капланова

51

машине и поперечная резка полосы на листы мерной (требуемой по заказу) длины.

В зависимости от типа алюминиевых сплавов и требуемых механических свойств листы в пачках подвергают отжигу, закалке, старению (естественному при нормальной температуре цеха или искусственному при повышенной температуре, составляющей 1801900С) и полистной отделке (правка на многороликовых или растяжных машинах, прогладкадрессировка с обжатием 0,5-1%, маркировка краской и упаковка в пачки).

Для авиационной промышленности требуются листы (полосы длиной 10-15 м) с переменной толщиной по длине (передний конец толщиной 1 мм, задний конец10 мм). Такие клиновидные (равнопрочные) по длине полосы прокатывают на специальных четырехвалковых станах, оборудованных натяжными устройствами (каретками с зажимами); при прокатке расстояние между валками непрерывно изменяется согласно требуемой клиновидности по длине полосы.

Холодную прокатку алюминиевой фольги толщиной 5-15 мкм, шириной до 1000 мм осуществляют на нереверсивных двухили четырехвалковых станах из подкатарулонной полосы толщиной около

0,5 мм.

Первые три-четыре прохода на фольгопрокатном стане производят на валках со шлифованной поверхностью, т.е. на так называемых заготовительных станах, а затем прокатку ведут на валках с полированной поверхностью на готовый размер. Станы с полированной поверхностью называются отделочными.

Фольгу толщиной 12-15 мкм прокатывают за один передел (5-6 проходов); более тонкую фольгу (5-7 мкм) прокатывают в два передела: две рулонные полосы относительно толстой фольги (12-15 мкм) после предварительной их промывки авиационным бензином «сдваивают» на специальных перемоточных машинах, полученный рулон отжигают и затем прокатывают на полированных валках до толщины 0,10-0,14 мм; после прокатки рулон «раздваивают» и получают фольгу толщиной 5-7 мкм.

«Сдваивание» рулонной полосы и последующая холодная прокатка относительно толстой фольги вызывается тем, что ввиду значительной упругой деформации рабочей четырехвалковой клети прокатать одинарную тонкую фольгу (5-7 мкм) почти невозможно.

52

В качестве смазки при прокатке фольги используют минеральные и растительные масла, керосин, бензин и олеиновую кислоту. Отжиг фольги осуществляют в электрических печах без защитной атмосферы.

Для придания красивого декоративного вида на поверхность фольги накатывают узоры (тиснение) и склеивают фольгу с бумагой (кэширование); покрывают фольгу цветными и бесцветными лаками (лакируют), что повышает коррозионную стойкость. Перечисленные операции осуществляются на специальных лакокрасочных машинах.

6.3 Прокатка титана и его сплавов

Из титана и его сплавов прокатывают разнообразные профили: прутки круглого, квадратного и шестигранного сечения, фасонные профили, фланцевые тонкостенные профили (например, крестообразной формы поперечного сечения), листы толщиной 0,3 мм и более, шириной до 1220 мм и более, а также полосы, ленты и фольгу (толщина фольги составляет по некоторым данным 0,013 мм). Исходными при этом являются кованые или катаные заготовки преимущественно круглого поперечного сечения и кованые слябы с предварительно обработанной механическим способом (например, абразивной зачисткой или резцовой обточкой) поверхностью.

Для горячей прокатки титана и его сплавов применяются прокатные станы с двухсторонним обжатием металла (например, сортовые: средне- и мелкосортные с линейным расположением рабочих клетей; листовые: 4х-валковые реверсивные с установкой натяжных роликов и подогревательных печей перед и за прокатным станом), а также станы с трех- и четырехсторонним обжатием металла (например, непрерывные станы блочной конструкции с трехвалковыми калибрами). Прокатные станы с многосторонним обжатием металла являются более предпочтительными, прежде всего, с точки зрения повышения его пластичности. Для холодной прокатки в рассматриваемом случае используются четырехили многовалковые станы (например, двенадцативалковые), а также станы с трех- и четырехвалковыми калибрами. Следует отметить, что для безокислительной прокатки титана и его сплавов также применяют так называемые вакуумные станы.

Рассмотрим основные технологические особенности нагрева и последующей прокатки рассматриваемых металлов.

53

Титан и его сплавы удовлетворительно поддаются холодной прокатке, но при этом требуют частых промежуточных отжигов при температуре в пределах от 600 до 8150С из-за высокой интенсивности их упрочнения в процессе холодного деформирования. Поэтому более предпочтительными в данном случае являются горячая прокатка, а также так называемая «теплая» прокатка, осуществляемая при температурах около 200-4000С в валках с подогревом.

При нагреве и отжиге титана и его сплавов необходимо принимать специальные меры против их взаимодействия с газами воздушной атмосферы (например, осуществлять нагрев и отжиг в атмосфере аргона или в вакуумных печах). При нагреве в воздушной атмосфере до температуры выше 6000С титан и его сплавы активно взаимодействуют с кислородом, а при более 8500С– с азотом, образуя газонасыщенный слой значительной толщины, характеризующийся высокой твердостью и низкой пластичностью и тем самым способствующий дополнительному снижению деформируемости рассматриваемых металлов. Сказанное обусловливает необходимость в промежуточной механической обработке поверхности заготовок перед последующей их деформацией.

Нагрев титана и его сплавов под прокатку осуществляется до температуры 800-12000С. При этом следует заметить, что из-за низкой теплопроводности титана и титановых сплавов (примерно в 5 раз меньшей, чем у сталей) возникает необходимость в снижении скорости их нагрева до температуры примерно 7000С, а, следовательно, в увеличении продолжительности нагрева.

Низкая теплопроводность при горячей прокатке обусловливает захолаживание поверхностных слоев заготовок при их контакте с инструментом, что увеличивает сопротивление деформации, снижает пластичность и без того малопластичных газонасыщенных поверхностных слоев обрабатываемого изделия и приводит к опасности возникновения поверхностных дефектов (трещин, надрывов, морщин, складок и др.), а также вызывает быстрый износ валков и валковой арматуры.

Наилучшая прокатываемость титана и его сплавов достигается в узком температурном интервале 900-9800С, поэтому горячую обработку ведут с промежуточными нагревами (например, в подогревательных электрических печах, установленных перед и за рабочей клетью). С целью устранения анизотропности свойств плит и листов из титана и его сплавов применяют прокатку с изменением направления на 90 град. Более тонкие листы прокатывают в пакетах, покрытых листами из

54

никеля или нержавеющей стали. Прокатку титана и его сплавов следует заканчивать при температурах не ниже 700-8000С. После горячей прокатки поверхность подката очищают механическим способом, в частности на дробеструйной установке, и в случае необходимости осуществляют холодную прокатку.

Контрольные вопросы:

Опишите технологический процесс производства плоского проката из меди и латуни.

Какое влияние оказывает повышение содержания висмута, серы и свинца в меди на ее пластичность и режим последующей деформации?

Какими основными технологическими факторами определяется температура нагрева медных слитков под последующую прокатку и в каких пределах она изменяется?

Причина и основные способы предотвращения образования фестонов у медных изделий, полученных вытяжкой.

Почему горячая прокатка α-латуней не является целесообразной?

Перечислите основные технологические операции при производстве плоского проката из алюминия и его сплавов.

Назначение и режим гомогенизации слитков алюминиевых сплавов.

Чем вызвана необходимость в покрытии поверхности слитков алюминиевых сплавов перед последующей их прокаткой листами чистого алюминия?

Чем вызвана необходимость в подаче технологической смазки в деформационную зону валков при горячей прокатке алюминия и его сплавов?

В чем заключается сущность так называемой «сдвоенной» прокатки при производстве алюминиевой фольги? В каком случае и почему применяется указанный вид прокатки?

Виды технологических смазок, применяемых при прокатке алюминиевой фольги.

Назовите типы прокатных станов, применяемых для горячей и холодной прокатки титана и его сплавов.

Особенности нагрева титана и его сплавов.

55

Причина возникновения поверхностных дефектов, а также интенсивного износа валков и валковой арматуры при горячей прокатке титана и его сплавов.

С какой целью осуществляют изменение направления прокатки при производстве листов из титана и его сплавов?

56

7. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОКАТКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

КМ, как было отмечено ранее (см. стр. 7-8), подразделяются на волокнистые, слоистые и дисперсно-упрочненные. Методом прокатки преимущественно получают волокнистые КМ с металлической матрицей. При этом первой технологической операцией является получение полуфабрикатов. Эта операция является достаточно сложной из-за значительного различия механических свойств компонентов.

При получении волокнистых КМ методами пластической деформации применяются сборные заготовки, которые делятся на две группы:

заготовки, состоящие из чередующихся слоев материала матрицы

иматериала волокон;

заготовки, представляющие собой пакеты многослойных армированных полуфабрикатов.

Вкачестве матричных материалов для заготовок волокнистых КМ применяются:

алюминий (получил наибольшее распространение из-за низкой плотности, высокой пластичности и др.);

титановые сплавы (основной недостаток их использования заключается в высоком сопротивлении пластической деформации);

сплавы на основе никеля, ниобия, вольфрама, молибдена и др. Волокна, используемые при получении волокнистых КМ, подразде-

ляются на две группы:

металлические проволочные волокна;

волокна, получаемые химическими методами.

Чаще всего применяется проволока из коррозионностойкой стали, т.к. имеет высокую прочность, относительно низкую стоимость и хорошую технологичность при совместной пластической деформации. Эта проволока используется для упрочнения и повышения упругих характеристик волокнистых КМ с матрицей на основе алюминия и магния. Стальные волокна также применяются для повышения прочности в поперечном направлении по отношению к направлению основного вида волокон. В этом случае стальная проволока располагается перпендикулярно направлению основного волокнистого упрочнителя.

Кроме сальной проволоки, в качестве волокон при производстве КМ применяется тонкая проволока из вольфрама и его сплавов (основное

58

мируемого тела, состояния поверхности и др. факторов. При горячей совместной деформации на характер и прочность соединения оказывает влияние температура, т.е. диффузионные процессы. Установлено, что схватывание при горячей пластической деформации происходит при меньших сжимающих силах и степени обжатия, чем при холодной пластической деформации. Твердые и хрупкие поверхностные пленки, которые легко разрушаются при последующей деформации, наиболее благоприятны для схватывания.

В качестве примера рассмотрим технологический процесс получения плоского проката из волокнистых КМ.

Листы и полосы из указанных материалов прокатывают вдоль и поперек волокон заготовки, а также используют заготовки с перекрестным и ортогональным расположением в них волокон.

Прокатка листов из волокнистых КМ поперек волокон позволяет получать листы ограниченных размеров. Листы большой длины позволяет получать прокатка вдоль волокон, а листы и полосы с пониженной анизотропией свойств прокатывают из заготовок со сложной схемой армирования.

Достаточно широкое распространение получило производство листов из алюминия и его сплавов, армированных стальными высокопрочными волокнами. При этом сортамент включает в себя листы толщиной от 0,5 до 20,0 мм, шириной от 200 до 1000 мм и длиной до 5000 мм. Армирование этих листов волокнами из высокопрочной коррозионностойкой стали позволяет значительно повысить предел прочности (по некоторым данным до 1000 МПа).

Исходные материалы– листы из технически чистого алюминия или сплавов алюминия (например, дюралюминий). Плакировка листов из сплавов алюминия производится из расчета 5% на сторону. Также в качестве исходных материалов применяются высокопрочные стальные волокна диаметром от 0,1 до 1,2 мм, получаемые методом волочения.

Для обеспечения прочного соединения при горячей прокатке поверхность пластин из матричного материала и поверхность волокон подвергается очистке. Пластины из алюминия или его сплавов зачищают вращающейся проволочной щеткой (т.е. механическим способом), а затем промывают в ацетоне или другом растворителе. Для подготовки поверхности волокон их пропускают через кипящий двухпроцентный раствор соляной кислоты. Затем промывают в воде и сушат потоком горячего воздуха.

59

После подготовки поверхности компонентов осуществляется сборка заготовки.

Полученные заготовки нагревают в электрических печах до температуры прокатки. Прокатка ведется на существующих прокатных станах в поперечном направлении по отношению к направлению волокон. При этом допускаемая степень деформации составляет 1020%. Качественное соединение обеспечивается относительным суммарным обжатием 45% (в случае если применяется плакированная матрица) или 60% (в случае если применяется неплакированная матрица). Если в последующем осуществляется холодная прокатка, то относительное обжатие составляет 10-15%. Полосы после прокатки подвергают резке, очитке от остатков смазки, полистной закалке, а затем старению.

Контрольные вопросы:

Какие группы заготовок применяются при производстве волокнистых КМ методами пластической деформации?

Какие материалы используются в качестве матрицы и арматуры при производстве волокнистых КМ?

Сущность основных способов получения заготовок для производства волокнистых КМ.

Основные особенности технологического процесса получения волокнистых КМ методами ОМД.

Назовите известные Вам схемы армирования заготовок при производстве волокнистых КМ.

В каком случае применяется прокатка заготовок с перекрестным или ортогональным расположением волокон?

Технологический процесс производства листов из алюминия и его сплавов, армированных волокнами из нержавеющей стали.

60

8. ПРОКАТКА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

Прокаткой металлических порошков и последующим спеканием в настоящее время получают материалы со специальными свойствами, получение которых традиционными способами невозможно. Способ получения материалов методом прокатки из металлических порошков имеет сравнительно небольшую историю, и практическое применение его началось, как отмечалось выше, в 50-х годах прошлого века. Материалы из металлических порошков получают различной степени пористости, изделия из порошков твердосплавных смесей широко используют в качестве режущих инструментов, вне конкуренции антифрикционные и магнитно-мягкие материалы, пористые детали и др.

В общем случае технологический процесс прокатки изделия из металлических порошков довольно прост и включает следующие операции:

1)прокатку порошка или смеси порошков;

2)спекание;

3)уплотняющую прокатку;

4)отжиг.

Например, трехслойный прокат с сочетанием составляющих медь-железо-медь получают прокаткой порошков меди и железа, спекают при 850-9600С, подвергают уплотняющей прокатке и отжигают при температуре 800-8500С. Спекание и отжиг проката производят в среде водорода. Пористые железные листы получают за две операции – прокатка железного порошка и спекание при температуре 1100-12000С. Методами порошковой металлургии получают пористые и беспористые листы и ленты, трубы, сортовые профили и изделия сложной формы.

Технологические схемы получения изделий прокаткой из порошков некоторых материалов представлены в таблице 8.1.

Для прокатки изделий из металлических порошков применяют прокатные станы такой же конструкции, что и для прокатки литого металла. Отечественной практикой порошковой металлургии доказана возможность прокатки металлических порошков на прокатном