RU2662910C1 - Metal or composite workpieces from sheet materials manufacturing method - Google Patents
Metal or composite workpieces from sheet materials manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2662910C1 RU2662910C1 RU2017124065A RU2017124065A RU2662910C1 RU 2662910 C1 RU2662910 C1 RU 2662910C1 RU 2017124065 A RU2017124065 A RU 2017124065A RU 2017124065 A RU2017124065 A RU 2017124065A RU 2662910 C1 RU2662910 C1 RU 2662910C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wound
- winding
- layers
- workpiece
- carried out
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D35/00—Combined processes according to or processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к комбинированным способам обработки листовых металлов, касается способа изготовления металлических и композиционных заготовок из листовых материалов, которые могут найти применение в машиностроении.The present invention relates to the processing of metals by pressure, and in particular to combined methods of processing sheet metals, relates to a method of manufacturing metal and composite blanks from sheet materials, which can be used in mechanical engineering.
Известен способ изготовления никель-молибденовой биметаллической ленты диффузионной сваркой (RU 1784424 A1, кл. B23K 20/00, опубл.), включающий совместную плотную навивку на оправку никелевой и молибденовой ленты с последующей навивкой молибденовой ленты, причем коэффициент термического расширения оправки больше, чем у молибдена и последующую диффузионную сварку полученного пакета. Процессы вакуумной очистки, навивки под сварку и диффузионную сварку выполняют в вакууме.A known method of manufacturing a nickel-molybdenum bimetallic tape by diffusion welding (RU 1784424 A1, class B23K 20/00, publ.), Including joint tight winding on the mandrel of Nickel and molybdenum tape, followed by winding the molybdenum tape, and the coefficient of thermal expansion of the mandrel is greater than molybdenum and subsequent diffusion welding of the resulting package. The processes of vacuum cleaning, coiling for welding and diffusion welding are performed in vacuum.
Недостатком указанного способа являются: потребность в вакуумном оборудовании на операциях очистки, навивки, сварки; осуществление прогрева, полученного пакета, от внешних слоев к внутренним снижает усилие сжатия между слоями в процессе нагрева и значительно увеличивает время прогрева пакета; применимость данного метода только для изготовления определенной биметаллической ленты; высокое усилие обжатия внутренних слоев при сварке пакета по данной технологии достигается применением материала, обладающего высокой жаропрочностью.The disadvantage of this method are: the need for vacuum equipment for cleaning, winding, welding; the implementation of the heating of the received package from the outer layers to the inner reduces the compression force between the layers during the heating process and significantly increases the warm-up time of the packet; the applicability of this method only for the manufacture of a particular bimetallic tape; high compression force of the inner layers during welding of the package by this technology is achieved by the use of a material with high heat resistance.
Известен способ производства многослойных металлических труб, (RU 2036063 С1, кл. B23K 20/00, опубл. 27.05.95 г.), который включает резку металлической полосы, полученной горячей прокаткой, на мерные заготовки непосредственно после прокатки, нанесение на мерную заготовку в процессе ее намотки на форматный барабан легкоплавкого металла в виде порошка или листа с температурой плавления не превышающей 1100°C, при температуре стального листа менее температуры плавления легкоплавкого металла. Для облегчения процесса сборки, изоляции трубы от действия жидкостей и газов, а также от коррозии навивку металлического листа осуществляют на полый металлический сердечник, выполненный цельнолитым или из листа, на наружной стороне которого выполняют уступ высотой, равной толщине металлического листа, и длиной, равной ширине мерной заготовки, распологая торец наматываемого материала встык с уступом. Наружная поверхность сердечника выполнена по спирали соответственно навитым слоям высокопрочного металлического листа. При остывании многослойной металлической трубы наружные слои за счет их линейного сужения с большой силой сдавливают внутренние слои, что увеличивает диффузию легкоплавкого металла в слои прокатанного металлического листа с предварительным напряжением слоев трубы.A known method for the production of multilayer metal pipes, (RU 2036063 C1, class B23K 20/00, publ. 05.27.95), which includes cutting a metal strip obtained by hot rolling on measured billets immediately after rolling, drawing on the measured billet the process of winding it onto a format drum of fusible metal in the form of a powder or sheet with a melting temperature not exceeding 1100 ° C, at a temperature of the steel sheet less than the melting temperature of the fusible metal. To facilitate the assembly process, isolate the pipe from the action of liquids and gases, as well as from corrosion, the metal sheet is wound onto a hollow metal core made of solid metal or from a sheet on the outside of which a ledge is made with a height equal to the thickness of the metal sheet and a length equal to the width measuring workpiece, positioning the end face of the wound material end-to-end with a ledge. The outer surface of the core is made in a spiral, respectively wound layers of high-strength metal sheet. When cooling a multilayer metal pipe, the outer layers due to their linear narrowing compress the inner layers with great force, which increases the diffusion of the fusible metal into layers of a rolled metal sheet with a preliminary stress of the pipe layers.
Недостатком указанного способа является: использование для навивки листа горячей прокатки, имеющего более высокие отклонения по разнотолщинности по сравнению с листом холодной прокатки, снижает плотность навивки, приводит к низкому качеству паянного шва и как следствие к высокой анизотропии физико-механических свойств; предложенный способ не обеспечивает равнопрочного соединения навитых слоев в результате чего происходит большой разброс физико-механических свойств в радиальном направлении; в-третьих, необходимость применения полой оправки, прокатного листа и легкоплавкого металла сужает область применения способа.The disadvantage of this method is: the use for winding a hot-rolled sheet having higher deviations in thickness difference compared to a cold-rolled sheet, reduces the winding density, leads to low quality of the soldered seam and, as a result, to high anisotropy of physico-mechanical properties; the proposed method does not provide equal strength connection of the wound layers, as a result of which there is a large spread of physico-mechanical properties in the radial direction; thirdly, the need for a hollow mandrel, rolling sheet and low-melting metal narrows the scope of the method.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому изобретению является способ изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов, защищенный патентом RU 2610653, по кл. B21D 35/00, B23K 20/00, опубл., принятый за ближайший аналог (прототип).The closest in technical essence and the achieved technical result to the proposed invention is a method of manufacturing a metal or composite blanks from sheet materials, protected by patent RU 2610653, according to CL. B21D 35/00, B23K 20/00, publ., Adopted for the closest analogue (prototype).
Способ по прототипу включает навивку предварительно нагретого листового материала на оправку, выполненную из материала, коэффициент линейного расширения которой не менее коэффициента линейного расширения материала навиваемых на нее слоев, выполнение наружного слоя из материала, коэффициент линейного расширения которого не более коэффициента линейного расширения внутренних слоев, закрепление концов материала. Навивка ведется таким образом, чтобы температура навиваемого слоя была выше температуры ранее навитого слоя. В процессе навивки, при остывании или вылеживании полученной заготовки перед последующей операцией, за счет уменьшения размеров навитых слоев при охлаждении происходит увеличение сжатия между навитыми слоями. Сварка навитых слоев выполняется, как с свободным, так и с принудительным деформированием; с нагревом полученной заготовки или без него в зависимости от получаемого материала. Возможность получения значительных (выше предела текучести) напряжений сжатия между слоями позволяет: уменьшить газопроницаемость между слоями, что благоприятно сказывается при необходимости проведения нагрева при последующей обработке; уменьшить складкообразование при необходимости пластической деформации; увеличить вероятность схватывания слоев на стадии навивки, при охлаждении заготовки и ее вылеживания перед последующей операцией.The prototype method includes winding a preheated sheet material onto a mandrel made of a material whose linear expansion coefficient is not less than the linear expansion coefficient of the material of the layers wound on it, the outer layer is made of material whose linear expansion coefficient is not more than the linear expansion coefficient of the inner layers, fixing ends of the material. The winding is carried out in such a way that the temperature of the wound layer is higher than the temperature of the previously wound layer. In the process of winding, when cooling or curing the obtained preform before the subsequent operation, due to the decrease in the size of the wound layers during cooling, an increase in compression between the wound layers occurs. Welding of the wound layers is performed both with free and with forced deformation; with or without heating the resulting preform, depending on the material obtained. The ability to obtain significant (above the yield strength) compression stress between the layers allows you to: reduce gas permeability between the layers, which favorably affects the need for heating during subsequent processing; reduce folding if necessary, plastic deformation; increase the likelihood of setting layers at the winding stage, while cooling the workpiece and its aging before the next operation.
Преимуществом и общим признаком способа по прототипу с предлагаемым изобретением является повышение плотности, прочности и ударной вязкости получаемых заготовок за счет использования разности температур навиваемых слоев материала.An advantage and a common feature of the prototype method with the invention is to increase the density, strength and toughness of the resulting workpieces by using the temperature difference of the wound layers of the material.
Однако прототип не лишен недостатков:However, the prototype is not without drawbacks:
- во-первых, равномерное охлаждение наружного навитого листа по всему кругу не позволяет достичь максимального обжатия внутренних слоев и приводит к быстрому разогреву внутренних слоев и оправки до высокой температуры;- firstly, uniform cooling of the outer wound sheet around the circle does not allow to achieve maximum compression of the inner layers and leads to a rapid heating of the inner layers and the mandrel to a high temperature;
- во-вторых, нагрев отдельных материалов с высокой предварительной степенью деформации, используемых при изготовлении заготовок с субмелкокристаллической и нанокристаллической структурами, может приводить к протеканию процессов рекристаллизации в навиваемом материале, что недопустимо при изготовлении данных материалов;- secondly, the heating of individual materials with a high preliminary degree of deformation used in the manufacture of preforms with subfine crystalline and nanocrystalline structures can lead to recrystallization processes in the wound material, which is unacceptable in the manufacture of these materials;
- в-третьих, отдельные металлы активно окисляются и поглощают газы атмосферы при их нагреве, что ухудшает схватывание слоев и изменяет характеристики получаемых заготовок;- thirdly, individual metals are actively oxidized and absorb atmospheric gases when they are heated, which worsens the setting of the layers and changes the characteristics of the resulting workpieces;
- в-четвертых, отсутствие мер по предупреждению захолаживания наружных слоев при охлаждении заготовки, изготовляемой с нагревом навиваемого листа, приводит к снижению усилия обжатия внутренних слоев наружными, а не к его увеличению.- fourthly, the absence of measures to prevent cooling of the outer layers during cooling of the workpiece manufactured by heating the winding sheet, reduces the force of compression of the inner layers of the outer, and not to increase it.
В задачу изобретения положено создание нового способа изготовления металлических и композиционных заготовок из листовых материалов.The objective of the invention is the creation of a new method of manufacturing metal and composite blanks from sheet materials.
Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является получение наибольших сжимающих напряжений между слоями навитой заготовки и как следствие улучшения условий сварки слоев, снижение количества внутренних дефектов и уменьшение воздействия атмосферы печи при последующем нагреве.The technical result from the use of the invention is to obtain the greatest compressive stresses between the layers of the wound workpiece and, as a result, improve the welding conditions of the layers, reduce the number of internal defects and reduce the effect of the atmosphere of the furnace upon subsequent heating.
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов, включающем навивку предварительно нагретого листового материала, смотанного в рулон, на оправку с натяжением до 40% допускаемых напряжений навиваемого материала со скоростью 0,2-20 об/мин, при которой температура каждого последующего слоя выше температуры предыдущего слоя, закрепление концов материала, последующую сварку навитых слоев путем пластической деформации или/и спекания, на участке угла обхвата навитой заготовки от 0° до 180° осуществляют замедленное охлаждение наружного слоя, на участке угла обхвата навитой заготовки от 180° до 360° осуществляют интенсивное охлаждение наружного слоя так, чтобы падение температуры верхнего листа на участке угла обхвата от 0° до 180° была меньше, чем на участке угла обхвата от 180° до 360°; осуществляют подбор навиваемых материалов таким образом, чтобы их свойства отвечали следующим условиям: при tсв≥tзн αпов≤αвн≤αоп, а при tсв≤tзн αпов ≥авн≥αпов, где tсв - температура сварки, tзн - температура нагрева заготовки при навивке, αпов - коэффициент термического расширения наружного слоя, αвн - коэффициент термического расширения внутренних слоев, αоп - коэффициент термического расширения оправки; замедленное охлаждение наружного слоя на участке угла обхвата навитой заготовки от 0° до 180° осуществляют путем уменьшения теплоотдачи навиваемого листа за счет наружного утепления данного участка или за счет установки отражателей тепла на этом участке; интенсивное охлаждение наружного слоя на участке угла обхвата навитой заготовки от 180° до 360° осуществляют за счет обдува поверхности сжатым воздухом (газом), или за счет обкатки охлаждаемыми роликами из материала с высокой теплопроводностью, или за счет спреерного охлаждения; отвод тепла от разогретых в процессе навивки заготовок перед последующими операциями осуществляют от внутренних или/и торцевых поверхностей; перед навивкой осуществляют подготовку поверхности навиваемого листового материала и оправки, включающую очистку от загрязнений, мешающих схватыванию, и увеличение коэффициента трения между слоями; нагрев листового материала перед навивкой осуществляют до 500°C; навивку листового материала осуществляют на оправку предварительно охлажденную до -196°C; скорость навивки и интенсивность охлаждения внешнего слоя выбирают таким образом, чтобы разница температур в точке первоначального контакта навиваемого листа с поверхностью заготовки была не менее 20°C; навивку осуществляют разными материалами, смотанными в рулон; в качестве оправки используют пруток, прокат, поковку, втулку или трубу; сварку со свободным деформированием навитых слоев осуществляют при температуре 200°C-1500°C; нагрев под сварку осуществляют с применение схем зонального нагрева для получения максимального усилия сжатия внутренних слоев - от внутренних и торцевых поверхностей к наружным; после навивки осуществляют сварку с принудительным деформированием навитых слоев с предварительным их нагревом или без него; сварку с принудительным деформированием осуществляют после выполнения сварки со свободным деформированием; нагрев заготовки перед сваркой с принудительным деформированием осуществляют при температуре до 1350°C; после проведения сварки выполняют термическую обработку для получения требуемых свойств.The problem is achieved in that in a method for manufacturing metal or composite billets from sheet materials, including winding a preheated sheet material wound into a roll on a mandrel with a tension of up to 40% of the allowable stresses of the winding material at a speed of 0.2-20 rpm, at which the temperature of each subsequent layer is higher than the temperature of the previous layer, fixing the ends of the material, subsequent welding of the wound layers by plastic deformation and / or sintering, in the area of of the billet from 0 ° to 180 °, the outer layer is slowed down, in the area of the girth angle of the wound workpiece from 180 ° to 360 °, the outer layer is intensively cooled so that the temperature drop of the top sheet in the region of the girth angle from 0 ° to 180 ° is less than in the area of the angle of coverage from 180 ° to 360 °; selection of materials is carried out is wound so that their properties meet the following conditions: the communication ≥t t receptacle α dressings ≤α corolla ≤α op, and at t communications ≤t receptacle α ≥a corolla ≥α dressings dressings where t St - Temperature welding, t zn is the heating temperature of the workpiece during winding, α pov is the coefficient of thermal expansion of the outer layer, α vn is the coefficient of thermal expansion of the inner layers, α op is the coefficient of thermal expansion of the mandrel; delayed cooling of the outer layer in the area of the girth angle of the wound workpiece from 0 ° to 180 ° is carried out by reducing the heat transfer of the wound sheet due to the external insulation of this section or by installing heat reflectors in this section; intensive cooling of the outer layer in the area of the girth angle of the wound workpiece from 180 ° to 360 ° is carried out by blowing the surface with compressed air (gas), or by rolling in cooled rollers from a material with high thermal conductivity, or by spray cooling; heat removal from preforms warmed up during winding before subsequent operations is carried out from internal and / or end surfaces; before winding, the surface of the sheet material and the mandrel being prepared is prepared, including cleaning of contaminants that hinder the setting and increasing the coefficient of friction between the layers; heating the sheet material before winding is carried out up to 500 ° C; winding the sheet material is carried out on a mandrel pre-cooled to -196 ° C; the winding speed and the cooling intensity of the outer layer are chosen so that the temperature difference at the point of initial contact of the winded sheet with the surface of the workpiece is at least 20 ° C; winding is carried out with different materials wound into a roll; as a mandrel use a bar, rolled, forged, sleeve or pipe; welding with free deformation of the wound layers is carried out at a temperature of 200 ° C-1500 ° C; heating for welding is carried out using zone heating schemes to obtain the maximum compression force of the inner layers - from the inner and end surfaces to the outer; after winding, welding is carried out with forced deformation of the wound layers with their preliminary heating or without it; forced deformation welding is carried out after welding with free deformation; heating the workpiece before welding with forced deformation is carried out at a temperature of up to 1350 ° C; after welding, heat treatment is performed to obtain the required properties.
На фиг. 1 представлен схематический рисунок изготовления заготовки, осуществляемого предлагаемым способом изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов, где:In FIG. 1 is a schematic drawing of the manufacture of a workpiece carried out by the proposed method for the manufacture of metal or composite blanks from sheet materials, where:
1 - оправка для навивки;1 - a mandrel for winding;
2 - ведущий вал,2 - drive shaft,
3 - нажимной вал,3 - pressure shaft,
4 - поддерживающий вал;4 - a supporting shaft;
5 - барабаны с металлическими щетками для очистки поверхностей контактирующих листов;5 - drums with metal brushes for cleaning the surfaces of the contacting sheets;
6 - рулон листового навиваемого материала;6 - a roll of sheet wound material;
7 - точка первоначального контакта навиваемого листа с заготовкой;7 - the point of initial contact of the winded sheet with the workpiece;
8 - теплоотражающий экран.8 - heat-reflecting screen.
На фиг. 2 представлен схематический рисунок фланца, изготовленного предлагаемым способом изготовления металлических и композиционных заготовок из листовых материалов, где:In FIG. 2 presents a schematic drawing of a flange made by the proposed method for the manufacture of metal and composite blanks from sheet materials, where:
9 - оправка для навивки (труба);9 - a mandrel for winding (pipe);
10 - навитые фланцы;10 - wound flanges;
11 - бандаж;11 - bandage;
12 - муллитокремнеземистый фетр.12 - mullite-siliceous felt.
На фиг. 3 представлен схематический рисунок поковки вала, изготовленной предлагаемым способом изготовления металлических и композиционных заготовок из листовых материалов.In FIG. 3 presents a schematic drawing of a forged shaft made by the proposed method for the manufacture of metal and composite blanks from sheet materials.
На фиг. 4 представлен схематический рисунок распределения температур в процессе охлаждения после навивки и нагрева под сварку, где:In FIG. 4 is a schematic drawing of the temperature distribution during cooling after winding and heating for welding, where:
13 - оправка (13 а - прокат; 13 б - труба);13 - mandrel (13 a - rolling; 13 b - pipe);
14 - навитые слои;14 - wound layers;
15 - теплоизоляция. При нагреве t3>t2>t1; при охлаждении t3<t2<t1.15 - thermal insulation. When heated, t 3 > t 2 > t 1 ; upon cooling t 3 <t 2 <t 1 .
Предлагаемый способ изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов осуществляют следующим образом.The proposed method for the manufacture of metal or composite blanks from sheet materials is as follows.
Предварительно осуществляют подготовку поверхности навиваемого листового материала и оправки, включающую очистку от загрязнений, снижающих действие сил молекулярного сцепления и мешающих схватыванию, и для увеличения коэффициента трения между слоями. Для этого производят обезжиривание, травление и механическую зачистку поверхности. Для увеличения механического зацепления, зачистка поперек направления навивки листов дает более высокий эффект.Preliminarily, the surface of the winding sheet material and the mandrel are prepared, including cleaning from contaminants that reduce the effect of molecular cohesion forces and interfere with setting, and to increase the coefficient of friction between the layers. To do this, degrease, etch and mechanically clean the surface. To increase the mechanical engagement, stripping across the direction of winding the sheets gives a higher effect.
Осуществляют навивку предварительно нагретого листового материала, смотанного в рулон, на оправку с натяжением до 40% допускаемых напряжений навиваемого материала со скоростью 0,2-20 об/мин, при которой температура каждого последующего слоя выше температуры предыдущего слоя. Закрепляют концы материала и осуществляют последующую сварку навитых слоев путем пластической деформации или/и спекания. На участке угла обхвата навитой заготовки от 0° до 180° осуществляют замедленное охлаждение наружного слоя, а на участке угла обхвата навитой заготовки от 180° до 360° осуществляют интенсивное охлаждение наружного слоя так, чтобы падение температуры верхнего листа на участке угла обхвата от 0° до 180° была меньше, чем на участке угла обхвата от 180° до 360°.The preheated sheet material wound on a roll is wound onto a mandrel with a tension of up to 40% of the allowable stresses of the wound material at a speed of 0.2-20 rpm, at which the temperature of each subsequent layer is higher than the temperature of the previous layer. The ends of the material are fixed and subsequent welding of the wound layers is carried out by plastic deformation and / or sintering. In the area of the girth angle of the wound workpiece from 0 ° to 180 °, slow cooling of the outer layer is performed, and in the area of the angle of girth of the wound workpiece from 180 ° to 360 °, intensive cooling of the outer layer is performed so that the temperature drop of the top sheet in the area of the angle of wrap from 0 ° up to 180 ° was less than in the area of the angle of coverage from 180 ° to 360 °.
Максимальную силу натяжения листа, прошедшего один оборот, перед нажимным валком можно рассчитать по формуле Эйлера:The maximum tension force of a sheet that has passed one revolution in front of the pressure roll can be calculated using the Euler formula:
Sn - усилие натяжения листа при навивке;S n - the tension of the sheet during winding;
f - коэффициент трения между навитыми листами;f is the coefficient of friction between the wound sheets;
α - угол обхвата, рад.α is the angle of coverage, rad.
Из анализа данной формулы следует, что возрастание усилия сжатия внутренних слоев заготовки возможно при увеличении: усилия натяжения листового материала при навивке, коэффициента трения между навитыми листами и угла обхвата.From the analysis of this formula it follows that an increase in the compression force of the inner layers of the workpiece is possible with an increase in: the tension force of the sheet material during winding, the friction coefficient between the wound sheets and the angle of girth.
Поэтому интенсивное охлаждение последнего из навитых слоев ведут как можно ближе к месту первоначального контакта навиваемого листа и заготовки, что позволяет увеличивать угол обхвата.Therefore, intensive cooling of the last of the wound layers is carried out as close as possible to the place of initial contact of the wound sheet and the workpiece, which allows to increase the angle of girth.
Замедленное охлаждение наружного слоя на участке угла обхвата навитой заготовки от 0° до 180° осуществляют, например, путем уменьшения теплоотдачи навиваемого листа за счет наружного утепления данного участка или за счет установки отражателей тепла на этом участке.Slow cooling of the outer layer in the area of the girth angle of the wound workpiece from 0 ° to 180 ° is carried out, for example, by reducing the heat transfer of the wound sheet due to the external insulation of this section or by installing heat reflectors in this section.
Интенсивное охлаждение наружного слоя на участке угла обхвата навитой заготовки от 180° до 360° осуществляют, например, за счет обдува поверхности сжатым воздухом (газом), или за счет обкатки охлаждаемыми роликами из материала с высокой теплопроводностью, или за счет спреерного охлаждения.Intensive cooling of the outer layer in the area of the girth angle of the wound workpiece from 180 ° to 360 ° is carried out, for example, by blowing the surface with compressed air (gas), or by rolling in cooled rollers from a material with high thermal conductivity, or by spray cooling.
Для усиления эффекта получения наибольших сжимающих напряжений между слоями осуществляют, например, подбор навиваемых материалов таким образом, чтобы их свойства отвечали следующим условиям: при tсв≥tзн αпов≤αвн≤αоп, а при tсв≤tзн αпов≥αвн≥αоп„ гдеTo enhance the effect of producing the largest compressive stresses between layers is carried out, e.g., selection of materials are wound so that their properties meet the following conditions: the communication ≥t t receptacle α dressings αvn ≤α ≤ op, and if t α communication ≤t receptacle dressings ≥ αin ≥α op „where
tсв - температура сварки,t St - welding temperature,
tзн - температура нагрева заготовки при навивке,t zn - heating temperature of the workpiece during winding,
αпов - коэффициент термического расширения наружного слоя,α pov is the coefficient of thermal expansion of the outer layer,
αвн - коэффициент термического расширения внутренних слоев,α vn is the coefficient of thermal expansion of the inner layers,
αоп - коэффициент термического расширения оправки.α op - coefficient of thermal expansion of the mandrel.
В случае, когда сварку выполняют при температуре превышающей температуру разогрева заготовки при окончании навивки, подбор материалов по коэффициенту линейного расширения ведут с его снижением (равенством) по увеличению диаметра заготовки. Данное условие позволяет получать значительное увеличение обжатия при нагреве, хотя в данном случае может иметь место некоторое ослабление усилия обжатия при остывании заготовки после навивки. При температуре сварки ниже температуры разогрева заготовки по окончанию навивки, подбор материалов по коэффициенту линейного расширения ведут с его увеличением (равенством) по мере увеличении диаметра заготовки. Данный выбор позволяет получить наибольшие усилия обжатия внутренних слоев при охлаждении после навивки.In the case when welding is performed at a temperature exceeding the heating temperature of the workpiece at the end of winding, the selection of materials by the linear expansion coefficient is carried out with its decrease (equality) to increase the diameter of the workpiece. This condition allows to obtain a significant increase in compression during heating, although in this case there may be some weakening of the compression force when cooling the workpiece after winding. At a welding temperature below the preheating temperature at the end of the winding, the selection of materials by the linear expansion coefficient is carried out with its increase (equality) as the diameter of the preform increases. This choice allows you to get the greatest compression efforts of the inner layers during cooling after winding.
После окончания навивки перед последующими операциями применяют меры, препятствующие остыванию наружных слоев ранее внутренних, для предотвращения уменьшения усилия сжатия между слоями при остывании - предпочтительное направление отвода тепла внутренняя поверхность или торцевые грани заготовки.After winding is completed, before subsequent operations, measures are taken to prevent the cooling of the outer layers earlier than the inner ones to prevent a decrease in the compression force between the layers when cooling - the preferred direction of heat dissipation is the inner surface or end faces of the workpiece.
Нагрев листового материала перед навивкой осуществляют, например, до 500°C.The heating of the sheet material before winding is carried out, for example, up to 500 ° C.
Навивку листового материала осуществляют на оправку предварительно охлажденную до -196°C.The sheet material is wound onto a mandrel pre-cooled to -196 ° C.
Скорость навивки и интенсивность охлаждения внешнего слоя выбирают таким образом, чтобы разница температур в точке первоначального контакта навиваемого листа с поверхностью заготовки была не менее 20°C.The winding speed and the cooling rate of the outer layer are selected so that the temperature difference at the point of initial contact of the winded sheet with the surface of the workpiece is at least 20 ° C.
Охлаждение навиваемого листа проводят до температуры уже навитой заготовки, внутренние слои которой нагреваются в процессе теплообмена за счет передачи части тепла от наружного слоя к внутренним слоям. Выбираемая при навивке разница температур зависит от коэффициента линейного расширения применяемых материалов и увеличивается с его уменьшением.Cooling of the winded sheet is carried out to the temperature of the already wound workpiece, the inner layers of which are heated during heat transfer due to the transfer of part of the heat from the outer layer to the inner layers. The temperature difference chosen during winding depends on the coefficient of linear expansion of the materials used and increases with its decrease.
Навивку осуществляют, например, разными материалами, смотанными в рулон.The winding is carried out, for example, with different materials wound into a roll.
В качестве оправки используют, например, пруток, прокат, поковку, втулку или трубу.As a mandrel use, for example, a bar, rolled, forged, sleeve or pipe.
Сварку со свободным деформированием навитых слоев осуществляют, например, при температуре 200°C-1500°C.Welding with free deformation of the wound layers is carried out, for example, at a temperature of 200 ° C-1500 ° C.
Нагрев под сварку осуществляют, например, с применение схем зонального нагрева для получения максимального усилия сжатия внутренних слоев - от внутренних и торцевых поверхностей к наружным.Heating for welding is carried out, for example, using zone heating schemes to obtain the maximum compression force of the inner layers - from the inner and end surfaces to the outer.
После навивки осуществляют сварку с принудительным деформированием навитых слоев с предварительным их нагревом или без него.After winding, welding is carried out with forced deformation of the wound layers with their preliminary heating or without it.
Сварку с принудительным деформированием осуществляют после выполнения сварки со свободным деформированием.Welding with forced deformation is carried out after welding with free deformation.
Нагрев заготовки перед сваркой с принудительным деформированием осуществляют при температуре до 1350°C.Heating the workpiece before welding with forced deformation is carried out at a temperature of up to 1350 ° C.
После проведения сварки выполняют термическую обработку для получения требуемых свойств.After welding, heat treatment is performed to obtain the required properties.
При выполнении интенсивного (основного) охлаждения наружного слоя на участке дуги окружности навиваемой заготовки от 180° до 360° получают значительно более высокие растягивающие напряжения в листе, чем напряжения, возникающие при механическом натяжении листа при навивке, без увеличения роста усилия натяжения. При этом охлаждение наружного листа осуществляется за счет теплоотдачи в окружающую среду и отводом тепла вглубь ранее навитых слоев и оправки. Отвод тепла от внутренней части листа зависит от разницы температур между контактирующими поверхностями слоев навиваемого листа и площади контакта (соприкосновения) между ними. Градиент температур максимален в первоначальный момент их контакта и минимален при завершении полного оборота навитого листа, т.е. убывает по мере увеличения угла обхвата. Площадь физического контакта контактирующих поверхностей слоев навиваемого листа, наоборот, минимальна в первоначальный момент и увеличивается по мере охлаждения внешней поверхности листа, т.е. возрастает по мере увеличения угла обхвата, за счет сглаживания неровностей на контактирующих поверхностях. Таким образом, увеличивая площадь контакта контактирующих поверхностей слоев навиваемого листа, можно получить скорость охлаждения внутренней части листа на дуге от 180° до 360° выше, чем на дуге от 0°C до 180°. Интенсивное охлаждение внешней части листа при угле обхвата от 180° до 360° позволяет получить температуру на внешней поверхности листа (пакета одновременно навиваемых листов) ниже чем на внутренней, что способствует первоочередному росту термических напряжений сжатия на наружной более прочной, в силу более низкой температуры, поверхности, что также увеличивает усилия сжатия слоев и способствует протеканию процесса пластической деформации преимущественно более теплых внутренних слоев. Навивка последующих слоев вносит дополнительные усилия сжатия внутренних слоев, что ведет к протеканию процессов течения металла в ниже лежащих слоях на протяжении всего процесса навивки. Увеличение сжатия между слоями и рост температуры заготовки в процессе навивки способствует выходу газов оставшихся между листами в зоне контакта слоев. Таким образом, замедленное охлаждение наружного слоя на участке угла обхвата навитой заготовки от 0° до 180° и интенсивное охлаждение наружного слоя на участке угла обхвата навитой заготовки от 180° до 360° обеспечивает получение заготовки с наибольшими напряжениями сжатия между слоями, минимальным количеством внутренних дефектов, низкой газопроницаемостью и высокой вероятностью схватывания слоев уже на стадии навивки и вылеживания перед последующими операциями, что позволяет при последующих операциях пластической деформации или спекания получить высококачественную продукцию.When performing intensive (main) cooling of the outer layer in the arc section of the circle of the winded billet from 180 ° to 360 °, significantly higher tensile stresses in the sheet are obtained than the stresses arising from mechanical tension of the sheet during winding, without increasing the increase in tension. In this case, the outer sheet is cooled by heat transfer to the environment and heat removal deep into the previously wound layers and mandrel. Heat removal from the inner part of the sheet depends on the temperature difference between the contacting surfaces of the layers of the winded sheet and the area of contact (contact) between them. The temperature gradient is maximum at the initial moment of their contact and minimum at the completion of a complete revolution of the wound sheet, i.e. decreases as the girth angle increases. The area of physical contact of the contacting surfaces of the layers of the wound sheet, on the contrary, is minimal at the initial moment and increases as the outer surface of the sheet cools, i.e. increases as the girth angle increases, due to smoothing of irregularities on the contacting surfaces. Thus, by increasing the contact area of the contacting surfaces of the layers of the winded sheet, it is possible to obtain a cooling rate of the inner part of the sheet on an arc from 180 ° to 360 ° higher than on an arc from 0 ° C to 180 °. Intensive cooling of the outer part of the sheet with a grip angle of 180 ° to 360 ° allows you to get a lower temperature on the outer surface of the sheet (a packet of simultaneously wound sheets) than on the inside, which contributes to the priority increase in thermal compressive stresses on the outer more durable, due to lower temperature, surface, which also increases the compression forces of the layers and contributes to the process of plastic deformation of predominantly warmer inner layers. The winding of subsequent layers introduces additional compression forces of the inner layers, which leads to the flow of metal flow in the underlying layers throughout the winding process. An increase in compression between the layers and an increase in the temperature of the workpiece during the winding process contributes to the release of gases remaining between the sheets in the contact zone of the layers. Thus, delayed cooling of the outer layer in the region of the girth angle of the wound blank from 0 ° to 180 ° and intensive cooling of the outer layer in the region of the angle of girth of the wound blank from 180 ° to 360 ° provides the workpiece with the highest compression stresses between the layers, the minimum number of internal defects , low gas permeability and a high probability of setting layers already at the stage of winding and aging before subsequent operations, which allows for subsequent operations of plastic deformation or sintering Ia get high quality products.
Ниже приведены примеры конкретного исполнения предлагаемого изобретения.The following are examples of specific performance of the invention.
Пример 1.Example 1
Изготовление заготовки фланца из стали 12Х18Н10Т.Production of flange blanks from steel 12X18H10T.
Фланец, представленный на фиг. 2, изготавливают механической обработкой из поковки или сваркой двух фланцев с трубной заготовкой. При изготовлении заготовки предлагаемым методом осуществляют навивку на трубу из стали 12Х18Н10Т 245×24 по ГОСТ 9940-81, ленты холоднокатаной нагартованной 2×85 мм до диаметра 300 мм, далее навивку до диаметра 500 мм осуществляют лентой 2×50 мм. Навивку выполняют при натяжении 20-40% допускаемых напряжений используемой ленты. Скорость навивки 0,3-0,5 об/мин. Нагрев навиваемого листа от 100°C в начале навивки до 200°C на завершающем этапе. На участке угла обхвата от 0° до 180° устанавливают теплоотражающий экран из двухслойной фольги нержавеющей стали, что позволяет снизить интенсивность охлаждения последнего навитого листа на участке с малым углом обхвата. Принудительное охлаждение осуществляют сжатым воздухом с точкой росы ниже 0°C на участке дуги, лежащем в интервале 180-360° угла обхвата (принудительное охлаждение на последних 2-х оборотах навивки не выполняется). Применение нагартованной ленты позволяет интенсифицировать процессы сварки слоев при нагреве. Завершение навивки ленты из стали 12Х18Н10Т на диаметре 300 мм и 500 мм выполняют отожженной лентой из стали 10-5 слоев с приваркой конца ленты к предыдущему слою. Коэффициент линейного расширения стали 12Х18Н10Т в температурном интервале 20-900°C составляет 19,3×10-6 °C-1, а стали 10-12.6×10-б °C-1 в температурном интервале 20-1000°C. Данное сочетание материалов обеспечивает плотное обжатие внутренних слоев заготовки и при остывании, и в процессе нагрева, и при выдержке при температуре сварки. По окончанию навивки и закрепления полосы внешние слои навивки укутывают теплоизолирующим муллитокремнеземистым фетром толщиной 25 мм для получения максимально возможного давления в процессе нагрева, выдержки при температуре сварки и исключения преждевременного охлаждения наружных слоев после навивки (фиг. 2). Нагрев заготовки до температуры сварки ~ 1150°C -1200°C ведут с максимально возможной скоростью. Использование градиентного нагрева от внутренней поверхности и одной из торцевых сторон заготовки к внешним, закрытым теплоизоляцией, и изготовление внешнего слоя из материала с более низким коэффициентом линейного расширения позволяет выполнить качественную сварку между слоями за счет направленного, управляемого роста давления по сечению заготовки во время нагрева и облегчению процесса выхода расширяющегося газа, оставшегося между слоями навитых листов в направлении не нагретого торца. При высоких требованиях к качеству заготовки сварку проводят в вакуумной печи.The flange shown in FIG. 2, are made by machining from forgings or by welding two flanges with a pipe billet. In the manufacture of the workpiece by the proposed method, they are wound onto a pipe made of 12X18H10T 245 × 24 steel according to GOST 9940-81, cold-rolled
Пример 2. Изготовление крупногабаритной заготовки из стали 12Х18Н10Т.Example 2. The manufacture of large billets of steel 12X18H10T.
Поковку, изображенную на фиг. 3 изготавливают в следующей последовательности. На трубу из стали ТР304 630×24 по ASTM А312/А312М-06 навивают холоднокатаный лист 5×2100 BS EN 10259. Навивку выполняют при натяжении 5-20% допускаемых напряжений используемого листа. Скорость навивки ~ 0,2 об/мин. Внутренняя поверхность трубы в процессе всего процесса навивки подвергается обдуву сжатым воздухом для предупреждения разогрева. На участке угла обхвата от 0° до 180° устанавливают экран, состоящий из фольги нержавеющей стали (внутренняя часть) и теплоизоляции - фетр муллитокремнеземистый. Внутренняя часть экрана служит каркасом для закрепления теплоизоляции и предохраняет навиваемую полосу от попадания загрязнений. В процессе навивки принудительное охлаждение навитых листов осуществляют после прохождения им половины оборота заготовки (принудительное охлаждение при выполнении последнего оборота навивки не выполняют). Принудительное охлаждение осуществляют комплексными мероприятиями: проводят механическую зачистку металлическими щетками; обдувают сжатым воздухом; при разогреве заготовки выше 170°C в дополнение к выше перечисленным средствам на участке угла обхвата ~ 200° выполняют спреерное водяное охлаждение. Нагрев навиваемого листа от ~ 100°C в начале навивки до ~ 250°C на завершающем этапе. Навивку прекращают при получении диаметра 3000 мм. По окончании навивки последний слой навиваемого листа приваривают к предыдущему. По окончанию навивки наружную поверхность заготовки укутывают муллитокремнеземистым фетром толщиной 30 мм в два слоя для исключения захолаживания наружных слоев и ослабления обжатия ниже лежащих слоев; при последующем нагреве теплоизоляция наружных поверхностей позволяет вести нагрев от внутренних и торцевых поверхностей к наружным, увеличивая силу сжатия слоев и уменьшая газопроницаемость между слоями. Нагрев до температуры ковки 1000-1200°C осуществляют с максимально возможной скоростью. Температура ковки 850-1200°C.The forging depicted in FIG. 3 are made in the following sequence. A cold-rolled sheet of 5 × 2100 BS EN 10259 is wound onto a pipe made of steel TP304 630 × 24 according to ASTM A312 / A312M-06 according to ASTM A312 / 5. The winding is carried out at a tension of 5-20% of the permissible stresses of the sheet used. Winding speed ~ 0.2 rpm. The inner surface of the pipe during the entire winding process is subjected to blowing with compressed air to prevent heating. A screen consisting of stainless steel foil (inner part) and thermal insulation - mullite-siliceous felt is installed on a plot of a girth angle from 0 ° to 180 °. The inner part of the screen serves as a frame for fixing the thermal insulation and protects the winding strip from contaminants. In the process of winding, forced cooling of the wound sheets is carried out after they have passed half a turn of the workpiece (forced cooling is not performed during the last turn of winding). Forced cooling is carried out by complex measures: conduct mechanical cleaning with metal brushes; blow with compressed air; when the workpiece is heated above 170 ° C, in addition to the above tools, spray water cooling is performed in the area of the angle of ~ 200 °. Heating of the winded sheet from ~ 100 ° C at the beginning of winding to ~ 250 ° C at the final stage. Winding is stopped upon receipt of a diameter of 3000 mm. At the end of the winding, the last layer of the winded sheet is welded to the previous one. At the end of the winding, the outer surface of the workpiece is wrapped with mullite-siliceous felt with a thickness of 30 mm in two layers to prevent cooling of the outer layers and to weaken the compression below the underlying layers; during subsequent heating, thermal insulation of the outer surfaces allows heating from the inner and end surfaces to the outer ones, increasing the compressive strength of the layers and reducing the gas permeability between the layers. Heating to a forging temperature of 1000-1200 ° C is carried out at the highest possible speed. Forging temperature 850-1200 ° C.
Пример 3. Изготовление заготовки с субмелкокристаллической и нанокристаллической структурой из сплава ВТ 1-0.Example 3. The manufacture of the workpiece with sub-crystalline and nanocrystalline structure from alloy VT 1-0.
Для получения заготовки используют холоднокатаную ленту технически чистого титана ВТ1-0 толщиной 0,5 мм, шириной 200 мм, с относительным обжатием 90%.To obtain a workpiece, a cold-rolled tape of technically pure VT1-0 titanium is used, 0.5 mm thick, 200 mm wide, with a relative compression of 90%.
Навивку производят на пруток сплава ВТ1-0 с субмелкокристаллической структурой диаметром 40 мм до диаметра 200 мм. Навивку последних 3-х слоев осуществляют лентой из стали 20 толщиной 2 мм в отожженном состоянии. Температурный коэффициент линейного расширения сплава ВТ1-0 в температурном интервале 20-200°C составляет 8,9×10-6 °C-1, а стали 20 в том же интервале температур - 13,1×10-6 °C-1. Натяжение навивки ленты 15-30% от допускаемых напряжений. Перед навивкой производится охлаждение оправки сухим льдом до температуры -75°C для замедления процесса разогрева оправки при навивке ввиду ее малой теплоемкости и сложности охлаждения в процессе навивки. Ввиду низкого температурного коэффициента линейного расширения титана и высоких прочностных свойств его в нагартованном состоянии разницу температуры между навиваемым листом и заготовкой в точке первоначального контакта принимаем не менее 100°C. Навивку выполняют в среде диоксида углерода или иного инертного газа с низким содержанием влаги во избежание выпадения конденсата и его намораживания. Нагрев навиваемой ленты от 100°C в начале навивки до 200°C в конце. На участке угла обхвата от 0° до 180° устанавливают экран из четырех слоев алюминиевой фольги для уменьшения скорости нагрева наружного листа от окружающей среды. Принудительное охлаждение навитого листа осуществляется с использования сухого льда на участке угла обхвата от 180° до 360°, т.е. после прохождения половины оборота заготовкой. Верхние слои из ст. 20 принудительному охлаждению не подвергаются. Скорость навивки ~3 об/мин определяется скоростью охлаждения поверхности навиваемой ленты до температуры оправки за один оборот. После приварки верхнего листа к предыдущему слою наружную поверхность заготовки укутывают теплоизолирующим полотном. Навивка наружных листов материалом с большим, чем у внутренних слоев, коэффициентом линейного расширения и ведение охлаждения от внутренних слоев к наружной поверхности позволяет увеличить сжатие внутренних слоев на этапе охлаждения и вылеживания перед последующей операцией. Изготовление наружного слоя заготовки из более пластичного и мягкого материала увеличивает равномерность распределения деформаций по сечению при последующей пластической деформации.The winding is carried out on a bar of VT1-0 alloy with a sub-crystalline structure with a diameter of 40 mm to a diameter of 200 mm. The winding of the last 3 layers is carried out with a tape of steel 20 with a thickness of 2 mm in the annealed state. The temperature coefficient of linear expansion of VT1-0 alloy in the temperature range of 20-200 ° C is 8.9 × 10 -6 ° C -1 , and steel 20 in the same temperature range is 13.1 × 10 -6 ° C -1 . The tension of the tape winding is 15-30% of the permissible stresses. Before winding, the mandrel is cooled with dry ice to a temperature of -75 ° C to slow down the heating process of the mandrel during winding due to its low heat capacity and the difficulty of cooling during winding. Due to the low temperature coefficient of linear expansion of titanium and its high strength properties in the cured state, the temperature difference between the sheet being rolled on and the workpiece at the point of initial contact is taken to be at least 100 ° C. The winding is carried out in an environment of carbon dioxide or other inert gas with a low moisture content in order to avoid condensation and freezing. Heating of the winding tape from 100 ° C at the beginning of winding to 200 ° C at the end. A screen of four layers of aluminum foil is installed on a portion of the girth angle from 0 ° to 180 ° to reduce the heating rate of the outer sheet from the environment. Forced cooling of the wound sheet is carried out using dry ice in the area of the angle of coverage from 180 ° to 360 °, i.e. after passing half a turn with the workpiece. The upper layers of art. 20 are not subjected to forced cooling. The winding speed of ~ 3 rpm is determined by the cooling rate of the surface of the winding tape to the temperature of the mandrel in one revolution. After welding the top sheet to the previous layer, the outer surface of the workpiece is wrapped with a heat-insulating cloth. The winding of the outer sheets with a material with a coefficient of linear expansion larger than that of the inner layers and maintaining cooling from the inner layers to the outer surface allows to increase the compression of the inner layers at the stage of cooling and aging before the next operation. The manufacture of the outer layer of the workpiece from a more plastic and softer material increases the uniformity of the distribution of deformations over the cross section during subsequent plastic deformation.
Полученную заготовку устанавливают в кожух матрицы, нагретый до температуры не более 250°C. Нагрев заготовки в обойме производят до 200°C, что также увеличивает всестороннее давление на заготовку и способствует ее уплотнению путем устранения внутренних дефектов коими являются границы раздела между слоями (коэффициент термического расширения обоймы не имеет значения, т.к. она находится в нагретом состоянии и тепловому расширению при нагреве заготовки не подвергается). Прессование осуществляют при температуре не более 250°C через коническую матрицу для снижения неоднородности деформации, ликвидации мертвых зон и приближения течения металла к ламинарному. Обжатие заготовки проводят до диаметра 50 мм. Наружный слой из стали 20 удаляют травлением.The resulting workpiece is installed in the casing of the matrix, heated to a temperature of not more than 250 ° C. The preform in the cage is heated to 200 ° C, which also increases the all-round pressure on the preform and contributes to its compaction by eliminating internal defects which are the interface between the layers (the coefficient of thermal expansion of the cage does not matter, since it is in a heated state and thermal expansion during heating of the workpiece is not exposed). Pressing is carried out at a temperature of not more than 250 ° C through a conical matrix to reduce deformation heterogeneity, eliminate dead zones and bring the metal flow closer to laminar. Compression of the workpiece is carried out to a diameter of 50 mm. The outer layer of steel 20 is removed by etching.
Таким образом, используя для навивки нагартованный материал с коэффициентом вытяжки 10 и деформируя его поперек направления прокатки с коэффициентом вытяжки 15, получают заготовку с накопленной логарифмической степенью деформации равной 5. При необходимости получения более мелкозернистой структуры заготовку прокатывают в ленту и операцию навивки с последующим прессованием повторяют.Thus, using coiled material for winding with a drawing coefficient of 10 and deforming it across the direction of rolling with a drawing coefficient of 15, we obtain a workpiece with an accumulated logarithmic degree of deformation equal to 5. If it is necessary to obtain a finer-grained structure, the workpiece is rolled into a tape and the winding operation followed by pressing is repeated .
Пример 4. Изготовление заготовки из интерметаллидных соединений.Example 4. The manufacture of a workpiece from intermetallic compounds.
Для изготовления сплава NiAl- Ni3Al на никелевую трубу 60×5 навивают одновременно ленту никеля НП1Эв толщиной 0,3 мм, шириной 200 мм в отожженном состоянии и ленту алюминия АО толщиной 0,25 мм, шириной 200 мм в нагартованном состоянии. Температурный коэффициент линейного расширения алюминия при температуре 20°С составляет 23,86×10-6 °C-1, а никеля при той же температуре - 13,3×10-6 °C-1. Навивку ведут одновременно с 2-х рулонов, нагретых до температуры не более 200°С до получения диаметра заготовки 150 мм. Навивку выполняют при натяжении 15-30% допускаемых напряжений никелевой и алюминиевой ленты. Для уменьшения охлаждения на участке дуги в 120° угла обхвата устанавливают экран нагретый до ~ 100°C, на участке 120-180° угла обхвата производят естественное охлаждение и далее до места первоначального контакта навиваемого листа с заготовкой ведут охлаждение сжатым азотом, имеющим низкую объемную долю водяного пара и кислорода. Для уменьшения разогрева заготовки: на протяжении всего процесса навивки производят принудительное охлаждение внутренней поверхности оправки сжатым воздухом до температуры производственного помещения; навиваемые листы закрепляются таким образом, чтобы алюминиевая лента была наружным слоем на заготовке ввиду ее более высокой теплопроводности. Скорость навивки составляет ~3 об/мин. Навивку последних 5-ти слоев осуществляют алюминиевой лентой толщиной 1 мм в отожженном состоянии; верхние слои навивки принудительному охлаждению не подвергаются. После закрепления верхнего листа к предыдущему слою наружную поверхность заготовки укутывают теплоизолирующим полотном. Использование наружного слоя из более мягкого и с более высоким коэффициентом линейного расширения, чем внутренние слои, материала позволяет создать дополнительные усилия сжатия между слоями при охлаждении и улучшить условия последующей пластической деформации. Полученную заготовку устанавливают в кожух матрицы. Прессование осуществляют при температуре не более 200°C через коническую матрицу для снижения неоднородности деформации, ликвидации мертвых зон и приближения течения металла к ламинарному. Размеры трубы после прессования: наружный диаметр 60 мм, внутренний диаметр 50 мм. Коэффициент вытяжки в процессе прессования составляет 18, таким образом, получаемые после деформации слои никеля и алюминия имеют толщину не более 20 мкм. При холодной сварке интенсивность диффузионных процессов мала и образование сварного соединения ограничивается схватыванием контактных поверхностей. Для приведения полученной заготовки в равновесное состояние проводится термообработка методом гомогенизации.To fabricate the NiAl-Ni3Al alloy, a nickel strip NP1Ev 0.3 mm thick, 200 mm wide in the annealed state, and AO aluminum tape 0.25 mm thick, 200 mm wide in the cured state are simultaneously wound onto a 60 × 5 nickel pipe. The temperature coefficient of linear expansion of aluminum at a temperature of 20 ° C is 23.86 × 10 -6 ° C -1 , and nickel at the same temperature is 13.3 × 10 -6 ° C -1 . The winding is carried out simultaneously with 2 rolls heated to a temperature of not more than 200 ° C until a workpiece diameter of 150 mm is obtained. The winding is carried out at a tension of 15-30% of the permissible stresses of the nickel and aluminum tape. To reduce cooling, a screen heated to ~ 100 ° C is installed in the arc section at 120 ° of the girth angle, natural cooling is carried out at the 120-180 ° angle of girth, and then cooled to the point of initial contact of the sheet to be rolled with the workpiece, they are cooled with compressed nitrogen having a low volume fraction water vapor and oxygen. To reduce the heating of the workpiece: throughout the entire winding process, forced cooling of the inner surface of the mandrel with compressed air to the temperature of the production room is performed; the winding sheets are fixed so that the aluminum tape is the outer layer on the workpiece due to its higher thermal conductivity. The winding speed is ~ 3 rpm. The winding of the last 5 layers is carried out with an aluminum tape 1 mm thick in the annealed state; the upper layers of the winding are not subjected to forced cooling. After fixing the top sheet to the previous layer, the outer surface of the workpiece is wrapped with a heat-insulating cloth. The use of the outer layer of a softer and higher coefficient of linear expansion than the inner layers of the material allows you to create additional compressive forces between the layers during cooling and improve the conditions of subsequent plastic deformation. The resulting workpiece is installed in the casing of the matrix. Pressing is carried out at a temperature of not more than 200 ° C through a conical matrix to reduce deformation heterogeneity, eliminate dead zones and bring the metal flow closer to laminar. Pipe dimensions after pressing: outer diameter 60 mm, inner diameter 50 mm. The drawing coefficient during the pressing process is 18, thus, the layers of nickel and aluminum obtained after deformation have a thickness of not more than 20 μm. In cold welding, the intensity of diffusion processes is small and the formation of a welded joint is limited by the setting of contact surfaces. To bring the resulting workpiece into equilibrium, heat treatment is carried out by the method of homogenization.
Пример 5. Изготовление заготовки трубы с субмелкокристаллической структурой из меди M1.Example 5. The manufacture of a pipe blank with a sub-crystalline structure from copper M1.
Для получения заготовки на оправку, изготовленную из трубы холоднодеформированной в полутвердом состоянии из меди M1 диаметром 100 мм с толщиной стенки 7 мм длиной 500 мм соответствующей ГОСТ 617-2016, охлажденную до температуры сухого льда (диоксида углерода), навивают холоднокатаную полосу толщиной 1 мм из меди M1 с относительным обжатием 90%.To obtain a workpiece, a mandrel made of a pipe of cold-deformed semi-solid state from copper M1 with a diameter of 100 mm with a wall thickness of 7 mm and a length of 500 mm in accordance with GOST 617-2016, cooled to dry ice (carbon dioxide) temperature, a cold-rolled strip of 1 mm thickness is wound from M1 copper with a relative compression of 90%.
Навивку ведут со скоростью 5 об/мин, натяжение полосы 15-25% от допускаемых напряжений навиваемого материала. В процессе навивки ведут охлаждение оправки с внутренней части трубы. Для уменьшения воздействия газов внешней среды на снижение температуры поверхности внешнего листа на участке угла обхвата от 0° до 180° устанавливают трехслойный экран, набранный из металлической фольги. Принудительное охлаждение наружного слоя ведут при помощи холодильника, установленного на диаметре дуги заготовки, находящемся между углами обхвата 180-360°. Навивка ведут в камере, заполненной диоксидом углерода, во избежание образования конденсата на контактирующих поверхностях. В виду ухудшения отвода тепла с ростом слоев, для поддержания требуемого при навивке градиента температур, навиваемый лист по ходу навивки нагревают до температуры не более 100°C. Навивку ведут до диаметра 200 мм. Последние 5 (пять) слоев навивки навивают холоднокатаной полосой в полутвердом состоянии из меди Ml, изготовленной по ГОСТу 495-92, для улучшения условий последующей пластической деформации внутренних слоев. Внешние 3 (три) слоя навивки принудительному охлаждению не подвергают. Окончание навивки закрепляют к последнему слою. Выравнивание температуры по сечению заготовки до температуры производственного помещения осуществляют в контейнере с инертным газом с точкой росы ниже -40°C.The winding is conducted at a speed of 5 rpm, the tension of the strip is 15-25% of the permissible stresses of the winding material. During winding, the mandrel is cooled from the inside of the pipe. To reduce the effect of environmental gases on lowering the surface temperature of the outer sheet, a three-layer screen composed of a metal foil is installed in the region of the girth angle from 0 ° to 180 °. Forced cooling of the outer layer is carried out with the help of a refrigerator mounted on the diameter of the workpiece arc, located between the girth of 180-360 °. The winding is conducted in a chamber filled with carbon dioxide, in order to avoid the formation of condensate on the contacting surfaces. In view of the deterioration of heat dissipation with the growth of layers, in order to maintain the temperature gradient required during winding, the winded sheet is heated to a temperature of not more than 100 ° C along the winding. Winding lead up to a diameter of 200 mm. The last 5 (five) layers of winding are wound with a cold-rolled strip in the semi-solid state from Ml copper, made according to GOST 495-92, to improve the conditions of subsequent plastic deformation of the inner layers. External 3 (three) layers of winding are not subjected to forced cooling. The end of the winding is fixed to the last layer. Temperature equalization over the billet cross section to the temperature of the production room is carried out in an inert gas container with a dew point below -40 ° C.
Прессование осуществляют при температуре не более 100°C через коническую матрицу. Размеры трубы после прессования: наружный диаметр 70 мм, толщина стенки 5 мм.Pressing is carried out at a temperature of not more than 100 ° C through a conical matrix. Pipe dimensions after pressing: outer diameter 70 mm,
Claims (22)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124065A RU2662910C1 (en) | 2017-07-06 | 2017-07-06 | Metal or composite workpieces from sheet materials manufacturing method |
| PCT/RU2018/000447 WO2019009766A1 (en) | 2017-07-06 | 2018-07-05 | Method of manufacturing metal and composite blanks from sheet materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124065A RU2662910C1 (en) | 2017-07-06 | 2017-07-06 | Metal or composite workpieces from sheet materials manufacturing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2662910C1 true RU2662910C1 (en) | 2018-07-31 |
Family
ID=63142392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017124065A RU2662910C1 (en) | 2017-07-06 | 2017-07-06 | Metal or composite workpieces from sheet materials manufacturing method |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2662910C1 (en) |
| WO (1) | WO2019009766A1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114192602B (en) * | 2021-12-14 | 2022-09-13 | 大连理工大学 | Overlapping progressive forming method for high-performance multi-element NiAl-based alloy pipe fitting |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1696037A1 (en) * | 1989-03-23 | 1991-12-07 | В. Ф. Кокшаров | Method of making multilayer welded pipes |
| RU2036063C1 (en) * | 1992-02-03 | 1995-05-27 | Василий Савельевич Юркин | Method of making laminate metallic tubes |
| WO2007072079A1 (en) * | 2005-12-23 | 2007-06-28 | Iti Scotland Limited | Apparatus for and method of manufacturing helically wound structures |
| RU2610653C1 (en) * | 2015-09-28 | 2017-02-14 | Алексей Николаевич Крылов | Method of metal and composite workpieces producing from sheet materials |
-
2017
- 2017-07-06 RU RU2017124065A patent/RU2662910C1/en not_active IP Right Cessation
-
2018
- 2018-07-05 WO PCT/RU2018/000447 patent/WO2019009766A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1696037A1 (en) * | 1989-03-23 | 1991-12-07 | В. Ф. Кокшаров | Method of making multilayer welded pipes |
| RU2036063C1 (en) * | 1992-02-03 | 1995-05-27 | Василий Савельевич Юркин | Method of making laminate metallic tubes |
| WO2007072079A1 (en) * | 2005-12-23 | 2007-06-28 | Iti Scotland Limited | Apparatus for and method of manufacturing helically wound structures |
| RU2610653C1 (en) * | 2015-09-28 | 2017-02-14 | Алексей Николаевич Крылов | Method of metal and composite workpieces producing from sheet materials |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2019009766A1 (en) | 2019-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5056209A (en) | Process for manufacturing clad metal tubing | |
| WO2021004082A1 (en) | Method for preparing stainless steel coated steel wire composite wire | |
| SU1749267A1 (en) | Method of fabricating corrugated steel patch | |
| CN107488773B (en) | A kind of process reducing cold rolling titanium strip coil bell-type annealing bonding | |
| RU2662910C1 (en) | Metal or composite workpieces from sheet materials manufacturing method | |
| US1931912A (en) | Method of forming aluminum | |
| US20090145535A1 (en) | Method for forming fluoroplastic articles | |
| JP4071995B2 (en) | UOE steel pipe manufacturing method with excellent crushing strength | |
| RU2610653C1 (en) | Method of metal and composite workpieces producing from sheet materials | |
| JP5928408B2 (en) | Method and apparatus for preventing tip warpage in hot finish rolling | |
| JPH04200801A (en) | Production of high delta-fe austenitic stainless steel strip | |
| JP2008184686A (en) | Method for manufacturing low yr square steel tube for building | |
| RU2625372C2 (en) | Method of metallic and composite blanks manufacture from sheet materials | |
| EP1025919B1 (en) | Method for producing multilayer thin-walled bellows | |
| JP5609366B2 (en) | Winding method for hot-rolled steel sheet | |
| JP2849595B2 (en) | Forming method and equipment for large diameter square steel pipe | |
| TWI752653B (en) | Square steel pipe, method for manufacturing the same, and building structure | |
| CN111304494B (en) | Zirconium alloy flexible continuous pipe and manufacturing method thereof | |
| JPH06330177A (en) | Heat treatment apparatus for round corner part of large diameter square steel tube | |
| JP2852313B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing large diameter square steel pipe including hot forming | |
| CN114101335A (en) | Method for manufacturing large-caliber double-layer metal composite pipe | |
| JP2004344908A (en) | Metal pipe for mechanical pipe-expanding work | |
| JP6252508B2 (en) | Manufacturing method of high strength thick hot rolled steel strip | |
| SU1368094A1 (en) | Method of producing multilayer tubes | |
| JPH07241605A (en) | Manufacture of coil-shaped steel tube of ferritic stainless steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200707 |