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

S'=70°/oS„ = 5250 л/с.

Для всего участка бв h —tz + t2"= 1,7 с. Продолжительность откачки системы насосом Н-8Т:

t = 0 + ' ' 2 = 2,7 с.

2. Вакуумные уплотнения

Вакуумные уплотнения предназначены для герметичного сое­ динения отдельных частей вакуумных систем; ввода в вакуум­ ное пространство механизмов для возвратно-поступательного, вращательного и сложного движения, электрических проводов и т. п.

Фланцевые соединения

Этот вид вакуумных уплотнений наиболее широко приме­ няют для соединения элементов вакуумных систем прокатных станов.

Рис. 32. Различные формы канавок и резиновых уплотнений:

I — резиновый шнур; 2 — резиновыіі шланг

Уплотнение в таких соединениях достигается в результате деформации уплотняющих прокладок.

Различные формы канавок и резиновых уплотнений пока­ заны на рис. 32. Для фланцев с внутренним диаметром про­ кладки до 500 мм обычно применяют соединения по типу а; соединения по типу б используют при большом периметре уп­

82

лотнения; для уплотнения крышек вакуумных камер диаметром более 200 мм служат соединения в\ уплотнения г используют для фланцев диаметром до 100 мм; д и е —для фланцев с диа­ метром до 200 мм.

Прокладки небольших размеров вырезают из листовой ре­ зины, а при диаметрах более 300 мм склеивают из резинового шнура.

Затрудняет применение в качестве уплотнителя вакуумной резины выделение газов с ее поверхности, особенно при давле­ нии ниже 1,33 • 10~4 Н/м2 (1-10-6 мм рт. ст.), и невозможность использования ее при температурах выше 100° С.

Значительно большим диапазоном рабочих температур и меньшим газовыделеннем обладают вакуумные прокладки из фторопласта.

Для получения высокого и сверхвысокого вакуума исполь­ зуют прокладки из мягких металлов: золота, серебра, меди, алюминия и свинца.

Фланцевые соединения с алюминиевыми прокладками могут работать при температурах до 350°С, с медными — до 500°С. Наиболее целесообразен канавочно-клиновый профиль металлических уплотнителей.

сферным давлением. Прокладки зажимаются между металли­ ческими шайбами фигурного профиля нажимной гайкой. Для

Рис. 35. Ввод термопар в вакуумные камеры с уплотнениями:

rh

Рис. 36. Различные конструкции силовых иеохлаждаемых электрических вводов:

/ — токоввод; 2 — кольцо (керамика); 3 — уплотнение (резина); •/ — уплотнение (фторопласт)

нормальной работы уплотнения необходимо регулярно смазы­ вать вал смесью вакуумного масла с парафином.

В качестве уплотняющих прокладок применяют тонкую (1,5—2 мм) маслостойкую резину; диаметр отверстий в про-

84

Рис. 37. Различные конструкции силовых электрических водоохлаждаемых вводов:

I — токовоод; 2 — уплотнение (резина); 3 — уплотнение (фторопласт)

Рис. 38. Способы уплотнения смотровых окон:

85-

кладках должен составлять 2/з диаметра вала. С увеличением числа прокладок возрастает вакуумная плотность уплотнения.

Для передачи вращательного движения вал часто уплотняют специальными манжетами из жесткой маслостойкой вакуумной резины марок 1015 п ИРП-2044. Для более надежного уплот­ нения применяют манжеты, армированные пружинными сталь­ ными кольцами. Для смазки и уплотнения манжет-используют вакуумное масло ВМ-1.

Провода измерительных схем, освещения, термопары (сла­ боточный ввод) вводят в вакуумные камеры с помощью уплот­ нений, показанных на рис. 35. Уплотнителем и изолятором в этих вводах служит вакуумная резина, стекло или керамика.

Конструкции силовых неохлаждаемых электрических вводов показаны на рис. 36. В качестве уплотнителей используют вакуумную резину и фторопласт. Они, а также оргстекло и ке­ рамика служат изолятором. Электрические силовые водоохла­ ждаемые вводы, рассчитанные на подвод большой электриче­ ской мощности, приведены на рис. 37. Наиболее распространен­ ные способы уплотнения смотровых окон, предназначенных для наблюдения за технологическими процессами, происходящими внутри вакуумной камеры, показаны на рис. 38.

3. Оборудование для деформации в вакууме и в среде инертных газов

Для высокотемпературной обработки металлов давлением в вакууме и в инертных газах в последние годы в Советском Союзе и за рубежом созданы различные по конструкции агре­ гаты, в том числе прокатные станы. В ряде случаев один и тот же агрегат используют для работы и в вакууме, и в газозащптных средах, причем обеспечивается возможность легкого пере­ хода от вакуума к защитному газу и обратно.

Прокатные станы, предназначенные для работы только в ва­ кууме или для работы и в вакууме, и в газозащитных средах, обычно называют вакуумными прокатными станами. Станы, ра­ ботающие только в среде инертных газов, т. е. в газозащитной среде, целесообразно называть газозащитными прокатными ста­ нами, причем это название может быть распространено и на другое оборудование по обработке металлов давлением (газоза­ щитный пресс, газозащитный молот).

В отличие от газозащитных, вакуумные устройства позво­ ляют осуществлять деформацию в различных, по состоянию среды, условиях, а именно:

а) в вакууме различной глубины; б) в аргонном или гелиевом вакууме различной глубины,

под которым понимается разряженное состояние аргона или гелия при давлениях ниже атмосферного;

8 6

В зависимости от поставленных задач и конкретных требо­ вании к качеству и назначению металла в практике могут при­

С увеличением порядкового номера схемы уменьшается ин­ тенсивность взаимодействия металлов с активными газами.

Применение вакуума и инертных газов в том или ином со­ четании, исключая (полностью или частично) взаимодействие металлов с газами, обеспечивает, как отмечалось, получение чистых и сверхчистых металлов, повышение деформируемости, увеличение выхода годной продукции, уменьшение потерь, сни­ жение стоимости продукта. В соответствии с этими сочетаниями могут разрабатываться различные технологические процессы обработки давлением металлов, сплавов и биметаллов.

Уже первые исследования по применению инертной среды (аргона) при высокотемпературной ковке тугоплавких метал­ лов, проведенные компанией General Electric, Доказали воз­ можность успешной деформации молибдена, сплавов на основе вольфрама, молибдена и титана.

Рабочие части молота находились в специальной камере (рис. 39), к которой присоединялась индукционная печь, обес­ печивающая нагрев до 2200° С. Потери массы на окисление при деформации этих металлов и сплавов не превышали полпро­ цента, в то время как ковка на воздухе в температурном ин­ тервале 1530 и 1560 °С сопровождалась потерями (по массе) до 12%. Подобное исследование проводили в институте Баттела с той лишь разницей, что в стальную камеру, заполненную

87

Дальнейшим развитием в освоении нового метода явилось создание компанией Clymax Molibdenum первой промышленной установки для ковки молибдена в защитной среде. Кузнечное отделение изолировалось газонепроницаемой оболочкой, напол­

оборудование; обслуживающий персонал работает в камере в специальных костюмах. Чистоту

аргона на уровне 99,95% поддерживают с помощью специ­ альной установки производительностью 16,2 м3/мин. Наряду

'Рис. 40. Прокатным стан института Баттела

числе из циркония, ниобия, гафния, молибдена, тантала, воль­ фрама и их сплавов.

* Сокращение от Inert Fabrication.

•88

Результаты исследований показали необходимость непре­ рывной очистки инертного газа, так как в застойной атмосфере содержание вредных газовых примесей постоянно увеличивается

Рис. 41. Отделение для ковки молибдена в аргоне (ком­ пания Clymax Molibdenum):

а — вид сбоку; б — вид спереди; I — пресс; 2 — котлован; 3 — ре­ шетка; 4 — печь; 5 — плунжер; б — мягкое покрытие; 7 — окно; 8 — место входа; 9 — проходной шлюз; 10— двойное уплотнение

Рис. 42. Общий вид цеха Іп—Fab

из-за газовыделенпй из нагретого металла, разложения паров масел и др.

Можно полагать, что затраты на очистку газов в этом слу­ чае-существенно скажутся на стоимости проката.

89

Для деформации металлов в среде инертного газа исполь­ зуют другие конструкции устройств. Например, для прокатки плутония в инертной среде в лаборатории Argonne Nationale установлен газозащитный прокатный стаи с камерой из нержа­ веющей стали. Стан обслуживают с помощью заделанных в стенки длинных перчаток из неопрена.

Представляет интерес технологическая линиядля произ­ водства плутония, смонтированная в той же лаборатории. Она состоит из закрытого центрального конвейера длиной 31 м, к которому присоединены под углом камеры различных агре­ гатов (рис. 43). Все установки подключены к центральному конвейеру с помощью шлюзов, обеспечивающих передачу ме­ талла от одной операции к другой в инертной среде без кон-

Рис. 43. Технологическая линия для производства плутония (лаборатория Argonne Nationale)

такта с воздухом. Камеры оборудованы гелиевой или аргонной циркуляционной системой, причем внутри камер поддержива­ ется давление газа на 12,63-ь39,9 Н/м2 (9,5 • 10~2-нЗ,0 • ІО-1 мм рт. ст.) выше атмосферного.

Дальнейшие исследования были направлены на изучение эффективности применения вакуума при высокотемпературной деформации металлов, сплавов и биметаллов.

В одном из зарубежных сообщений указывалось на получе­ ние ленты из спрессованных штабиков титана методом прокатки в вакууме. Установка (рис. 44) состоит из герметизированной камеры и нагревательной печи, обеспечивающей нагрев заго­ товки до температуры 1100° С. Прокатку проводят со скоростью 0,5 м/с при остаточном давлении 1,3-ІО-4 Н/м2 (1 • 10-G мм рт. ст.). Предпочтение вакууму отдано по следующим причинам: а) оборудование для создания вакуума дешевле, чем для очи­ стки инертного газа; б) контроль вакуума осуществляется до­ вольно просто, стандартными приборами, в то время как кон­ троль чистоты инертного газа в рабочем пространстве чрезвы­ чайно сложен; в) создается возможность некоторой дегазации спрессованного материала.

90

Для прокатки тугоплавких металлов и сплавов компанией Universal Cyclops Steel Согр. оборудован вакуумный прокат­ ный стаи Ѵас—Fab *. Прокатный стан дуо габаритными разме-

Рис. 44. Вакуумный стан для производства титановой ленты:

Рис. 45. Лабораторный вакуумный прокатный стан Ѵас—Fab

молибден, ниобий, цирконий), полученных предварительной про­

в глубоком вакууме образцы прокатывались без разрушения; при прокатке в вакууме 3,19 Н/м2 (2,4- ІО-2 мм рт. ст.) образцы расслаивались независимо от температуры деформации.

* Сокращение от Vacuum Fabrication.

91