RU68943U1

RU68943U1 - DEVICE FOR CONTINUOUS ROLLING OF TAPES FROM GRANULES OF MAGNESIUM ALLOYS IN AN INERT MEDIA

Info

Publication number: RU68943U1
Application number: RU2007106228/22U
Authority: RU
Inventors: Николай Дмитриевич Шанин
Original assignee: Николай Дмитриевич Шанин
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2007-12-10

Abstract

Полезная модель относится к прокатному производству цветных металлов [B22F 3/18] и может быть использовано при изготовлении материалов и изделий из магния и его сплавов, применяемых в машиностроении, приборостроении, автомобилестроении, ракетостроении, авиации, а также для нужд строительства. Технический результат состоит в реализации условий для безокислительной обработки гранул магниевых сплавов, что позволяет производить высококачественную ленту повышенной чистоты с улучшенными физико-химическими и механическими свойствами, использовать повышенные температуры пластической деформации, что обеспечивает увеличение характеристик пластичности и снижение усилий деформации. Заявляемый технический результат достигается за счет того, что устройство представляет собой подвесной или пристыкованный бункер с нагревательным устройством и засыпной воронкой, закрепленные на станине рабочей клети прокатного стана, причем бункер установлен на рабочей клети так, чтобы он соприкасался с прокатными валками; бункер выполнен с возможностью нагрева до температуры предварительного нагрева гранул, составляющей 60-90% от температуры плавления сплава гранул; также устройство содержит подведенный к бункеру патрубок, выполненный с возможностью подвода по нему инертного газа таким образом, чтобы он через расчетное время заполнял бункер.The utility model relates to the rolling production of non-ferrous metals [B22F 3/18] and can be used in the manufacture of materials and products from magnesium and its alloys used in mechanical engineering, instrument making, automotive, rocket engineering, aviation, as well as for construction needs. The technical result consists in the realization of conditions for the non-oxidizing treatment of granules of magnesium alloys, which makes it possible to produce high-quality tape of high purity with improved physicochemical and mechanical properties, use increased temperatures of plastic deformation, which ensures an increase in plasticity characteristics and a reduction in deformation forces. The claimed technical result is achieved due to the fact that the device is a hanging or docked hopper with a heating device and a filling funnel mounted on the bed of the working stand of the rolling mill, and the hopper is mounted on the working stand so that it is in contact with the rolling rolls; the hopper is made with the possibility of heating to a temperature of pre-heating of the granules, comprising 60-90% of the melting temperature of the alloy of granules; the device also contains a pipe connected to the hopper, configured to supply inert gas through it so that it fills the hopper after the estimated time.

Description

Область примененияApplication area

Полезная модель относится к прокатному производству цветных металлов [B22F 3/18] и может быть использовано при изготовлении материалов и изделий из магния и его сплавов, применяемых в машиностроении, приборостроении, автомобилестроении, ракетостроении, авиации, а также для нужд строительства.The utility model relates to the rolling production of non-ferrous metals [B22F 3/18] and can be used in the manufacture of materials and products from magnesium and its alloys used in mechanical engineering, instrument making, automotive, rocket engineering, aviation, as well as for construction needs.

Уровень техникиState of the art

Непрерывная прокатка ленты из гранул магниевых сплавов характеризуется значительными преимуществами по сравнению с традиционными способами производства листов и слитков. Применительно к магниевым сплавам стандартного состава прокатка гранул обеспечивает получение полуфабрикатов с повышенными механическими свойствами, что особенно проявляется при прокатке гранул высоколегированных сплавов.Continuous rolling of a tape from granules of magnesium alloys is characterized by significant advantages compared to traditional methods for the production of sheets and ingots. As applied to magnesium alloys of standard composition, rolling of granules provides semi-finished products with improved mechanical properties, which is especially evident when rolling granules of high alloy alloys.

Непрерывная прокатка гранул магниевых сплавов применима для получения ленты труднодеформируемых сплавов, обработка которых по обычной технологии связана с серьезными затруднениями.Continuous rolling of granules of magnesium alloys is applicable to obtain a tape of hardly deformable alloys, the processing of which by conventional technology is associated with serious difficulties.

Непрерывная прокатка гранул - наиболее целесообразный способ получения ленты из принципиально новых сплавов, которые не могут быть получены из слитков. К этой группе сплавов относятся сплавы на основе магния, легированные элементами переходной группы, в количествах, значительно превышающих их равновесную растворимость в твердом растворе магния.Continuous rolling of granules is the most expedient way to obtain tapes from fundamentally new alloys that cannot be obtained from ingots. This group of alloys includes magnesium-based alloys doped with elements of the transition group in quantities significantly exceeding their equilibrium solubility in a solid solution of magnesium.

Способом непрерывной прокатки гранул можно легко получать сложные композиции, смешивая гранулы различных составов перед прокаткой, а также осуществлять непрерывное производство биметаллической и плакированной ленты.By continuous rolling of granules, complex compositions can easily be obtained by mixing granules of various compositions before rolling, as well as continuous production of bimetallic and clad ribbons.

Из известных способов непрерывной прокатки, когда полученный лист (лента) может сматываться в рулон, все технологии производства тонких листов из магниевых сплавов обладают серьезными недостатками: низкими механическими свойствами, высокой себестоимостью, многооперационностью, низким коэффициентом использования металла, высокими затратами ручного труда и др.Of the known methods of continuous rolling, when the resulting sheet (tape) can be wound into a roll, all technologies for the production of thin sheets of magnesium alloys have serious drawbacks: low mechanical properties, high cost, multioperation, low metal utilization, high labor costs, etc.

Например, известен японский патент JP 2003340552, где осуществляется получение полосы прокаткой через валки с последующей намоткой.For example, Japanese patent JP 2003340552 is known, where a strip is produced by rolling through rolls, followed by winding.

Недостатком данного способа является невозможность получения качественного проката ленты толщиной менее 1,0 мм без дополнительных операций прокатки. Меньшую толщину горячего проката данным способом получить нельзя, т.к. из-за интенсивного и неравномерного охлаждения полосы на валках невозможно обеспечить равномерное распределение механических свойств по всему объему металла и, как следствие, заданную разнотолщинность по длине и ширине ленты. Одновременно можно отметить также имеющиеся ограничения по ширине получаемой ленты и высокую трудоемкость предложенного способа.The disadvantage of this method is the inability to obtain high-quality rolled tape with a thickness of less than 1.0 mm without additional rolling operations. A smaller thickness of hot rolled in this way cannot be obtained, because due to the intense and uneven cooling of the strip on the rolls, it is impossible to ensure a uniform distribution of mechanical properties throughout the volume of the metal and, as a result, a given thickness difference along the length and width of the tape. At the same time, one can also note the existing restrictions on the width of the obtained tape and the high complexity of the proposed method.

Известен способ изготовления заготовок на основе магния методом бесслитковой прокатки в водоохлаждаемых стальных валках. Оборудование, используемое для бесслитковой прокатки магниевых сплавов, аналогично оборудованию для алюминиевых сплавов фирмы FATA Hunter. Фирма Mag. Workers Inc. (США) из многокомпонентного и труднодеформируемого магниевого сплава AZ91B методом бесслитковой прокатки изготовила рулон полосы сечением 6,3×610 мм с последующей ее прокаткой в два-три прохода в полосу толщиной 1,7 мм (I.Brown R.E.Developments in Magnesium Wrought Products. Rolling and Sheet Casting/VLight Metal Age, 2002, February, p.80-83). Недостатком данного способа является невозможность получения качественного проката ленты толщиной менее 1,0 мм без дополнительных операций прокатки. Меньшую толщину горячего проката данным способом получить нельзя, т.к. из-за интенсивного и неравномерного охлаждения полосы на валках невозможно обеспечить равномерное распределение механических свойств по всему объему металла и, как следствие, заданную разнотолщинность по длине и ширине полосы. Одновременно, можно отметить также имеющиеся ограничения по ширине получаемой ленты и высокую трудоемкость предложенного способа.A known method of manufacturing billets based on magnesium by the method of continuous rolling in water-cooled steel rolls. The equipment used for the magnesium-free alloy rolling is similar to the FATA Hunter aluminum alloy equipment. Company Mag. Workers Inc. (USA) from a multicomponent and difficult to deform magnesium alloy AZ91B by the method of non-continuous rolling produced a roll of a strip with a section of 6.3 × 610 mm followed by its rolling in two or three passes into a strip with a thickness of 1.7 mm (I. Brown REDevelopments in Magnesium Wrought Products. Rolling and Sheet Casting / VLight Metal Age, 2002, February, p.80-83). The disadvantage of this method is the inability to obtain high-quality rolled tape with a thickness of less than 1.0 mm without additional rolling operations. A smaller thickness of hot rolled in this way cannot be obtained, because due to the intense and uneven cooling of the strip on the rolls, it is impossible to ensure a uniform distribution of mechanical properties throughout the volume of the metal and, as a result, a given thickness difference along the length and width of the strip. At the same time, one can also note the existing restrictions on the width of the obtained tape and the high complexity of the proposed method.

Из уровня техники известен способ непрерывной прокатки гранул, включающий предварительный нагрев гранул и горячую прокатку (А.В.Степаненко и др. Непрерывное формование металлических порошков и гранул. Минск, «Наука и техника», 1980, стр.234). Недостатком данного способа также является невозможность получения качественного проката ленты толщиной менее 1,0 мм без дополнительных операций прокатки. Наиболее близким аналогом заявленного устройства является патент RU 2288075 на способ непрерывной прокатки ленты из гранул магниевых сплавов, включающий предварительный нагрев гранул и горячую прокатку, отличающийся тем, что предварительный нагрев осуществляют до температуры 0,6-0,9 от температуры плавления сплава гранул, а горячую прокатку проводят на профилированных валках, нагретых до The prior art method for continuous rolling of granules, including pre-heating of granules and hot rolling (A.V. Stepanenko and others. Continuous molding of metal powders and granules. Minsk, "Science and Technology", 1980, p.234). The disadvantage of this method is the inability to obtain high-quality rolled tape with a thickness of less than 1.0 mm without additional rolling operations. The closest analogue of the claimed device is patent RU 2288075 for a method of continuous rolling of a tape from granules of magnesium alloys, comprising preheating the granules and hot rolling, characterized in that the preheating is carried out to a temperature of 0.6-0.9 from the melting temperature of the alloy of the granules, and hot rolling is carried out on profiled rolls heated to

температуры, не превышающей 160°С, со степенью деформации не менее 80% и скоростью прокатки не более 0,6 м/с.temperature not exceeding 160 ° C, with a degree of deformation of at least 80% and a rolling speed of not more than 0.6 m / s.

Определяющими параметрами процесса прокатки гранул магниевых сплавов являются: отношения диаметров валков к толщине ленты, соотношение скоростей ленты и гранул, степень уплотнения гранул и угол захвата, температура гранул и температура валков. Однако, существенным недостатком влияющим на качество получаемой ленты является окисление гранул в процессе нагрева и газонасыщение структуры материала ленты в процессе ее формирования. Этот недостаток присущи данному и всем известным аналогам.The determining parameters of the process of rolling granules of magnesium alloys are: the ratio of the diameters of the rolls to the thickness of the tape, the ratio of the speeds of the tape and granules, the degree of compaction of the granules and the angle of capture, the temperature of the granules and the temperature of the rolls. However, a significant drawback affecting the quality of the resulting tape is the oxidation of the granules during heating and the gas saturation of the structure of the material of the tape in the process of its formation. This disadvantage is inherent in this and all known analogues.

Задачей данной полезной модели является устранение данных недостатков и защита получаемой ленты из гранул магниевых сплавов от окисления и газонасыщения в процессе прокатки на основе специального оборудования, позволяющего производить необходимые операции: нагрев гранул и их пластическую деформацию в инертных средах (аргон, гелий, азот).The objective of this utility model is to eliminate these shortcomings and protect the resulting tape from magnesium alloy granules from oxidation and gas saturation during rolling based on special equipment that allows the necessary operations to be performed: heating the granules and their plastic deformation in inert media (argon, helium, nitrogen).

Технический результат полезной модели состоит в реализации устройства, повзоляющего вести безокислительную обработку гранул магниевых сплавов, что позволяет производить высококачественную ленту повышенной чистоты с улучшенными физико-химическими и механическими свойствами, использовать повышенные температуры пластической деформации, что обеспечивает увеличение характеристик пластичности и снижение усилий деформации. Также преимущества процесса прокатки гранул в инертной среде обусловлены следующими факторами: увеличением выхода годного (за счет сокращения или полного отсутствия потерь на окисление и газонасыщение; устранением ряда операций технологического процесса по удалению окисленных и газонасыщенных слоев металла (травление, шлифовка, строжка, обдирка); повышением производительности процесса (применение интенсивной схемы деформации при оптимальных термомеханических параметрах обработки, позволяющих максимально использовать деформационную способность металла).The technical result of the utility model consists in the implementation of a device that makes it possible to carry out non-oxidizing treatment of granules of magnesium alloys, which makes it possible to produce high-quality tape of high purity with improved physicochemical and mechanical properties, use increased temperatures of plastic deformation, which ensures an increase in plasticity characteristics and a reduction in deformation forces. Also, the advantages of the process of rolling granules in an inert medium are due to the following factors: increase in yield (due to reduction or complete absence of losses on oxidation and gas saturation; elimination of a number of operations of the process to remove oxidized and gas-saturated layers of metal (etching, grinding, gouging, peeling); increased productivity of the process (the use of an intensive deformation scheme with optimal thermomechanical processing parameters, allowing maximum use of deformation metal th power).

Сущность устройстваDevice essence

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что устройство для непрерывной прокатки ленты из гранул магниевых сплавов в инертной среде, содержащее профилированные валки для горячей прокатки, отличается тем, что представляет собой The claimed technical result is achieved due to the fact that the device for continuous rolling of a tape of granules of magnesium alloys in an inert medium, containing shaped rolls for hot rolling, is characterized in that it represents

подвесной или пристыкованный бункер с нагревательным устройством и засыпной воронкой, закрепленные на станине рабочей клети прокатного стана, причем бункер установлен на рабочей клети так, чтобы он соприкасался с прокатными валками; бункер выполнен с возможностью нагрева до температуры предварительного нагрева гранул, составляющей 60-90% от температуры плавления сплава гранул; также устройство содержит подведенный к бункеру патрубок, выполненный с возможностью подвода по нему инертного газа таким образом, чтобы он через расчетное время заполнял бункер. При разработке технологического процесса прокатки гранул магниевого сплава, являющихся легкоокисляющимися, прежде всего необходимо определить степень чистоты инертного газа, обеспечивающую практически безокислительные условия их температурной пластической деформации.suspended or docked hopper with a heating device and a filling funnel mounted on the bed of the working stand of the rolling mill, and the hopper is mounted on the working stand so that it is in contact with the rolling rolls; the hopper is made with the possibility of heating to a temperature of pre-heating of the granules, comprising 60-90% of the melting temperature of the alloy of granules; the device also contains a pipe connected to the hopper, configured to supply inert gas through it so that it fills the hopper after the estimated time. When developing a technological process for rolling granules of magnesium alloy, which are easily oxidized, it is first necessary to determine the purity of the inert gas, which provides practically non-oxidizing conditions for their temperature plastic deformation.

Устройство представляет собой подвесной бункер (см. Фиг.1), если прокатку осуществляют в вертикальном (на станах специальной конструкции, оси валков которых расположены в горизонтальной плоскости) направлении или пристыкованный бункер, если прокатку осуществляют в горизонтальном (на станах обычной конструкции) направлении.The device is a hanging hopper (see Figure 1), if rolling is carried out in a vertical direction (on mills of a special design, the axis of the rolls of which are located in a horizontal plane) or docked hopper if rolling is carried out in a horizontal (on mills of a conventional design) direction.

Бункер (3) с нагревательным устройством (5) и засыпной воронкой (4) закреплен на станине рабочей клети (1). Бункер установлен на рабочей клети так, чтобы он соприкасался с прокатными валками (2).The hopper (3) with a heating device (5) and a filling funnel (4) is mounted on the bed of the working stand (1). The hopper is mounted on the working stand so that it is in contact with the rolling rolls (2).

Бункер нагревают до температуры предварительного нагрева гранул, составляющей 0,6-0,9 от температуры плавления сплава гранул. Далее, через патрубок подведенный к бункеру подводят инертный газ, который через расчетное время заполняет бункер. После чего, через засыпную воронку осуществляют подачу предварительно нагретых гранул (6). При прокатке в вертикальном направлении гранулы поступают через засыпную воронку в бункер и далее в зону деформации под действием собственного веса. При прокатке в горизонтальном направлении гранулы поступают через засыпную воронку в бункер, по которому перемещаются в зону деформации при помощи шнека или гидравлического поджима.The hopper is heated to a temperature of preheating of the granules of 0.6-0.9 of the melting temperature of the alloy of granules. Further, inert gas is supplied through the nozzle connected to the bunker, which fills the bunker after the estimated time. Then, through the filling funnel feed the preheated granules (6). When rolling in the vertical direction, the granules enter through the filling funnel into the hopper and then into the deformation zone under the influence of its own weight. When rolling in the horizontal direction, the granules enter through the filling funnel into the hopper, through which they are moved to the deformation zone by means of a screw or hydraulic clamping.

Перемещаясь по нагретому бункеру, заполненному инертным газом гранулы сохраняют необходимую температуру нагрева, одновременно исключается их окисление и газонасыщение.Moving along a heated bunker filled with an inert gas, the granules retain the required heating temperature, while their oxidation and gas saturation are eliminated.

ПримерExample

Для определения физико-химических и механических свойств прокатывали гранулы из магниевых сплавов МА14, МА2-1 диаметром 1-3 мм, полученные способом распыления To determine the physicochemical and mechanical properties, granules made of MA14, MA2-1 magnesium alloys with a diameter of 1-3 mm were obtained by spraying.

форсункой в среде газообразного гелия. Горячую прокатку проводили в вертикальном направлении на двухвалковом стане Дуо с валками диаметром 300 мм при скорости прокатки 0,46 м/с, ширине валков 400 мм, ширине профилированной канавки 200 мм. Максимальное давление металла на валки 250 тс. Мощность электродвигателя 75 кВт. Температура гранул перед прокаткой составляла 400°С при первом эксперименте и 450°С при втором. Загрузку гранул в профилированные валки прокатного стана осуществляли с помощью загрузочной воронки и специального подогреваемого бункера. Температура нагрева бункера составляла 400°С и 450°С соответственно, причем при втором эксперименте бункер заполнялся инертным газом - аргоном. Исследовалась лента полученная из гранулированных магниевых сплавов МА14 и МА2-1. Ленту прокатывали до толщина 0,3 мм. Состояние ленты после прокатки без термической обработки. Результаты механических испытаний ленты полученной из гранул сплавов МА14 и МА2-1 приведены в Таблице 1. Анализ полученных значений доказывает существенный прирост пластичности ленты при сохранении прочностных свойств. Анализ газонасыщенности ленты полученной в среде аргона при температуре нагрева 450°С показал минимальное содержание газов в структуре. Анализ микроструктуры этой ленты выявил равномерное распределение интерметаллидных фаз в структуре твердого раствора, а также отсутствие окисленных центров кристаллизации. Качество поверхности ленты получаемой в среде инертного газа отличается отсутствием поверхностных пузырей.nozzle in a gaseous helium medium. Hot rolling was carried out in the vertical direction on a Duo twin-roll mill with rolls with a diameter of 300 mm at a rolling speed of 0.46 m / s, roll width 400 mm, profiled groove width 200 mm. The maximum metal pressure on the rolls is 250 tf. Electric motor power 75 kW. The temperature of the granules before rolling was 400 ° C in the first experiment and 450 ° C in the second. The granules were loaded into the profiled rolls of the rolling mill using a loading funnel and a special heated hopper. The temperature of the bunker was 400 ° C and 450 ° C, respectively, and in the second experiment, the bunker was filled with an inert gas - argon. We studied a ribbon obtained from granular magnesium alloys MA14 and MA2-1. The tape was rolled to a thickness of 0.3 mm. The condition of the tape after rolling without heat treatment. The results of mechanical tests of the tape obtained from granules of MA14 and MA2-1 alloys are shown in Table 1. Analysis of the obtained values proves a significant increase in the ductility of the tape while maintaining the strength properties. Analysis of the gas saturation of the tape obtained in argon at a heating temperature of 450 ° C showed a minimum gas content in the structure. An analysis of the microstructure of this tape revealed a uniform distribution of intermetallic phases in the structure of the solid solution, as well as the absence of oxidized crystallization centers. The surface quality of the tape obtained in an inert gas medium is characterized by the absence of surface bubbles.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ПРОКАТКИ ЛЕНТЫ ИЗ ГРАНУЛ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ В ИНЕРТНОЙ СРЕДЕDEVICE FOR CONTINUOUS ROLLING OF TAPES FROM GRANULES OF MAGNESIUM ALLOYS IN AN INERT MEDIA

Таблица 1Table 1 Марка гранулированного сплаваGranular Alloy Grade Временное сопротивление Gв, МПа (кгс/мм²)Temporary resistance Gв, MPa (kgf / mm ² ) Предел текучести G_0,2, МПа (кгс/мм²)Yield strength G _0.2 , MPa (kgf / mm ² ) Относительное удлинение при , %Elongation at % Т=400°СT = 400 ° C Т=450°С, в аргонеT = 450 ° C, in argon Т=400°СT = 400 ° C Т=450°С в аргонеT = 450 ° C in argon Т=400°СT = 400 ° C Т=450°С в аргонеT = 450 ° C in argon МА14MA14 274 (28,0)274 (28.0) 273 (27,9)273 (27.9) 176 (18,0)176 (18.0) 174 (17,8)174 (17.8) 1010 15fifteen МА2-1MA2-1 264 (27,0)264 (27.0) 263 (26,9)263 (26.9) 157 (16,0)157 (16.0) 156 (16)156 (16) 14fourteen 20twenty

Claims

A device for continuous rolling of a tape of granules of magnesium alloys in an inert medium, containing profiled rolls for hot rolling, characterized in that it is a hanging or docked hopper with a heating device and a filling funnel mounted on the bed of the working stand, and the hopper is mounted on the working stand of the rolling mill the mill so that it is in contact with the rolling rolls, the hopper is made with the possibility of heating to a temperature of preheating of the granules, comprising 60-90% of the temperature ION alloy granules; the device also contains a pipe connected to the hopper, configured to supply inert gas through it so that it fills the hopper after the estimated time.