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

Обработка давлением тугоплавких металлов и сплавов. М., «Металлур­

Г Л А В А XII

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ВАКУУМА И ИНЕРТНОЙ СРЕДЫ ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКЕ ДАВЛЕНИЕМ

И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕТОДА

Применение вакуума и инертной среды при горячей обра­ ботке давлением цветных, тугоплавких, редких металлов, спла­ вов на их основе и комбинированных материалов создает усло­ вия, практически полностью предохраняющие обрабатываемые материалы, обладающие высокой реакционной способностью и находящиеся в состоянии высокой степени чистоты, от окисления и газонасыщення.

Результаты проведенных в СССР теоретических и эксперимен­ тальных работ свидетельствуют о больших преимуществах го­ рячей обработки давлением в вакууме и в инертных средах:

1. Возможность проведения горячей пластической деформа­ ции материалов, не поддающихся обработке в обычных усло­ виях. К таким материалам относятся рений, ряд редкоземель­ ных тяжелых металлов, пирофорных даже при невысоких тем­ пературах, а также некоторые тугоплавкие благородные ме­ таллы платиновой группы. Обработка давлением в вакууме и в инертных средах необходима также и для деформации слож­ ных многокомпонентных сплавов на основе тугоплавких и ред­ ких металлов. Обработка этих сплавов не только на воздухе, но даже в низком вакууме не позволяет получать качественные полуфабрикаты.

Применение вакуума и инертных сред необходимо также для проведения пластической деформации неметаллических, радио­ активных, токсичных материалов и металлов, образующих ток­ сичные окислы, для защиты обслуживающего персонала от их воздействия.

2.Возможность получения чистых и сверхчистых металлов

исплавов. Применение высокого вакуума 1,33 • 10_ 3 1,33 • ІО-4

Н/м2(10“5-г-10~6 мм рт. ст.) позволяет проводить горячую (теп­ лую) пластическую деформацию материалов высокой степени чистоты, полученных зонной очисткой пли из газовой фазы, без загрязнения газовыми примесями.

использована для их дальнейшей очистки.

3. Повышение качества проката. После деформации в ваку­ уме и в инертных средах улучшаются физико-химические, меха­ нические свойства, а также поверхность металла. Обработан­ ные в вакууме металлы имеют более высокие пластические свой­ ства, причем у некоторых металлов наряду с повышением пла­ стичности, достигающим 60—80%, растет и прочность. После прокатки в вакууме улучшается коррозионная стойкость метал­ лов, уменьшается электросопротивление, снижается температура перехода из пластичного состояния в хрупкое. Металлы, прока­ танные в вакууме, значительно меньше упрочняются при после­ дующей холодной прокатке по сравнению с металлами, дефор­ мированными на воздухе.

Практическое отсутствие окисления и газонасыщенности при горячей деформации в вакууме обусловливает получение метал­ лов со светлой, качественной поверхностью, не требующей спе­ циальной обработки.

4. Увеличение деформируемости металлов и сплавов. Горячая обработка давлением в вакууме сопровождается значительным повышением деформируемости (в 2—3 раза) металлов и спла­ вов, оцениваемой при прокатке клиновидных образцов по крити­ ческому обжатию, соответствующему появлению первой тре­ щины. Это позволяет значительно увеличивать степень деформа­ ции за один проход, что существенно повышает производитель­ ность станов. Металлы п сплавы, прокатанные вгорячую в ва­ кууме, обнаруживают высокую деформируемость при последую­ щей холодной прокатке.

5. Возможность получения комбинированных материалов. Отсутствие окисных слоев при горячей деформации в вакууме позволяет сваривать' однородные и разнородные металлы и по­ лучать высококачественные комбинированные материалы, би­ металлы, плакированные и многослойные металлы, композици­ онные материалы с металлическими матрицами и металличе­ скими волокнами и другие изделия. Те из них, которые содер­ жат легкоокисляющиеся металлы, вообще не могут быть полу­ чены горячей прокаткой на воздухе. Если же в результате сов­ местной прокатки в воздушной среде и происходит схватывание составляющих, то прочность сцепления их несоизмеримо меньше прочности сцепления компонентов биметалла, прокатанного в ва­ кууме. Причем прокатка биметаллов в вакууме обеспечивает высокую прочность сцепления составляющих при значительно меньших обжатиях (в 2—3 раза) по сравнению с прокаткой

244

в воздушной среде, что приводит к уменьшению усилий дефор­ мации и расхода энергии.

6. Возможность получения компактных материалов из порош­ ков и гранул. Надежная сварка однородных элементов при го­ рячей деформации в вакууме обеспечивает получение высокока­ чественных компактных материалов из порошков и гранул ти­ тана, вольфрама, молибдена и других металлов. Это имеет ог­ ромное практическое значение, так как, исключая операции прес­ сования и спекания штабиков, значительно упрощает техноло­ гический процесс получения компактного металла из восстанов­ ленного порошка.

7. Расширение температурного интервала обработки давле­ нием металлов и сплавов. Возможность пережога металлов при их нагреве в воздушной среде не позволяет проводить пласти­ ческую деформацию при очень высоких температурах (соизме­ римых с температурой плавления). В особенности это относится к тугоплавким и редким металлам, отличающимся высокой ре­ акционной способностью. В связи с этим в настоящее время тугоплавкие металлы фактически подвергают не горячей, а теп­ лой деформации, что, естественно не позволяет использовать большие обжатия. Применение вакуума, устраняя опасность пе­ режога металлов, позволяет проводить горячую деформацию. В этих условиях все металлы имеют сравнительно низкое сопро­ тивление деформации и высокую пластичность, что позволяет применять повышенные обжатия. Это приводит к значительному уменьшению усилий деформации, снижению расхода энергии и увеличению производительности прокатных станов.

8. Улучшение экономических показателей процессов обра­ ботки давлением тугоплавких, редких, цветных металлов, спла­ вов на их основе и комбинированных материалов. Это улучше­ ние обусловлено повышением свойств материалов, увеличением производительности оборудования, уменьшением потерь метал­ лов в связи с отсутствием угара, окисления и газонасыщения, а следовательно, устранением операций травления и удаления газонасыщеиных слоев.

9.Повышение точности сортового проката, так как прокатка

ввакууме не сопровождается образованием окалины и газо­ насыщенных слоев.

10.Улучшение условий труда вследствие того, что отсутст­ вуют летучие окислы, которые образуются при нагреве многих

тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена, рения и др.) в воздушной среде.

**

Применение процессов обработки давлением в вакууме и инертных средах перспективно для производства листов, полос, лент, труб, сортовых профилей, проволоки, биметаллических листов, плакированных, многослойных и композиционных мате­ риалов, компактных полуфабрикатов из порошков, а также дру­ гой продукции из тугоплавких, цветных и редких металлов, спла­ вов на их основе, чистых и сверхчистых материалов.

Для производства этих материалов целесообразно создание новых технологических схем, предусматривающих проведение всех высокотемпературных процессов полностью в вакууме или в инертных средах. Если имеется возможность использовать за­

в инертных средах без нарушения непрерывности технологичес­ кого процесса. Ниже приведены предлагаемые схемы получения полуфабрикатов из тугоплавких металлов:

I. Получение слитков выплавкой (дуговая, гарниссажиая, электроннолучевая плавка) в вакууме — прокатка в вакууме — теплая прокатка — холодная прокатка.

Эта схема может быть использована для производства полу­ фабрикатов из высокопластичных тугоплавких и редких метал­ лов (ниобия, тантала, циркония и др.) и из малопластнчных ме­ таллов (молибдена,’вольфрама и др.), выплавленных в дуговой или гарниссажной печах. Полученный этими способами слиток без промежуточного нагрева подается для прокатки, при этом используется тепло предыдущего процесса. Схема I предусматри­ вает проведение процессов на комплексном вакуумном агрегате, в состав которого входят печь и прокатный стан, находящиеся под единым вакуумом.

II. Получение слитков выплавкой в вакууме (электронно­ лучевая плавка) — прессование или ковка в вакууме — прокатка в вакууме — теплая прокатка — холодная прокатка.

Эта схема, предусматривающая до прокатки в вакууме прес­ сование или ковку в вакууме для разрушения литой структуры,, может быть применена в производстве полуфабрикатов из мало­ пластичных тугоплавких и редких металлов (особенно выплав­ ленных в электроннолучевой печи).

III. Зонная плавка в вакууме — прокатка в вакууме — теплая прокатка — холодная прокатка. Эту схему, по которой зонно-

Большие перспективы открывает использование вакуума для производства компактных материалов из порошков и гранул по­ следующим схемам.

246