RU1776468C - Способ получени сплошных прутков - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к обработке металлов давлением, касаетс  технологии получени  сортовых профилей преимущественно из высоколегированных и труднодеформируемых сталей и сплавов. Цель изобретени  - повышение качества поверхности проката и свойств металла за счет повышени  равномерности проработки структуры слитков из легированных сталей и сплавов. Сущность способа заключаетс  в прессовании слитка в заготовку и дальнейшей ее деформации винтовой прокаткой. Новым в способе  вл етс  поддержание определенного соотношени  между величинами деформаций при пресовании и винтовой прокатке, определ емого аналитической зависимостью. Это позвол ет избежать образовани  зон перенапр женности в металле, способствует получению качественного проката. ч. ё

Description

Изобретёние относитс  к области обработки металлов давлением, касаетс  технологии получени  сортовых профилей преимущественно из высоколегированных и труднодеформируемых сталей и сплавов.

Одним из способов получени  сплошных прутков  вл етс  гор чее прессование (см. например, Л.И.Перлин Теори  прессовани  металлов, М., Металлурги  , 1964, с. 13-23).

При деформировании металла этим методом рабоча  поверхность технологического инструмента остаетс  неподвижной. Поэтому силы трени , возникающие на контактной поверхности, преп тствуют течению периферийных слоев заготовки. При этом вблизи контактной поверхности образуютс  зоны затрудненной деформации мертвые зоны, что способствует сосредоточению максимальной деформации в центральной части заготовки

В св зи с этим метод гор чего прессовани  характеризуетс  неравномерным распределением деформации по сечению заготовки, что снижает эффективность проработки структуры и обусловливает неравномерность и анизотропию физико-механических свойств.

Кроме того, наличие интенсивного скольжени  металла на поверхности калибрующего по ска матрицы инструмента определ ет пониженное качество поверхности получаемых профилей.

Известен способ получени  прутков сплошного сечени  винтовой прокаткой двум  валками, развернутыми на угол подачи (см. например Прошивка в косовалко- вых станах А.И.Чекмарев, Я.Л.Ваткин. И.И.Ханин и др., М., Металлурги  1967 с. 133-135). Однако деформаци  сплошной заготовки в двухвалковом стане характеризуетс  наличием поперечных раст гиваюXI XI

О

о

00

щих напр жений в направлении перпендикул рной линии действи  основных деформирующих усилий от валков. Эти напр жени  достигают максимума в центральной зоне заготовки и в услови х циклического нагружени  вызывает разрыхление и вскрытие осевой полости. Особенно отрицательно така  схема напр женного состо ни  вли ет на деформируемость и качество литых заготовок из малопластичных металлов и сплавов.

Кроме того, дл  двухвалковой прокатки об зательно применение направл ющего инструмента - роликов, дисков или линеек, Независимо от вида направл ющего инструмента , действие его реактивно. Направл ющий инструмент создает значительные тормоз щие усили  трени  на поверхности раската, что способствует ухудшению качества поверхности заготовок и дополнительному расходу энергии.

Известен способ получени  прутков сплошного сечени  деформированием в трехвалковом стане винтовой прокатки, трем  развернутыми на угол подачи валками (см, например П.К.Тетерин. Теори  поперечно-винтовой прокатки. М., Металлурги , 1983с. 79).

Данный способ более предпочтителен, чем прокатка в стане с двум  валками, поскольку в осевой зоне отсутствуют раст гивающие поперечные напр жени  и не требуетс  применени  направл ющего инструмента . Однако этому способу свойствен- на значительна  неравномерность деформации. На периферии заготовки развиваетс  интенсивна  сдвигова  деформаци . Центральна  зона находитс  в услови х всестороннего равномерного сжати , т.е. практически без напр жений сдвига , ответственных за проработку структуры. Проработка структуры центральных слоев металла затруднена.

Таким образом, в зону затрудненной деформации попадают наиболее развитые осевые дефекты литого металла, которые трудно устран ютс  даже при значительных коэффициентах выт жки. Неравномерность деформации способствует формированию разнозернистой структуры, котора  дл  малопластичных материалов, в частности ша- ропрочных сплавов типа ХН77ТЮР, ХН56ВМКО и др.  вл етс  браковочным признаком.

Неравномерность сдвиговой деформации приводит к образованию на границе между внешней областью интенсивной сдвиговой деформации и осевой частью заготовки кольцевой зоны, котора  склонна развиа1т с  в кольцевое разрушение.

На преодоление недостатков прессовани  и винтовой прокатки направлено техническое решение, прин тое нами за прототип, которое реализуетс  прессованием заготовки через матрицы с последующей винтовой прокаткой согласно положительному решению по за вке № 2586070/02. Данный способ получени  сплошных прутков включает нагрев и винтовую прокатку

прессованной заготовки развернутыми на угол подачи валками. Сочетание прессовани  и винтовой прокатки позвол ет эффективно прорабатывать внешнюю и осевую зоны деформируемого металла. Однако при

обработке малопластичных сталей и сплавов в процессе гор чего прессовани  в поверхностной области образуютс  дефекты и очаги перенапр женности, при этом наиболее опасны узкие полосы сдвиговой деформации вдоль границы мертвой зоны. На этой границе зарождаютс  трещины, развивающиес  в ерша при прохождении калибрующего по ска матрицы. Дальнейшее развитие эти дефекты получают в очаге деформации стана винтовой прокатки. Кроме того, близкое совпадение перенапр женности гор чего прессовани  с кольцевой граничной зоной винтовой прокатки активизирует развитие кольцевого разрушени .

Размеры мертвой зоны гор чего прессовани  уменьшаютс  с уменьшением угла конусности матрицы - Gh , соответственно снижаетс  интенсивность образовани  очагов перенапр женности и веро тность образовани  трещин. Как известно, (см. например, Могучий А.Н. Обработка давлением труднодеформируемых материалов. М., Машиностроение, 1976с. 190-191) при

40

1

а п arctg j

5

0

где an - критический угол конусности матрицы ,

f - коэффициент трени . Мертва  зона исчезает полностью и вдоль стенок матрицы устанавливаетс  ламинарное течение металла, при котором отсутствует турбулентное перемещение частиц металла в объеме заготовки. Это затрудн ет проработку литой структуры, особенно в центре. Полученна  структура характеризуетс  осевой волокнистостью и высоким уровнем анизотропии свойств. Отсутствие мертвой зоны ведет также к тому, что в процессе прессовани  поверхность не обновл етс  и наиболее загр зненный поверхностный слой переходит на поверхность пресс-издели . Дефекты, наход щиес  в поверхностном слое,  вл ютс  концентраторами напр жений и склонны к развитию в процессе винтовой прокатки. Способ устранени  - зачистка. Уменьшение угла конусности матрицы приводит также к росту потерь металла на заострение конуса и пресс-остатка.

В прутках, изготовленных по данному способу, может также присутствовать неравномерность структуры по сечению, обус- ловленна  историей деформировани  и наличие непроработанных насыщенных очагами перенапр женности слоев. Так, если глубина сло , насыщенного дефектами гор чего прессовани  (hn) больше глубины кольцевой граничной зоны интенсивной сдвиговой деформации винтовой прокатки Нь, дефектна  зона гор чего прессовани  не полностью подвергаетс  интенсивным сдвиговым деформаци м при винтовой про- катке. Сечение раската, радиусом R в этом случае имеет три характерные области:

1.Центральна  область, лежаща  внутри радиуса (R - hn), характеризуетс  тем, что металл внутри нее при гор чем прессова- нии подвергаетс  интенсивным турбулентным перемещени м и лита  структура в этой области достаточно хорошо проработана .

2.Приповерхностна  область, лежаща  вне радиуса (R - ht), в этой области металла претерпел интенсивные сдвиговые деформации при винтовой прокатке, в результате чего исходна  структура проработана.

3.. Область ограниченна  радиусами (R - hn) и (R - hb). При гор чем прессовании указанна  область находилась в зоне затрудненной деформации, а при винтовой прокатке в осевой зоне, характеризуемой отсутствием сдвиговых деформаций, вслед- ствие чего структура данной области не получила достаточной проработки.

Кроме того, дефекты гор чего прессовани , лежащие в этом слое не залечиваютс , так как деформации их характеризовались незначительными сдвиговыми деформаци ми .

Целью насто щего изобретени   вл етс  повышение качества поверхности проката и свойств металла за счет улучшени  проработки структуры при обработке слитков из высоколегированных сталей и сплавов .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе, включающем прессование слит- ка и последующую винтовую прокатку трем  валками, имеющими обжимной и калибрующий участки, прессование слитка и винтовую прокатку загггопги выполн ют, соблюда  соотношение.

Л,

где Лп Ль-степень деформации при прессовании и винтовой прокатке.

Oh - угол конусности матрицы, Ob -угол между образующей обжимного участка валка и осью прокатки,

А - коэффициент пропорциональности, Сопоставительный анализ с прототипом позвол ет сделать вывод, что за вл емый способ получени  сплошных прутков отличаетс  тем, что прессование и винтовую прокатку заготовок выполн ют, соблюда  соотношение:

Л

(обозначени  выше).

Таким образом, за вл емое техническое решение соответствует критерию Новизна. Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области позвол ет сделать вывод об отсутствии в них призна- ков, сходных с существенными отлич итель- ными признаками в за вл емом способе получени  сплошных прутков, и признать за вленное решение соответствующим критерию Существенные отличи .

Получение сплошных прутков согласно предлагаемому изобретению осуществл етс  следующим образом. На первой стадии нагретый с лито к. прессу ют через матрицу с углом конусности матрицы выбранным так, чтобы центральна , наиболее пораженна  дефектами лить  зона подвергалась значительным сдвиговым перемещени м, была обеспечена достаточна  турбулентность трени  металла и обновление поверхности, чтобы была фильтраци  поверхностных загр знений на периферийную глубину, составл ющую 0,3-0,2 толщины корки из разностных кристаллов, а образующиес  при прессовании мертвые зоны и силы трени  на контактной поверхности не при: водили к необратимому ухудшению качества поверхности и структуры поверхностной зоны.

На втором этапе прессованную заготов-. ку прокатывают на стане винтовой прокатки в калибре, образованном трем  развернутыми на угол подачи валками.

Поскольку описываемый способ предназначен дл  деформировани  малопластичных материалов, его реализаци  дает наибольший эффект в сочетании с больши- миуглами подачи 18-25°. При винтовой прокатке периферийна  зона заготовки претерпевает интенсивные сдвиговые деформации , которые способствуют проработке и уплотнению структуры металла в этой зоне. При этом режим прокатки и угол конусности валков должны быть такими, чтобы кольцева  граница между зоной интенсивных сдвиговых деформаций и осевой зоной всестороннего сжати  лежала глубже зоны насыщенной дефектами прессовани  и очагами перенапр женности, чем достигаетс  полное устранение дефектов предыдущего способа обработки слитка.

Экспериментами показано, что указанным требовани м отвечает прокатка заготовки на стане винтовой прокатки с соблюдением следующего соотношени  между характеристиками прессовани  и винтовой прокатки.

Л А

ап 2аь

Величина коэффициента А определ етс  составом и свойством прокатываемого материала и определена экспериментально.

Значение коэффициента А зависит от степени легировани  труднодеформируз- мых сталей и сплавов, характера упрочн ющих фаз, которые можно разделить на две группы.

Дл  сталей и сплавов группы (ХН70ВМТЮФ, ХН75ВМЮ, ХН55ВМТКЮ, ХН56ВМКЮ, ХН62МВКЮ и др.).

А 0,30 ...0,50

Дл  сталей и сплавов второй группы (ХН70ВМЮТ, ХН70МТЮ, ХН70МВТЮБ, ХН67МВТЮ,ХН50ВМКТЮ,ХН35ВТЮРидр.}.

А 0,15...0,30

Уменьшение коэффициента А менее 0,15 св зано с уменьшением степени деформации при прессовании, что ухудшает поверхность заготовок и затрудн ет проработку осевой зоны слитка. Получение качественного проката в этом случае может быть обеспечено только при весьма высоких степен х деформации в стане винтовой прокатки , что ограничивает сортамент прокатной продукции.

Увеличение коэффициента А более 0,15 св зано с преобладающей деформацией прессованием. В этом случае ухудшаетс  качество поверхности проката, т.к. степень деформации при винтовой прокатке  вл етс  недостаточной дл  выкатки поверхностных дефектов, имеющихс  а заготовке. Кроме того, возникает существенна , неоднородность структуры по сечению раската.

В табл. 1 приведены результаты экспериментальных исследований по прессованию и винтовой прокатке слитков.

Пример 1, Прессованию подвергали

слиток из сплава ЭИ617 (ХН70ВМЮТ) диаметром 320 мм, температура нагрева под прессование - 1150°С.

Прессование проводили в матрице с углом конусности 140° в заготовку диаметром

100 мм, степень деформации при прессовании - 90,2%. Последующую винтовую прокатку в пруток диаметром 75 мм провели в валках с углом конусности обжимного участка 12°, Степень деформации при винтовой

прокатке 43,7%. Значение коэффициента А составило 0,35 (втора  группа).

Анализ структуры показал хорошую проработку структуры, раздробление леидрмтов и отсутствие междендритных

разрывов. Качество поверхность удовлетворительное .

Пример 2. Дл  получени  заготовки диаметром 60 мм слмток из стали ЭР109 (втора  труп па) диаметром 160 мм деформируют в две стадии, сначала спиток прессуют до диаметра 85 мм с Л 71,7% через матрицу с углом конусности On 120°, последующую деформацию заготовки осуществл ют з грехвалковом стане винтовой прокатки с

углом конусности валков на обжимном участке оз 10°. Прокатку заготовки ведут в два прохода со степенью деформации Ль 50,1 %, 085 -5-050. Параметр А прин т равным 0,23 (перва  группа).

Полученный сортовой профиль характеризуетс  равномерной макро- и микроструктурой , полной проработкой литой структуры и отсутствием дефектов прессовани , разнозернистость профил  по сечению профил  практически отсутствует.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ получени  сплошных прутков, включающий прессование слитка в заготовку и ее последующую винтовую прокатку в калибре, образованном трем валками, имеющими обжимной и калибрующий участки, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества поверхности проката и свойств металла за счет повышени  равио- мерности проработки структуры слитков из легированных сталей и сплавов, прессование слитков и винтовую прокатку заготовок выполн ют, соблюда  соотношение

   .

   где Лп Ль - степени деформации при прессовании и винтовой прокатке соответственно:

   On-угол конусности матрицы при прессовании;

   аь - угол между образующей обжимного участка валка и осью прокатки;

   А 0,15 ... 0,5 - коэффициент пропорциональности .

   Результаты экспериментальных исследований по прессованию и винтовой прокатке слитков