RU1817709C - Способ реверсивной прокатки сплошных круглых профилей - Google Patents

Abstract

Использование: в обработке металлов давлением и технологии получени  сплошных круглых профилей, преимущественно из легированных металлов и сплавов. Сущность изобретени : способ предусматривает обжатие нагретой заготовки за несколько проходов валками, развернутыми на углы подачи, имеющими два конических обжимных участка и расположенный между ними калибрующий участок, которые образуют конические очаги деформации с зонами калибровки. Причем в проходах с положительным углом раскатки очаги деформации удалены против направлени  прокатки от оси разворота на угол подачи. Валки имеют угол конусности не менее чем на 30% меньше суммы угла конусности очагов деформации и угла раскатки. Предусмотрено применение многоконусных валков. Изобретение повышает выход годного и увеличивает производительность. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл. fe

Description

Изобретение относитс  к обработке металлов давлением и касаетс  технологии реверсировани  прокатки сплошных круглых профилей, преимущественно из легированных металлов и сплавов.

Целью изобретени   вл етс  повышение выхода годного и увеличение производительности при обработке легированных металлов.

На чертеже изображен один из очередных проходов заготовки с положительным , углом раскатки.

На схеме использованы следующие обозначени :

1 - обжимаема  заготовка; .

2 - контур очага деформации, в котором а - конус обжати , к - калибрующа  зона;

3 - рабочий валок с участками: А, В - обжимные, К - калибрующий;

р - угол конусности валка; а- угол конусности очага деформации;

д - угол раскатки;

х-х - ось прокатки с указанным направлением прокатки;

у-у - ось разворота валков на угол подачи;

Д1 - удаление очага деформации против направлени  прокатки от оси разворота валков на угол подачи.

Цель изобретени  обеспечиваетс  за счет повышени  деформируемое™ и улуч- шени  условий захвата заготовки в проходах с положительным углом раскатки, а также за счет повышени  качества поверх00

XI

О О

00

ности при деформации на калибрующем участке во всех проходах.

Способ реализуетс  следующим образом . Заготовка из легированного металла нагреваетс  до температуры гор чей деформации , соответственно своему химическому составу и подаетс  на прокатку. Деформацию нагретой заготовки осуществл ют ре- версивно за несколько проходов, в валках, развернутых на угол подачи вокруг осей у-у, перпендикул рных оси прокатки х-х. Валки устанавливают под углом раскатки д. В проходах с отрицательным углом раскатки, т.е. выполн емых в направлении сближени  осей валков, очаги деформации создаютс  обжимными участками В и калибрующими участками К валков. В проходах с положительным углом раскатки, т.е. проходах, выполн емых в направлении увеличени  рассто ни  между ос ми валков, заготовка прокатываетс  в очагах, образованных другими обжимными участками А валков и теми же, что и в смежных проходах, калибрующими участками К. Очаги деформации во всех проходах имеют конус обжати  а и калибрующую зону К посто нного диаметра. Причем в проходах с положительным углом раскатки очаги деформации удалены на рассто ние ЛI от оси разворота валков на угол подачи против направлени  прокатки в этих проходах.

Дл  организации многопроходной прокатки в реверсивном режиме и образовани  последовательного р да очагов деформации уменьшающегос  диаметра после завершени  каждого прохода производитс  реверсирование направлени  вращени  валков и свод их на очередной калибр меньшего диаметра.

Угол конусности обжимных участков очагов деформации а назначаетс  таким . образом, чтобы совместно с установленными углами подачи /8 обеспечить уровень частных обжатий в пределах 12-20%, достаточный дл  сквозной проработки и уплотнени  структуры металла по всему объему раската. Известно, что эта задача решаетс  сочетанием а 7-12°;/3 15-30°.

Конфигураци  рабочих валков, обеспечивающа  достижение заданного профил  очагов деформации (угла ct) при назначенных углах подачи и раскатки зависит от положени  очагов деформации относительно оси разворота у-у (в дан ном способе рассто- ,  ние Д1).

В проходах с отрицательным углом раскатки кинематика контактного взаимодействи  валков (участки В и К) с заготовкой характеризуетс  уменьшением окружной

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

скорости вращени  вдоль очагов деформации . Создаютс  напр жени  осевого сжати  в очаге деформации, способствующие уплотнению и проработке структуры металла, повышению его пластичности.

В проходах с положительным углом раскатки очаги деформации смещены против хода прокатки от оси разворота у-у на рассто ние А I. С увеличением Д все точки поверхности рабочих валков на участках А и К удал ютс  от оси прокатки и образуемый ими очаг деформации искажаетс , становитс  более свободным, значение а увеличиваетс . Дл  компенсации возникшего искажени  и восстановлени  первоначально заданного профил  очагов деформации необходимо увеличивать диаметр валков в каждом сечении на величину искажени , пропорциональную рассто нию конкретного сечени  от оси у-у, т.е. необходимо уменьшать угол р конусности обжимного участка валков А. С увеличением Д растет несовпадение контуров валков и образуемого ими очага деформации на обжимном участке А. При А НО контуры валков и очага практически накладываютс  друг на друга. Это несовпадение целенаправленно использовано в предлагаемом способе.

Угол конусности валков р должен быть прин т меньше, чем сумма угла конусности очага деформации а и угла раскатки д.

Вместе с уменьшением крутизны обжимного участка А увеличиваетс  диаметр валков на входе в очаги деформации и уменьшаетс  перепад диаметров вдоль обжимного участка А. Выравниваетс  распределение модулей окружных скоростей вращени  валков по длине очагов деформации в проходах с положительным углом раскатки .

Создаютс  искомые услови  повышени  деформируемости металла, в которых ослаблены и контролируютс  раст гивающие напр жени  осевого напр жени , ограничено пластическое скольжение на поверхности контакта металла с валками; уменьшено скручивающее действие валков, активизирован захват раската валками и ускорено заполнение очага деформации.

Аналогичные изменени  внос тс  и в геометрию общего дл  всех проходов калибрующего участка К. Уменьшение конусности калибрующего участка валков К, снижа  скольжение и скручивание на нем, обеспечивает повышение точности геометрических размеров прутков при отсутствии задиров, царапин и др. поверхностных дефектов . Этим обеспечиваетс  пр мое новышение выхода годного и достижение цели изобретени .

Существенно важным элементом предложенного способа  вл етс  то, что уменьшение конусности валков происходит за счет увеличени  меньшего торцевого диаметра валков. Рост диаметра валков в начальном сечении очага деформации повышает захватывающую способность валков, снижает врем  заполнени  очага деформации .

Кроме того, с увеличением меньшего торцевого диаметра валков существенно расшир ютс  границы сопредельного пространства , которое можно использовать дл  увеличени  несущей способности прилегающей подшипниковой опоры. Поскольку в проходах с положительным углом раскатки эта опора воспринимает до 70-80% общего давлени  металла на валки, ее усиление из фактора конструкторского переходит в фактор технологический, позвол ющий реализовать оптимальные по деформируемое™ режимы обжатий. Применение повышенных обжатий за проход существенно сокращает общее количество проходов и поднимает производительность.

В предлагаемом способе целева  установка - повышение производительности -  вл етс  сложным откликом на целый комплекс процессов, сопровождающих реализацию способа и порожденных совместным уменьшением р и удалением АI против хода прокатки.

Росту производительности непосредственно способствуют уменьшение времени .захвата и заполнени  очага деформации в проходах положительным д; увеличение коэффициента осевой скорости за счет уменьшени  скольжени  металла, увеличение обжатий за проход и снижение количества проходов, повышение стойкости рабочего инструмента.

По результатам опытных прокаток интегральное увеличение производительности составл ет не менее 25-30% и может достигать 120-150%.

Полнота протекани  описанных улучшающих процессов деформации и. соответственно , степень повышени  выхода годного и производительности в решающей мере определ ютс  снижением значени  угла р конусности валков по отношению к сумме углов раскатки д и конусности очагов деформации а, т.е. отношением (р/(а+д).

Это отношение определ ет степень компенсационного увеличени  диаметра валков в каждом сечении участков А и К. В соответствие предложенным заготовку деформируют в услови х снижени  угла рна участке А не менее, чем на 30% по сравнению с (а+ 5). Т.е. соблюдают условие

р 0,7(а+ 5).(1) 5 Как показывают непосредственные эксперименты , выполненные на стане МИСиС- 100Т, соблюдение соразмерности (1) уменьшает крутизну перепада диаметров до уровн , надежно удерживающего величину

0 раст гивающих напр жений в безопасных пределах, гарантирующих бездефектную деформацию слитков и заготовок из легированных металлов и сплавов. Деформаци  заготовок характеризуетс  уверенным по5 давлением очагов пластического разрыхлени  и зарождени  макроразрывов металла. В этих услови х растет деформируе- мость слитков и заготовок, снижаютс  технологические отходы. Структура

0 получаемого проката характеризуетс  устойчивым повышением плотности, дисперсности и однородности по мере реализации способа, т.е, с увеличением достигнутой степени обжати .

5 Фрагменты экспериментальныхданных представлены в табл. 1.

Уменьшение угла р ограничивает раз витие процессов пластического скольжени 

металла на контактной поверхности и скру0 чивание раската в очаге деформации.

В ходе практической отработки способа получены результаты, непосредственно свидетельствующие о создании весьма благопри тных условий деформации дл  пери5 ферийных объемов металла. Прокатка непрерывнолитых заготовок из быстрорежущей стали Р6М5 с искусственно нанесенными продольными рисками показала, что уменьшение угла р по соотношению (1) ог0 раничивает развитие процессов пластического скольжени  (коэффициент осевой скорости, приближаетс  к 1) и снижает скручивание раската в очаге деформации.

5 Это реализует обоснованные предпосылки дл  формировани  качественной поверхности раската и получени  высокой точности геометрических размеров. При прокатке в услови х контролируемого нат 0 жени  через смещение А и ограниченного скручивани  происходит трансформаци  исходных поверхностных дефектов на минимальную глубину от поверхности. Процессы поражени  поверхности новыми

5 дефектами отсутствуют. По ходу осуществлени  способа поверхность раската ста- . бильно облагораживаетс , достига  в конечном профиле состо ни , не требующего дополнительного ремонта.

Одновременно снижаетс  напр женность работы прокатных валков и возрастает их стойкость.; -.;

Искомое снижение угла конусности валков по соотношений (1) обеспечиваетс  ди- станционированием очагов деформации от оси разворота валков на угол подачи против хода прокатки на величину А1.л Смещение очагов деформации против хода прокатки от оси разворота валков на угол подачи, достаточное дл  выполнени  соотношени  (1), главным образом зависит от величин ы угла подачи. Чем больше угол подачи, уем интенсивнее йскэжени.е очага деформации, больше компенсационное увеличение диаметров валков и тем меньше значение АI, при котором выполн етс  соотношение (1). Дл  углов подачи 15-30°, Ш которые ориентирован способ удаление должно составл ть не менее 0,1-0,,2 диаметра валков в крайнем сечении очагов деформации в проходах с положительным углом раскатки. / . : ; , :.;.,: .-;;.:;-- Соотношение (1) определ ет минимальный уровень снижени  угла #, необходимый дл  реализации положительного эффекта и достижени  цели изобретени  В рамках эксплуатируемых процессов управлени  услови ми деформации металла в проходах с положительным углом раскатки максимальный уровень снижени  у не Ограничен и может достигать 100% суммы (а + 5). В этом случае угол р абсолютно минимален и равен 0°. Однако практическа  целесообразность такого снижени , как правило, не состо тельна, так как она св зана с чрезмерно большими удалени ми очагов деформации от оси разворота валков на угол подачи, не сбалансированным увёличег нием длины валкового узла, увеличением габаритов прокатной клети и т.д. Кроме того , по верхнему пределу АI ограничено изменением геометрии обжимного участка- валков В. Необходимо следить чтобы обжимной участок валков В. как ив прототипе, имел убывающий по ходу прокатки диаметр. Дл  абсолютного большинства практически . возникающих случаев новый способ обеспечивает высокую эффективность при максимальном снижении Т .- до 0.1-0,2. что

создаетс  удалением At очагов деформации положительных углов раскатки на величину пор дка 0,6-0,8 диаметра валков в выходном сечении очагов деформации.

В соответствии с предложенным заготовку обжимают валками с многоконусными обжимными участками, образующими многоконусные очаги деформации.

Этот вариант способа направлен на обработку наиболее труднодеформируемых сталей и сплавов, например никелевых порошковых суперсплавов, на пределе допуекающих пластическую обработку (серии ЖС, ЭК31 и др.). Он целесообразен также дл  составов сильно загр зненных примесными элементами, снижающими пластич- нбсть. Концепци  и пор док реализации

0 способа в варианте по п. 3 остаютс  прежними в. полном объеме за исключением определени  углов р и а . Дл  соблюдени  соотношени  (1) и достижени  цели изобретени  они должны быть вз ты по средним

5 значени м, которые определ ютс  по наклонным образующим, соедин ющим начало контакта заготовки и валков с концом обжимного участка А.,

;v Учитыва  см гчающее вли ние снижёнй  отношени . условие деформа: ции металла в проходах с положительным углом, можно указать направление рацио- . нального выбора значений отношени  в за5 висимости от комплекса технологических

свойств конкретных легированных метал- лов и сплавов и состо ни  исходных заготовок (слитков). Обща  закономерность, такова. Относительно пластичные в гор чей

0 прокатке материалы, как, например, быст-v рорежущие стали типа Р6М5, жаростойкие стали типа 45Х14Н14В2М и т.п., допускающие деформацию при достаточно сильных раст гивающих напр жени х цёлесообраз5 но прокатывать при (0,5-0,7) (а + б), т.е. при режимах минимально необходимо ограничени  раст гивающих напр жений. По мере усложнени  композиционного состава сплавов снижение деформируемое™ заго0 товок и падени  способйости противосто ть раст гивающим напр жением требуютс  более строгие ограничени  по уровню осевого нат жени , которые создаютс  адек .ц ватным уменьшением- -т-. При прокатке

жаропрочных никелевых сплавов типа ХН77Т10Р, безвольфрамовых быстрорежущих сталей типа ЭК41, ЭК42 И др. целесообразно придерживатьс  pXO 3 0,5)(u + . A

50 наиболее сложные в гор чей прокатке жаропрочные сплавы с интерметаллидным упрочнением , такие как ХН51ВМТЮКФР, . никелевые сплавы серии ЖСб и др. следует , деформировать при наибольшем ограниче55 нии напр жений раст жени  при р(0,1- 0,ЗХ« + 5). Необходимые удалени  очагов деформации от оси разворота валков на угол подачи, обеспечивающие указанные интервалы снижени , завис т от угла подачи. Дл  углов подачи 15-30° положительный эффект

способа реализуетс  при удалени х Л1 (0,1-0,8) ;D0,

Определение смещени  Д1, обеспечивающего применение валков с углом конусности р, удовлетвор ющим существенному отличительному признаку по соотношению (1), при заранее заданныхуглах подачи, раскатки и конусности очагов деформации, целесообразно вести расчетным способом пб известной методике. Но не исключены и другие подходы.

Обозначенные по р интервалы могут быть рационально св заны с исходным уровнем сплошности литого металла и способами выплавки. Отношение следует уменьшать по интервалам в р ду: 1) слитки после улучшающих переплавов ЭШП, ВДП и др.; 2) слитки открытой дуговой выплавки; 3) непрерывнолитые слитки и заготовки.

Пример Т. Предложенный способ реализован на стане реверсивной винтовой прокатки 150ТР. Прокатке подвергали заготовки (слитки) диаметром 120мм из быстрорежущей стали Р6М5, аустенитного ниже левого сплава ХН77ТЮР, жаропрочного сплава ХН51ВМТЮКФР. Под деформацию заготовки нагревались в камерной электропечи до температуры 1100°С; 1160°С,- 1140°С соответственно указанным маркам. Прокатку вели в валках диаметром 300 мм по калибрующему участку. Длина калибрующего участка 60 мм. Валки устанавливались под углом раскатки 12° (по абсолютной величине ) и разворачивались на угол подачи 20°. По обе стороны от калибрующего участ- ка на валках выполн лись конические об- .жимные участки. Прокатка велась до профил  диам. 60 мм.

Реверсивна  прокатка заготовок из стали Р6М5 выполн лась за 3 прохода, из спла- ва ХН77ТЮР за 5, и ХН51ВМТЮКФР за 9. При этом знак угла раскатки чередовалс  по проходам.

Валки устанавливались относительно оси разворота на угол подачи таким обра- зом. что образуемые ими очаги деформации в проходах с положительным углом раскатки смещались от этой оси против хода прокатки .

Параметры удалени , углы конусности обжимных участков валков, углы конусности образуемых ими очагов деформации в про- ходах с положительным углом раскатки представлены в табл. 2. Эти параметры реализуют рациональные режимы предложен- ного способа конкретного дл  каждого из перечисленных материалов.

Полученный прокат подвергалс  всестороннему анализу качества в объеме требований ГОСТ 19265-75 (сталь Р6М5) и ТУ- 14-1-223-72 (сплавы ХН77ТЮР, ХР51ВМТКЖФР). Исследование структуры, свойств и качества поверхности показало полное соответствие состо ние металла нормативным параметрам.

Параллельна  реализаци  способа-про Тотипа на идентичных исходных слитках показала наличие в готовом прокате недопустимой осевой рыхлости и пористости , которые образовались в результате дей-1 стви  напр жений осевого раст жени  в проходах с положительным углом раскатки. Кроме того, на поверхности раската имелись трещины и задиры металла, происход щие от повышенного контактного скольжени  и высокого скручивающего действи  валков.. .

По сравнению с прототипом новый способ позвол ет при одинаковом суммарном обжатии сократить общее число проходов на 2-3, за счет усилени  меньшей опоры и повышени  обжати  в проходах с положительным углом раскатки..;

При м е р 2. Предложенный способ реализован дл  реверсивной прокатки сплошных прутков диаметров 60 мм из пол- унепрерывнолитых слитков диаметром 125 мм. Материал - быстрорежуща  сталь Р6М5 с повышенным содержанием примесных Элементов (S, Р, SL.), существенно снижающих деформируемость слитков. Реверсивна  прокатка велась в многоконусных валках, образующих очаги деформации с многоконусными обжимными участками.

Геометрические параметры валков и соответствующих им очагов деформации представлены в табл. 3.

Угол подачи валков 20°, угол раскатки +-12°. Диаметр валков по калибрующему участку 300 мм. Длина калибрующего участка 60 мм; Прокатка велась реверсивно за 5 проходов, при чередовании знака угла раскатки , начина  с положительного. В первом, третьем и п том проходах заготовка прокапывалась при положительном угле раскатки +12° в очагах деформации, смещенных против хода прокатки от оси разворота валков на угол подачи. Величина смещени  составл ла 40 мм.

В данном варианте выполнени  способа соотношение (1) соблюдаетс  дл  средних значений углов конусности обжимных участков валков рср и образуемых ими очагов деформации «ср. Средние значени  определ ютс  по наклонным образующим, соедин ющим начальную точку контакта заготовки с валками с концом обжимного участка . Аналитически они могут быть определены по формулам

Ocp arctg(Ad/2Ld);

pcp arctg( Д0в/21 в),

где Ad - обжатие заготовки на обжимном участке;

ДОв - перепад диаметра валков на обжимном участке;

- длина обжимного участка очага де- формации вдоль оси прокатки;

LB - длина обжимного участка валков (вдоль оси валка).

Перед прокаткой заготовки нагревались до 1060°С±20°, что несколько ниже, чем в примере 1, и что обеспечивает относи- тельную термическую стабильность легкоплавких включений, содержащих примесные элементы.

Прокатка проходила устойчиво при активном захвате раската, в том числе и в проходах с положительным углом раскатки. Образование разрывов на поверхности и объеме раската не отмечено.

Полученный прокат диаметром 60 мм контролировалс  в объеме требований ГОСТ 19265-75. Контроль макроструктуры, карбидной неоднородности и механических свойств вы вил полное их соответствие установленным нормативам.

.Ф ормула изобретени 

1. Способ реверсивной прокатки сплошных круглых профилей, включающий обжатие нагретой заготовки за несколько проходов валками, развернутыми на угол подачи вокруг осей, перпендикул рных оси прокатки , установленными под углом раскатки, и имеющими два конических обжимных участка и расположенный между ними калибрующий участок, которые образуют конические очаги деформации с зонами калибровки при проходном изменении знака угла раскатки, отличающийс  тем, что, с целью повышени  выхода годного и увеличени  производительности при обработке легированных металлов и сплавов, в проходах с положительным углом раскатки заготовку обжимают при смещении очагов деформации против направлени  прокатки от оси разворота валков на угол подачи.

2. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что обжатие в проходах с положительным углом раскатки осуществл ют с углом конусности обжимного участка, который минимум на 30% меньше суммы угла конусности очагов деформации и угла раскатки.

3. Способ по п. 2, отличающийс  тем, что заготовку обжимают валками с многоконусными обжимными участками, образующими многоконусныё очаги деформации, при оговоренном соотношении между углами конусности валков, очагов деформации и раскатки по их средним значени м.

Таблица

Вли ние отношени 

на состо ние поверхности и макроструктуры прутков из быстрорежущей стали Р6М5 (Режим реверсивной прокатки; исходный диаметр 125 мм; конечный диаметр 60 мм; количество проходов 5; угол подачи 20°; угол раскатки д +;12°; угол

конусности очагов деформации а 9°)

Таблица 2

Параметры обжимных участков и образуемых ими очагов деформации в проходах с положительным углом раскатки (угол раскатки 6W-120, обозначени  в соответствии с фиг. 2)

Таблица 3

Параметры многоконусных участков валков и образуемых ими очагов деформации в проходах с положительным углом раскатки

()

Параметр

Обжимной участок валков:

количество конусов

углы конусности по конусам

(индексаци  по ходу прокатки),

град

pi

средний угол конусности обжимного участка валков, град

fcp

Обжимной участок очага деформации:

количество конусов

углы конусности конусов очагов

деформации, град

а

аз.

средний угол конусности обжимного участка очагов деформации , град

Оср

Отношение „ гсР

Оср +д

Удаление очагов деформации от

оси разворота валков на угол

подачи, мм

Значение

15,0

12.0

14,1

10

6

8,1 0,7

40

VЈ.U.)