WO2017116281A1 - Method of manufacturing metal and composite blanks from sheet materials - Google Patents

Method of manufacturing metal and composite blanks from sheet materials Download PDF

Info

Publication number
WO2017116281A1
WO2017116281A1 PCT/RU2016/000818 RU2016000818W WO2017116281A1 WO 2017116281 A1 WO2017116281 A1 WO 2017116281A1 RU 2016000818 W RU2016000818 W RU 2016000818W WO 2017116281 A1 WO2017116281 A1 WO 2017116281A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
winding
sheet
wound
carried out
materials
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/000818
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Алексей Николаевич КРЫЛОВ
Original Assignee
Алексей Николаевич КРЫЛОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Николаевич КРЫЛОВ filed Critical Алексей Николаевич КРЫЛОВ
Publication of WO2017116281A1 publication Critical patent/WO2017116281A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C47/00Winding-up, coiling or winding-off metal wire, metal band or other flexible metal material characterised by features relevant to metal processing only
    • B21C47/02Winding-up or coiling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating

Definitions

  • 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.
  • a known method of manufacturing a hollow cylindrical shells including obtaining a multilayer workpiece by winding strip, a thickness of at least 2 mm, fixing the beginning and end of the strip by welding, heating the workpiece and rolling .
  • the method provides an increase in the quality of shells with a diameter exceeding 2000 mm by increasing the stiffness of the wall, the thickness of the inner and outer layer, which gives stability to the workpiece during rolling.
  • the disadvantage of this method are: the difficulty in obtaining a non-porous preform by powder metallurgy and, as a consequence, the decrease in mechanical properties; the complexity of the process - sintering of powder materials requires furnaces with a protective atmosphere or vacuum, as well as the need to manufacture disposable containers; high anisotropy of the physicomechanical properties of the obtained preform.
  • the tape is rolled up so that after heating its outer diameter is 3-10% higher than the diameter of the container cavity and the hole diameter is 3-10% higher than the diameter of the press needle, and before extrusion from the cavity of the container, the roll is reduced with a stamp the diameter of this cavity. This allows you to eliminate the gaps between the layers of the rolled billet before pressing, prevent folding and ensure a layer-by-layer uniform plastic flow of the metal of the billet, which improves the quality of the hot-pressed multilayer pipes.
  • the closest in technical essence and the achieved technical result to the proposed invention is a method for the production of multilayer metal pipes, protected by patent RU 2036063 C1, cl. V23K20 / 00, publ. 05/27/95, adopted for the closest analogue (prototype).
  • the prototype method includes cutting a metal strip obtained by hot rolling on measured billets immediately after rolling, applying to the measured billet during its winding on a format drum fusible metal in the form of a powder or sheet with a melting point not exceeding 1,100 ° C, when the temperature of the steel sheet is less than the melting point of the fusible metal.
  • 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.
  • 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.
  • An advantage and a common feature of the prototype with the invention is the possibility of simultaneous winding of sheets of various materials with different strength properties, which allows to obtain blanks from alloys with different physical and mechanical properties.
  • the winding is carried out by a sheet heated to a high temperature, which complicates the process of winding;
  • 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; s fourthly, the need for a hollow mandrel and low-melting metal narrows the scope of the method.
  • the objective of the invention is the creation of a new method of manufacturing metal and composite blanks from sheet materials.
  • the technical result from the use of the present invention is to increase the density of the winding, to obtain blanks with a more uniform chemical composition and with a more uniform distribution of physical and mechanical properties (density, tensile strength, yield strength, elongation, impact strength) over their cross-section, in expansion areas of use.
  • the problem is achieved in that in a method of manufacturing metal or composite blanks from sheet materials, including the simultaneous winding on the mandrel of at least two sheets of materials with different strength properties, fixing the ends of the material, carry out the winding of sheet materials wound into rolls, with tension sheet material with higher strength properties of 10-60% of the tensile strength of the winded material and with tension sheet material with lower strength properties at 0–33% of the tensile strength of the material being wound, while the tension of a material with higher strength properties should be higher than the yield strength of the material in contact with it with lower strength properties, after which the wound layers are welded; pre-preparing the surface of the winded sheet material and the mandrel, including cleaning from contaminants that interfere with setting; winding is carried out on a cold mandrel; as a mandrel use a bar, rolled, forged, sleeve or pipe; the outer layer is made of a material whose linear expansion coefficient is not more than the linear expansion coefficient of the inner layers; carry out pressure welding
  • FIG. 1 shows a schematic drawing of winding two strips, carried out in one of the variants of the proposed method for the manufacture of metal or composite blanks from sheet materials, where: 1 - a mandrel for winding; 2,3,4 - lead, push and support rolls; 5 - rolls of winded materials.
  • a method of manufacturing metal or composite blanks from sheet materials includes the simultaneous winding onto the mandrel of at least two sheets of materials with different strength properties (the winding tension of one of the materials exceeds the yield strength of the other), securing the ends of the material.
  • winding of sheet materials wound into coils is carried out with tension of sheet material with higher strength properties of 10-60% of the tensile strength of the material being wound and tensioning of sheet material with lower strength properties of 0-33% of the tensile strength of the material to be wound, after which carry out the welding of wound layers.
  • the tension of a material with higher strength properties should be higher than the yield strength of the material in contact with it with lower strength properties.
  • the winding is carried out, for example, on a cold mandrel.
  • the outer layer is made, for example, of a material whose linear expansion coefficient is not more than the linear expansion coefficient of the inner layers.
  • Carry out for example, pressure welding of the wound layers, by their plastic deformation, or by heating them to a certain temperature, or by their plastic deformation with heating.
  • Diffusion welding - pressure welding due to the mutual diffusion of atoms in thin surface layers of the contacting parts. Diffusion welding is carried out with a relatively long exposure to elevated temperature and slight plastic deformation. (GOST 2601-84)
  • Heating of the wound preform before plastic deformation is carried out, for example, at a temperature of from 0 ° C to 1200 ° C.
  • Plastic deformation of the wound layers is carried out, for example, after winding.
  • Plastic deformation of the wound layers is carried out, for example, by pressing, rolling, forging.
  • plastic deformation for example, heat treatment of the workpiece by homogenization annealing, or tempering is performed.
  • Thorough cleaning of the contact surfaces of the joined sheets is a determining condition for obtaining high adhesion of sheets in
  • rolled sheet metal is used as a starting material for the manufacture of preforms. Preference is given to the sheet of cold rolling, since it has smaller manufacturing errors compared to a sheet of similar dimensions obtained by hot rolling.
  • the winding of sheet materials is carried out, for example, on coilers, lathes, rollers or other type of equipment, allowing to ensure the overall parameters of the workpiece.
  • the winding is carried out on a mandrel, which is used, for example, a bar, rolled, forged, sleeve or pipe, according to one of the schemes used for winding rolled materials (Fig. 1).
  • the number of simultaneously wound materials is chosen at least two, determine the practical feasibility and design of the resulting workpiece. In this case, materials with different strength properties are used (the tension of the winding of a material with higher strength properties should exceed the yield strength of a material with lower strength properties).
  • the winding is performed with a tension of sheet material with lower strength properties of 0-33% of the tensile strength of the material being rolled and with tension of sheet material with higher strength properties of 10-60% of the tensile strength of the material to be rolled.
  • the winding voltage of a material with higher strength properties is chosen in such a way as to obtain a gas-tight connection of the layers due to the flow or compaction of a material with lower strength properties. In this case, the voltage the tension is chosen so as to avoid tearing the sheet, to ensure maximum compression of the previous layer, to obtain a uniform thickness of the wound layers.
  • the tension force of the winded sheet is determined by the formula:
  • S is the cross-sectional area of the winded sheet (mm 2 );
  • K is the coefficient of tension.
  • the tension coefficient K depends on the combination of the winding materials, the ratio of the yield strength to the tensile strength of the material of each winded sheet and the linear speed of winding.
  • the winding speed from 1 to 20 rpm is chosen based on the conditions of the process productivity and the completeness of the flow of plastic deformation between the layers of winded sheets. The lower the winding speed, the more complete is the process of plastic flow of metal in the contact zone.
  • the end of the sheet is fixed to the previous layer, for example, by welding, soldering, gluing, or using a clamp.
  • the last turns (turn) of winding are made of material with a coefficient of linear expansion no more than that of the material of the inner layers. This allows you to increase the compressive strength of the wound sheets during heating.
  • the outer layer is performed with a margin of safety and ductility to ensure a dense and reliable crimping inner layers during subsequent operations.
  • Heating for metal forming can be done on any type of thermal equipment. Carrying out heating at the highest possible speed allows you to effectively use the stress state of the layers for the diffusion-viscous flow of the material. Heating is carried out, for example, in furnaces with an oxidizing or protective atmosphere, as well as in vacuum furnaces.
  • the main goals are: the formation of physical contact of surfaces at the heating stage; removal of adsorbed gases from internal surfaces.
  • the heating and holding conditions during pressure welding are selected individually for each combination of materials being welded, depending on the surface cleanliness (absence of contaminants, roughness, presence of an oxidized layer), the grain size of the metal, changes in the stress state between layers during heating, and the structural state of the metal (riveted, annealed).
  • Plastic deformation is performed to activate the welding process of the wound layers, welding of internal defects and giving the necessary shape to the wound workpiece.
  • welding is used with free deformation, which implements creep of metals, and welding with forced deformation. Welding with free deformation is realized in the process of heating and holding the workpiece at a heating temperature. Factors contributing to the implementation of welding are: winding, providing compression stress between the layers on yield strength level. Forced deformation welding can be carried out by any known metal forming methods.
  • the plastic deformation of the wound layers begins with a broach, since it is the most active operation in relation to the welding of macro- and micro-voids. Other technological factors favoring the welding of defects are described in the literature on forging ingots and difficult to deform materials.
  • Plastic deformation in the manufacture of composite and low-plastic materials by the proposed method is carried out at a temperature below the temperature of occurrence of low-plastic compounds.
  • Example 1 The manufacture of the workpiece from intermetallic compounds.
  • the winding is performed at a tension voltage of 3.5-5 kg / mm 2 for a titanium tape, which is 10-15% of its guaranteed tensile strength; aluminum tape is wound with a tension voltage of 0.15-0.45 kg / mm 2 , which is 10-30% of its guaranteed tensile strength.
  • the last 3 layers of winding are performed with a titanium tape. The end of the winding is attached to the last layer.
  • the resulting billet is crimped with a thick-walled clamp from st. 20, heated to a temperature of 600 ° C and grate. Sintering to a temperature of 850 ° ⁇ with an intermediate exposure at a temperature of 620 ° ⁇ is carried out in a tan state. Homogenization annealing to obtain a more uniform structure is carried out at a temperature of ⁇ 1250 ° C.
  • Example 2 Production of a blank of metallographic composite material.
  • Materials of this group are widely used as anti-friction, friction and contact materials for the transmission of electricity in motion.
  • the scheme of the technology for producing the antifriction composite material Fe + 8 C is as follows:
  • the resulting billet is installed in the holder of the matrix, heated to a temperature of 500 ° C. Produce heating of the workpiece in the holder to 530 ° C;
  • Example 3 The manufacture of blanks from composite materials based on refractory compounds.
  • the winding is carried out on a mandrel (bar) with a diameter of 40 mm of a similar chemical composition with the resulting workpiece not past the final sintering.
  • the winding is carried out from 4 rolls so that the compacted graphite material is between the metal sheets.
  • the winding is performed at a tension voltage of 12-18 kg / mm 2 for 81NMA alloy sheets and VT 1-0 titanium sheet, which is 20-30% and 35-50% of their guaranteed tensile strengths, respectively.
  • Graphite foil is wound with a tension voltage of 0-0, 15 kg / mm 2 , which is 0-20% of its guaranteed tensile strength.
  • the winding is carried out until a workpiece diameter of 150 mm is obtained.
  • the last 3 layers of winding are performed with a titanium tape.
  • the end of the winding is attached to the layer against it.
  • the resulting billet is installed in the holder of the matrix, heated to a temperature of 400 ° C.
  • the billet is heated in a holder to 400 ° C. Pressing the workpiece to a diameter of 50 mm is carried out at a temperature of 400 ° C. Diffusion welding is carried out in the presence of a liquid phase formed during heating and holding at a temperature of 1300-1350 ° C.
  • Example 4 The manufacture of a billet of copper-aluminum layered composite material.
  • Sheets are simultaneously wound on a bar from an AMgb alloy with a diameter of 30 mm and a length of 600 mm:
  • the winding is carried out simultaneously with 2 rolls to obtain a workpiece diameter of 250 mm.
  • Coiling of clad aluminum-magnesium and copper tape is carried out at a tension voltage of 3.5-5 kg / mm 2 , which is 11-16% and 17.5-25% of their guaranteed tensile strengths, respectively.
  • the last 5 layers of winding are made of technical copper tape. The end of the winding is attached to the last layer.
  • Compression of the wound workpiece through a conical matrix is carried out without preheating to a workpiece diameter of 50 mm.
  • the resulting preform is released at a temperature of 170-200 ° C.
  • Example 5 The manufacture of large-sized billets of steel 12X18H10T.
  • the winding of the heat-treated sheet is performed at a tension voltage of 12-18 kg / mm 2 , which is 22-33% of its guaranteed tensile strength and for semi-cured sheet 25-30 kg / mm 2 , which is 33-40% of its guaranteed tensile strength.
  • the winding of the last two layers of the workpiece is performed by heat-treated material with welding of the end to the last turn.
  • the outer layers of the wound workpiece are wrapped with a heat-insulating material of mullite-siliceous felt with a thickness of 30 mm in two layers. Heating to the forging temperature is carried out at the highest possible speed.
  • the temperature range of forging is 1200-850 ° C.
  • Example 6 The manufacture of the workpiece magnesium-aluminum layered composite material.
  • a tape is wound onto a bar from an AMgb alloy with a diameter of 50 mm and a length of 200 mm:
  • the winding is carried out simultaneously with 2 rolls to obtain a workpiece diameter of 400 mm.
  • Coiling of clad aluminum-magnesium and magnesium tape is carried out at a tension voltage of 3.5-5 kg / mm 2 , which is 11-16% and 13.5-20% of their guaranteed tensile strengths, respectively.
  • the resulting billet is crimped with a thick-walled clamp from article 20, heated to a temperature of not more than 440 ° C and zeuvolen. Diffusion welding is performed in a vacuum furnace at a temperature of 420-440 ° C.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

The proposed invention relates to metal forming, and more particularly to combined methods for forming sheet metals, and concerns a method for manufacturing metal and composite blanks from sheet materials for use in mechanical engineering. The present method of manufacturing metal and composite blanks from sheet materials includes simultaneously winding at least two sheets of materials with different strength properties (the tensile stress of one of the materials being higher than the yield stress of the other material) onto a mandrel, and fastening the ends of the material. What is novel is that the winding of the sheet materials, which are wound into rolls, is carried out with the sheet material with the higher strength properties being tensioned to 10-60% of the ultimate strength of the material being wound and with the sheet material with the lower strength properties being tensioned to 0-33% of the ultimate strength of the material being wound, after which the wound layers are welded. The technical result of the proposed invention is an increase in winding density, the production of blanks with a more homogeneous chemical composition and a more uniform distribution of physical and mechanical properties across their cross section, and an increase in the scope of use.

Description

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И КОМПОЗИЦИОННЫХ  METHOD FOR PRODUCING METAL AND COMPOSITION
ЗАГОТОВОК ИЗ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ  LABELING FROM SHEET MATERIALS
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 полых цилиндрических обечаек (SU 1512739, кл. В23К20/00, опубл. 07.10.89 г.), включающий получение многослойной заготовки навивкой полосы, толщиной не менее 2 мм, закрепление начала и конца полосы сваркой, нагрев заготовки и ее раскатку. Способ обеспечивает повышение качества обечаек диаметром, превышающим 2000 мм, за счет увеличения жесткости стенки, толщины внутреннего и наружного слоя, придающей устойчивость заготовки при раскатке.  A known method of manufacturing a hollow cylindrical shells (SU 1512739, class. V23K20 / 00, publ. 07.10.89,), including obtaining a multilayer workpiece by winding strip, a thickness of at least 2 mm, fixing the beginning and end of the strip by welding, heating the workpiece and rolling . The method provides an increase in the quality of shells with a diameter exceeding 2000 mm by increasing the stiffness of the wall, the thickness of the inner and outer layer, which gives stability to the workpiece during rolling.
Недостатком указанного способа является узкая область его применения - только для изготовления цилиндрических обечаек. Кроме этого, неплотная навивка требует принятия мер защиты от окисления навитых листов при последующем нагреве под раскатку.  The disadvantage of this method is the narrow scope of its application - only for the manufacture of cylindrical shells. In addition, loose winding requires the adoption of protective measures against oxidation of the wound sheets during subsequent heating under rolling.
Известен способ изготовления армированных спеченных изделий (авт. св. A known method of manufacturing reinforced sintered products (ed. St.
829719, кл. C22F3/02, С22С1/09, опубл. 25.05.1981 г.), включающий сворачивание арматуры в рулон путем навивки на оправку, помещение ее в оболочку, заполнение последующей порошком и уплотнение в радиальном направлении. Перед сворачиванием арматуру размещают на подложке из легкоплавкого или сгораемого материала, а после помещения ее в оболочку проводят нагрев до температуры плавления или сгорания материала подложки. Недостатком указанного способа являются: трудность в получении безпо- ристой заготовки методом порошковой металлургии и как следствие снижение механических свойств; сложность технологического процесса - спекание порошковых материалов требует печей с защитной атмосферой или вакуумных, а также необходимость изготовления одноразовых контейнеров; высокая анизотропия физико-механических свойств полученной заготовки. 829719, cl. C22F3 / 02, C22C1 / 09, publ. 05/25/1981), including folding the reinforcement into a roll by winding it onto the mandrel, placing it in a shell, filling it with subsequent powder and sealing in the radial direction. Before folding, the reinforcement is placed on a substrate of fusible or combustible material, and after placing it in a shell, it is heated to the melting or combustion temperature of the substrate material. The disadvantage of this method are: the difficulty in obtaining a non-porous preform by powder metallurgy and, as a consequence, the decrease in mechanical properties; the complexity of the process - sintering of powder materials requires furnaces with a protective atmosphere or vacuum, as well as the need to manufacture disposable containers; high anisotropy of the physicomechanical properties of the obtained preform.
Изввестен способ изготовления многослойных труб по авт. св. N<> 984552, кл. В21С23/08, опубл. 30.12.82 г.), включающий сворачивание ленты из стали в рулон с осевым отверстием, введение в отверстие рулона прессовой иглы и последующее выдавливание рулона из полости контейнера. При этом ленту сворачивают в рулон так, чтобы после нагрева ее наружный диаметр на 3-10 % превышал диаметр полости контейнера и диаметр отверстия на 3-10% превышал диаметр пресс-иглы, а перед выдавливанием из полости контейнера производят пресс-штемпелем редуцирование рулона по диаметру этой полости. Это позволяет устранить зазоры между слоями рулонированной заготовки перед прессованием, предотвратить складкообразование и обеспечить послойное равномерное пластическое течение металла заготовки, в результате чего улучшается качество горячепрессованных многослойных труб.  A method of manufacturing multilayer pipes according to ed. St. N <> 984552, class B21C23 / 08, publ. 12/30/82), including folding the steel tape into a roll with an axial hole, introducing a press needle into the hole in the roll, and then extruding the roll from the container cavity. In this case, the tape is rolled up so that after heating its outer diameter is 3-10% higher than the diameter of the container cavity and the hole diameter is 3-10% higher than the diameter of the press needle, and before extrusion from the cavity of the container, the roll is reduced with a stamp the diameter of this cavity. This allows you to eliminate the gaps between the layers of the rolled billet before pressing, prevent folding and ensure a layer-by-layer uniform plastic flow of the metal of the billet, which improves the quality of the hot-pressed multilayer pipes.
Недостатком указанного способа является узкая область применения - только для изготовления многослойных труб. Кроме этого, неплотная навивка требует принятия мер защиты от окисления листов при нагреве путем редуцирования, что усложняет технологический процесс.  The disadvantage of this method is the narrow scope - only for the manufacture of multilayer pipes. In addition, loose winding requires the adoption of protective measures against oxidation of the sheets during heating by reduction, which complicates the process.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому изобретению является способ производства многослойных металлических труб, защищенный патентом RU 2036063 С1 , кл. В23К20/00, опубл. 27.05.95 г., принятый за ближайший аналог (прототип).  The closest in technical essence and the achieved technical result to the proposed invention is a method for the production of multilayer metal pipes, protected by patent RU 2036063 C1, cl. V23K20 / 00, publ. 05/27/95, adopted for the closest analogue (prototype).
Способ по прототипу 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 1 100°С, 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. The prototype method includes cutting a metal strip obtained by hot rolling on measured billets immediately after rolling, applying to the measured billet during its winding on a format drum fusible metal in the form of a powder or sheet with a melting point not exceeding 1,100 ° C, when the temperature of the steel sheet is less than the melting point 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.
Преимуществом и общим признаком прототипа с предлагаемым изобретением является возможность одновременной навивки листов различных материалов с различными прочностными свойствами, что позволяет получать заготовки из сплавов с различными физико-механическими свойствами.  An advantage and a common feature of the prototype with the invention is the possibility of simultaneous winding of sheets of various materials with different strength properties, which allows to obtain blanks from alloys with different physical and mechanical properties.
Однако, прототип не лишен недостатков:  However, the prototype is not without drawbacks:
во-первых, навивка осуществляется листом, нагретым до высокой температуры, что усложняет проведение процесса навивки;  firstly, the winding is carried out by a sheet heated to a high temperature, which complicates the process of winding;
во-вторых, 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;  secondly, the use of a hot-rolled sheet for winding, which has higher deviations in thickness difference compared to a cold-rolled sheet, reduces the density of the winding, leads to poor quality of the soldered seam and, as a result, to high anisotropy of physical and mechanical properties;
в-третьих, предложенный способ не обеспечивает равнопрочного соединения навитых слоев, в результате чего происходит большой разброс физико-механических свойств в радиальном направлении; з в-четвёртых, необходимость применения полой оправки и легкоплавкого металла сужает область применения способа. thirdly, 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; s fourthly, the need for a hollow mandrel and low-melting metal narrows the scope of the method.
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.
Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в увеличении плотности навивки, в получении заготовок с более однородным химическим составом и с более равномерным распределением физико-механических свойств (плотность, предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, ударная вязкость) по их сечению, в расширении области использования.  The technical result from the use of the present invention is to increase the density of the winding, to obtain blanks with a more uniform chemical composition and with a more uniform distribution of physical and mechanical properties (density, tensile strength, yield strength, elongation, impact strength) over their cross-section, in expansion areas of use.
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов, включающем одновременную навивку на оправку, по меньшей мере, двух листов материалов с различными прочностными свойствами, закрепление концов материала, осуществляют навивку листовых материалов, смотанных в рулоны, с натяжением листового материала с более высокими прочностными свойствами 10-60% от предела прочности навиваемого материала и с натяжением листового материала с более низкими прочностными свойствами 0- 33% от предела прочности навиваемого материала, при этом натяжение материала с более высокими прочностными свойствами должно быть выше предела текучести контактирующего с ним материала с более низкими прочностными свойствами, после чего осуществляют сварку навитых слоев; предварительно осуществляют подготовку поверхности навиваемого листового материала и оправки, включающую очистку от загрязнений, мешающих схватыванию; навивку осуществляют на холодную оправку; в качестве оправки используют пруток, прокат, поковку, втулку или трубу; наружный слой выполняют из материала, коэффициент линейного расширения которого не более коэффициента линейного расширения внутренних слоев; осуществляют сварку давлением навитых слоев путем их пластической деформации, или их нагревом до определённой температуры, или их пластической деформацией с нагревом; осуществляют диффузионную сварку навитых слоев при температуре 400°С -1350°С; нагрев навитой заготовки перед пластической деформацией осуществляют до температуры 0°С-1200°С; пластическую деформацию осуществляют после навивки навитых слоев; пластическую деформацию навитых слоев осуществляют путем прессования, прокатки, ковки; после проведения пластической деформации выполняют термическую обработку. The problem is achieved in that in a method of manufacturing metal or composite blanks from sheet materials, including the simultaneous winding on the mandrel of at least two sheets of materials with different strength properties, fixing the ends of the material, carry out the winding of sheet materials wound into rolls, with tension sheet material with higher strength properties of 10-60% of the tensile strength of the winded material and with tension sheet material with lower strength properties at 0–33% of the tensile strength of the material being wound, while the tension of a material with higher strength properties should be higher than the yield strength of the material in contact with it with lower strength properties, after which the wound layers are welded; pre-preparing the surface of the winded sheet material and the mandrel, including cleaning from contaminants that interfere with setting; winding is carried out on a cold mandrel; as a mandrel use a bar, rolled, forged, sleeve or pipe; the outer layer is made of a material whose linear expansion coefficient is not more than the linear expansion coefficient of the inner layers; carry out pressure welding of the wound layers by their plastic deformation, or by heating them to a certain temperature, or by their plastic deformation with heating; carry out diffusion welding of wound layers at a temperature of 400 ° C -1350 ° C; heating the wound billet before plastic deformation is carried out to a temperature of 0 ° C-1200 ° C; plastic deformation is carried out after winding the wound layers; plastic deformation of the wound layers is carried out by pressing, rolling, forging; after plastic deformation, heat treatment is performed.
На фиг. 1 представлен схематический рисунок навивки двух полос, осуществляемой в одном из вариантов предлагаемого способа изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов, где: 1 - оправка для навивки; 2,3,4 - ведущий, нажимной и поддерживающий валки; 5 - рулоны навиваемых материалов.  In FIG. 1 shows a schematic drawing of winding two strips, carried out in one of the variants of the proposed method for the manufacture of metal or composite blanks from sheet materials, where: 1 - a mandrel for winding; 2,3,4 - lead, push and support rolls; 5 - rolls of winded materials.
Способ изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов включает одновременную навивку на оправку, по меньшей мере, двух листов материалов с различными прочностными свойствами (натяжение навивки одного из материалов превышает предел текучести другого), закрепление концов материала. При этом осуществляют навивку листовых материалов, смотанных в рулоны, с натяжением листового материала с более высокими прочностными свойствами 10-60% от предела прочности навиваемого материала и с натяжением листового материала с более низкими прочностными свойствами 0-33% от предела прочности навиваемого материала, после чего осуществляют сварку навитых слоев. При этом натяжение материала с более высокими прочностными свойствами должно быть выше предела текучести контактирующего с ним материала с более низкими прочностными свойствами.  A method of manufacturing metal or composite blanks from sheet materials includes the simultaneous winding onto the mandrel of at least two sheets of materials with different strength properties (the winding tension of one of the materials exceeds the yield strength of the other), securing the ends of the material. At the same time, winding of sheet materials wound into coils is carried out with tension of sheet material with higher strength properties of 10-60% of the tensile strength of the material being wound and tensioning of sheet material with lower strength properties of 0-33% of the tensile strength of the material to be wound, after which carry out the welding of wound layers. In this case, the tension of a material with higher strength properties should be higher than the yield strength of the material in contact with it with lower strength properties.
Предварительно осуществляют подготовку поверхности навиваемого листового металлического материала и оправки, включающую очистку от загрязнений, мешающих схватыванию.  Pre-carry out the preparation of the surface of the winded sheet metal material and the mandrel, including the cleaning of contaminants that hinder the setting.
Навивку осуществляют, например, на холодную оправку.  The winding is carried out, for example, on a cold mandrel.
В качестве оправки используют, например, пруток, прокат, поковку, втулку или трубу. Наружный слой выполняют, например, из материала, коэффициент линейного расширения которого не более коэффициента линейного расширения внутренних слоёв. As a mandrel use, for example, a bar, rolled, forged, sleeve or pipe. The outer layer is made, for example, of a material whose linear expansion coefficient is not more than the linear expansion coefficient of the inner layers.
Осуществляют, например, сварку давлением навитых слоев, путем их пластической деформации, или их нагревом до определённой температуры, или их пластической деформацией с нагревом.  Carry out, for example, pressure welding of the wound layers, by their plastic deformation, or by heating them to a certain temperature, or by their plastic deformation with heating.
Сварка давлением - сварка с применением давления, осуществляемая за счёт пластической деформации свариваемых частей при температуре ниже температуры плавления (ГОСТ 2601-84 Сварка металлов. Термины и определения основных понятий.)  Pressure welding - pressure welding, carried out due to plastic deformation of the welded parts at a temperature below the melting temperature (GOST 2601-84 Metal welding. Terms and definitions of basic concepts.)
Осуществляют, например, диффузионную сварку навитых слоев при температуре 400°С -1350°С.  Carry out, for example, diffusion welding of wound layers at a temperature of 400 ° C -1350 ° C.
Диффузионная сварка - сварка давлением, осуществляемая за счёт взаимной диффузии атомов в тонких поверхностных слоях контактирующих частей. Диффузионная сварка осуществляется при относительно длительном воздействии повышенной температуры и незначительной пластической деформации. (ГОСТ 2601-84)  Diffusion welding - pressure welding, due to the mutual diffusion of atoms in thin surface layers of the contacting parts. Diffusion welding is carried out with a relatively long exposure to elevated temperature and slight plastic deformation. (GOST 2601-84)
Нагрев навитой заготовки перед пластической деформацией осуществляют, например, при температуре от 0°С до 1200°С.  Heating of the wound preform before plastic deformation is carried out, for example, at a temperature of from 0 ° C to 1200 ° C.
Пластическую деформацию навитых слоев осуществляют, например, после навивки.  Plastic deformation of the wound layers is carried out, for example, after winding.
Пластическую деформацию навитых слоев осуществляют, например, путем прессования, прокатки, ковки.  Plastic deformation of the wound layers is carried out, for example, by pressing, rolling, forging.
После проведения пластической деформации выполняют, например, термическую обработку заготовки путем гомогенизационного отжига, или отпуска.  After plastic deformation is carried out, for example, heat treatment of the workpiece by homogenization annealing, or tempering is performed.
Изготовление заготовок предлагаемым способом осуществляют следующим образом.  The manufacture of blanks by the proposed method is as follows.
Тщательная очистка поверхностей контакта соединяемых листов является определяющим условием получения высокой прочности сцепления листов в  Thorough cleaning of the contact surfaces of the joined sheets is a determining condition for obtaining high adhesion of sheets in
б процессе сварки. Для получения качественного соединения контактных поверхностей слоев в навиваемой заготовке производят их очистку от различных загрязнений, мешающих схватыванию металлов (масло, адсорбированная влага, окисные плёнки и т.д.). Способы подготовки поверхностей к сварке давлением, включающие механическую обработку, обезжиривание, травление, прокаливание, дегазацию подробно описаны в работах по производству биметаллических соединений и в производстве изделий методом порошковой металлургии. b welding process. To obtain a high-quality connection of the contact surfaces of the layers in the winded billet, they are cleaned of various contaminants that interfere with the setting of metals (oil, adsorbed moisture, oxide films, etc.). Methods of preparing surfaces for pressure welding, including machining, degreasing, etching, calcining, degassing, are described in detail in works on the production of bimetallic compounds and in the manufacture of products by powder metallurgy.
В качестве исходного материала для изготовления заготовок используют листовой рулонный прокат. Предпочтение отдают листу холодной прокатки, так как он имеет меньшие погрешности в изготовлении по сравнению с листом аналогичных размеров, полученным горячей прокаткой.  As a starting material for the manufacture of preforms, rolled sheet metal is used. Preference is given to the sheet of cold rolling, since it has smaller manufacturing errors compared to a sheet of similar dimensions obtained by hot rolling.
Навивку листовых материалов осуществляют, например, на моталках, токарных станках, роликах или другом виде оборудования, позволяющем обеспечить габаритные параметры заготовки. Навивку производят на оправку, в качестве которой используют, например, пруток, прокат, поковку, втулку или трубу, по одной из схем, применяемых при навивке рулонированных материалов (рис.1). Количество навиваемых одновременно материалов выбирают не менее двух, определяют практической целесообразностью и конструкцией получаемой заготовки. При этом используют материалы с различными прочностными свойствами (натяжение навивки материала с более высокими прочностными свойствами должно превышать предел текучести материала с более низкими прочностными свойствами). Навивку выполняют с натяжением листового материала с более низкими прочностными свойствами 0- 33% от предела прочности навиваемого материала и с натяжением листового материала с более высокими прочностными свойствами 10-60% от предела прочности навиваемого материала. Напряжение навивки материала с более высокими прочностными свойствами выбирают таким образом, чтобы получить газонепроницаемое соединение слоев за счёт течения или уплотнения, материала с более низкими прочностными свойствами. При этом напряжение натяжения выбирают так, чтобы избежать разрыва листа, обеспечить максимальное обжатие предыдущего слоя, получить равномерную толщину навитых слоев. The winding of sheet materials is carried out, for example, on coilers, lathes, rollers or other type of equipment, allowing to ensure the overall parameters of the workpiece. The winding is carried out on a mandrel, which is used, for example, a bar, rolled, forged, sleeve or pipe, according to one of the schemes used for winding rolled materials (Fig. 1). The number of simultaneously wound materials is chosen at least two, determine the practical feasibility and design of the resulting workpiece. In this case, materials with different strength properties are used (the tension of the winding of a material with higher strength properties should exceed the yield strength of a material with lower strength properties). The winding is performed with a tension of sheet material with lower strength properties of 0-33% of the tensile strength of the material being rolled and with tension of sheet material with higher strength properties of 10-60% of the tensile strength of the material to be rolled. The winding voltage of a material with higher strength properties is chosen in such a way as to obtain a gas-tight connection of the layers due to the flow or compaction of a material with lower strength properties. In this case, the voltage the tension is chosen so as to avoid tearing the sheet, to ensure maximum compression of the previous layer, to obtain a uniform thickness of the wound layers.
Сила натяжения навиваемого листа определяется формулой:  The tension force of the winded sheet is determined by the formula:
F„ = ов xSxK, где  F „= s xSxK, where
FH - сила натяжения навиваемого листа (Н); F H - the tension force of the winded sheet (N);
ов - гарантированный предел прочности навиваемого материала (МПа); s - guaranteed tensile strength of the winding material (MPa);
S - площадь поперечного сечения навиваемого листа (мм2); S is the cross-sectional area of the winded sheet (mm 2 );
К - коэффициент натяжения. K is the coefficient of tension.
Коэффициент натяжения К зависит от комбинации навиваемых материалов, отношения предела текучести к пределу прочности материала каждого навиваемого листа и линейной скорости навивки.  The tension coefficient K depends on the combination of the winding materials, the ratio of the yield strength to the tensile strength of the material of each winded sheet and the linear speed of winding.
Коэффициент натяжения К установили эмпирическим путём. Для листового материала с более низкими прочностными свойствами коэффициент натяжения К=0-0,33, а для листового материала с более высокими прочностными свойствами К=0,1-0,6.  The tension coefficient K was established empirically. For sheet material with lower strength properties, the coefficient of tension is K = 0-0.33, and for sheet material with higher strength properties, K = 0.1-0.6.
Напряжения, возникающие при навивке, определяются следующим образом:  The stresses arising during winding are determined as follows:
он= F S  he = F S
Скорость навивки от 1 до 20 об/мин выбирают исходя из условий производительности процесса и завершённости протекания пластической деформации между слоями навиваемых листов. Чем меньше скорость навивки, тем более завершённым является процесс пластического течения металла в контактной зоне. По достижению требуемого диаметра заготовки конец листа закрепляют к предыдущему слою, например, с помощью сварки, пайки, склеивания, или с помощью хомута. Последние витки (виток) навивки выполняют из материала с коэффициентом линейного расширения не больше, чем у материала внутренних слоев. Это позволяет увеличить силу сжатия навитых листов при нагреве. При этом внешний слой выполняют с запасом прочности и пластичности для обеспечения плотного и надёжного обжатия внутренних слоев в процессе последующих операций. Для этого используют материалы с большой толщиной листа, минимальной напряжённостью, высокими пластическими свойствами. После навивки осуществляют нагрев и сварку давлением навитых слоев, например, при температуре 400°С -1350°С (данный температурный интервал обеспечивает спекание заготовок как из легкоплавких сплавов, так и из тугоплавких материалов). После навивки, или после диффузионной сварки навитых слоев могут выполнять их пластическую деформацию. The winding speed from 1 to 20 rpm is chosen based on the conditions of the process productivity and the completeness of the flow of plastic deformation between the layers of winded sheets. The lower the winding speed, the more complete is the process of plastic flow of metal in the contact zone. Upon reaching the required diameter of the workpiece, the end of the sheet is fixed to the previous layer, for example, by welding, soldering, gluing, or using a clamp. The last turns (turn) of winding are made of material with a coefficient of linear expansion no more than that of the material of the inner layers. This allows you to increase the compressive strength of the wound sheets during heating. In this case, the outer layer is performed with a margin of safety and ductility to ensure a dense and reliable crimping inner layers during subsequent operations. For this, materials with a large sheet thickness, minimal tension, and high plastic properties are used. After winding, heating and pressure welding of the wound layers is carried out, for example, at a temperature of 400 ° С -1350 ° С (this temperature range provides sintering of workpieces from both low-melting alloys and refractory materials). After winding, or after diffusion welding of the wound layers, they can perform their plastic deformation.
Нагрев под обработку металлов давлением может производиться на любых видах термического оборудования. Проведение нагрева с максимально возможной скоростью позволяет эффективно использовать напряжённое состояние слоев для диффузионно-вязкого течения материала. Нагрев осуществляют, например, в печах с окислительной, или с защитной атмосферой, а также в вакуумных печах. При нагреве заготовок из металлов и сплавов основными целями являются: образование физического контакта поверхностей на стадии нагрева; удаление адсорбированных газов из внутренних поверхностей. Режим нагрева и выдержки при сварке давлением подбирают индивидуально к каждому сочетанию свариваемых материалов, в зависимости от чистоты поверхности (отсутствие загрязнений, шероховатость, наличие окисленного слоя), величины зерна металла, изменения напряжённого состояния между слоями в процессе нагрева, структурного состояния металла (наклёпанное, отожжённое).  Heating for metal forming can be done on any type of thermal equipment. Carrying out heating at the highest possible speed allows you to effectively use the stress state of the layers for the diffusion-viscous flow of the material. Heating is carried out, for example, in furnaces with an oxidizing or protective atmosphere, as well as in vacuum furnaces. When heating billets of metals and alloys, the main goals are: the formation of physical contact of surfaces at the heating stage; removal of adsorbed gases from internal surfaces. The heating and holding conditions during pressure welding are selected individually for each combination of materials being welded, depending on the surface cleanliness (absence of contaminants, roughness, presence of an oxidized layer), the grain size of the metal, changes in the stress state between layers during heating, and the structural state of the metal (riveted, annealed).
Пластическую деформацию выполняют для активации процесса сварки навитых слоев, заварки внутренних дефектов и придания необходимой формы навитой заготовке. В предлагаемом способе изготовления заготовок используют сварку со свободным деформированием, реализующим ползучесть металлов, и сварку с принудительным деформированием. Сварку со свободным деформированием реализуют в процессе нагрева и выдержки заготовки при температуре нагрева. Факторами, способствующими реализации сварки, являются: навивка, обеспечивающая напряжения сжатия между слоями на уровне предела текучести. Сварку с принудительным деформированием могут выполнять любыми известными способами обработки металлов давлением. Для получения плотной бездефектной структуры заготовки пластическую деформацию навитых слоев начинают с протяжки, так как она является наиболее активной операцией в отношении заварки макро- и микропустот. Другие технологические факторы, благоприятствующие заварке дефектов, описаны в литературе по проковке слитков и труднодеформируемых материалов. Пластическую деформацию при изготовлении композиционных и малопластичных материалов предлагаемым способом проводят при температуре ниже температуры возникновения малопластичных соединений. Plastic deformation is performed to activate the welding process of the wound layers, welding of internal defects and giving the necessary shape to the wound workpiece. In the proposed method for the manufacture of blanks, welding is used with free deformation, which implements creep of metals, and welding with forced deformation. Welding with free deformation is realized in the process of heating and holding the workpiece at a heating temperature. Factors contributing to the implementation of welding are: winding, providing compression stress between the layers on yield strength level. Forced deformation welding can be carried out by any known metal forming methods. To obtain a dense defect-free structure of the workpiece, the plastic deformation of the wound layers begins with a broach, since it is the most active operation in relation to the welding of macro- and micro-voids. Other technological factors favoring the welding of defects are described in the literature on forging ingots and difficult to deform materials. Plastic deformation in the manufacture of composite and low-plastic materials by the proposed method is carried out at a temperature below the temperature of occurrence of low-plastic compounds.
Таким образом, осуществление навивки листовых материалов с различными прочностными свойствами с натяжением одного материала выше предела текучести другого материала обеспечивает возможность задействования механизмов ползучести уже на стадии навивки, что позволяет устранять дефекты поверхности листов, компенсировать отклонения по их разнотолщинности. Плотная навивка позволяет производить нагрев под обработку материалов давлением в окислительной атмосфере.  Thus, the implementation of the winding of sheet materials with different strength properties with a tension of one material above the yield strength of another material makes it possible to use creep mechanisms already at the winding stage, which makes it possible to eliminate defects on the surface of sheets and compensate for deviations in their thickness difference. Dense winding allows you to heat up the processing of materials by pressure in an oxidizing atmosphere.
Осуществление навивки листов разной толщины, разного химического состава, структуры, уровня напряжённого состояния обеспечивает расширение областей использования предлагаемого способа.  The implementation of the winding of sheets of different thicknesses, different chemical composition, structure, level of stress state provides an extension of the areas of use of the proposed method.
Ниже приведены примеры конкретного исполнения предлагаемого изобретения.  The following are examples of specific performance of the invention.
Пример 1. Изготовление заготовки из интерметаллидных соединений.Example 1. The manufacture of the workpiece from intermetallic compounds.
Для изготовления интерметаллидного сплава TiAl- T13AI на оправку аналогичного химического состава с получаемой заготовкой, не прошедшую окончательного спекания, диаметром 50 мм, навивают одновременно ленту титана ВТ1-0 толщиной 0,35 мм, шириной 300 мм в отожжённом состоянии (ов =35-50кг/мм2) и ленту алюминия АО толщиной 0,25 мм, шириной 300 мм в отожжённом состоянии (ов>6,0кг/мм2;
Figure imgf000011_0001
Навивку ведут ю одновременно с 2-х рулонов до получения диаметра заготовки 400 мм. Навивку выполняют при напряжении натяжения 3,5-5кг/мм2 для титановой ленты, что составляет 10-15% от её гарантированного предела прочности; лента алюминия навивается с напряжением натяжения 0,15 -0,45 кг/мм2, что составляет 10-30% от её гарантированного предела прочности. Последние 3 слоя навивки выполняют титановой лентой. Конец навивки прикрепляют к последнему слою. Полученную заготовку обжимают толстостенным хомутом из ст.20, нагретым до температуры 600°С и заневоливают. Нагрев под спекание до температуры 850°С с промежуточной выдержкой при температуре 620°С производят в занево ленном состоянии. Гомогенизационный отжиг для получения более однородной структуры проводят при температуре ~1250°С.
To produce a TiAl-T13AI intermetallic alloy, a mandrel of a similar chemical composition with a preform that has not undergone final sintering with a diameter of 50 mm is simultaneously wound with a VT1-0 titanium tape 0.35 mm thick and 300 mm wide in the annealed state (s = 35-50 kg / mm 2 ) and aluminum tape AO 0.25 mm thick, 300 mm wide in the annealed condition (s> 6.0 kg / mm 2 ;
Figure imgf000011_0001
Navigation simultaneously from 2 rolls to obtain a workpiece diameter of 400 mm. The winding is performed at a tension voltage of 3.5-5 kg / mm 2 for a titanium tape, which is 10-15% of its guaranteed tensile strength; aluminum tape is wound with a tension voltage of 0.15-0.45 kg / mm 2 , which is 10-30% of its guaranteed tensile strength. The last 3 layers of winding are performed with a titanium tape. The end of the winding is attached to the last layer. The resulting billet is crimped with a thick-walled clamp from st. 20, heated to a temperature of 600 ° C and grate. Sintering to a temperature of 850 ° С with an intermediate exposure at a temperature of 620 ° С is carried out in a tan state. Homogenization annealing to obtain a more uniform structure is carried out at a temperature of ~ 1250 ° C.
Пример 2. Изготовление заготовки металлографического композицион- ного материала. Example 2. Production of a blank of metallographic composite material.
Материалы данной группы широко используются как антифрикционные, фрикционные и контактные материалы для передачи электроэнергии в движении.  Materials of this group are widely used as anti-friction, friction and contact materials for the transmission of electricity in motion.
Схема технологии получения антифрикционного композиционного материала Fe+8 C выглядит следующим образом:  The scheme of the technology for producing the antifriction composite material Fe + 8 C is as follows:
- осуществляют одновременную навивку на втулку матрицы 0 50 мм листа из стали 10 отожжённого((ав=30-41 кг/мм2; στ>21 кг/мм2) толщиной 0,4 мм, шириной 400 мм, и фольги терморасширенного графита (ТРГ) ГФ-100 толщиной 0,2 мм, шириной 400 мм, плотностью 1 ,4 г/см3 (ав>0,7кг/мм2; при сжатии ав>20кг/мм2); при напряжении натяжения 0-0,15кг/мм2 для фольги ТРГ, что составляет 0-20% от её гарантированного предела прочности на растяжение; с напряжением натяжения листа из ст.10 12-18кг/мм2, что составляет 40-60% от её гарантированного предела прочности до получения заготовки диаметром 100 мм; - carry out simultaneous winding onto the matrix sleeve 0 50 mm of annealed steel sheet 10 ((ав = 30-41 kg / mm 2 ; στ> 21 kg / mm 2 ) 0.4 mm thick, 400 mm wide, and thermally expanded graphite foil ( TWG) GF-100 with a thickness of 0.2 mm, a width of 400 mm, a density of 1, 4 g / cm 3 (AB> 0.7 kg / mm 2 ; with compression AB> 20 kg / mm 2 ); with a tension voltage of 0-0, 15kg / mm 2 for TRG foil, which is 0-20% of its guaranteed tensile strength; with a sheet tension of 10 from 10-18-18 kg / mm 2 , which is 40-60% of its guaranteed tensile strength blanks with a diameter of 100 m;
- полученную заготовку устанавливают в обойму матрицы, нагретую до температуры 500°С. Производят нагрев заготовки в обойме до 530°С;  - the resulting billet is installed in the holder of the matrix, heated to a temperature of 500 ° C. Produce heating of the workpiece in the holder to 530 ° C;
п - осуществляют прессование навитой заготовки при температуре ~530°С до размера: наружный диаметр 60 мм, внутренний диаметр 50 мм; P - carry out the pressing of the wound workpiece at a temperature of ~ 530 ° C to the size: outer diameter 60 mm, inner diameter 50 mm;
- диффузионная сварка полученной заготовки при температуре 1050-1100 ° С.  - diffusion welding of the obtained workpiece at a temperature of 1050-1100 ° C.
Пример 3. Изготовление заготовки из композиционных материалов на основе тугоплавких соединений. Example 3. The manufacture of blanks from composite materials based on refractory compounds.
Для получения твёрдых сплавов, сталей типа (Ferro-TiC) в настоящее время используются методы порошковой металлургии. Изготовление данных материалов возможно и методом навивки.  To obtain carbides, steels of the type (Ferro-TiC), powder metallurgy methods are currently used. The production of these materials is also possible by the method of winding.
Рассмотрим получение заготовки 80% TiC + 20% Ni-Mo связки.  Consider getting a preform of 80% TiC + 20% Ni-Mo binder.
Используемые для навивки материалы:  Materials used for winding:
- лист титановый ВТ 1 -0 толщиной 0,6 мм, шириной 400 мм, отожжённый (ав =35-50кг/мм2); - a titanium sheet VT 1-0 0.6 mm thick, 400 mm wide, annealed (AB = 35-50kg / mm 2 );
- лист из сплава 81 НМЛ толщиной 0,1 мм, шириной 400 мм, отожжённый ((ов =60-70кг/мм2; от>25кг/мм2); - a sheet of alloy 81 NML with a thickness of 0.1 mm, a width of 400 mm, annealed ((s = 60-70kg / mm 2 ; from> 25kg / mm 2 );
- фольга терморасширенного графита SIGRAFLEX толщиной 0,15мм, шириной 400 мм, плотностью 1 ,3 г/см3 (ов>0,7кг/мм2; при сжатии ов>20кг/мм2). - SIGRAFLEX thermally expanded graphite foil with a thickness of 0.15 mm, a width of 400 mm, a density of 1.3 g / cm 3 (s> 0.7 kg / mm 2 ; with compression> 20 kg / mm 2 ).
Навивку производят на оправку (пруток) диаметром 40 мм аналогичного химического состава с получаемой заготовкой не прошедшую окончательного спекания.  The winding is carried out on a mandrel (bar) with a diameter of 40 mm of a similar chemical composition with the resulting workpiece not past the final sintering.
Навивку осуществляют с 4-х рулонов таким образом, чтобы уплотняемый графитовый материал находился между металлическими листами. Навивку выполняют при напряжении натяжения 12-18кг/мм2 для листов сплава 81НМА и титанового листа ВТ 1-0, что составляет 20-30% и 35-50% от их гарантированных пределов прочности соответственно. Графитовую фольгу навивают с напряжением натяжения 0-0, 15 кг/мм2, что составляет 0-20% от её гарантированного предела прочности на растяжение. Навивку ведут до получения диаметра заготовки 150 мм. Последние 3 слоя навивки выполняют титановой лентой. Конец навивки прикрепляют к предьгду ему слою. Полученную заготовку устанавливают в обойму матрицы, нагретую до температуры 400°С. Производят нагрев заготовки в обойме до 400°С. Прессование заготовки до диаметра 50 мм ведут при температуре 400°С. Диффузионную сварку ведут в присутствии образующейся при нагреве и выдержки жидкой фазы при температуре 1300-1350 °С. The winding is carried out from 4 rolls so that the compacted graphite material is between the metal sheets. The winding is performed at a tension voltage of 12-18 kg / mm 2 for 81NMA alloy sheets and VT 1-0 titanium sheet, which is 20-30% and 35-50% of their guaranteed tensile strengths, respectively. Graphite foil is wound with a tension voltage of 0-0, 15 kg / mm 2 , which is 0-20% of its guaranteed tensile strength. The winding is carried out until a workpiece diameter of 150 mm is obtained. The last 3 layers of winding are performed with a titanium tape. The end of the winding is attached to the layer against it. The resulting billet is installed in the holder of the matrix, heated to a temperature of 400 ° C. The billet is heated in a holder to 400 ° C. Pressing the workpiece to a diameter of 50 mm is carried out at a temperature of 400 ° C. Diffusion welding is carried out in the presence of a liquid phase formed during heating and holding at a temperature of 1300-1350 ° C.
Пример 4. Изготовление заготовки медно-алюминиевого слоистого композиционного материала. Example 4. The manufacture of a billet of copper-aluminum layered composite material.
На пруток из сплава АМгб диаметром 30 мм и длиной 600мм одновременно навиваются листы:  Sheets are simultaneously wound on a bar from an AMgb alloy with a diameter of 30 mm and a length of 600 mm:
- алюминиевомагниевого сплава АМгб с нормальной плакировкой отожжённый толщиной 0,5 мм и шириной 600 мм. Предел прочности листа АМгб - (ав>31 кг/мм2); плакированного слоя - (ов>6кг/мм2; от=1,5-Зкг/мм2). - AMgb aluminum-magnesium alloy with normal cladding annealed 0.5 mm thick and 600 mm wide. The tensile strength of the sheet AMGB - (AB> 31 kg / mm 2 ); clad layer - (s> 6kg / mm 2 ; from = 1.5-Zkg / mm 2 ).
- технической меди Ml в отожжённом состоянии толщиной 0,4мм и шириной 600мм. Предел прочности листа Ml - (ав=20-27кг/мм2). - technical copper Ml in annealed condition with a thickness of 0.4 mm and a width of 600 mm. The tensile strength of the sheet is Ml - (ав = 20-27kg / mm 2 ).
Навивку ведут одновременно с 2-х рулонов до получения диаметра заготовки 250 мм. Навивку плакированной алюминиевомагниевой и медной ленты выполняют при напряжении натяжения 3,5-5кг/мм2, что составляет 1 1- 16% и 17,5-25% от их гарантированных пределов прочности соответственно. Последние 5 слоев навивки выполняют лентой из технической меди. Конец навивки прикрепляют к последнему слою. The winding is carried out simultaneously with 2 rolls to obtain a workpiece diameter of 250 mm. Coiling of clad aluminum-magnesium and copper tape is carried out at a tension voltage of 3.5-5 kg / mm 2 , which is 11-16% and 17.5-25% of their guaranteed tensile strengths, respectively. The last 5 layers of winding are made of technical copper tape. The end of the winding is attached to the last layer.
Прессование навитой заготовки через конусную матрицу осуществляют без предварительного нагрева до диаметра заготовки 50 мм. Полученную заготовку отпускают при температуре 170-200°С.  Compression of the wound workpiece through a conical matrix is carried out without preheating to a workpiece diameter of 50 mm. The resulting preform is released at a temperature of 170-200 ° C.
Пример 5. Изготовление крупногабаритной заготовки из стали 12Х18Н10Т. Example 5. The manufacture of large-sized billets of steel 12X18H10T.
Для изготовления заготовки с габаритами: диаметр наружный 1100 мм, диаметр внутренний 550 мм, длина 1000 мм на трубу из стали ТР304 630x24 по ASTM А312/А312М-06 навивают одновременно два холоднокатаных листа из стали 12X18H10T 3,5x500 до получения диаметра 1500 мм. Используются материалы находящиеся в разном структурном состоянии: один рулон в термически обработанном с ов>54 кг/мм2 и στ>21 кг/мм2; другой в полунагартованном с ав>75 кг/мм2. Навивку термически обработанного листа выполняют при напряжении натяжении 12-18кг/мм2, что составляет 22-33% от его гарантированного предела прочности и для полунагартованного листа 25- 30кг/мм2, что составляет 33-40% от его гарантированного предела прочности. Навивку двух последних слоев заготовки выполняют термообработанным материалом с приваркой конца к последнему витку. Наружные слои навитой заготовки укутывают теплоизолирующим материалом муллитокремнезёмистым фетром толщиной 30 мм в два слоя. Нагрев до температуры ковки осуществляют с максимально возможной скоростью. Температурный интервал ковки 1200-850 °С. For the manufacture of a workpiece with dimensions: outer diameter 1100 mm, inner diameter 550 mm, length 1000 mm, two cold-rolled sheets of steel are simultaneously wound onto a pipe made of TP304 630x24 steel according to ASTM A312 / A312M-06 steel 12X18H10T 3,5x500 to obtain a diameter of 1500 mm. Materials in different structural conditions are used: one roll in heat-treated with s> 54 kg / mm 2 and στ> 21 kg / mm 2 ; another in semi-guaranteed with av> 75 kg / mm 2 . The winding of the heat-treated sheet is performed at a tension voltage of 12-18 kg / mm 2 , which is 22-33% of its guaranteed tensile strength and for semi-cured sheet 25-30 kg / mm 2 , which is 33-40% of its guaranteed tensile strength. The winding of the last two layers of the workpiece is performed by heat-treated material with welding of the end to the last turn. The outer layers of the wound workpiece are wrapped with a heat-insulating material of mullite-siliceous felt with a thickness of 30 mm in two layers. Heating to the forging temperature is carried out at the highest possible speed. The temperature range of forging is 1200-850 ° C.
Пример 6. Изготовление заготовки магниево-алюминиевого слоистого композиционного материала. Example 6. The manufacture of the workpiece magnesium-aluminum layered composite material.
На пруток из сплава АМгб диаметром 50 мм и длиной 200 мм одновременно навивается лента:  At the same time, a tape is wound onto a bar from an AMgb alloy with a diameter of 50 mm and a length of 200 mm:
- алюминиевомагниевого сплава АМгб с нормальной плакировкой отожжённая толщиной 0,5 мм и шириной 200 мм. Предел прочности листа АМгб - (ов>31 кг/мм2); плакированного слоя - (ов>6 кг/мм2 ; ат=1,5-3кг/мм2). - AMgb aluminum-magnesium alloy with normal cladding annealed with a thickness of 0.5 mm and a width of 200 mm. The tensile strength of the sheet AMgb - (s> 31 kg / mm 2 ); clad layer - (s> 6 kg / mm 2 ; at = 1.5-3 kg / mm 2 ).
- магниевого сплава МА2- 1 в отожжённом состоянии толщиной 0,6мм и шириной 200мм. Предел прочности листа МА2-1 - (ов>26 кг/мм2). - MA2-1 magnesium alloy in the annealed state, 0.6 mm thick and 200 mm wide. The tensile strength of the sheet MA2-1 - (s> 26 kg / mm 2 ).
Навивку ведут одновременно с 2-х рулонов до получения диаметра заготовки 400 мм. Навивку плакированной алюминиевомагниевой и магниевой ленты выполняют при напряжении натяжения 3,5-5кг/мм2, что составляет 11- 16% и 13,5-20% от их гарантированных пределов прочности соответственно. Полученную заготовку обжимают толстостенным хомутом из ст.20, нагретым до температуры не более 440°С и заневоливают. Диффузионную сварку выполняют в вакуумной печи при температуре 420-440°С. The winding is carried out simultaneously with 2 rolls to obtain a workpiece diameter of 400 mm. Coiling of clad aluminum-magnesium and magnesium tape is carried out at a tension voltage of 3.5-5 kg / mm 2 , which is 11-16% and 13.5-20% of their guaranteed tensile strengths, respectively. The resulting billet is crimped with a thick-walled clamp from article 20, heated to a temperature of not more than 440 ° C and zeuvolen. Diffusion welding is performed in a vacuum furnace at a temperature of 420-440 ° C.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТНИЯ Formula of the Invention
1. Способ изготовления металлических и композиционных заготовок из листовых материалов, включающий одновременную навивку на оправку, по меньшей мере, двух листов материалов с различными прочностными свойствами, закрепление концов материала, отличающийся тем, что осуществляют навивку листовых материалов, смотанных в рулоны, с натяжением листового материала с более высокими прочностными свойствами 10-60% от предела прочности навиваемого материала и с натяжением листового материала с более низкими прочностными свойствами 0-33% от предела прочности навиваемого материала, при этом натяжение материала с более высокими прочностными свойствами должно быть выше предела текучести контактирующего с ним материала с более низкими прочностными свойствами, после чего осуществляют сварку навитых слоев. 1. A method of manufacturing metal and composite billets from sheet materials, including the simultaneous winding on the mandrel of at least two sheets of materials with different strength properties, fixing the ends of the material, characterized in that the winding of sheet materials wound into rolls, with sheet tension material with higher strength properties of 10-60% of the tensile strength of the winding material and with tension sheet material with lower strength properties of 0-33% of the tensile strength chnosti wound material, the tension of a material with a high strength properties must be higher than the yield strength of the material contacting them with lower strength properties, whereupon welding is performed wound layers.
2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что предварительно осуществляют подготовку поверхности навиваемого листового материала и оправки, включающую очистку от загрязнений, мешающих схватыванию.  2. The method according to claim 1, characterized in that the surface of the winding sheet material and the mandrel are preliminarily prepared, including cleaning of contaminants that interfere with setting.
3. Способ по п.1 отличающийся тем, что навивку осуществляют на холодную оправку.  3. The method according to claim 1, characterized in that the winding is carried out on a cold mandrel.
4. Способ по п. 1 отличающийся тем, что в качестве оправки используют пруток, прокат, поковку, втулку или трубу.  4. The method according to p. 1 characterized in that as a mandrel use a bar, rolled, forged, sleeve or pipe.
5. Способ по п. 1 отличающийся тем, что наружный слой выполняют из материала, коэффициент линейного расширения которого не более коэффициента линейного расширения внутренних слоев.  5. The method according to p. 1 characterized in that the outer layer is made of a material whose linear expansion coefficient is not more than the linear expansion coefficient of the inner layers.
6. Способ по п. 1 отличающийся тем, что осуществляют сварку давлением навитых слоев путем их пластической деформации, или их нагревом до определённой температуры, или их пластической деформацией с нагревом.  6. The method according to p. 1 characterized in that they carry out pressure welding of the wound layers by plastic deformation, or by heating them to a certain temperature, or by their plastic deformation with heating.
7. Способ по п. 1 и п. 6 отличающийся тем, что осуществляют диффузионную сварку навитых слоев при температуре 400°С -1350°С.  7. The method according to p. 1 and p. 6 characterized in that the diffusion welding of the wound layers is carried out at a temperature of 400 ° C -1350 ° C.
15 fifteen
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
8. Способ по п. 6 отличающийся тем, что нагрев навитой заготовки перед пластической деформацией осуществляют до температуры 0 °С-1200 °С. 8. The method according to p. 6 characterized in that the heating of the wound workpiece before plastic deformation is carried out to a temperature of 0 ° C-1200 ° C.
9. Способ по п. 6 отличающийся тем, что пластическую деформацию осуществляют после навивки навитых слоев.  9. The method according to p. 6 characterized in that the plastic deformation is carried out after winding the wound layers.
10. Способ по п. 6 и п. 8 отличающийся тем, что пластическую деформацию навитых слоев осуществляют путем прессования, прокатки, ковки.  10. The method according to p. 6 and p. 8 characterized in that the plastic deformation of the wound layers is carried out by pressing, rolling, forging.
1 1. Способ по п. 6 и п. 8, отличающийся тем, что после проведения пластической деформации выполняют термическую обработку.  1 1. The method according to p. 6 and p. 8, characterized in that after plastic deformation, heat treatment is performed.
16 16
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)  SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/RU2016/000818 2015-12-31 2016-11-25 Method of manufacturing metal and composite blanks from sheet materials WO2017116281A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015157455 2015-12-31
RU2015157455A RU2625372C2 (en) 2015-12-31 2015-12-31 Method of metallic and composite blanks manufacture from sheet materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017116281A1 true WO2017116281A1 (en) 2017-07-06

Family

ID=59225382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000818 WO2017116281A1 (en) 2015-12-31 2016-11-25 Method of manufacturing metal and composite blanks from sheet materials

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2625372C2 (en)
WO (1) WO2017116281A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU71464A1 (en) * 1941-02-24 1947-11-30 М.И. Бейлин The method of manufacture of multi-layer hulls of thick-walled high-pressure vessels
SU377995A3 (en) * 1966-09-27 1973-04-17
SU1512739A1 (en) * 1986-09-12 1989-10-07 Институт Электросварки Им.Е.О.Патона Method of producing hollow cylindrical shells
SU1696037A1 (en) * 1989-03-23 1991-12-07 В. Ф. Кокшаров Method of making multilayer welded pipes
RU1580711C (en) * 1988-12-06 1993-12-30 НИИ технологии и организации производства двигателей Method for manufacturing multilayer shells
RU2036063C1 (en) * 1992-02-03 1995-05-27 Василий Савельевич Юркин Method of making laminate metallic tubes

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2433453B (en) * 2005-12-23 2010-08-11 Iti Scotland Ltd An apparatus for and method of manfacturing helically wound structures

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU71464A1 (en) * 1941-02-24 1947-11-30 М.И. Бейлин The method of manufacture of multi-layer hulls of thick-walled high-pressure vessels
SU377995A3 (en) * 1966-09-27 1973-04-17
SU1512739A1 (en) * 1986-09-12 1989-10-07 Институт Электросварки Им.Е.О.Патона Method of producing hollow cylindrical shells
RU1580711C (en) * 1988-12-06 1993-12-30 НИИ технологии и организации производства двигателей Method for manufacturing multilayer shells
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

Also Published As

Publication number Publication date
RU2625372C2 (en) 2017-07-13
RU2015157455A (en) 2017-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5056209A (en) Process for manufacturing clad metal tubing
US4795078A (en) Method for producing a clad steel pipe
CN1287922C (en) Manufacture of metal tubes
US9346093B2 (en) Methods for the production of clad steel products
CN102672438A (en) Process for producing metallurgical composite double metal seamless steel pipe
CN102294456A (en) Manufacturing method for oblique rolling of bimetallic compound seamless steel pipe by centrifugal blank
CN107971710A (en) A kind of manufacture method of TA1 materials ring forging
CN102489942A (en) Manufacturing method for seamless titanium drum for cathode roller
CN101878086A (en) Method for manufacturing a coiler drum and a coiler drum
US10208361B2 (en) Method for the production of a seamless, multilayered tubular product, and round or polygonal block for use in this method
US20110017339A1 (en) Method for rolled seamless clad pipes
CN112958626A (en) Sheath suitable for rolling TiAl alloy and preparation method thereof
RU2625372C2 (en) Method of metallic and composite blanks manufacture from sheet materials
RU2610653C1 (en) Method of metal and composite workpieces producing from sheet materials
EP0916420B1 (en) Method of fabricating metal pipe from weldable and ductile metals
MX2013007042A (en) PRODUCTION METHOD FOR ROUND STEEL BAR FOR SEAMLESS PIPE COMPRISING HIGH Cr-Ni ALLOY, AND PRODUCTION METHOD FOR SEAMLESS PIPE USING ROUND STEEL BAR.
EP0255382B1 (en) A method of manufacturing a clad bar
RU2662910C1 (en) Metal or composite workpieces from sheet materials manufacturing method
JP2008184686A (en) Method for manufacturing low yr square steel tube for building
JPH02258903A (en) Manufacture of clad metal tube
JP2783170B2 (en) Method for producing clad plate of aluminum and stainless steel
CN114101335B (en) Manufacturing method of large-caliber double-layer metal composite pipe
US375043A (en) boaert
JPH0615350A (en) Method of producing zirconium-based tube formed of various structure layers
US4781768A (en) Full length forging method for producing large section, large mass cylindrical sleeves of alloy 625

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16882182

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16882182

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1