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

с алитированной поверхностью. Налипание молибдена при про­ катке на этих валках заметно выражено лишь после шестого

прохода.

Высокой стойкостью против налипания обладают валки после хромирования с последующей цементацией. Налипание на валки,'

контакту поверхностей образца и валков. Однако применение ар­ гона ие предохраняет валки от налипания. Так, уже на шестом проходе при прокатке на валках из стали марки 9ХСВФ сред­ няя шероховатость поверхности образца составляет 3,5 мкм. Очевидно, в процессе деформации под действием увеличиваю­ щихся давлений тонкая окисная пленка разрушается, и в местах нарушения ее сплошности происходит налипание.

Валки из разных материалов и с различными покрытиями по стойкости против налипания при прокатке в вакууме можно раз­ делить на три группы (табл. 41).

233

Т А Б Л И Ц А 41

Классификация валков по стойкости против налипания при прокатке в вакууме

Типичные профилограммы поверхности валков, относящихся к различным группам, после прокатки молибденовых образцов,

Рис. 174. Профилограммы поверхности валков из различных мате­ риалов после прокатки молибдена:

а — чугун типа ХВТ; б — сталь типа ХВ; ѳ — сталь типа ШХМФ; г — сталь типа ХНСВФ; д — сталь типа ХСВФ

полученные с помощью профилометра «Орион — Гамма» и ос­ циллографа, приведены на рис. 174. Подобный профиль наблю­ дается и на поверхности прокатанных образцов.

234

СП ИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Г е р ц р и к е н С. Д., Д е х т я р И. Я. Диффузия в металлах и сплавах

втвердой фазе. М., Физматгиз, 1960. 564 с. с ил.

Гр у з и и П. П. — «Проблемы металловедения и физики металлов», М.,

ных металлов, ч. I, ЛДНТП, 1966, с. 3—18 с ил.

Г Л А В А XI

ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛУФАБРИКАТОВ И ИЗДЕЛИЙ

ОБРАБОТКОЙ ДАВЛЕНИЕМ В ВАКУУМЕ И В СРЕДЕ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ

Применение вакуума при горячей обработке давлением, обес­ печивая практически полное предохранение металлов от взаи­ модействия с активными газами воздуха, открывает широкие возможности для создания новых высококачественных полуфаб­ рикатов, производство которых в обычных условиях обработки затруднительно, а иногда и невозможно.

В настоящее время разработана технология прокатки в ва­ кууме и в среде инертных газов листов, лент и полос из туго­ плавких, цветных и редких металлов и сплавов на их основе. На основании исследований, проведенных в Московском инсти­ туте стали и сплавов и в других организациях, установлены оп­ тимальные режимы (глубина вакуума, температура и степень деформации) получения полуфабрикатов с высокими физико­ механическими и химическими свойствами из циркония, ниобия, ванадия, титана, вольфрама и молибдена, рения, рутения, меди, никеля и других металлов, а также сплавов на их основе.

Полуфабрикаты из циркония, ниобия, ванадия и титана после прокатки в вакууме 1,33• 10-2ч-1,33• 10_3Н/м2(10-4ч-ІО-5 мм рт. ст.) и из молибдена, вольфрама, рения, рутения, меди и ни­ келя после деформации в вакууме 13,3ч-1,33 Н/м2 (КР'ч-Ю-2 мм рт. ст.) имеют светлую блестящую поверхность высокого каче­ ства без каких-либо следов окисления, не требующую дополни­ тельной обработки (травление, шлифование). Ряд металлов и сплавов в связи с красноломкостью не поддается горячей обра­ ботке давлением в воздушной среде. Например, поверхность рения после прокатки на воздухе при температуре 1000° С по­ крывается глубокими трещинами. Деформация в вакууме пол­ ностью исключает явление красноломкости, обеспечивает полу­ чение высококачественного проката.

Разработаны технологические режимы получения полуфаб­ рикатов из сплавов на основе никеля, железа, ниобия.

235

Сплавы на основе железа и никеля, выплавленные и прока­

ные на воздухе.

Горячей прокаткой в вакууме 1,3310_3Н/м2 (ІО*5 мм рт. ст.) при температуре 1200—1300°С с обжатиями е= 30% получены полуфабрикаты из труднодеформнруемых сплавов на основе ниобия. Деформация этих сплавов на воздухе, а также при бо­ лее низком вакууме не обеспечивает получения полуфабрикатов удовлетворительного качества.

Важной проблемой в настоящее время является расширение производства сортовых профилей, труб и прутков из тугоплав­ ких и редких металлов. Значительное газонасыщение при про­ катке сортовых профилей из титана, ниобия, циркония и дру­ гих реакционноспособных металлов приводит к резкому пони­ жению их прочностных и пластических свойств.

ВСША горячей прокаткой в вакууме и в инертной среде по­ лучают профили из титана для деталей сверхзвуковых тран­ спортных самолетов.

ВСССР УкрНИИметом освоена технология прокатки тита­ новых уголков размерами 25x25x1,7 мм (сплав ОТ4-1) комби­ нированным способом: круглую заготовку диаметром 30 мм на­ гревают в вакууме и затем прокатывают за 7 проходов на стане

щенный слой толщиной 0,3—0,35 мм. Нагрев в вакууме обеспе­ чивал получение продукта с незначительным газонасыщением. Относительное удлинение уголка, прокатанного после вакуум­ ного нагрева, возрастало на 48%, поперечное сужение — на 56%, угол загиба — почти в 2 раза. Разработан технологический про­ цесс получения специального профиля — бандажа для крепления турбинных лопаток из титанового сплава ВТЗ-1 методом горя­ чей прокатки в вакууме.

Бандажи, изготовленные прокаткой в вакууме, отличаются высокой прочностью при достаточной пластичности. Предел прочности бандажей, прокатанных в вакууме, составляет 1283 МН/м2 (131 кгс/мм2), а предел прочности бандажей, изготовлен­ ных механическим путем из прессованных прутков, равен 1069 МН/м2 (109 кгс/мм2).

Профили, трубы, прутки и полосы из тугоплавких металлов получают также методом прессования в вакууме и инертной среде. Слитки млн заготовки для прессования нагревают в ваку­ уме 1,33-ІО-2 Н/м2 (І-ІО -4 мм рт. ст.). Температура иагрева слитков малолегированных сплавов на основе молибдена и нио­ бия составляет 1500—1600° С. Нагретые в вакууме слитки диа­ метром 80—100 мм прессуют на пруток диаметром 45 мм или

236

подвергают осадке в вакууме. Прутки меньших размеров и трубы изготавливают из предварительно прессованной заготовки.

продукт со светлой блестящей поверхностью.

На вакуумном прокатном стане 120 А. Т. Быкадоров и др. прокатывали прутки из пружинных сталей 50ХФА, С65А и ста­ лей для холодной высадки 40Х, 38ХА, ЗОКП, 10КП. Получаемые прутки имели светлую поверхность и повышенные пластические свойства.

Биметаллические изделия, полученные в настоящее время про­ каткой в вакууме, и режимы деформации представлены в табл. 42.

237

Наибольшее число исследований посвящено получению биме­ талла титан — сталь, который применяют в качестве коррози­ онностойкого материала и для изготовления переходников. Раз­ работаны комбинированные методы получения биметаллических листов. Один из таких методов предусматривает получение би­

s= Юн-15% с последующей ее холодной пли горячей раскаткой до готовых размеров на воздухе на обычных станах. Прочное соединение слоев, полученное при прокатке в вакууме, предохра­ няет контактные поверхности от окисления при прокатке на воз­ духе.

Этот способ обладает всеми преимуществами деформации в вакууме н позволяет получать биметаллические листы в ши­ роком сортаменте современных толстолистовых станов.

Габариты вакуумных прокатных станов, необходимых для получения высококачественных биметаллических листов таким методом, значительно сокращаются. Прокаткой в вакууме и последующей раскаткой на воздухе получены биметаллы медь— сталь и медь — цирконий с прослойкой ниобия, обладающие вы­ сокой прочностью соединения слоев и высококачественной по­ верхностью. В УкрНИИмете этим способом получены биметаллы с основным слоем нз стали Ст. 3 и плакирующим из титана ВТ1, меди Ml и коррозионностойкой стали Х18Н10Т. Режимы прокатки этих биметаллов комбинированным способом приве­ дены в табл.43.

Т А Б Л И Ц А 43

Режимы прокатки биметаллов комбинированным способом

Методом прессования в вакууме получают биметаллические прутки, трубы и соединения труб' и прутков встык и внахлестку. Прессование проводят при больших степенях деформации (70-— 95%) и давлениях 980—1960 МН/м2 (100—200 кгс/мм2) в ваку­ уме 1,33• ІО-2и-1,33• 10-3Н/м2 (1(H4-J- 10-5 мм рт. ст.). Прочность соединения тугоплавких металлов со сталью Х18Н9Т и другими находится на уровне прочности основного металла.

238

первых проходах вольфрам рекомендуется прокатывать с обжа­ тием 50—55%; при последующих проходах целесообразно умень­ шать степень деформации за проход.

Монокристаллы молибдена деформируют на первых прохо­ дах при температуре 1300°С с обжатием за проход 55—70%. На последующих проходах температуру и степень деформации понижают. Для получения зеркальной поверхности полос нз мо­ нокристаллов вольфрама прокатку ведут на валках пз твердо­ сплавных материалов.

Полосы толщиной 0,8 мм, изготовленные из монокристаллов вольфрама прокаткой в вакууме, обладают высокой пластично­ стью: температура перехода в хрупкое состояние близка к ком­ натной. Дальнейшую прокатку полученных на вакуумном стане полос проводят в холодном состоянии с обжатиями 15—20% за проход без травления н промежуточных отжигов между опера­ циями.

По указанным режимам получены опытно-промышленные партии ленты и фольги толщиной 0,1; 0,15; 0,2; 0,3; 0,5 и 0,6 мм.

Металлографический и рентгенографический анализ пока­ зали, что в полуфабрикатах, прокатанных по всем режимам, ре­ кристаллизация начинается при 600—650 и завершается при 800—850° С. Поэтому для предотвращения процесса рекристал­ лизации, приводящего к охрупчиванию металла, фольгу отжи­ гают в вакууме при температуре 600° С с выдержкой 1 ч.

Содержание газовых примесей в монокристаллах молибдена до и после горячейпрокатки в вакууме, определенное методом вакуум-плавления, составляет, % (по массе):

Как видно, после горячей прокатки в вакууме происходит некоторая рафиниров'ка металла. Результаты механических ис­ пытаний (табл. 44) показывают хорошую пластичность фольги из монокристаллов молибдена. При этом отмечена значительная анизотропия механических свойств в продольном и поперечном направлениях.

При испытании на изгиб образцов шириной 10 мм и длиной 30—40 мм, вырезанных из фольги в продольном и поперечном направлениях по отношению к направлению прокатки, опреде­ лено число перегибов (угол 90°), которое выдерживают образцы до образования трещин и расслоения (табл. 45).

Хорошие пластические свойства полученной ленты подтверж­ даются данными механических испытаний и результатами испы­ таний на изгиб-.

240

Фольга, полученная горячей прокаткой в вакууме с после­ дующей холодной прокаткой, соответствует всем предъявляемым к ней требованиям и может использоваться для изготовления деталей электровакуумных приборов.

Высокое качество сварки при горячей прокатке в вакууме обеспечивает возможность получения компактных материалов из порошков. Так, прокаткой в вакууме изготовляют однослой­ ную и многослойную ленту из металлических порошков. Пред­ варительно спрессованные заготовки из железного порошка про­ катываются в вакууме 1,33- 10_2-ъ6,65- 10-3Н/м2 (10_4-^5- ІО-5 мм рт. ст.) при температуре 1090° С за несколько проходов. После пятого прохода получают прокат плотностью 98,1%. Эксперимен­ тально доказана возможность изготовления биметаллов из по­ рошков горячей прокаткой в вакууме 1,33• 10_2Н/м2 (ІО-4 мм рт. ст.). Сырые полосы, прокатанные из порошков вхолодную, складывают стопкой, нагревают и 'прокатывают в вакууме. За одни проход полосы в стопке спекаются между собой, образуя многослойную массу. Таким же способом получают толстые пла­ стины из однородных лент, прокатанных предварительно вхо­ лодную из железографитового, никелевого и медного порошков.

Разработан способ изготовления пустотелых трубчатых ме­ таллокерамических изделий прокаткой в вакууме или в инерт­ ных средах.

Прокатанную из порошка ленту после спекания (или в сы­ ром виде) нагревают и прокатывают в вакууме или в инертной

среде. Получившая некоторое обжатие лента огибает валок и возвращается в зазор между валками, где на нее наслаивается горячая лента, поступающая в валки. Навивается изделие труб­ чатой или кольцеобразной формы.

По мере увеличения толщины стенки проката валки соответ­ ственно автоматически раздвигаются при помощи специального устройства. Лента, полученная прокаткой порошков в вакууме, имеет более высокие прочностные и пластические свойства и большую толщину.

В США на специальном вакуумном прокатном стане полу­

цессы горячего прессования в вакууме порошков из различных тугоплавких металлов и сплавов, в том числе сплавов на основе циркония и ниобия. Горячее прессование в вакууме позволяет получать плотную заготовку при относительно низких давлениях, т. е. изделия большого диаметра можно производить на прессах малой мощности. В процессе вакуумирования удаляется адсорби­ рованный на поверхности частиц порошка газ, что активизирует уплотнение материала.

Вакуумным горячим прессованием получают суппорты топлив­ ных элементов различных размеров из легированного порошка циркония.

При производстве этих деталей массой 0,6 кг по общепринятой технологии, т. е. выплавкой слитков в вакуумных дуговых печах с последующей ковкой и механической обработкой, расход ме­ талла в 1,8 раза выше, чем при получении суппортов методом горячего прессования в вакууме. Кроме того, при вакуумном прессовании отпадает необходимость в ковке и токарно-фрезер­ ной обработке.

Основной причиной, препятствующей широкому применению горячего прессования в вакууме в США, является отсутствие на­ дежных материалов для изготовления прессформ. Решение этой проблемы позволит вакуумному горячему прессованию успешно

242