книги из ГПНТБ / Крупин А.В. Прокатка металлов в вакууме учеб. пособие

наковый характер изменения прочностных характеристик в за­ висимости от температуры, однако отношение предела прочности к пределу текучести, оставаясь примерно постоянным в вакууме

После прокатки на воздухе прочностные свойства циркони­ евой ленты с повышением содержания газов падают. Это, оче­ видно, связано с образованием дефектов (поверхностных тре­ щим, надрывов) при производстве холоднокатаной ленты, сгла­ живающихся в процессе дальнейшей деформации и обнаружива­ емых в виде плен и расслоений в готовом продукте.

Как показывают результаты исследования, проведенного ав­ тором совместно с В. Г. Крупиным, у металлов, прокатанных в вакууме, чувствительность к концентрации напряжений ниже (в 1,2 раза у тантала и в 1,1 раза у ниобия), чем у металлов, прокатанных на воздухе.

Изменяется также характер разрушения образцов при испы­ таниях на растяжение. После прокатки в вакууме ниобия наб­ людается излом конус—чашечка, характерныйдля материалов

183

•с высокой вязкостью. Для образцов, прокатанных на воздухе, типичен излом путем среза.

Прокатка в вакууме хладноломких материалов, таких .как вольфрам, молибден, хром и др., приводит в связи с уменьше­ нием содержания примесей .внедрения к значительному сниже­ нию температуры перехода из пластичного в хрупкое состояние.

По данным Я, Б. Гуревича и др., температура перехода из пластического состояния в хрупкое вольфрама электроннолу­

на воздухе и в инертной среде (табл. 35, рис. 125, 126), что связано с отсутствием газонасыщения при обработке в усло­ виях низких давлений. С увеличением степени деформации раз­ ница в изменении твердости при прокатке в различных средах возрастает.

Металлы, прокатанные при высокой температуре в вакууме, обладают меньшей склонностью к упрочнению при последующей холодной прокатке. Это явление обнаружено при холодной прокатке циркония, ниобия, тантала, ванадия и железа, пред­ варительно обработанных в различных средах (рис. 127).

Интенсивность упрочнения увеличивается при переходе от вакуума 1,33-ІО-2 Н/м2 (ІО-4 мм рт. ст.) к гелию н воздуху.

Если интенсивность упрочнения циркония, прокатанного на воздухе, возрастает с увеличением температуры прокатки, то для циркония, прокатанного в высоком вакууме, характер кри­ вой упрочнения с ростом температуры практически не изменя­ ется.

184

Т А Б Л И Ц А 35

Твердость молибдена, прокатанного в различных средах (е=45% )

185

Анализ результатов показывает, что холодная обработка на­ иболее сильно влияет на упрочнение циркония в пределах пер­ вых 20% обжатия.

Т А Б Л И Ц А 3G

Изменение твердости холоднокатаных металлов после предварительной горячей прокатки в различных условиях

Твердость холоднокатаных металлов, предварительно обрабо­ танных при высокой температуре в различных средах, повыша­ ется с увеличением давления газов

5. Коррозионная стойкость

Известно, что применение того или иного металла в качестве коррозионностойкого обусловливается его физико-химическими свойствами и степенью чистоты. Поэтому в определенной мере

186

коррозионная стойкость металла зависит от условий его высоко­ температурной деформации.

В литературе отсутствуют данные, которые характеризовали бы коррозионную стойкость тугоплавких металлов, в частности ниобия, тантала и ванадия, в зависимости от условий дефор­ мации в различных средах.

Практическое отсутствие газонасыщення, диффузия примесей с границ в зерна, увеличение плотности и заваривание микродефектов в металлах, прокатанных в высоком вакууме, приво­ дят к повышению их коррозионной стойкости в агрессивных средах.

по сравнению с коррозионной стойкостью этих металлов, про­ катанных на воздухе (рис. 129—132).

При прокатке в низком вакууме и в гелии коррозионная стойкость металлов значительно уменьшается. Максимальная скорость коррозии наблюдается у образцов, прокатанных на воздухе и в атмосфере гелия.

Увеличение степени деформации и повышение температуры приводят к понижению коррозионной стойкости образцов, про­ катанных на воздухе и в гелии. В общем виде механизм корро­ зионного разрушения образцов после прокатки на воздухе и в гелии сводится к следующему. Местные напряжения в погра­ ничном слое металл—окисел приводят к его отслаиванию

187

ъ процессе деформации и охлаждения образца. Газонасыщение, как указывалось ранее, приводит к образованию микротрещпн, по которым коррозия распространяется в глубь металла. Даль­ нейшее развитие коррозии идет под совместным влиянием физи­ ко-химического воздействия коррозионной среды и растягиваю­ щих напряжений в металле. Местные микроили субмпкронапряжения наряду с макродефектамн (поры, газовые пузыри, и др.) и макронеоднородностыо металла увеличивают скорость коррозии.

Как видно из рис. 129, с повышением температуры скорость коррозии металла, прокатанного в высоком вакууме, замедля­ ется. Наоборот, при прокатке на воздухе и в гелии с ростом температуры скорость коррозии повышается, что связано с уве­ личением газонасыщения и окисления металла.

Повышение коррозионной стойкости после прокатки в высо­ ком вакууме получено и на других металлах. Например, корро­

6. Физические свойства

После горячей прокатки в вакууме металлы и сплавы харак­ теризуются повышенной электропроводностью но сравнению с электропроводностью материалов, прокатанных на воздухе. Причина этого явления состоит в том, что у прокатанного в ва­ кууме металла вследствие резкого понижения интенсивности взаимодействия с активными газами кристаллическая решетка менее искажена примесями и поэтому меньше рассеяние элект­ ронов проводимости.

188

Электросопротивление ниобия, тантала, ванадия, циркония и меди после высокотемпературной прокатки в высоком вакууме уменьшается в 1,5—2 раза по сравнению с электросопротивле­ нием металлов, прокатанных на воздухе (рис. 133—135).

Электросопротивление ниобия и циркония непрерывно умень­ шается при переходе от воздуха к гелию, низкому и высокому

вакууму.

Электропроводимость меди, прокатанной в вакууме 1,33-ІО-2 Н/м2 (ІО“4 мм рт. ст.), несколько выше электропроводимости этого металла, прокатанного в вакуу­ ме 1,33 Н/м2 (ІО-2 мм рт. ст.).

Рис. 133. Изменение электросопро­ тивления ниобия (/) и тантала (//) после прокатки в различных сре­ дах (в=30%):

У металлов ІѴА и ѴА групп (цирконий, ниобий, тантал, ва­ надий), растворяющих относительно большое количество приме­ сей внедрения, после прокатки на воздухе кристаллическая ре­ шетка существенно искажена. После прокатки в высоком ваку­ уме искажение решетки почти отсутствует (табл. 37).

Период решетки металлов группы VIA, растворяющих незна­ чительное количество примесей внедрения, практически не из­ меняется в зависимости от среды обработки.

1S9

Рис. 136. Изменение плотности мо­ либдена в зависимости от обжатия при прокатке в различных средах при 1050° С:

/ — вакуум; 2 — воздух

У металлов, прокатанных в вакууме, в связи с уменьшением количества микродефектов растет плотность (рис. 136).

Г Л А В А IX

ПРОЦЕСС ПРОКАТКИ БИМЕТАЛЛОВ В ВАКУУМЕ

В последние годы во многих отраслях промышленности все больше используют биметаллические материалы различных ком­ позиций. Применение биметаллов, по сравнению с монометал-

190

ламп, дает ряд экономических, технологических и эксплуатаци­ онных преимуществ.

Сочетание разнородных металлов или сплавов позволяет объединить полезные свойства отдельных составляющих и по­ лучить совершенно новые, которыми не обладают в отдельности материалы в исходном состоянии, например, высокую прочность и пластичность, повышенную коррозионную стойкость в агрес­ сивных средах, жаропрочность и др. Кроме того, использование биметаллов позволяет значительно сократить расход дефицит­ ных металлов и сплавов, которые применяют в виде тонкого плакирующего слоя в сочетании с более дешевыми материалами основы.

В настоящее время у нас и за рубежом биметалличе­ ские материалы всесторонне изучают, причем особое внимание уделяют их получению, обработке и физико-механическим свой­ ствам.

Разработаны разнообразные способы получения биметалли­ ческих материалов: сваркой, взрывом, трением, плавлением, го­ рячей прокаткой, в том числе в вакууме и другими методами.

1. Особенности прокатки биметаллов в вакууме

Одной из основных задач при получении биметаллов горя­ чей прокаткой является защита свариваемых поверхностей от окисления в процессе нагрева. Чтобы уменьшить окисление, гер­ метично заваривают биметаллические пакеты, в которые иногда помещают геттеры—металлы, химически более активные, чем свариваемые.

Широко распространен способ производства биметаллов про­ каткой предварительно вакуумированных пакетов. Применяют и другие методы соединения разнородных металлов.

Весьма перспективен способ производства биметаллов высо­ котемпературной прокаткой в вакууме, обеспечивающий полу­ чение чистых поверхностей металлов. Этот метод отличается сле­ дующими основными преимуществами по сравнению с другими способами: высокой прочностью соединения в сочетании с пла­ стичностью, надежной стабильностью свойств биметалла в од­ ном изделии и в партии изделий, прокатанных по одинаковым режимам; простотой конструкции пакета, обеспечивающей мини­ мальный расходный коэффициент металла, и высоким качеством поверхности получаемых изделий без существенных дополни­ тельных отделочных операций.

Как правило, перед прокаткой в вакууме составляющие би­ металла собирают в пакеты. Практика показала, что наиболее целесообразны конструкции пакетов, представленных на рис. 137. При прокатке пластин, деформирующихся примерно в одинако­ вой степени, применяют конструкцию пакета, показанную на

191

рис. 137, а, когда составляющие по обоим концам скрепляют за­ клепками или винтами. Пакеты же сравнительно большой ши­ рины скрепляют только на переднем конце (рис. 137, б). При большой разнице в пластических свойствах у составляющих, когда ожидается значительная неравномерность деформации слоев, в менее деформирующейся пластине делают паз, а другая

Рис. 137. Двухслойные пакеты для прокатки в вакууме:

1 — заклепка; 2 — пластина плакирующего металла; 3 — пластина основного металла; 4 — затравка

пластина имеет меньшую длину (рис. 137, в). Это способствует свободному удлинению второй пластины без разрушения пакета.

Иногда во избежание загиба пакета применяют затравку, ко­ торая расположена на переднем конце пакета и способствует уменьшению его изгиба (рис. 137, б). При прокатке пакетов значительных размеров и с примерно одинаковыми толщинами составляющих используют конструкцию, представленную на рис. 137, г, которая ограничивает уширение мягкой составляю­ щей и предотвращает ее сдвиг.

2. Механизм образования соединения разнородных металлов при прокатке в вакууме

В основу физических и химических представлений о меха­ низме образования соединения между разнородными материа­ лами при их пластической деформации могут быть положены современные представления о силах электронного взаимодейст­

192