Прокатно-пресовое производство
Прокатно-пресовое производство
1. Введение
Впервые в свободном виде алюминий был выведен в 1825г. датским физиком
Эрстедом путем воздействия амальгамы калия на хлористый алюминий. Позднее,
в 1827г., немецкий химик Велер усовершенствовал способ Эрстеда, заменив
амальгаму калия металлическим калием. В 1854г. Сент-Клер Девиль во Франции
впервые применил способ Велера для промышленного производства алюминия,
внеся в него дальнейшие усовершенствования. Разработка этого метода
положила начало промышленному производству алюминия по методу Сен-Клер
Девиля.
Русский физико-химик в 1865г. Н.Н. Бекетов показал возможность
вытеснения алюминия магнием из расплавленного криолита. Эта реакция в
1888г. была использована для производства алюминия на первом немецком
заводе в Гмелингене.
Попытки организации производства алюминия в России относятся к 90-м
годам прошлого столетия, когда для получения алюминия по способу Сент-Клер
Девиля был построен небольшой завод, просуществовавший, однако очень
короткое время (с 1885 по 1889г.). Мировую известность получили
теоретические исследования в области изучения современного способа
производства алюминия, выполненные в начале этого столетия П.П. Федотьевым
и другими русскими учеными.
Первая промышленная партия (3 кг.) дюралюминия была использована для
опытных работ в конструкторском отделе им. Туполева для изготовления
первого металлического самолета, отдельных деталей самолетов Н.Н.
Поликарпова, Д.П. Григоровича.
Музалевский, Белов, Воронов, Миронов и др. с полным правом могут быть
названы основоположниками отечественной металлургии легких сплавов. Г.Г.
Музалевским был разработан метод плакирования дюралюминия алюминием.
Плакирование значительно повысило пластичность при горячей прокатке, резко
увеличило сопротивление к коррозии, что привело к устранению лакокрасочных
покрытий самолета.
Под руководством А.Ф. Белова, Н.Д. Бобовникова, В.А. Ливанова, В.И.
Добыткина проведен обширный комплекс исследований по коренному
усовершенствованию методов литья слитков и технологии их обработки. Были
разработаны горячая прокатка слитков без обрезки боковых кромок и холодная
прокатка рулонов без применения промежуточных обжигов.
Почти за 50 лет отечественная металлообрабатывающая промышленность,
производящая полуфабрикаты из легких сплавов, превратилась из опытных цехов
в самостоятельную отрасль, которая темпам развития и по уровню техники
производства занимало одно из первых мест в мире.
2. Разработка технологического процесса
2.1. Описание технологического процесса прокатки.
В настоящее время известно большое количество алюминиевых сплавов,
позволяющих прокатывать их в листы и полосы для различных нужд народного
хозяйства.
Прокатное производство является заготовительным производством и
является завершающим звеном металлургического цикла: отливка заготовок,
последующая прокатка. К алюминиевому прокату особенно тонколистовому
предъявляются особые требования, как по геометрическим размерам, так и по
механическим свойствам.
В зависимости от сплавов, технических условий на готовую продукцию и
т. д. технологические процессы изготовления листов могут быть различными.
Типичную схему производства листов из алюминиевых сплавов можно разбить на
следующие стадии:
1. отливка слитков,
2. подготовительные операции,
3. горячая прокатка,
4. холодная прокатка,
5. термическая обработка,
6. отделочные операции.
Для прокатки листов и плит применяют слитки различной массы от 3 до 8
тонн. Масса слитка и его размеры определяются технологическими свойствами
данного металла или сплава при прокатке, размерами и назначением готовых
листов, мощностью и размерами основного оборудования и т. д.
Технология получения полос из слитков алюминия и его сплавов состоит из
следующих операций:
. гомогенизирующий отжиг слитков, обеспечивающий снятие внутренних
напряжений и уменьшение неоднородности слитка по структуре и
химсоставу, Данная операция обеспечивает резкое возрастание
пластических характеристик металла. Гомогенизация представляет собой
нагрев слитка до температуры на 20-40 град. Ниже температуры плавления
низкоплавких эвтектик и выдержку при этом в течение нескольких часов.
В данный период растворимые составляющие переходят в твердый раствор
и, благодаря диффузии выравнивается содержание легирующих
составляющих. Для гомогенизации применяют электрические шахтные печи.
Слитки устанавливают вертикально на некотором расстоянии друг от друга
или укладывают в стопы с прокладками между слитками.
. Фрезерование поверхностей слитков с целью удаления ликвационных
наплывов, включений, плен, шлака, трещин, а также получения сляба с
параллельными гранями. Съем металла составляет 5-6 мм на сторону.
. Обезжиривание поверхностей с целью удаления механических загрязнений и
наложение алюминиевых планшет.
. Нагрев перед прокаткой со строгим температурным контролем, необходимым
вследствие высокой чувствительности сплавов к пережогу, заключающемуся
в оплавлении низкоплавких эвтектик, расположенных по границам зерен, и
вызывающему образование трещин и падение механических свойств.
. Горячая прокатка слябов. В первых проходах прокатки сплавов
производится плакировка слябов листами из чистого алюминия. Благодаря
большому давлению происходит приварка этих листов (планшет), создающая
высокопрочную связь алюминиевого слоя с основным металлом. Эта
операция предохраняет основной сплав от коррозии.
Прокатка листов и плит осуществляется на цилиндрических валках с гладкой
поверхностью. Заготовкой является слиток определенного размера. Прокат,
который используется вторично, называется подкат. Валки расположены
горизонтально, и приводятся принудительно к вращению ролики, которые
приводят слиток к движению называются рольганг.
Металл заготовки захватываются вращающимися валками за счет сил
трения, возникающих на контактной поверхности между валком и заготовкой, В
очаге деформации осуществляется уменьшение толщины заготовки. Толщина
проката определяется зазором между валками, на просвет (распор валков). При
уменьшении толщины проката незначительно увеличивается его ширина и
интенсивно увеличивается его длина по направлению прокатки. Это происходит
по закону наименьшего сопротивления, т.к. длина очага деформации
значительно меньше, чем длина валка. Прокатка обычно с толщины заготовки
до конечной толщины полосы производится за несколько переходов проката.
Различают горячую и холодную листовые прокатки.
Горячей прокаткой называют прокатку, которая происходит при
температуре выше температуры рекристаллизации:
Тпр = 0,4 Тпл;
Тпр = (0,7-0,9) Тпл.
Любая пластическая деформация металла сопровождается упрочнением
(деформация упрочнения – нагартовка). Однако если нагреть предварительно
заготовку до температуры выше температуры рекристаллизации, то в процессе
пластической деформации такой заготовки упрочнение ощущаться практически
не будет, т. к. в процессе упрочнения одновременно протекают процессы
разупрочнения. Для горячей прокатки температура нагрева заготовки
определяется:
1. Из диаграммы состояния материала определяют максимально допустимую
температуру нагрева Тmax = 0,9 Тs;
2. Из диаграммы пластичности определяют интервал температур которые
соответствуют максимальной пластичности для данного сплава (рис1.).
Gs,Gв, ?
?
Gв
Т
Gs Тот
рис. 1. Диаграмма пластичности
3. Сочетание степени деформации и температуры могут привести к интенсивному
росту зерна. Необходимо установить правильные соотношения между степенью
деформации в последнем проходе горячей прокатке и температурой для
обеспечения мелкозернистой структуры прокатки. Существует диаграмма
рекристаллизации (рис.2).
? зерно ? %
Т0
Рис.2. Диаграмма рекристаллизации.
Горячая прокатка имеет существенное преимущество перед холодной -
меньшая энергоемкость, большие суммарные деформации, не требуется
промежуточных отжигов. Однако горячая прокатка ограничена толщиной проката.
Минимальная толщина горячих катанных листов ~ 3 – 3,5 мм. Меньшую толщину
горячего проката получить нельзя, т.к. из-за интенсивного и неравномерного
охлаждения полосы на рольганге невозможно обеспечить равномерное
распределение механических свойств по всему объему металла и как следствие
заданную разнотолщенность по длине и ширине полосы. Поэтому, алюминиевый
прокат меньше 3 мм получают методом холодной прокатки (т.е. от 20-50
градусов).
. После обрезки концов полосы и смотки ее в рулон последний подвергается
отжигу.
. Предварительная правка и резка рулонов, где размотанная полоса
подвергается правке, обрезки боковых кромок и резке на листы.
. Сложенные в стопы листы проходят дальнейшие операции в линии отделки
(закаленные листы): термическая обработка, сушка, правка, прогладка,
растяжка на растяжной машине, обрезка в размер по длине и окончательная
правка. После этого листы проходят контроль, маркировку, смазку и
упаковку в ящики.
Листы являются основным видом полуфабрикатов из алюминия и его сплавов.
Благодаря ценному сочетанию механических, физических и технологических
свойств алюминий в виде листов из высоколегированных сплавов Амг2 являются
в настоящее время основными материалами для сварных силовых конструкций в
судостроении, транспортном и вагоностроительном машиностроении, химической
промышленности.
Для сохранения высокой коррозионной стойкости неотожженные сварные
конструкции из сплавов АМг2 не должны нагреваться выше 100° С ( при 100° С
– не более 100 ч). Высоколегированные Al-Mg сплавы находят применение в
новых композиционных материалах, например, в производстве многослойных
металлов.
2.2. Анализ деформируемого сплава.
Для изготовления листов широко применяют сплавы на основе системы Al-
Mg. Диаграмма состояния системы Al-Mg со стороны алюминия относится к
эвтектическому типу с ограниченной растворимостью второго компонента
(рис.3). Эвтектическая линия лежит при 449°С. Эвтектика содержит 33% Mg и
состоит из алюминия и соединения Mg3Al4 (?-фаза).
t, °С
600 Mg3Al4+ж
Al+ж 449°С
400
17.4% Al+Mg3Al4
200
Al 10 20 30 Mg
. Mg, %
рис.3. Диаграмма состояния системы Al- Mg.
Химический состав сплава АМг2по ГОСТ 4784-64 приведен в таблице 1.
Химический состав сплава АМг2, % Таблица
1
|Основные |Al |Mg |Mn |Ti |Br |
|компоненты | | | | | |
|% |основа |5,8-6,|0,2-0,|0,01-0,1|0,0002-0,005|
| | |8 |6 |2 | |
|Примеси |Fe |Si |Cu |Zn |Проч. смеси |
|% |0,4 |0,4 |0,1 |0,2 |0,1 |
Растворимость магния в твердом алюминии меняется следующим образом:
Температура, °С …………..449 350 300 250 200 150 100
Растворимость, % ……………17,4 9,9 6,7
4,4 3,1 2,3 1,9
Увеличение содержания магния вызывает резкое повышение вязкости
расплавленного алюминия. Теплопроводность, а также электропроводность от
присадки магния заметно снижаются. Коэффициент линейного расширения в
пределах растворимости магния в твердом алюминии прямолинейно возрастает.
Магний является одним из основных легирующих элементов алюминия и его
сплавов. Сплавы на основе системы Al-Mg(магналии) с содержанием магния от
1 до 7 % широко применяются как в литом, так и деформированном состоянии.
Для повышения механических и коррозионных свойств сплавов вводят
дополнительно марганец в количествах 0,3-0,8 %.
Сплавы системы Al-Mg инертны к термической обработке; упрочняются они
с помощью нагартовки. Сплавы Al –2% Mg с добавками марганца в нагартованном
состояние (30-40 %), по данным Н.Б. Кондратьевой, могут иметь следующие
механические свойства: ?в = 40 – 42 кГ/ммІ; ?0,2 = 32 –35 кГ/ммІ; ? = 6 –
8 %. Сплавы системы Al-Mg имеют довольно высокие механические свойства при
повышенных температурах, при кратковременном разрыве.
Сплавы относятся к термически не упрочняемым и листы из них выпускают
в отожженном и нагартованном состояниях. Главным достоинством отожженных
листов является хорошая свариваемость, коэффициент трещинообразования у
них незначителен и составляет 5 – 7 %. Сочетание удовлетворительных
прочностных свойств и высокой пластичности основного металла и сварного
соединения, высокая коррозионная стойкость.
Влияние химического состава и условий обработки слитков на свойства
листов.
Основное влияние на механические свойства листов из сплава Al-Mg
оказывают магний и марганец. Каждый 1% Mg увеличивает предел прочности на 3-
3,5 кгс/кв.мм, а также 0,1% Mn на 0,5-0,7 кгс/кв.мм. Относительное
удлинение при указанном повышении прочности остается высоким. В значительно
меньшей степени эти легирующие компоненты повышают предел текучести.
Поэтому для получения холоднокатаных листов в отожженном состоянии со
значениями предела текучести, указанными в табл.2, содержания марганца и
магния в сплавах АМг2, целесообразно поддерживать ближе к верхнему пределу.
Механические свойства листов из сплава Амг2 по ТУ.
Таблица 2
|Толщина |состояние |?в ,кгс/ммІ |?,% |
|листов, мм | | | |
|0,3-1,0 |Отожженное (М)|17-23 |16,0 |
|1,1-10,0 | |17-23 |18,0 |
|0,3-1,0 |Полунагартов. | 24 | 4 |
|1,1-10,0 | |24 |6 |
|0,3-0,8 |Нагартованное |27 |3 |
Основное назначение титана во всех сплавах Al-Mg – модифицирование
структуры. Легирование сплавов – марганцем, хромом, и титаном способствует
получению листов с мелкозернистой структурой и улучшает их коррозионную
стойкость и свариваемость. Медь и неизбежные примеси железа и кремния
снижают коррозионную стойкость
Слитки из сплава Амг2 гомогенизируют при температуре 400-480°С в
течение 8-16ч. Рекомендуется увеличение температуры до 480-500°С при
сокращении времени выдержки до 3-6 ч. Более длительные выдержки при таких
температурах вызывают снижение прочностных свойств.
Изменение температуры нагрева заготовок под горячую прокатку в
интервале 430-490°С и времени нагрева от 6 до 10 часов не оказывает
заметного влияния на свойства холоднокатаных отожженных и нагартованных
листов.
Влияние отжига и холодной деформации на св-ва листов из сплавов АМг2
По существующей технологии отжиг листов из сплавов Al – Mg производят
в рулонах. Отжиг горячекатаных и холоднокатаных рулонов сплавов АМг2
диктуется преимущественно технологическими свойствами и необходимостью
обеспечения высокого сопротивления коррозии под напряжением. Рулоны и листы
отжигают как после горячей прокатки, так и на всех последующих операциях в
определенном интервале температур. Режим отжига рулонов и листов в печах с
принудительной циркуляцией воздуха приведены в табл.3.
Режимы отжига листов и рулонов из сплавов АМг2 Таблица 3.
| Состояние перед отжигом |Температура отжига, ° С |
|Горячекатаные, толщиной 5-7 мм, перед|330-350 |
|холодной прокаткой | |
|Холоднокатаные, всех толщин |310-335 |
|Горячекатаные (окончательный отжиг) |310-335 |
Лучшие антикоррозийные свойства обеспечиваются при медленном нагреве
до температуры отжига и последующим медленном охлаждении. Нагрев в селитре
обеспечивает повышение прочностных свойств за счет измельчения структуры,
но из-за быстрого охлаждения может снизиться сопротивление коррозии под
напряжением в случае последующих низкотемпературных нагревов. Отжиг в этом
интервале температур обеспечивает равномерный распад по сечению твердого
раствора мелкозернистой ?-фазы. Такое состояние структуры соответствует
высокой коррозийной стойкости сплавов АМг2 .
Если полуфабрикаты из этих сплавов подвергнуть нагреву до температуры
350° С и выше, то магний, присутствующий в сплаве, перейдет в твердый
раствор (на основе алюминия). Коррозионная стойкость сплава в таком
состоянии также высокая. Если же в процессе эксплуатации или в процессе
изготовления изделий они будут нагреваться в интервале температур 70-200°
Страницы: 1, 2
|