 730—830° С при р — бч-іб и труб сталь 10 + бронза БрАЖ 9—4 размером 32ч- 4-45 X 2,5ч-6,0 мм, выпрессованных в интервале температур 730— 870° С при р = 64-16 (рис. 30). В обоих случаях скорость прессо­ вания была 50 мм/с, п = 0,35.

При повышении коэффициента вытяжки от 6 до 16 и температуры нагрева до определенного предела (бронзы БрОФ 7—0,2 от 730 до 820° С и БрАЖ 9—4 от 730 до 840° С) прочность сварки слоев воз­ растает в первом случае от 50 МН/м2 (5 кгс/мм2) до 260 МН/м2 (26 кгс/мм2), во втором случае от 100 МН/м2 (10 кгс/мм2) до 300 МН/м2 (30 кгс/мм2).

При нагреве бронзы БрОФ 7—02 выше 820° С, а БрАЖ 9—4 840° С, независимо от степени деформации напряжения среза сни­ жаются. Прочность сварки слоев увеличивается более интенсивно с ростом степени деформации, чем с повышением температуры. Так, при увеличении степени деформации в 2,65 раза напряжение среза возрастает для бронзы БрОФ 7—02 примерно в 2,4 раза (тем­ пература деформации 820° С), а для бронзы БрАЖ- 9—4 в 2 раза (температура деформации 830° С). Удельные давления прессования изменяются соответственно от 650 МН/м2 (65 кгс/мм2) до 900 МН/м2 (90 кгс/мм2) (в 1,4 раза) и от 630 МН/м2 (63 кгс/мм2) до 820 МН/м2 (82 кгс/мм2) (в 1,3 раза). При повышении температуры нагрева бронзы БрОФ 7—0,2 выше 820° С, а БрАЖ 9—4 выше 850° С наблю­ дается некоторое снижение прочности сварки слоев, что вызывается ростом зерна и образованием на границе слоев эвтектической фазы Си3Р в первом и интерметаллидной фазы FeAl3 во втором слу­ чае, интенсивность выделения которых повышается с возрастанием температуры.

С повышением скорости деформации влияние теплового эффекта больше, так как тепло не успевает отводиться и рассеиваться в окру­ жающую среду и температура в деформируемом объеме повышается. Это аналогично повышению температуры при нагреве заготовок.

91

скорости прессования, особенно при более низких температурах нагрева за счет более высокого теплового эффекта деформации (рис. 31). С понижением температуры нагрева работа деформации и тепловой эффект возрастают. При температуре прессования 1000° С

не изменяются и составляют440—450 МН/м2 (44—45 кгс/мм2) и 350— 360 МН/м2 (35—36 кгс/мм2) соответственно.

Скорости прессования более 350 мм/с не оказывают влияния на прочность сварки слоев. Аналогичное влияние скорости и для многих других сочетаний металлов. Она должна приниматься максимальной, где это позволяет пластичность металлов, так как это позволяет уменьшить время контакта нагретого металла с инструментом, а соответственно повысить его стойкость. Аналогичное влияние основных параметров — температуры, скорости и степени деформа­ ции биметаллических труб — при прокатке.

Таким образом, при производстве биметаллических труб горячей деформацией прочность сварки слоев в значительной степени зави­ сит от основных технологических параметров и в первую очередь от температуры и степени деформации. Они должны быть макси­ мально возможными. Регулируя температуру и степень деформации, можно достигать. требуемой прочности сварки слоев биметалличе­ ских труб.

92

Исследование влияния последующих холодной деформации (про­ катки или волочения) и термических обработок на прочность сварки слоев проводилось на всех этапах технологического процесса произ­ водства биметаллических труб: прессование — холодная деформация с термическими обработками (рис. 32).

Холодная деформация и термическая обработка способствуют повышению прочности сварки слоев. Металлографическими исследо­ ваниями биметаллических труб из различных сочетаний металлов установлено, что все способы их производства обеспечивают доста­ точно качественную сварку слоев. Наряду с этим на границе слоев

происходят изменения. В частности, за счет диффузии в биметалле сталь 10 + сталь 0Х18Н10Т происходит обезуглероживание первой и науглероживание второй стали. При этом, чем большему количеству последующих переделов подвергается горячедеформированная биме­ таллическая труба, тем больше зона науглероживания в слое из стали 0Х18Н10Т. Так, в процессе нагрева и прессования содержание углерода у границы сварки повышается от 0,068 до 0,10%, в про­ цессе термической обработки труб (при 800° С) — до 0,13%, а при изготовлении труб размером 22x3,0 мм из термически обработанной заготовки размером 83x9,0 мм за три цикла холодного передела, с промежуточными термическими обработками зона науглерожи­ вания увеличивается от 0,13 до 0,21 мм (табл. 15). В случае изготов­ ления тонкостенных биметаллических труб данного сочетания метал­ лов это необходимо учитывать.

Послойный химический анализ прессованных труб до и после термической обработки показывает, что диффузия углерода из стали 10 в сталь 0Х18Н10Т возрастает с повышением температуры термической обработки (рис. 33, кривая 1). В центральной части слоя стали 0Х18Н10Т содержание углерода с повышением темпера-

93

туры термической обработки также повышается и при 1050° С дости­ гает 0,073% (рис. 33, кривая 2).

Максимальная микротвердость наблюдается на границе слоев — Н — 4,4 ГН/м2 (440 кгс/мм2). Она обусловлена науглероживанием (рис. 34). Минимальное значение микротвердости — у границы сварки слоев, что связано с процессами обезуглероживания стали 10

Кроме испытания на срез и металлографических исследований образцы от биметаллических труб всех сочетаний металлов подвер­ гали испытанию на сплющивание и определение механических свойств труб размером 68x8,0 мм (табл. 16). Кольца под прессом сплющивали до 45 (5 — толщина стенки), а в некоторых случаях и до 25 — до соприкосновения стенок. Критерием качества сварки при сплющивании и механических испытаниях являлось отсутствие видимых невооруженным глазом расслоений по границе сварки

94

МиеротВердость, ГН/м2(мес/мм2)

Температура, °С

металлов. Результаты испытаний, как правило, были удовлетвори­ тельными.

Влияние температуры термической обработки на изменение меха­ нических свойств в биметаллических трубах сталь 10 + сталь 0Х18Н10Т размером 63x5,0 мм исследовано в интервале темпера­

Интервал температур от 730 до 820° С характерцзуется повышен­ ной способностью бронзы к схватыванию со сталью 10. Исследова­ ния, проведенные на сегментах, показали, что механические свойства прессованных биметаллических труб практически не зависят от температуры нагрева под прессование (табл. 17).

Исследованием качества прессованных профильных (двухребер­

96

• твердость по сечению бронзового слоя равна 1100 JVJH/M2 (ПО кгс/мм2) и только на внутренней поверхности трубы она повышается до 1450 МН/м2 (145 кгс/мм2), что.происходит за счет изменения характера деформации на контакте между инструментом и внутренней по­ верхностью трубы. Наблюдает­

ности до 1900 МН/м2 (190 кгс/мм2): далее микротвердость вырав­ нивается и по всему сечению равна 1780— 1800 МН/м2 (178—

— 180 кгс/мм2). Изменения микротвердости обоих слоев вдоль

границы диффузионной сварки представлены на рис. 38. Максималь­ ная микротвердость стали 1 0 и оловянно-фосфористой бронзы нахо­ дится у основания выступа ребра, т. е. в участках большого изгиба волокон.

Средняя микротвердость по сечению бронзового слоя прессован­ ных труб сталь 1 0 + бронза БрАЖ 9—4 растет с повышением тем­ пературы и при температуре выше 820° С превосходит твердость стали 10 (рис. 39).

Механические свойства биметаллических труб сталь 10 + бронза БрАЖ 9—4 в зависимости от температуры прессования меняются незначительно:

ИЗГОТОВЛЕНИЕ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ ХОЛОДНОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ

Как уже указывалось выше, основными способами изготовления биметаллических труб малых и средних размеров являются холод­ ная прокатка на станах ХПТ и ХПТР и холодное волочение на корот­ кой оправке или без нее.

Для выбора способа деформации немаловажную роль играют сочетание металлов, их взаимное расположение в трубе и размеры последней.

Так, биметаллические трубы из углеродистой стали, плакирован­ ные внутри нержавеющей сталью, изготавливают с применением холодной прокатки в сочетании с безоправочным волочением (при диаметре труб менее 20 мм). В то же время для деформации труб, в которых углеродистая сталь располагается внутри, а нержавею­ щая снаружи, может применяться как холодная прокатка, так и короткооправочное волочение.

Биметаллические трубы из углеродистой стали, плакированные внутри цветными металлами (медью, бронзой), подвергаются дефор­ мации преимущественно волочением на короткой оправке, а при необходимости изготовления труб диаметром менее 32 мм с толщиной стенки менее 2 мм — холодной прокаткой.

Кроме того, выбор того или иного способа холодной деформации биметаллических труб зависит от прочности сварки слоев в заготовке, свойств металлов, составляющих биметаллическую трубу, а также от требований к качеству труб.

Общим для способов холодной деформйции труб является воз­ можность получения биметаллических труб с высоким качеством поверхности (класс чистоты 6 — 1 0 ) и точными геометрическими размерами труб.

Качество готовых биметаллических труб в значительной степени определяется качеством передельных, особенно при производстве

98

тонкостенных и особотонкостенных труб с электрополированной поверхностью. Для изготовления их применяют биметаллические передельные трубы с механически обработанными поверхностями.

матической статистики была получена формула, выражающая кор­ реляционную связь между вышеназванными величинами:

ß = 0,16ц + 0,777,

где ß — коэффициент изменения относительной разностенности пере­

дельной трубы, ß = С^т (Q3 и QT — относительная разно-

стенность передельной и готовой труб соответственно, %). Тогда допустимая относительная разностенность передельной

трубы определится как

Q3 = Qr (0,16р + 0,777).

Величина абсолютной разностенности передельной трубы будет

AS3= ASTА - (0,16ц + 0,777),

*->0

где А5Т— абсолютная разностенность готовой трубы.

Зная требования к готовым трубам, можно рассчитать разно­ стенность передельных труб. Установление количественных зависи­ мостей между А5Т и точностью инструмента без учета его упругих

для трехвалковых и трехроликовых станов при фшах = 60°

Asmax = / а д — я т,

для четырехроликовых станов

Эѵсцентрисшпт, мм

где фшах — максимальный угол между вертикальной осью инстру

100