RU2220850C2 - Composite blank for hot strain - Google Patents
Composite blank for hot strain Download PDFInfo
- Publication number
- RU2220850C2 RU2220850C2 RU2002103559/02A RU2002103559A RU2220850C2 RU 2220850 C2 RU2220850 C2 RU 2220850C2 RU 2002103559/02 A RU2002103559/02 A RU 2002103559/02A RU 2002103559 A RU2002103559 A RU 2002103559A RU 2220850 C2 RU2220850 C2 RU 2220850C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- deformation
- metal
- porosity
- hot
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 239000010953 base metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims description 16
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 claims description 12
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 39
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 35
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 9
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 abstract description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 abstract 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 13
- 239000002585 base Substances 0.000 description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 210000003298 dental enamel Anatomy 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 2
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 2
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 2
- 229910052566 spinel group Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 229910001111 Fine metal Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001515 alkali metal fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- -1 oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
- B21C23/002—Extruding materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special extruding methods of sequences
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C33/00—Feeding extrusion presses with metal to be extruded ; Loading the dummy block
- B21C33/002—Encapsulated billet
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/18—After-treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
- B21B1/38—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling sheets of limited length, e.g. folded sheets, superimposed sheets, pack rolling
- B21B2001/383—Cladded or coated products
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Metal Rolling (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области защиты поверхности труднодеформируемых, высокореакционных металлов и сплавов перед горячей деформацией и может быть использовано для изготовления композиционных заготовок, например, для горячей прокатки тонких листов из титановых сплавов. The invention relates to the field of surface protection of difficult to deform, highly reactive metals and alloys before hot deformation and can be used for the manufacture of composite blanks, for example, for hot rolling of thin sheets of titanium alloys.
На поверхности заготовки из указанных материалов перед операцией горячей деформации наносят защитные покрытия, которые предотвращают газонасыщение, тепловые потери и улучшают пластифицирование приповерхностных слоев металла. Для реализации этих целей применяют керамические, металлические, солевые и др. защитные покрытия. Before the operation of hot deformation, protective coatings are applied on the surface of a workpiece made of these materials, which prevent gas saturation, heat loss and improve the plasticization of the surface layers of the metal. To realize these goals, ceramic, metal, salt and other protective coatings are used.
Известен способ защиты поверхности труднодеформируемых металлов с применением стеклокерамических покрытий (Солнцев С.С. Защитные технологические покрытия, М., Машиностроение, 1981, с.139). A known method of protecting the surface of difficultly deformed metals using glass-ceramic coatings (Solntsev S.S. Protective technological coatings, M., Mechanical Engineering, 1981, p.139).
Применение стеклокерамических покрытий позволяет уменьшить величину газонасыщения и снизить величину коэффициента трения при деформации. The use of glass-ceramic coatings reduces the amount of gas saturation and reduces the coefficient of friction during deformation.
К недостаткам следует отнести низкую адгезию покрытия с основным металлом, ограниченную продолжительность нагрева, узкий температурный диапазон конкретной марки стеклоэмали, полный цикл операций подготовки поверхности и нанесения покрытия между переходами деформации, ограниченность применения. The disadvantages include low adhesion of the coating to the base metal, a limited heating time, a narrow temperature range for a particular brand of glass enamel, a full cycle of surface preparation and coating between deformation transitions, and limited application.
Известны способы использования заготовок для горячей деформации с металлическими защитными и пластифицирующими покрытиями, в качестве которых используют никель (патент США 3339271), алюминий (патент США 2903785), титан (патент 2262540, Великобритания, публ. 1993 г.). Known methods of using preforms for hot deformation with metal protective and plasticizing coatings, which are used as nickel (US patent 3339271), aluminum (US patent 2903785), titanium (patent 2262540, UK, publ. 1993).
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является композиционный металл для горячей деформации, включающий основной металл из сплавов титана, склонных к хрупкому разрушению, и покрытие из слоя титана толщиной 0,25-1,27 мм (патент Великобритании 2282608, кл. С 23 С 4/08, C 22 F 1/18, публ. 1995 г.) - прототип. The closest analogue to the claimed invention is a composite metal for hot deformation, comprising a base metal of titanium alloys prone to brittle fracture, and a coating of a titanium layer 0.25-1.27 mm thick (UK patent 2282608, class C 23 C 4 / 08, C 22 F 1/18, publ. 1995) - prototype.
Покрытие из порошка титана напыляют плазменным методом на поверхность заготовок из сплавов: Ti-5Al-2,5Sn, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-4V и т.п. Процесс деформации реализуют при температуре 815,6-1371,1oС.A coating of titanium powder is sprayed by a plasma method on the surface of alloy billets: Ti-5Al-2,5Sn, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-4V, etc. The deformation process is carried out at a temperature of 815.6-1371.1 o C.
Основным достоинством прототипа является повышение обрабатываемости за счет образования в процессе нагрева заготовки перед деформацией пластифицирующего поверхностного слоя. Также образованное покрытие уменьшает тепловые потери и степень окисления поверхности заготовки, снижает усилие деформации при прокатке до 50%. Отмечено также улучшение качества поверхности после обработки, практическое отсутствие поверхностных трещин. The main advantage of the prototype is to increase machinability due to the formation in the process of heating the workpiece before deformation of the plasticizing surface layer. Also, the formed coating reduces heat loss and the degree of oxidation of the surface of the workpiece, reduces the deformation force during rolling up to 50%. There was also an improvement in surface quality after processing, the practical absence of surface cracks.
Общим недостатком заготовок с нанесенными на их поверхность защитными покрытиями из металлов является наличие сквозной пористости и, как правило, высокая стоимость. Величина сквозной пористости достигает 23%. Уменьшение пористости удорожает процесс нанесения покрытия. A common drawback of preforms with metal protective coatings applied to their surface is the presence of through porosity and, as a rule, high cost. The value of through porosity reaches 23%. Reducing porosity increases the cost of the coating process.
Плазменное напыление защитного покрытия позволяет получить пористость менее 8%. Использование порошков металлов в качестве защитного покрытия удорожает процесс его нанесения еще больше. Порошки из титана пожароопасны, их использование требует соблюдения особых санитарно-гигиенических норм. Plasma spraying of the protective coating allows porosity of less than 8%. The use of metal powders as a protective coating increases the cost of its application even more. Powders made of titanium are flammable, their use requires compliance with special hygiene standards.
Заявленный в прототипе температурный интервал горячей деформации не позволяет получить идентичные свойства слоя покрытия, образованного при технологическом нагреве. Claimed in the prototype temperature range of hot deformation does not allow to obtain identical properties of the coating layer formed by technological heating.
Процесс плазменного напыления низкотехнологичен, требует специальных устройств и приспособлений, применение которых в условиях металлургического производства не характерно. Распыление титановых порошков требует дополнительного применения защитного газа (аргона). The plasma spraying process is low-tech, requires special devices and devices, the use of which is not typical in the conditions of metallurgical production. Spraying titanium powders requires the additional use of shielding gas (argon).
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение качества заготовки за счет снижения сквозной пористости защитного покрытия и расширение технологических возможностей заготовки при одновременном снижении ее стоимости, а также повышение выхода годного при использовании данной заготовки. The problem to which this invention is directed is to improve the quality of the workpiece by reducing the through porosity of the protective coating and expanding the technological capabilities of the workpiece while reducing its cost, as well as increasing the yield when using this workpiece.
Поставленная задача решается тем, что в композиционной заготовке для горячей деформации, состоящей из основного металла из труднодеформируемого сплава на основе титана и защитного покрытия толщиной не менее 0,25 мм, согласно изобретению защитное покрытие выполнено многокомпонентным и состоит из базового металлического слоя с величиной сквозной пористости 8-23%, уплотняющих материалов в виде смеси тонкодисперсных порошков и химических реагентов, при этом защитное покрытие уплотнено пластической деформацией со степенью обжатий 3-5% при температуре 500oС.The problem is solved in that in a composite billet for hot deformation, consisting of a base metal of a hardly deformed alloy based on titanium and a protective coating with a thickness of at least 0.25 mm, according to the invention, the protective coating is multicomponent and consists of a base metal layer with a through porosity 8-23%, of sealing materials in the form of a mixture of fine powders and chemicals, while the protective coating is sealed with plastic deformation with a reduction ratio of 3-5% a temperature of 500 o C.
Базовый металлический слой покрытия обладает теплоизоляционными и газозащитными свойствами и при нагреве заготовки перед деформацией образует интерметаллидный защитный слой, а уплотняющие материалы заполняют поры металлического слоя покрытия и ускоряют процесс образования новых соединений типа оксидов, шпинелей, силикатов и т. п. , модифицирующих изоляционные свойства покрытия, которые снижают силы трения при деформации заготовки на границе: "деформируемый металл - инструмент". The base metal coating layer has heat-insulating and gas-shielding properties, and when the workpiece is heated before deformation, it forms an intermetallic protective layer, and sealing materials fill the pores of the metal coating layer and accelerate the formation of new compounds such as oxides, spinels, silicates, etc., modifying the insulation properties of the coating which reduce the frictional forces during deformation of the workpiece at the boundary: "deformable metal - tool."
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в возможности получения заготовки с беспористым покрытием с высокой прочностью сцепления с основным металлом (металлическая связь с последующей модификацией в диффузионную связь), что обеспечивает универсальность свойств покрытия и расширяет технологические возможности заготовки при снижении ее стоимости, а также повышается выход годного в процессе деформации данной заготовки. Композиционную заготовку с беспористым защитным покрытием получают посредством операций деформации с небольшими обжатиями и пропиткой уплотняющими реагентами, посредством чего уплотняют базовый слой покрытия и увеличивают количество центров рекристаллизации. Пропитка дополнительно увеличивает прочность сцепления за счет образования шпинелей, силикатов, проникающих в поры металлического слоя покрытия. The technical result achieved by the implementation of the claimed invention consists in the possibility of obtaining a preform with a non-porous coating with high adhesion strength to the base metal (metal bond with subsequent modification to diffusion bond), which ensures the universality of the coating properties and extends the technological capabilities of the workpiece while reducing its cost, and also increases the yield in the process of deformation of this workpiece. A composite preform with a non-porous protective coating is obtained through deformation operations with small reductions and impregnation with sealing reagents, whereby the base layer of the coating is compacted and the number of recrystallization centers is increased. Impregnation additionally increases the adhesion due to the formation of spinels, silicates penetrating into the pores of the metal coating layer.
Величина сквозной пористости зависит от способа нанесения металлического покрытия. Выбран самый дешевый способ электродуговой металлизации. По его характеристикам величина пористости составляет 8-23%. Такое значение пористости позволяет химическим реагентам проникать практически на всю глубину покрытия, уплотняя слой покрытия, создавать центры рекристаллизации и ускорять процесс формирования заданных свойств покрытия. The value of through porosity depends on the method of applying the metal coating. The cheapest method of electric arc metallization has been selected. According to its characteristics, the porosity is 8-23%. This porosity value allows chemical agents to penetrate almost the entire depth of the coating, densifying the coating layer, creating recrystallization centers and accelerating the formation of desired coating properties.
Степень обжатия 3-5% при температуре 500oС выбрана с целью локализации пластической деформации непосредственно в слое покрытия для его дополнительного уплотнения после пропитки химическими реагентами.The degree of compression of 3-5% at a temperature of 500 o With selected in order to localize plastic deformation directly in the coating layer for its additional compaction after impregnation with chemical reagents.
Размер фракции порошковых наполнителей (тонкодисперсные) выбран с учетом возможности проникания частиц сквозь поры покрытия. The size of the fraction of powder fillers (fine) is selected taking into account the possibility of penetration of particles through the pores of the coating.
Изменением материала базового слоя покрытия и уплотняющих реагентов, а также их сочетанием, изменяют свойства покрытия в широком диапазоне температур и режимов деформации (термодеформационных параметров), устанавливают требуемые теплоизоляционные, газозащитные и пластифицирующие свойства. By changing the material of the base layer of the coating and sealing reagents, as well as their combination, the properties of the coating are changed over a wide range of temperatures and deformation modes (thermal deformation parameters), and the required heat-insulating, gas-shielding and plasticizing properties are established.
Материал базового слоя защитного покрытия композиционной заготовки (алюминий, титан, медь, цинк, никель и др.) образует с основным металлом заготовки при операции технологического нагрева диффузионное интерметаллидное покрытие, облегчающее процесс деформации и обладающее теплоизоляционными свойствами. The material of the base layer of the protective coating of the composite billet (aluminum, titanium, copper, zinc, nickel, etc.) forms a diffusion intermetallic coating with the base metal of the billet during the technological heating operation, which facilitates the deformation process and has thermal insulation properties.
Уплотняющие материалы заполняют металлический слой покрытия и увеличивают скорость образования химических соединений (т.е. тонкодисперсные порошки и реагенты служат катализаторами). Соединения, препятствующие газонасыщению и тепловым потерям, создают использованием уплотняющих материалов в виде оксидов, боридов, нитридов, силицидов, карбидов и т.п. Условия трения при деформации изменяют применением окислов, хлоридов, фторидов щелочных металлов, тонкодисперсных металлических порошков, геля кремнезема и т.п. Sealing materials fill the metal coating layer and increase the rate of formation of chemical compounds (i.e., fine powders and reagents serve as catalysts). Compounds that prevent gas saturation and heat loss are created using sealing materials in the form of oxides, borides, nitrides, silicides, carbides, etc. The conditions of friction during deformation are changed by the use of oxides, chlorides, alkali metal fluorides, fine metal powders, silica gel, etc.
Для изготовления предлагаемой композиционной заготовки для горячей деформации использовались самый дешевый процесс, оборудование и материалы. Нанесение базового металлического слоя покрытия выполняют методом электродугового напыления с использованием дешевых сортов проволоки. Пропитку базового слоя покрытия производят кистью или валиком. В качестве уплотняющих материалов используют, в том числе, и отходы производства. For the manufacture of the proposed composite billet for hot deformation, the cheapest process, equipment and materials were used. Application of the base metal coating layer is carried out by the method of electric arc spraying using cheap wire grades. The base coat is impregnated with a brush or roller. As sealing materials used, including production waste.
Было проведено опытное опробование предлагаемой композиционной заготовки в лабораторных и производственных условиях. An experimental testing of the proposed composite billet in laboratory and production conditions was carried out.
Пример 1. В производственных условиях прокатного цеха предприятия-заявителя провели горячую прокатку композиционных заготовок (слябов) из сплавов титана марок Ti6A14V, Grade 5, TA6V, Вт14, Вт16, Вт23 и др. с технологическими нагревами в (α+β)- и β-областях. На поверхность заготовки нанесли базовый слой металлического покрытия с помощью электродугового металлизатора конструкции предприятия-заявителя. Материал покрытия - алюминий (99%), пористость покрытия 9-12%. В качестве носителя смазочного материала использовали воду. Example 1. In the production conditions of the rolling shop of the applicant company, hot rolling of composite billets (slabs) of titanium alloys of grades Ti6A14V, Grade 5, TA6V, W14, W16, W23, etc. with technological heating in (α + β) - and β -regions. A base layer of a metal coating was applied to the surface of the workpiece using an electric arc metallizer of the design of the applicant enterprise. Coating material - aluminum (99%), coating porosity 9-12%. Water was used as a lubricant carrier.
Прокатка слябов проведена с толщины 240 до 20 мм с четырьмя технологическими нагревами в интервале температур 900-1150oС. Поверхность заготовок в процессе деформаций не ремонтировали. Безвозвратные потери металла при деформации слябов без покрытия составляли до 12%. Применение предлагаемого покрытия позволило снизить уровень потерь до 2,0-5,5% за счет уменьшения величины газонасыщенного слоя с 0,3 до 0,05-0,02 мм. Почти полное отсутствие поверхностных трещин позволило уменьшить потери при шлифовании поверхности (глубина шлифовки уменьшилась с 0,5 до 0,15-0,25 мм). Зафиксировано повышение устойчивости прокатки (отсутствие проскальзывания) и снижение усилий деформации на 12-18%.The slabs were rolled from a thickness of 240 to 20 mm with four process heatings in the temperature range 900–1150 o C. The surface of the workpieces was not repaired during deformation. Irrevocable metal losses during deformation of uncoated slabs amounted to 12%. The use of the proposed coating allowed to reduce the level of losses to 2.0-5.5% by reducing the size of the gas-saturated layer from 0.3 to 0.05-0.02 mm. The almost complete absence of surface cracks allowed to reduce losses during grinding of the surface (the grinding depth decreased from 0.5 to 0.15-0.25 mm). An increase in rolling stability (lack of slippage) and a decrease in deformation forces by 12-18% were recorded.
При изготовлении тонких листов (менее 2,5 мм) из высокопрочных сплавов титана известными методами полистной прокатки не получают требуемого уровня механических свойств. In the manufacture of thin sheets (less than 2.5 mm) from high-strength titanium alloys by known sheet rolling methods, the required level of mechanical properties is not obtained.
Проведена горячая прокатка листов из сплава Ti6A14V с использованием защитного покрытия. На поверхность заготовки листа газотермическим методом нанесли слой алюминия (94%) толщиной 0,25 мм. В качестве уплотняющего материала применили водный раствор белой сажи (SiО2•n•Н2О). Покрытие просушили, затем заготовки подогрели до температуры 500oС в течение 5 мин и выполнили операцию прогладки со степенью обжатий 3-5%.Hot rolling of Ti6A14V alloy sheets using a protective coating was carried out. A layer of aluminum (94%) 0.25 mm thick was applied to the surface of the sheet blank by the thermal method. An aqueous solution of carbon black (SiО 2 • n • Н 2 О) was used as a sealing material. The coating was dried, then the preforms were heated to a temperature of 500 o C for 5 minutes and performed the operation of laying with a reduction ratio of 3-5%.
В результате карточной прокатки получили листы толщиной 0,8-2,5 мм с требуемым уровнем механических свойств за счет хороших теплозащитных свойств покрытия. As a result of card rolling, sheets with a thickness of 0.8-2.5 mm were obtained with the required level of mechanical properties due to the good heat-shielding properties of the coating.
Пример 2. Проведена горячая экструзия прутков и труб из сплавов титана Ti6A14V, Crade 9 с технологическими нагревами в (α+β)- и β-областях. Example 2. The hot extrusion of rods and pipes made of titanium alloys Ti6A14V, Crade 9 with technological heating in the (α + β) - and β-regions.
Основное внимание при подготовке заготовок к деформации уделяли изучению возможности снижения коэффициента трения до минимальных значений, устранению адгезии материала заготовки на поверхность инструмента и тем самым продлению срока службы матрицы и повышению качества поверхности изделия. The main attention in preparing the workpieces for deformation was given to studying the possibility of reducing the friction coefficient to minimum values, eliminating the adhesion of the workpiece material to the tool surface and thereby extending the life of the matrix and improving the surface quality of the product.
В качестве материала покрытия наилучшие показатели получили при использовании следующих составов:
1) базовый слой покрытия из алюминия (99%) пористостью 8-16% толщиной не менее 0,3 мм; уплотняющий материал - жидкое стекло;
2) базовый слой покрытия из меди (99%) пористостью 12-23%, толщиной не менее 0,3 мм; уплотняющий материал - жидкое стекло с порошковым медным наполнителем (фракцией менее 50 мкм).As a coating material, the best performance was obtained using the following compositions:
1) the base coating layer of aluminum (99%) with a porosity of 8-16% with a thickness of at least 0.3 mm; sealing material - liquid glass;
2) the base coating layer of copper (99%) with a porosity of 12-23%, a thickness of at least 0.3 mm; sealing material - liquid glass with powder copper filler (fraction less than 50 microns).
По первому варианту получают теплостойкое покрытие с низким коэффициентом трения. По второму варианту покрытие более существенно улучшает условия трения, дополнительно создавая на рабочей поверхности инструмента слой меди. In the first embodiment, a heat-resistant coating with a low coefficient of friction is obtained. According to the second variant, the coating more significantly improves the friction conditions, additionally creating a copper layer on the working surface of the tool.
Проведено прессование слитка диаметром 650 мм, длиной 690 мм из титанового сплава Ti6A14V на горизонтальном прессе усилием 12 тыс. т в пруток диаметром 250 мм при температуре деформации 1270oС. При прессовании заготовки без покрытия матрицу после каждой прессовки снимали и очищали от налипших частиц металла заготовки. При использовании предлагаемой композиционной заготовки ремонт матрицы проводили после 4-12 прессовок. Кроме того, улучшение качества поверхности заготовок позволило повысить выход годного, вследствие уменьшения величины съема металла при механической обработке.An ingot with a diameter of 650 mm, a length of 690 mm from a titanium alloy Ti6A14V was pressed on a horizontal press with a force of 12 thousand tons into a bar with a diameter of 250 mm at a deformation temperature of 1270 o C. When pressing a blank without coating, the matrix was removed after each pressing and cleaned of adhering metal particles blanks. When using the proposed composite billet, the matrix was repaired after 4-12 compacts. In addition, improving the quality of the surface of the workpieces made it possible to increase the yield due to a decrease in the amount of metal removal during machining.
Проведено прессование трубной заготовки диаметром 90 мм, длиной 250 мм из сплава Ti6A14V на вертикальном прессе усилием 600 т. Ремонт матрицы при обработке заготовок без покрытия производили через 7-14 прессовок, при прессовании заготовок с покрытием - через 40-90 прессовок. Кроме того, выход годного повысился на величину до 17% за счет уменьшения величины съема металла при мехобработке с 0,5 до 0,25 мм. A tube billet with a diameter of 90 mm and a length of 250 mm was pressed from a Ti6A14V alloy on a vertical press with a force of 600 tons. The matrix was repaired when processing blanks without coating after 7-14 compacts, while pressing blanks with a coating through 40-90 compacts. In addition, the yield increased by up to 17% due to a decrease in metal removal during machining from 0.5 to 0.25 mm.
Пример 3. Проведена операция горячей ковки слитков и прутков, а также штамповка изделий из сплавов титана (Ti6A14V, Ti10A12Fe3V). Example 3. The operation of hot forging of ingots and rods, as well as stamping of products from titanium alloys (Ti6A14V, Ti10A12Fe3V).
При указанных операциях необходимо обеспечить высокую степень теплозащиты поверхности с целью уменьшения поверхностных дефектов (трещин), возникающих в результате захолаживания металла заготовки, и тем самым повысить выход годного. Также покрытие должно обеспечить требуемые процессом условия трения. In these operations, it is necessary to ensure a high degree of thermal protection of the surface in order to reduce surface defects (cracks) resulting from cooling the workpiece metal, and thereby increase the yield. Also, the coating should provide the friction conditions required by the process.
По результатам экспериментов в качестве материала покрытия были использованы:
а) базовый слой покрытия из Аl (99%) толщиной более 0,3 мм; уплотняющий материал - шликер стеклоэмали ЭВТ 24; область температур деформации 815-1000oС;
б) базовый слой покрытия из Аl (99%) толщиной более 0,3 мм; уплотняющий материал - шликер ЭВТ 100; область температур деформации 1000-1300oС;
в) базовый слой покрытия из Аl (99%) толщиной более 0,5 мм, пористость 16-18%; уплотняющий материал - стеклоэмаль ЭВТ 100К; область температур деформации 950-1350oС.According to the results of the experiments, the following materials were used as coating material:
a) the base coating layer of Al (99%) with a thickness of more than 0.3 mm; sealing material - slip glass enamel EVT 24; a temperature range of deformation of 815-1000 o C;
b) the base coating layer of Al (99%) with a thickness of more than 0.3 mm; sealing material - slip EVT 100; a temperature range of deformation of 1000-1300 o C;
c) the base coating layer of Al (99%) with a thickness of more than 0.5 mm, porosity 16-18%; sealing material - glass enamel ЭВТ 100К; the temperature range of the strain 950-1350 o C.
Проведена ковка слитка из сплава Ti6A14V с диаметра 750 мм на ⌀′ 250 мм. Количество поверхностных дефектов при использовании указанных покрытий существенно уменьшилось, выход годного вырос на 5-7%.Forging of a Ti6A14V alloy ingot from a diameter of 750 mm to ⌀ ′ 250 mm was carried out. The number of surface defects when using these coatings decreased significantly, the yield increased by 5-7%.
При штамповке фасонных изделий заготовок сплава Ti10A12Fe3V с использованием указанных защитных покрытий зафиксировали повышение качества поверхности, отсутствие поверхностных дефектов, связанных с забивкой гравюры штампа частицами окалины и стеклоэмали. During the stamping of shaped products of Ti10A12Fe3V alloy blanks using the indicated protective coatings, an increase in surface quality and the absence of surface defects associated with clogging of the stamp engraving by scale and glass enamel particles were recorded.
Предлагаемая композиционная заготовка может быть использована во всех процессах горячей деформации, т.к. нанесенное покрытие обладает высоким уровнем показателей качества и высокой степенью надежности, что позволяет использовать данную заготовку для нескольких циклов "нагрев-деформация", сократить затраты на вспомогательные операции и в результате - повысить выход годного. The proposed composite billet can be used in all processes of hot deformation, because the applied coating has a high level of quality indicators and a high degree of reliability, which makes it possible to use this blank for several heating-deformation cycles, reduce the cost of auxiliary operations and, as a result, increase the yield.
Claims (1)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002103559/02A RU2220850C2 (en) | 2002-02-08 | 2002-02-08 | Composite blank for hot strain |
| PCT/RU2003/000032 WO2003066252A1 (en) | 2002-02-08 | 2003-02-04 | Composite billet for hot shaping |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002103559/02A RU2220850C2 (en) | 2002-02-08 | 2002-02-08 | Composite blank for hot strain |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002103559A RU2002103559A (en) | 2003-09-20 |
| RU2220850C2 true RU2220850C2 (en) | 2004-01-10 |
Family
ID=27731051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002103559/02A RU2220850C2 (en) | 2002-02-08 | 2002-02-08 | Composite blank for hot strain |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2220850C2 (en) |
| WO (1) | WO2003066252A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2457276C2 (en) * | 2010-10-20 | 2012-07-27 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Preparation method of surface of workpieces from chemically treated high-melting metals of groups iv and v or alloys on their basis for hot deformation |
| RU2579708C2 (en) * | 2014-08-26 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов им. М.Н.Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Method of producing composite material from titanium or alloy thereof |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2006518C1 (en) * | 1991-06-25 | 1994-01-30 | Московский институт стали и сплавов | Process of following treatment of sprayed-on aluminium coats |
| RU2145982C1 (en) * | 1998-09-04 | 2000-02-27 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Method of protection of slab surfaces |
-
2002
- 2002-02-08 RU RU2002103559/02A patent/RU2220850C2/en not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-02-04 WO PCT/RU2003/000032 patent/WO2003066252A1/en active Application Filing
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2457276C2 (en) * | 2010-10-20 | 2012-07-27 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Preparation method of surface of workpieces from chemically treated high-melting metals of groups iv and v or alloys on their basis for hot deformation |
| RU2579708C2 (en) * | 2014-08-26 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов им. М.Н.Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Method of producing composite material from titanium or alloy thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2003066252A1 (en) | 2003-08-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6931679B2 (en) | How to form a surface coating on a work piece of alloy | |
| US7128948B2 (en) | Sprayed preforms for forming structural members | |
| RU2291019C2 (en) | Method of manufacture of article by superplastic moulding and diffusion welding | |
| EP2580007B1 (en) | Lubrication processes for enhanced forgeability | |
| EP2969298B1 (en) | Methods to improve hot workability of metal alloys | |
| EP0388968B1 (en) | Method of producing clad metals | |
| RU2183695C2 (en) | Method of applying coatings | |
| US5788142A (en) | Process for joining, coating or repairing parts made of intermetallic material | |
| US3824097A (en) | Process for compacting metal powder | |
| US7997110B2 (en) | Cleaning dies for hot forming of aluminum sheets | |
| US4368074A (en) | Method of producing a high temperature metal powder component | |
| RU2220850C2 (en) | Composite blank for hot strain | |
| CN112828037B (en) | Method for preparing ultrathin aluminum-magnesium layered composite material by low-temperature rolling | |
| JP4231494B2 (en) | Method for producing carbon nanocomposite metal material and method for producing carbon nanocomposite metal molded product | |
| US7516772B2 (en) | Method of forming a product of metal-based composite material | |
| RU2785111C1 (en) | Method for hot forging of workpieces from hard to deform metals and alloys | |
| JP3059958B2 (en) | Manufacturing method of sintered alloy member | |
| US20040219050A1 (en) | Superdeformable/high strength metal alloys | |
| US3199331A (en) | Process for the extrusion of ultra-fine wires | |
| JPS61223106A (en) | Production of high alloy clad product | |
| Schlegel | Forming | |
| CA1050217A (en) | Capsules from which elongate metal objects can be produced by extrusion | |
| RU2486048C1 (en) | Method of producing abrasive elements | |
| CN114836598A (en) | Hot-rolled powder high-speed steel-stainless steel composite steel plate and manufacturing method thereof | |
| RU2575061C2 (en) | Perfected machinability of hot metal alloys by application of surface coating |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170209 |