WO2019009766A1 - Способ изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов - Google Patents

Способ изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов Download PDF

Info

Publication number
WO2019009766A1
WO2019009766A1 PCT/RU2018/000447 RU2018000447W WO2019009766A1 WO 2019009766 A1 WO2019009766 A1 WO 2019009766A1 RU 2018000447 W RU2018000447 W RU 2018000447W WO 2019009766 A1 WO2019009766 A1 WO 2019009766A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wound
winding
layers
carried out
sheet
Prior art date
Application number
PCT/RU2018/000447
Other languages
English (en)
French (fr)
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 WO2019009766A1 publication Critical patent/WO2019009766A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D35/00—Combined processes according to or processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating

Definitions

  • the present invention relates to the processing of metals by pressure, in particular to the combined methods of processing sheet metals, relates to a method of manufacturing metal and composite blanks of sheet materials, which can be used in mechanical engineering.
  • a known method of manufacturing a nickel-molybdenum bimetallic tape by diffusion welding (RU 1784424 A1, cl. V23K20 / 00, publ.), which includes joint tight winding on the mandrel of nickel and molybdenum tape, followed by winding of the molybdenum tape, and the coefficient of thermal expansion of the mandrel is greater than the molybdenum and subsequent diffusion welding of the resulting package.
  • the processes of vacuum cleaning, winding for welding and diffusion welding are performed in vacuum.
  • the disadvantage of this method are: the need for vacuum equipment for the operations of cleaning, winding, welding; the implementation of the warming up of the obtained packet from the outer layers to the inner one reduces the compressive force between the layers during the heating process and significantly increases the warm-up time of the packet the applicability of this method only for the manufacture of a specific bimetallic tape; A high force of compression of the inner layers when welding a package using this technology is achieved by using a material with high heat resistance.
  • a known method for the production of multilayer metal pipes (RU 2036063 C1, cl. W23K20 / 00, publ. 27.05.95), which involves cutting a metal strip obtained by hot rolling, into dimensional workpieces directly after rolling, applied to the dimensional workpiece in the process her W
  • the winding of a metal sheet is carried out on a hollow metal core, made of one-piece or of a sheet, on the outside of which a ledge with a height equal to the thickness of the metal sheet and a length equal to dimensional workpiece, siting the end of the coiled 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 disadvantage of this method is: the use of hot rolling for winding of the sheet, which has higher deviations in thickness variation compared to the cold rolling sheet, reduces the winding density, leads to a poor quality of the brazed seam and as a result to high anisotropy of physical and mechanical properties;
  • the proposed method does not provide equal-strength connection of the wound layers, as a result of which there is a large scatter of the physicomechanical properties in the radial direction; thirdly, the need to use a hollow mandrel, rolled sheet and low-melting metal limits the scope of application of the method.
  • the closest in technical essence and the achieved technical result of the present invention is a method of manufacturing metal or composite blanks of sheet materials, protected by patent RU 2610653, cl. B21D 35/00, B23K 20/00, published, adopted for the closest analogue (prototype).
  • the method of the prototype includes winding a pre-heated sheet material on a mandrel made of a material whose linear expansion coefficient is not less than the linear expansion coefficient of the material of the layers sheared onto it, making the outer layer of the material whose linear expansion coefficient is not more than the linear expansion coefficient of the inner layers, fixing ends of the material.
  • the winding is carried out in such a way that the temperature of the layer being turned on is higher than the temperature of the previously wound layer.
  • the advantage and common feature of the method of the prototype with the invention is to increase the density, strength and toughness of the resulting blanks due to the use of the temperature difference of the layers of material being rolled.
  • uniform cooling of the outer wound sheet around the circle does not allow to achieve maximum compression of the inner layers and leads to the rapid heating of the inner layers and mandrel to a high temperature;
  • the lack of measures to prevent external layers from cooling down when cooling a billet manufactured with heating of the rolled sheet leads to a decrease in the force of compression of the inner layers of the outer layers, and not to its increase.
  • the objective of the invention is to create a new method of manufacturing metal and composite blanks from sheet materials.
  • the technical result from the use of the present invention is to obtain the greatest compressive stresses between the layers of the wound workpiece and, as a consequence, improve the conditions for welding the layers, reduce the number of internal defects and reduce the impact of the atmosphere of the furnace during subsequent heating.
  • the task is achieved by the fact that in the method of manufacturing metal or composite blanks of sheet materials, including winding pre-heated sheet material, wound into a roll, on the mandrel with a tension of up to 40% of the allowable stresses of the material being rolled at a speed of 0.2-20 rpm, at which the temperature of each subsequent layer is higher than the temperature of the previous layer, fixing the ends of the material, the subsequent welding of the wound layers by plastic deformation or / and sintering, in the area of the wrap angle of the preform from 0 ° to 180 ° is carried out slow cooling of the outer layer, the angle of wrap on the wound portion of the preform 180 ° to 360 ° is carried out intensive cooling for the outer layer so as to fall the temperature of the top sheet in the area of the circumference angle from 0 ° to 180 ° was less than in the area of the angle of circumference from 180 ° to 360 °; carried selection wound materials so that their properties meet the following conditions: npH t CB> t 3H and P
  • FIG. 1 shows a schematic drawing of the manufacture of the workpiece, carried out by the proposed method of manufacturing metal or composite blanks of sheet materials, where:
  • FIG. 2 is a schematic drawing of a flange made by the proposed method of manufacturing metal and composite blanks from sheet materials, where:
  • FIG. 3 shows a schematic drawing of a shaft forging, made by the proposed method of manufacturing metal and composite blanks from sheet materials.
  • FIG. 4 shows a schematic drawing of the temperature distribution in the process of cooling after winding and heating for welding, where:
  • the preheated sheet material, wound into a roll, is wound onto the mandrel with a tension of up to 40% of the allowable stresses of the rolled material at a speed of 0.2-20 rpm, at which the temperature of each subsequent layer is higher than the temperature of the previous layer. Fix the ends of the material and carry out the subsequent welding of the wound layers by plastic deformation or / and sintering.
  • the outer layer In the area of the wrap angle of the wound workpiece from 0 ° to 180 °, the outer layer is cooled slowly, and in the area of the wrap angle of the wound workpiece from 180 ° to 360 °, the outer layer is cooled intensively so that the temperature of the top sheet falls in the area of the wrap angle from 0 ° to 180 ° was less than in the range of the angle of wrap from 180 ° to 360 °.
  • the maximum tension force of a sheet that has passed one turn before the pressure roller can be calculated using the Euler formula:
  • ⁇ is the angle of grab, rad.
  • Slow cooling of the outer layer in the area of the wrap angle of the wound workpiece from 0 ° to 180 ° is carried out, for example, by reducing the heat transfer of the rolled sheet due to external insulation of this area or by installing heat reflectors on this area.
  • Intensive cooling of the outer layer in the region of the wrap-around angle from 180 ° to 360 ° is carried out, for example, by blowing the surface with compressed air (gas), or by running in cooled rollers of a material with high thermal conductivity, or by spray cooling.
  • compressed air gas
  • t 3H is the heating temperature of the workpiece during winding
  • op is the coefficient of thermal expansion of the mandrel.
  • the selection of materials according to the linear expansion coefficient is carried out with its decrease (equality) by increasing the diameter of the workpiece. This condition allows you to receive a significant increase in compression during heating, although in this case there may be some weakening of the compression force during the cooling of the workpiece after winding.
  • the selection of materials according to the linear expansion coefficient is carried out with its increase (equality) as the diameter of the workpiece increases. This choice allows you to get the greatest effort compression of the inner layers during cooling after winding.
  • the preferred direction of heat removal is the inner surface or end faces of the workpiece.
  • Heating of the sheet material before winding is carried out, for example, up to 500 ° C.
  • the winding of the sheet material is carried out on the mandrel pre-cooled to -196 ° C.
  • the winding speed and the cooling rate of the outer layer are chosen so that the temperature difference at the point of initial contact of the rolled sheet with the surface of the workpiece is at least 20 ° C.
  • Cooling of the rolled sheet is carried out to the temperature of the already wound workpiece, the inner layers of which are heated in the process of heat exchange due to the transfer of some heat from the outer layer to the inner layers.
  • the temperature difference selected during winding depends on the linear expansion coefficient of the materials used and increases with its decrease.
  • Coiling is carried out, for example, with different materials coiled up.
  • bars, bars, forgings, bushings or tubes are used as a mandrel.
  • Welding with free deformation of the wound layers is carried out, for example, at a temperature of 200 ° C - 1500 ° C.
  • Heating under welding is carried out, for example, with the use of zonal heating schemes to obtain the maximum compression force of the inner layers - from the inner and end surfaces to the outer ones.
  • Heating the workpiece before welding with forced deformation is carried out at temperatures up to 1350 ° C.
  • the area of physical contact of the contacting surfaces of the layers of the sheet being rolled, on the contrary, is minimal at the initial moment and increases as the external surface of the sheet cools, increases with increasing girth angle, due to smoothing irregularities on the contacting surfaces.
  • Yu cooling the outer part of the sheet at an angle of wrap from 180 ° to 360 ° allows you to get the temperature on the outer surface of the sheet (a package of simultaneously wound sheets) lower than on the inside, which contributes to the primary increase in thermal compressive stresses on the outer more durable, due to lower temperature, surface , which also increases the compression forces of the layers and contributes to the course of the process of plastic deformation of predominantly warmer inner layers.
  • the coiling of the subsequent layers introduces additional efforts to compress the inner layers, which leads to the flow of metal flow processes in the underlying layers throughout the entire winding process.
  • An increase in compression between the layers and an increase in the temperature of the workpiece during the winding process promotes the exit of gases remaining between the sheets in the zone of contact of the layers.
  • the slowed-down cooling of the outer layer in the area of the wrap angle of the wound workpiece from 0 ° to 180 ° and the intense cooling of the outer layer in the area of the wrap angle of the wound workpiece from 180 ° to 360 ° provides the workpiece with the highest compression stresses between the layers, the minimum number of internal defects , low gas permeability and high probability of setting of the layers already at the stage of winding and vylevyvaniya before subsequent operations, which allows subsequent plastic deformation or specane operations I get high quality products.
  • the flange shown in FIG. 2 are machined from forgings or by welding two flanges with tubular billet.
  • proposed method carry out winding on the pipe of steel 12X18H10T 245x24 according to GOST 9940-81, cold rolled strip
  • Forced cooling is carried out with compressed air with a dew point below 0 ° C in the arc section lying in the range of 180-360 ° of the angle of wrap (forced cooling is not performed at the last 2 turns of winding).
  • the use of carbonated tape allows to intensify the processes of welding layers during heating.
  • the completion of the winding of the tape from steel 12X18H10T at a diameter of 300 mm and 500 mm is carried out with an annealed tape from steel of 10 - 5 layers with welding of the end of the tape to the previous layer.
  • the coefficient of linear expansion of steel 12X18H10T in the temperature range of 20-900 ° C is 19.3x10 "6 "' 1' , and steel 10 - ⁇ .bxY ' ⁇ C "1 in the temperature range 20-1000 ° C.
  • This combination of materials provides a tight compression of the inner layers of the workpiece and during cooling, and in the process of heating, and during aging at a temperature of welding.
  • the outer layers of the winding wrap heat-insulating mullite-siliceous felt with a thickness of 25 mm to obtain the maximum possible pressure during the heating process, hold at the welding temperature and eliminate premature cooling of the outer layers after winding (figure 2).
  • Heating the billet to the welding temperature of ⁇ 1 150 ° ⁇ -1200 ° ⁇ is carried out with the highest possible speed.
  • the use of gradient heating from the inner surface and one of the end sides of the workpiece to the outer, closed thermal insulation, and the manufacture of the outer layer from a material with a lower linear expansion coefficient allows to perform high-quality welding between the layers due to directional, controlled pressure growth across the section billet during heating and facilitate the exit process of the expanding gas remaining between the layers of wound sheets in the direction of the unheated end. With high demands on the quality of the workpiece welding is carried out in a vacuum furnace.
  • the forging shown in FIG. 3 are made in the following sequence.
  • Cold-rolled sheet 5x2100 BS EN 10259 is wound onto a pipe made of TP304 630x24 steel according to ASTM A312 / A312M-06.
  • the winding is performed with a tension of 5–20% of the allowable stresses of the sheet used.
  • the speed of winding is 0.2 rev / min.
  • the inner surface of the pipe during the entire winding process is subjected to blowing with compressed air to prevent heating.
  • a screen is installed, consisting of a stainless steel foil (the inner part) and heat insulation - a mullite-silicon felt.
  • the inner part of the screen serves as a frame for fixing the insulation and protects the rolled strip from the ingress of dirt.
  • forced cooling of the wound sheets is carried out after they have passed half of the turn of the workpiece (forced cooling is not performed during the last turn of the winding).
  • Forced cooling is carried out with complex measures: mechanical cleaning is carried out with metal brushes; blown with compressed air; when the billet is heated above 170 ° C, in addition to the above listed means, spray cooling is performed on the portion of the angle of grasp -200 °. Heating of the rolled sheet from ⁇ 100 ° ⁇ at the beginning of winding to ⁇ 250 ° ⁇ at the final stage. Coiling stop when receiving a diameter of 3000 mm.
  • the last layer of the sheet being welded is welded to the previous one.
  • the outer surface of the workpiece is wrapped with a mullite-siliceous earth felt with a thickness of 30 mm in two layers to prevent cooling of the outer layers and the weakening of the compression of the underlying layers; during subsequent heating, the insulation of the outer surfaces allows heating from the inner and end surfaces to the outer surfaces, increasing the compressive strength of the layers and reducing the gas permeability between the layers.
  • Heating to a forging temperature of 1000-1200 ° C is carried out at the highest possible speed.
  • the forging temperature is 850-1200 ° C.
  • Example 3 The manufacture of the workpiece with a small crystalline and nanocrystalline structure of the alloy VT1-0.
  • the overlay is produced on a VT1-0 alloy rod with a sub-fine crystalline structure with a diameter of 40 mm to a diameter of 200 mm.
  • the winding of the last 3 layers is carried out with a tape of steel 20 with a thickness of 2 mm in the annealed condition.
  • the temperature coefficient of linear expansion of the VT1-0 alloy in the temperature range of 20-200 ° C is 8.9x10 "6 " C "1 , and steel 20 in the same temperature range - 13.1x10 " 6 "C “ 1 .
  • Tension of a navivka of a tape is 15-30% of the allowed tension.
  • the mandrel Before winding, the mandrel is cooled with dry ice to a temperature of -75 ° C to slow down the process of heating the mandrel during winding due to its low heat capacity and complexity of cooling during winding. Due to the low temperature coefficient of linear expansion of titanium and its high strength properties in the hardened state, the temperature difference between the rolled sheet and the workpiece at the point of initial contact is taken at least 100 ° C.
  • the winding is performed in the environment of carbon dioxide or another inert gas with low moisture content in order to avoid condensate and freezing. Heating of the rolled tape from 100 ° ⁇ at the beginning of winding up to 200 ° ⁇ at the end.
  • a screen of four layers of aluminum foil is installed to reduce the heating rate of the outer sheet from the environment. Forced cooling of the wound sheet is carried out using dry ice in the area of the girth angle from 180 ° to 360 °, i.e. after passing half the turnover of the billet.
  • the upper layers of Article 20 are not subject to forced cooling.
  • a winding rate of ⁇ 3 rpm is determined by the rate of cooling of the surface of the tape being threaded to the temperature of the mandrel per revolution.
  • the resulting billet set in the casing of the matrix heated to a temperature of not more than 250 ° C.
  • the billet in the cage is heated up to 200 ° C, which also increases the overall pressure on the billet and contributes to its compaction by eliminating internal defects, which are the interfaces between the layers (the coefficient of thermal expansion of the cage does not matter, because it is in a heated state and thermal expansion during heating of the workpiece is not exposed).
  • Pressing is carried out at a temperature of not more than 250 ° C through a conical matrix to reduce the heterogeneity of deformation, the elimination of dead zones and bring the metal flow to laminar. Compression of the workpiece is carried out to a diameter of 50 mm.
  • the outer layer of steel 20 is removed by etching.
  • Example 4 Making blanks of intermetallic compounds.
  • NiAl-Ni3Al alloy For the manufacture of NiAl-Ni3Al alloy, a nickel NShEv tape with a thickness of 0.3 mm, a width of 200 mm in the annealed state and an AO tape of aluminum with a thickness of 0.25 mm and a width of 200 mm in the welded condition are wound simultaneously on a 60x5 nickel pipe.
  • the temperature coefficient of linear expansion of aluminum at a temperature of 20 ° C is 23.86x10 "6 ° C -1
  • nickel at the same temperature is 13.3x10 " 6 ° C "1.
  • the winding is carried out simultaneously from 2 rolls heated to no more than 200 ° C to obtain a workpiece diameter of 150 mm.
  • the winding is carried out with a tension of 15-30% of the allowable stresses of nickel and aluminum tape.
  • a screen heated to ⁇ 100 ° C, section 120 - 180 ° angle of circumference produce natural cooling and then to the place of origin
  • the contact between the sheet and the workpiece is cooled with compressed nitrogen having a low volume fraction of water vapor and oxygen.
  • compressed nitrogen having a low volume fraction of water vapor and oxygen.
  • the winding speed is ⁇ 3 rpm.
  • the winding of the last 5 layers is carried out with an aluminum tape 1 mm thick in the annealed condition; the upper layers of the windings are not subject to forced cooling.
  • the outer surface of the workpiece is wrapped with heat insulating cloth.
  • the use of the outer layer of a softer and with a higher coefficient of linear expansion than the inner layers of the material allows you to create additional compressive forces between the layers during cooling and to improve the conditions of subsequent plastic deformation.
  • the resulting billet set in the casing of the matrix. Pressing is carried out at a temperature of not more than 200 ° C through a conical matrix to reduce the heterogeneity of deformation, the elimination of dead zones and bring the metal flow to laminar.
  • Pipe dimensions after pressing outer diameter 60 mm, inner diameter 50 mm.
  • the extrusion ratio in the process of pressing is 18, thus, the obtained after deformation, the layers of nickel and aluminum have a thickness of not more than 20 microns.
  • cold welding the intensity of diffusion processes is low and the formation of a welded joint is limited by the seizure of the contact surfaces.
  • To bring the resulting workpiece in an equilibrium state is heat treated by the method of homogenization.
  • Example 5 Manufacturing a pipe blank with a sub-fine crystalline structure of copper Ml.
  • Coiling lead with a speed of 5 rpm the tension of the strip 15-25% of the permissible stresses of the material being rolled.
  • lead cooling mandrel from the inside of the pipe In order to reduce the effect of environmental gases on the reduction of the surface temperature of the outer sheet, a three-layer screen made of metal foil is installed in the area of the girth angle from 0 ° to 180 °. Forced cooling of the outer layer is carried out using a refrigerator mounted on the diameter of the arc of the workpiece located between the corners of the girth of 180-360 °. Coiling lead to chamber filled with carbon dioxide to avoid condensation on the contacting surfaces.
  • the sheet being wound is heated to a temperature of not more than 100 ° C. Coiling lead to a diameter of 200 mm.
  • Temperature equalization over the billet section to the temperature of the production room is carried out in an inert gas container with a dew point below -40 ° C.
  • Pressing is carried out at a temperature of not more than 100 ° C through a conical matrix.
  • Pipe dimensions after pressing outer diameter 70mm, wall thickness 5 mm.

Landscapes

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

Abstract

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. Способ включает навивку предварительно нагретого листового материала, смотанного в рулон, на оправку с натяжением до 40% допускаемых напряжений навиваемого материала со скоростью 0,2-20 об/мин. Скорость навивки выбирают таким образом, чтобы температура каждого последующего слоя была выше температуры предыдущего слоя. Затем закрепляют концы материала, и осуществляют сварку навитых слоев путем пластической деформации или/и спекания. На участке угла обхвата навитой заготовки от 0 до 180 осуществляют замедленное охлаждение наружного слоя, на участке угла обхвата навитой заготовки от 180 до 360 осуществляют интенсивное охлаждение наружного слоя так, чтобы падение температуры верхнего листа на участке угла обхвата от 0 до 180 была меньше, чем на участке угла обхвата от 180 до 360. Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является получение наибольших сжимающих напряжений между слоями навитой заготовки и как следствие улучшения условий сварки слоев, снижение количества внутренних дефектов и уменьшение воздействия атмосферы печи нагреве.

Description

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЛИ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
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.
Известен способ изготовления никель-молибденовой биметаллической ленты диффузионной сваркой (RU 1784424 А1, кл. В23К20/00, опубл. ), включающий совместную плотную навивку на оправку никелевой и молибденовой ленты с последующей навивкой молибденовой ленты, причём коэффициент термического расширения оправки больше, чем у молибдена и последующую диффузионную сварку полученного пакета. Процессы вакуумной очистки, навивки под сварку и диффузионную сварку выполняют в вакууме.
Недостатком указанного способа являются: потребность в вакуумном оборудовании на операциях очистки, навивки, сварки; осуществление прогрева, полученного пакета, от внешних слоев к внутренним снижает усилие сжатия между слоями в процессе нагрева и значительно увеличивает время прогрева пакета; применимость данного метода только для изготовления определённой биметаллической ленты; высокое усилие обжатия внутренних слоёв при сварке пакета по данной технологии достигается применением материала, обладающего высокой жаропрочностью.
Известен способ производства многослойных металлических труб, (RU 2036063 С1, кл. В23К20/00, опубл. 27.05.95 г.), который включает резку металлической полосы, полученной горячей прокаткой, на мерные заготовки непосредственно после прокатки, нанесение на мерную заготовку в процессе ее W
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.
Недостатком указанного способа является: использование для навивки листа горячей прокатки, имеющего более высокие отклонения по разнотолщинности по сравнению с листом холодной прокатки, снижает плотность навивки, приводит к низкому качеству паянного шва и как следствие к высокой анизотропии физико-механических свойств; предложенный способ не обеспечивает равнопрочного соединения навитых слоев в результате чего происходит большой разброс физико-механических свойств в радиальном направлении; в-третьих, необходимость применения полой оправки, прокатного листа и легкоплавкого металла сужает область применения способа.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому изобретению является способ изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов, защищенный патентом RU 2610653, по кл. B21D 35/00, В23К 20/00, опубл., принятый за ближайший аналог (прототип). Способ по прототипу включает навивку предварительно нагретого листового материала на оправку, выполненную из материала, коэффициент линейного расширения которой не менее коэффициента линейного расширения материала навиваемых на нее слоев, выполнение наружного слоя из материала, коэффициент линейного расширения которого не более коэффициента линейного расширения внутренних слоев, закрепление концов материала. Навивка ведётся таким образом, чтобы температура навиваемого слоя была выше температуры ранее навитого слоя. В процессе навивки, при остывании или вылёживании полученной заготовки перед последующей операцией, за счёт уменьшения размеров навитых слоёв при охлаждении происходит увеличение сжатия между навитыми слоями. Сварка навитых слоёв выполняется, как с свободным, так и с принудительным деформированием; с нагревом полученной заготовки или без него в зависимости от получаемого материала. Возможность получения значительных (выше предела текучести) напряжений сжатия между слоями позволяет: уменьшить газопроницаемость между слоями, что благоприятно сказывается при необходимости проведения нагрева при последующей обработке; уменьшить складкообразование при необходимости пластической деформации; увеличить вероятность схватывания слоёв на стадии навивки, при охлаждении заготовки и её вылёживания перед последующей операцией.
Преимуществом и общим признаком способа по прототипу с предлагаемым изобретением является повышение плотности, прочности и ударной вязкости получаемых заготовок за счет использования разности температур навиваемых слоев материала.
Однако, прототип не лишен недостатков:
- во-первых, равномерное охлаждение наружного навитого листа по всему кругу не позволяет достичь максимального обжатия внутренних слоёв и приводит к быстрому разогреву внутренних слоёв и оправки до высокой температуры;
з - во-вторых, нагрев отдельных материалов с высокой предварительной степенью деформации, используемых при изготовлении заготовок с субмелкокристаллической и нанокристаллической структурами, может приводить к протеканию процессов рекристаллизации в навиваемом материале, что недопустимо при изготовлении данных материалов;
- в-третьих, отдельные металлы активно окисляются и поглощают газы атмосферы при их нагреве, что ухудшает схватывание слоев и изменяет характеристики получаемых заготовок;
- в-четвёртых, отсутствие мер по предупреждению захолаживания наружных слоев при охлаждении заготовки, изготовляемой с нагревом навиваемого листа, приводит к снижению усилия обжатия внутренних слоев наружными, а не к его увеличению.
В задачу изобретения положено создание нового способа изготовления металлических и композиционных заготовок из листовых материалов.
Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является получение наибольших сжимающих напряжений между слоями навитой заготовки и как следствие улучшения условий сварки слоев, снижение количества внутренних дефектов и уменьшение воздействия атмосферы печи при последующем нагреве.
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов, включающем навивку предварительно нагретого листового материала, смотанного в рулон, на оправку с натяжением до 40% допускаемых напряжений навиваемого материала со скоростью 0,2-20 об/мин, при которой температура каждого последующего слоя выше температуры предыдущего слоя, закрепление концов материала, последующую сварку навитых слоев путём пластической деформации или/и спекания, на участке угла обхвата навитой заготовки от 0° до 180° осуществляют замедленное охлаждение наружного слоя, на участке угла обхвата навитой заготовки от 180° до 360° осуществляют интенсивное охлаждение наружного слоя так, чтобы падение температуры верхнего листа на участке угла обхвата от 0° до 180° была меньше, чем на участке угла обхвата от 180° до 360°; осуществляют подбор навиваемых материалов таким образом, чтобы их свойства отвечали следующим условиям: npH tCB >t3H аПов<аВн <аоп, а при < 1зн аПов аВн>а0п„ где tCB _ температура сварки, t3H - температура нагрева заготовки при навивке, апов - коэффициент термического расширения наружного слоя, авн - коэффициент термического расширения внутренних слоев, аоп - коэффициент термического расширения оправки; замедленное охлаждение наружного слоя на участке угла обхвата навитой заготовки от 0° до 180° осуществляют путем уменьшения теплоотдачи навиваемого листа за счёт наружного утепления данного участка или за счет установки отражателей тепла на этом участке; интенсивное охлаждение наружного слоя на участке угла обхвата навитой заготовки от 180° до 360° осуществляют за счёт обдува поверхности сжатым воздухом (газом), или за счет обкатки охлаждаемыми роликами из материала с высокой теплопроводностью, или за счет спреерного охлаждения; отвод тепла от разогретых в процессе навивки заготовок перед последующими операциями осуществляют от внутренних или/и торцевых поверхностей; перед навивкой осуществляют подготовку поверхности навиваемого листового материала и оправки, включающую очистку от загрязнений, мешающих схватыванию и увеличение коэффициента трения между слоями; нагрев листового материала перед навивкой осуществляют до 500°С; навивку листового материала осуществляют на оправку предварительно охлаждённую до -196°С; скорость навивки и интенсивность охлаждения внешнего слоя выбирают таким образом, чтобы разница температур в точке первоначального контакта навиваемого листа с поверхностью заготовки была не менее 20°С; навивку осуществляют разными материалами, смотанными в рулон; в качестве оправки используют пруток, прокат, поковку, втулку или трубу; сварку со свободным деформированием навитых слоев осуществляют при температуре 200°С - 1500°С; нагрев под сварку осуществляют с применение схем зонального нагрева для получения максимального усилия сжатия внутренних слоёв - от внутренних и торцевых поверхностей к наружным; после навивки осуществляют сварку с принудительным деформированием навитых слоев с предварительным их нагревом или без него; сварку с принудительным деформированием осуществляют после выполнения сварки со свободным деформированием; нагрев заготовки перед сваркой с принудительным деформированием осуществляют при температуре до 1350°С; после проведения сварки выполняют термическую обработку для получения требуемых свойств.
На фиг. 1 представлен схематический рисунок изготовления заготовки, осуществляемого предлагаемым способом изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов, где:
1 - оправка для навивки;
2 - ведущий вал,
3 - нажимной вал,
4 - поддерживающий вал;
5 - барабаны с металлическими щётками для очистки поверхностей контактирующих листов;
6 - рулон листового навиваемого материала;
7 - точка первоначального контакта навиваемого листа с заготовкой;
8 - теплоотражающий экран.
На фиг. 2 представлен схематический рисунок фланца, изготовленного предлагаемым способом изготовления металлических и композиционных заготовок из листовых материалов, где:
9 - оправка для навивки (труба);
10 - навитые фланцы;
1 1 - бандаж;
12 - муллитокремнезёмистый фетр.
На фиг. 3 представлен схематический рисунок поковки вала, изготовленной предлагаемым способом изготовления металлических и композиционных заготовок из листовых материалов. На фиг. 4 представлен схематический рисунок распределения температур в процессе охлаждения после навивки и нагрева под сварку, где:
13 - оправка (13 а - прокат; 13 б - труба);
14 - навитые слои;
15 - теплоизоляция. При нагреве t3 > t2 > ti ; при охлаждении t3 < t2 < ti .
Предлагаемый способ изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов осуществляют следующим образом.
Предварительно осуществляют подготовку поверхности навиваемого листового материала и оправки, включающую очистку от загрязнений, снижающих действие сил молекулярного сцепления и мешающих схватыванию, и для увеличения коэффициента трения между слоями. Для этого производят обезжиривание, травление и механическую зачистку поверхности. Для увеличения механического зацепления, зачистка поперёк направления навивки листов даёт более высокий эффект.
Осуществляют навивку предварительно нагретого листового материала, смотанного в рулон, на оправку с натяжением до 40% допускаемых напряжений навиваемого материала со скоростью 0,2-20 об/мин, при которой температура каждого последующего слоя выше температуры предыдущего слоя. Закрепляют концы материала и осуществляют последующую сварку навитых слоев путём пластической деформации или/и спекания. На участке угла обхвата навитой заготовки от 0° до 180° осуществляют замедленное охлаждение наружного слоя, а на участке угла обхвата навитой заготовки от 180° до 360° осуществляют интенсивное охлаждение наружного слоя так, чтобы падение температуры верхнего листа на участке угла обхвата от 0° до 180° была меньше, чем на участке угла обхвата от 180° до 360°.
Максимальную силу натяжения листа, прошедшего один оборот, перед нажимным валком можно рассчитать по формуле Эйлера:
S=S « e a , rfle
S " - усилие натяжения листа при навивке;
f - коэффициент трения между навитыми листами; α - угол обхвата, рад.
Из анализа данной формулы следует, что возрастание усилия сжатия внутренних слоев заготовки возможно при увеличении: усилия натяжения листового материала при навивке, коэффициента трения между навитыми листами и угла обхвата.
Поэтому интенсивное охлаждение последнего из навитых слоев ведут как можно ближе к месту первоначального контакта навиваемого листа и заготовки, что позволяет увеличивать угол обхвата.
Замедленное охлаждение наружного слоя на участке угла обхвата навитой заготовки от 0° до 180° осуществляют, например, путем уменьшения теплоотдачи навиваемого листа за счёт наружного утепления данного участка или за счет установки отражателей тепла на этом участке.
Интенсивное охлаждение наружного слоя на участке угла обхвата навитой заготовки от 180° до 360° осуществляют, например, за счёт обдува поверхности сжатым воздухом (газом), или за счет обкатки охлаждаемыми роликами из материала с высокой теплопроводностью, или за счет спреерного охлаждения.
Для усиления эффекта получения наибольших сжимающих напряжений между слоями осуществляют, например, подбор навиваемых материалов таким образом, чтобы их свойства отвечали следующим условиям: при tCB >t3„ αΠοΒ<αΒΗ <аоп, a npH tCB < t3H аПов>авн>аоп„где
tCB- температура сварки,
t3H- температура нагрева заготовки при навивке,
( пов - коэффициент термического расширения наружного слоя,
авн ..коэффициент термического расширения внутренних слоев,
аоп - коэффициент термического расширения оправки.
В случае, когда сварку выполняют при температуре превышающей температуру разогрева заготовки при окончании навивки, подбор материалов по коэффициенту линейного расширения ведут с его снижением (равенством) по увеличению диаметра заготовки. Данное условие позволяет получать значительное увеличение обжатия при нагреве, хотя в данном случае может иметь место некоторое ослабление усилия обжатия при остывании заготовки после навивки. При температуре сварки ниже температуры разогрева заготовки по окончанию навивки, подбор материалов по коэффициенту линейного расширения ведут с его увеличением (равенством) по мере увеличении диаметра заготовки. Данный выбор позволяет получить наибольшие усилия обжатия внутренних слоев при охлаждении после навивки.
После окончания навивки перед последующими операциями применяют меры, препятствующие остыванию наружных слоев ранее внутренних, для предотвращения уменьшения усилия сжатия между слоями при остывании - предпочтительное направление отвода тепла внутренняя поверхность или торцевые грани заготовки.
Нагрев листового материала перед навивкой осуществляют, например, до 500°С.
Навивку листового материала осуществляют на оправку предварительно охлаждённую до -196°С.
Скорость навивки и интенсивность охлаждения внешнего слоя выбирают таким образом, чтобы разница температур в точке первоначального контакта навиваемого листа с поверхностью заготовки была не менее 20°С.
Охлаждение навиваемого листа проводят до температуры уже навитой заготовки, внутренние слои которой нагреваются в процессе теплообмена за счет передачи части тепла от наружного слоя к внутренним слоям. Выбираемая при навивке разница температур зависит от коэффициента линейного расширения применяемых материалов и увеличивается с его уменьшением.
Навивку осуществляют, например, разными материалами, смотанными в рулон.
В качестве оправки используют, например, пруток, прокат, поковку, втулку или трубу.
Сварку со свободным деформированием навитых слоев осуществляют, например, при температуре 200°С - 1500°С. Нагрев под сварку осуществляют, например, с применение схем зонального нагрева для получения максимального усилия сжатия внутренних слоев - от внутренних и торцевых поверхностей к наружным.
После навивки осуществляют сварку с принудительным деформированием навитых слоев с предварительным их нагревом или без него.
Сварку с принудительным деформированием осуществляют после выполнения сварки со свободным деформированием.
Нагрев заготовки перед сваркой с принудительным деформированием осуществляют при температуре до 1350°С.
После проведения сварки выполняют термическую обработку для получения требуемых свойств.
При выполнении интенсивного (основного) охлаждения наружного слоя на участке дуги окружности навиваемой заготовки от 180° до 360° получают значительно более высокие растягивающие напряжения в листе, чем напряжения возникающие при механическом натяжении листа при навивке, без увеличения роста усилия натяжения. При этом охлаждение наружного листа осуществляется за счёт теплоотдачи в окружающую среду и отводом тепла вглубь ранее навитых слоев и оправки. Отвод тепла от внутренней части листа зависит от разницы температур между контактирующими поверхностями слоев навиваемого листа и площади контакта (соприкосновения) между ними. Градиент температур максимален в первоначальный момент их контакта и минимален при завершении полного оборота навитого листа, т.е. убывает по мере увеличения угла обхвата. Площадь физического контакта контактирующих поверхностей слоев навиваемого листа, наоборот, минимальна в первоначальный момент и увеличивается по мере охлаждения внешней поверхности листа, т.е. возрастает по мере увеличения угла обхвата, за счет сглаживания неровностей на контактирующих поверхностях. Таким образом, увеличивая площадь контакта контактирующих поверхностей слоев навиваемого листа, можно получить скорость охлаждения внутренней части листа на дуге от 180° до 360° выше, чем на дуге от 0° до 180°. Интенсивное
ю охлаждение внешней части листа при угле обхвата от 180° до 360° позволяет получить температуру на внешней поверхности листа (пакета одновременно навиваемых листов) ниже чем на внутренней, что способствует первоочередному росту термических напряжений сжатия на наружной более прочной, в силу более низкой температуры, поверхности, что также увеличивает усилия сжатия слоев и способствует протеканию процесса пластической деформации преимущественно более тёплых внутренних слоев. Навивка последующих слоев вносит дополнительные усилия сжатия внутренних слоев, что ведёт к протеканию процессов течения металла в ниже лежащих слоях на протяжении всего процесса навивки. Увеличение сжатия между слоями и рост температуры заготовки в процессе навивки способствует выходу газов оставшихся между листами в зоне контакта слоёв. Таким образом, замедленное охлаждение наружного слоя на участке угла обхвата навитой заготовки от 0° до 180° и интенсивное охлаждение наружного слоя на участке угла обхвата навитой заготовки от 180° до 360° обеспечивает получение заготовки с наибольшими напряжениями сжатия между слоями, минимальным количеством внутренних дефектов, низкой газопроницаемостью и высокой вероятностью схватывания слоёв уже на стадии навивки и вылёживания перед последующими операциями, что позволяет при последующих операциях пластической деформации или спекания получить высококачественную продукцию.
Ниже приведены примеры конкретного исполнения предлагаемого изобретения.
Пример 1.
Изготовление заготовки фланца из стали 12Х18Н10Т.
Фланец, представленный на фиг. 2, изготавливают механической обработкой из поковки или сваркой двух фланцев с трубной заготовкой. При изготовлении заготовки предлагаемым методом осуществляют навивку на трубу из стали 12X18Н10Т 245x24 по ГОСТ 9940-81 , ленты холоднокатаной
п нагартованной 2x85 мм до диаметра 300 мм, далее навивку до диаметра 500 мм осуществляют лентой 2x50 мм. Навивку выполняют при натяжении 20-40% допускаемых напряжений используемой ленты. Скорость навивки 0,3-0,5 об/мин. Нагрев навиваемого листа от 100°С в начале навивки до 200°С на завершающем этапе. На участке угла обхвата от 0° до 180° устанавливают теплоотражающий экран из двухслойной фольги нержавеющей стали, что позволяет снизить интенсивность охлаждения последнего навитого листа на участке с малым углом обхвата. Принудительное охлаждение осуществляют сжатым воздухом с точкой росы ниже 0°С на участке дуги, лежащем в интервале 180-360° угла обхвата (принудительное охлаждение на последних 2-х оборотах навивки не выполняется). Применение нагартованной ленты позволяет интенсифицировать процессы сварки слоев при нагреве. Завершение навивки ленты из стали 12Х18Н10Т на диаметре 300 мм и 500 мм выполняют отожжённой лентой из стали 10 - 5 слоев с приваркой конца ленты к предыдущему слою. Коэффициент линейного расширения стали 12Х18Н10Т в температурном интервале 20-900°С составляет 19,3х10"6 ''С'1, а стали 10 - ^.бхЮ'^С"1 в температурном интервале 20-1000°С. Данное сочетание материалов обеспечивает плотное обжатие внутренних слоев заготовки и при остывании, и в процессе нагрева, и при выдержке при температуре сварки. По окончанию навивки и закрепления полосы внешние слои навивки укутывают теплоизолирующим муллитокремнезёмистым фетром толщиной 25 мм для получения максимально возможного давления в процессе нагрева, выдержки при температуре сварки и исключения преждевременного охлаждения наружных слоев после навивки (фиг.2). Нагрев заготовки до температуры сварки ~1 150°С -1200°С ведут с максимально возможной скоростью. Использование градиентного нагрева от внутренней поверхности и одной из торцевых сторон заготовки к внешним, закрытым теплоизоляцией, и изготовление внешнего слоя из материала с более низким коэффициентом линейного расширения позволяет выполнить качественную сварку между слоями за счёт направленного, управляемого роста давления по сечению заготовки во время нагрева и облегчению процесса выхода расширяющегося газа, оставшегося между слоями навитых листов в направлении не нагретого торца. При высоких требованиях к качеству заготовки сварку проводят в вакуумной печи.
Пример 2. Изготовление крупногабаритной заготовки из стали 12Х18Н10Т.
Поковку, изображённую на фиг. 3 изготавливают в следующей последовательности. На трубу из стали ТР304 630x24 по ASTM А312/А312М- 06 навивают холоднокатаный лист 5x2100 BS EN 10259. Навивку выполняют при натяжении 5-20% допускаемых напряжений используемого листа. Скорость навивки -0,2 об/мин. Внутренняя поверхность трубы в процессе всего процесса навивки подвергается обдуву сжатым воздухом для предупреждения разогрева. На участке угла обхвата от 0° до 180° устанавливают экран, состоящий из фольги нержавеющей стали (внутренняя часть) и теплоизоляции - фетр муллитокремнезёмистый. Внутренняя часть экрана служит каркасом для закрепления теплоизоляции и предохраняет навиваемую полосу от попадания загрязнений. В процессе навивки принудительное охлаждение навитых листов осуществляют после прохождения им половины оборота заготовки (принудительное охлаждение при выполнении последнего оборота навивки не выполняют). Принудительное охлаждение осуществляют комплексными мероприятиями: проводят механическую зачистку металлическими щётками; обдувают сжатым воздухом; при разогреве заготовки выше 170°С в дополнение к выше перечисленным средствам на участке угла обхвата -200° выполняют спреерное водяное охлаждение. Нагрев навиваемого листа от ~100°С в начале навивки до ~250°С на завершающем этапе. Навивку прекращают при получении диаметра 3000 мм. По окончании навивки последний слой навиваемого листа приваривают к предыдущему. По окончанию навивки наружную поверхность заготовки укутывают муллитокремнезёмистым фетром толщиной 30 мм в два слоя для исключения захолаживания наружних слоев и ослабления обжатия ниже лежащих слоев; при последующем нагреве теплоизоляция наружных поверхностей позволяет вести нагрев от внутренних и торцевых поверхностей к наружным, увеличивая силу сжатия слоев и уменьшая газопроницаемость между слоями. Нагрев до температуры ковки 1000-1200°С осуществляют с максимально возможной скоростью. Температура ковки 850- 1200 °С.
Пример 3. Изготовление заготовки с субмелкокристаллической и нанокристаллической структурой из сплава ВТ1-0.
Для получения заготовки используют холоднокатаную ленту технически чистого титана ВТ1 -0 толщиной 0,5 мм, шириной 200 мм, с относительным обжатием 90%.
Навивку производят на пруток сплава ВТ1-0 с субмелкокристаллической структурой диаметром 40 мм до диаметра 200 мм. Навивку последних 3-х слоёв осуществляют лентой из стали 20 толщиной 2мм в отожжённом состоянии. Температурный коэффициент линейного расширения сплава ВТ1-0 в температурном интервале 20-200°С составляет 8,9x10"6 "С"1, а стали 20 в том же интервале температур - 13,1х10"6 "С"1. Натяжение навивки ленты 15-30% от допускаемых напряжений. Перед навивкой производится охлаждение оправки сухим льдом до температуры -75°С для замедления процесса разогрева оправки при навивке ввиду её малой теплоёмкости и сложности охлаждения в процессе навивки. Ввиду низкого температурного коэффициента линейного расширения титана и высоких прочностных свойств его в нагартованном состоянии разницу температуры между навиваемым листом и заготовкой в точке первоначального контакта принимаем не менее 100°С. Навивку выполняют в среде диоксида углерода или иного инертного газа с низким содержанием влаги во избежании выпадения конденсата и его намораживания. Нагрев навиваемой ленты от 100°С в начале навивки до 200°С в конце. На участке угла обхвата от 0° до 180° устанавливают экран из четырёх слоёв алюминиевой фольги для уменьшения скорости нагрева наружного листа от окружающей среды. Принудительное охлаждение навитого листа осуществляется с использования сухого льда на участке угла обхвата от 180° до 360°, т.е. после прохождения половины оборота заготовкой. Верхние слои из ст.20 принудительному охлаждению не подвергаются. Скорость навивки ~3 об/мин определяется скоростью охлаждения поверхности навиваемой ленты до температуры оправки за один оборот. После приварки верхнего листа к предыдущему слою наружную поверхность заготовки укутывают теплоизолирующим полотном. Навивка наружных листов материалом с большим, чем у внутренних слоев, коэффициентом линейного расширения и ведение охлаждения от внутренних слоев к наружной поверхности позволяет увеличить сжатие внутренних слоев на этапе охлаждения и вылёживания перед последующей операцией. Изготовление наружного слоя заготовки из более пластичного и мягкого материала увеличивает равномерность распределения деформаций по сечению при последующей пластической деформации.
Полученную заготовку устанавливают в кожух матрицы, нагретый до температуры не более 250°С. Нагрев заготовки в обойме производят до 200°С, что также увеличивает всестороннее давление на заготовку и способствует её уплотнению путём устранения внутренних дефектов коими являются границы раздела между слоями (коэффициент термического расширения обоймы не имеет значения, т.к. она находится в нагретом состоянии и тепловому расширению при нагреве заготовки не подвергается). Прессование осуществляют при температуре не более 250° С через коническую матрицу для снижения неоднородности деформации, ликвидации мёртвых зон и приближения течения металла к ламинарному. Обжатие заготовки проводят до диаметра 50 мм. Наружный слой из стали 20 удаляют травлением.
Таким образом, используя для навивки нагартованный материал с коэффициентом вытяжки 10 и деформируя его поперёк направления прокатки с коэффициентом вытяжки 15, получают заготовку с накопленной логарифмической степенью деформации равной 5. При необходимости получения более мелкозернистой структуры заготовку прокатывают в ленту и операцию навивки с последующим прессованием повторяют.
Пример 4. Изготовление заготовки из интерметаллидных соединений.
Для изготовления сплава NiAl- Ni3Al на никелевую трубу 60x5 навивают одновременно ленту никеля НШЭв толщиной 0,3 мм, шириной 200 мм в отожжённом состоянии и ленту алюминия АО толщиной 0,25 мм, шириной 200 мм в нагартованном состоянии. Температурный коэффициент линейного расширения алюминия при температуре 20°С составляет 23,86x10"6 °С-1, а никеля при той же температуре - 13,3х10"6 °С"1. Навивку ведут одновременно с 2-х рулонов, нагретых до температуры не более 200°С до получения диаметра заготовки 150 мм. Навивку выполняют при натяжении 15-30% допускаемых напряжений никелевой и алюминиевой ленты. Для уменьшения охлаждения на участке дуги в 120° угла обхвата устанавливают экран нагретый до ~100°С, на участке 120- 180° угла обхвата производят естественное охлаждение и далее до места первоначального контакта навиваемого листа с заготовкой ведут охлаждение сжатым азотом, имеющим низкую объёмную долю водяного пара и кислорода. Для уменьшения разогрева заготовки: на протяжении всего процесса навивки производят принудительное охлаждение внутренней поверхности оправки сжатым воздухом до температуры производственного помещения; навиваемые листы закрепляются таким образом, чтобы алюминиевая лента была наружным слоем на заготовке ввиду её более высокой теплопроводности. Скорость навивки составляет ~3 об/мин. Навивку последних 5-ти слоёв осуществляют алюминиевой лентой толщиной 1мм в отожжённом состоянии; верхние слои навивки принудительному охлаждению не подвергаются. После закрепления верхнего листа к предыдущему слою наружную поверхность заготовки укутывают теплоизолирующим полотном. Использование наружного слоя из более мягкого и с более высоким коэффициентом линейного расширения, чем внутренние слои, материала позволяет создать дополнительные усилия сжатия между слоями при охлаждении и улучшить условия последующей пластической деформации. Полученную заготовку устанавливают в кожух матрицы. Прессование осуществляют при температуре не более 200°С через коническую матрицу для снижения неоднородности деформации, ликвидации мёртвых зон и приближения течения металла к ламинарному. Размеры трубы после прессования: наружный диаметр 60 мм, внутренний диаметр 50 мм. Коэффициент вытяжки в процессе прессования составляет 18, таким образом, получаемые после деформации слои никеля и алюминия имеют толщину не более 20 мкм. При холодной сварке интенсивность диффузионных процессов мала и образование сварного соединения ограничивается схватыванием контактных поверхностей. Для приведения полученной заготовки в равновесное состояние проводится термообработка методом гомогенизации.
Пример 5. Изготовление заготовки трубы с субмелкокристаллической структурой из меди Ml .
Для получения заготовки на оправку, изготовленную из трубы холоднодеформированной в полутвёрдом состоянии из меди Ml диаметром 100 мм с толщиной стенки 7 мм длиной 500 мм соответствующей ГОСТ 617-2016, охлаждённую до температуры сухого льда (диоксида углерода), навивают холоднокатаную полосу толщиной 1 мм из меди М1с относительным обжатием 90%.
Навивку ведут со скоростью 5 об/мин, натяжение полосы 15-25% от допускаемых напряжений навиваемого материала. В процессе навивки ведут охлаждение оправки с внутренней части трубы. Для уменьшения воздействия газов внешней среды на снижение температуры поверхности внешнего листа на участке угла обхвата от 0° до 180° устанавливают трёхслойный экран, набранный из металлической фольги. Принудительное охлаждение наружного слоя ведут при помощи холодильника, установленного на диаметре дуги заготовки, находящемся между углами обхвата 180-360°. Навивка ведут в камере, заполненной диоксидом углерода, во избежании образования конденсата на контактирующих поверхностях. В виду ухудшения отвода тепла с ростом слоев, для поддержания требуемого при навивке градиента температур, навиваемый лист по ходу навивки нагревают до температуры не более 100°С. Навивку ведут до диаметра 200 мм. Последние 5(пять) слоев навивки навивают холоднокатаной полосой в полутвёрдом состоянии из меди Ml, изготовленной по ГОСТу 495-92, для улучшения условий последующей пластической деформации внутренних слоев. Внешние З(три) слоя навивки принудительному охлаждению не подвергают. Окончание навивки закрепляют к последнему слою. Выравнивание температуры по сечению заготовки до температуры производственного помещения осуществляют в контейнере с инертным газом с точкой росы ниже -40°С.
Прессование осуществляют при температуре не более 100°С через коническую матрицу. Размеры трубы после прессования: наружный диаметр 70мм, толщина стенки 5 мм.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТНИЯ
1. Способ изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов, включающий навивку предварительно нагретого листового материала, смотанного в рулон, на оправку с натяжением до 40% допускаемых напряжений навиваемого материала со скоростью 0,2-20 об/мин, при которой температура каждого последующего слоя выше температуры предыдущего слоя, закрепление концов материала, последующую сварку навитых слоев путём пластической деформации или/и спекания, отличающийся тем, что на участке угла обхвата навитой заготовки от 0° до 180° осуществляют замедленное охлаждение наружного слоя, на участке угла обхвата навитой заготовки от 180° до 360° осуществляют интенсивное охлаждение наружного слоя так, чтобы падение температуры верхнего листа на участке угла обхвата от 0° до 180° была меньше, чем на участке угла обхвата от 180° до 360°.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют подбор навиваемых материалов таким образом, чтобы их свойства отвечали следующим условиям: при tCB >t3„ аПов аВн <аоп, a npH tcB < t3H апов>авн>а0п„ где tCB- температура сварки,
t3H - температура нагрева заготовки при навивке,
(Хпов - коэффициент термического расширения наружного слоя,
авн -коэффициент термического расширения внутренних слоев,
don - коэффициент термического расширения оправки.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что замедленное охлаждение наружного слоя на участке угла обхвата навитой заготовки от 0° до 180° осуществляют путем уменьшения теплоотдачи навиваемого листа за счёт наружного утепления данного участка или за счет установки отражателей тепла на этом участке.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что интенсивное охлаждение наружного слоя на участке угла обхвата навитой заготовки от 180° до 360° осуществляют за счёт обдува поверхности сжатым воздухом или газом, или за счет обкатки охлаждаемыми роликами из материала с высокой теплопроводностью, или за счет спреерного охлаждения.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отвод тепла от разогретых в процессе навивки заготовок перед последующей сваркой навитых слоев осуществляют от внутренних или/и торцевых поверхностей.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно осуществляют подготовку поверхности навиваемого листового материала и оправки, включающую очистку от загрязнений, мешающих схватыванию и увеличение коэффициента трения между слоями.
7. Способ по п.1 отличающийся тем, что нагрев листового материала перед навивкой осуществляют до 500°С.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что навивку листового материала осуществляют на оправку предварительно охлаждённую до -196°С.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость навивки и интенсивность охлаждения внешнего слоя выбирают таким образом, чтобы разница температур в точке первоначального контакта навиваемого листа с поверхностью заготовки была не менее 20°С.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что навивку осуществляют материалами, смотанными в рулон.
1 1. Способ по п.1 , отличающийся тем, что в качестве оправки используют пруток, прокат, поковку, втулку или трубу.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что сварку со свободным деформированием навитых слоев осуществляют при температуре 200°С - 1500°С.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев под сварку осуществляют с применение схем зонального нагрева для получения максимального усилия сжатия внутренних слоев - от внутренних и торцевых поверхностей к наружным.
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что после навивки осуществляют сварку с принудительным деформированием навитых слоев с предварительным их нагревом или без него.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что сварку с принудительным деформированием осуществляют после выполнения сварки со свободным деформированием.
16. Способ по п. 14, отличающийся тем, что нагрев заготовки перед сваркой с принудительным деформированием осуществляют при температуре до 1350°С.
17. Способ по п. 14, отличающийся тем, что после проведения сварки выполняют термическую обработку для получения требуемых свойств.
PCT/RU2018/000447 2017-07-06 2018-07-05 Способ изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов WO2019009766A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017124065 2017-07-06
RU2017124065A RU2662910C1 (ru) 2017-07-06 2017-07-06 Способ изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019009766A1 true WO2019009766A1 (ru) 2019-01-10

Family

ID=63142392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/000447 WO2019009766A1 (ru) 2017-07-06 2018-07-05 Способ изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2662910C1 (ru)
WO (1) WO2019009766A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114192602A (zh) * 2021-12-14 2022-03-18 大连理工大学 一种高性能多元NiAl基合金管件迭覆级进成形方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1696037A1 (ru) * 1989-03-23 1991-12-07 В. Ф. Кокшаров Способ изготовлени многослойных сварных труб
RU2036063C1 (ru) * 1992-02-03 1995-05-27 Василий Савельевич Юркин Способ производства многослойных металлических труб
WO2007072079A1 (en) * 2005-12-23 2007-06-28 Iti Scotland Limited Apparatus for and method of manufacturing helically wound structures
RU2610653C1 (ru) * 2015-09-28 2017-02-14 Алексей Николаевич Крылов Способ изготовления металлических и композиционных заготовок из листовых материалов

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1696037A1 (ru) * 1989-03-23 1991-12-07 В. Ф. Кокшаров Способ изготовлени многослойных сварных труб
RU2036063C1 (ru) * 1992-02-03 1995-05-27 Василий Савельевич Юркин Способ производства многослойных металлических труб
WO2007072079A1 (en) * 2005-12-23 2007-06-28 Iti Scotland Limited Apparatus for and method of manufacturing helically wound structures
RU2610653C1 (ru) * 2015-09-28 2017-02-14 Алексей Николаевич Крылов Способ изготовления металлических и композиционных заготовок из листовых материалов

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114192602A (zh) * 2021-12-14 2022-03-18 大连理工大学 一种高性能多元NiAl基合金管件迭覆级进成形方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2662910C1 (ru) 2018-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO145330B (no) Fremgangsmaate for fremstilling av roer av rustfritt staal
CN111570517B (zh) 一种薄板坯连铸连轧生产热成型钢的卷取控制方法
CN106881564A (zh) 一种利用薄壁大直径钛焊管生产钛质杯/壶的方法
JP2006213934A (ja) 熱交換器用チューブおよびその製造方法
WO2019009766A1 (ru) Способ изготовления металлических или композиционных заготовок из листовых материалов
CN107488773B (zh) 一种降低冷轧钛带卷罩式退火粘结的工艺方法
KR101522799B1 (ko) 티타늄 판재 제조 방법
JP2008266738A (ja) ３層クラッドアルミニウム管およびアルミニウム製内面溝付き管の製造方法
MXPA05008979A (es) Metodo para procesar un producto de acero, y productos producidos usando este metodo.
SU1087078A3 (ru) Способ изготовлени профилей из низколегированных дисперсионнотвердеющих сталей
JP5928408B2 (ja) 熱間仕上圧延における先端反り防止方法および装置
EP0916420B1 (en) Method of fabricating metal pipe from weldable and ductile metals
RU2610653C1 (ru) Способ изготовления металлических и композиционных заготовок из листовых материалов
JP2000190020A (ja) 板又は条の製造方法及び溶接溝付管の製造方法
JP2008184686A (ja) 建築用低ｙｒ角鋼管の製造方法
RU2625372C2 (ru) Способ изготовления металлических и композиционных заготовок из листовых материалов
JP5589262B2 (ja) 断熱鋼板及び金属製真空二重容器
CN111705243A (zh) 一种中空玻璃铝隔条用铝合金带材及其制备方法
JP2849595B2 (ja) 大径角形鋼管の成形工法および装置
JP2735402B2 (ja) 大径角形鋼管の熱間成形工法
RU2299103C1 (ru) Способ горячей прокатки заготовки из композиционного материала (варианты)
JP2852313B2 (ja) 熱間成形を含む大径角形鋼管製造法および装置
JP2007237287A (ja) 電縫鋼管およびその製造方法
JPH07241605A (ja) フェライト系ステンレス鋼コイル状鋼管の製造方法
US20040031309A1 (en) Method and a device for manufacturing of a closed profile and a profile manufactured according to said method

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: 18828230

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 27/02/2020)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18828230

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1