Прокатно-пресовое производство

1. Введение

Впервые в свободном виде алюминий был выведен в 1825г. датским физиком

Эрстедом путем воздействия амальгамы калия на хлористый алюминий. Позднее,

в 1827г., немецкий химик Велер усовершенствовал способ Эрстеда, заменив

амальгаму калия металлическим калием. В 1854г. Сент-Клер Девиль во Франции

впервые применил способ Велера для промышленного производства алюминия,

внеся в него дальнейшие усовершенствования. Разработка этого метода

положила начало промышленному производству алюминия по методу Сен-Клер

Девиля.

Русский физико-химик в 1865г. Н.Н. Бекетов показал возможность

вытеснения алюминия магнием из расплавленного криолита. Эта реакция в

1888г. была использована для производства алюминия на первом немецком

заводе в Гмелингене.

Попытки организации производства алюминия в России относятся к 90-м

годам прошлого столетия, когда для получения алюминия по способу Сент-Клер

Девиля был построен небольшой завод, просуществовавший, однако очень

короткое время (с 1885 по 1889г.). Мировую известность получили

теоретические исследования в области изучения современного способа

производства алюминия, выполненные в начале этого столетия П.П. Федотьевым

и другими русскими учеными.

Первая промышленная партия (3 кг.) дюралюминия была использована для

опытных работ в конструкторском отделе им. Туполева для изготовления

первого металлического самолета, отдельных деталей самолетов Н.Н.

Поликарпова, Д.П. Григоровича.

Музалевский, Белов, Воронов, Миронов и др. с полным правом могут быть

названы основоположниками отечественной металлургии легких сплавов. Г.Г.

Музалевским был разработан метод плакирования дюралюминия алюминием.

Плакирование значительно повысило пластичность при горячей прокатке, резко

увеличило сопротивление к коррозии, что привело к устранению лакокрасочных

покрытий самолета.

Под руководством А.Ф. Белова, Н.Д. Бобовникова, В.А. Ливанова, В.И.

Добыткина проведен обширный комплекс исследований по коренному

усовершенствованию методов литья слитков и технологии их обработки. Были

разработаны горячая прокатка слитков без обрезки боковых кромок и холодная

прокатка рулонов без применения промежуточных обжигов.

Почти за 50 лет отечественная металлообрабатывающая промышленность,

производящая полуфабрикаты из легких сплавов, превратилась из опытных цехов

в самостоятельную отрасль, которая темпам развития и по уровню техники

производства занимало одно из первых мест в мире.

2. Разработка технологического процесса

2.1. Описание технологического процесса прокатки.

В настоящее время известно большое количество алюминиевых сплавов,

позволяющих прокатывать их в листы и полосы для различных нужд народного

хозяйства.

Прокатное производство является заготовительным производством и

является завершающим звеном металлургического цикла: отливка заготовок,

последующая прокатка. К алюминиевому прокату особенно тонколистовому

предъявляются особые требования, как по геометрическим размерам, так и по

механическим свойствам.

В зависимости от сплавов, технических условий на готовую продукцию и

т. д. технологические процессы изготовления листов могут быть различными.

Типичную схему производства листов из алюминиевых сплавов можно разбить на

следующие стадии:

1. отливка слитков,

2. подготовительные операции,

3. горячая прокатка,

4. холодная прокатка,

5. термическая обработка,

6. отделочные операции.

Для прокатки листов и плит применяют слитки различной массы от 3 до 8

тонн. Масса слитка и его размеры определяются технологическими свойствами

данного металла или сплава при прокатке, размерами и назначением готовых

листов, мощностью и размерами основного оборудования и т. д.

Технология получения полос из слитков алюминия и его сплавов состоит из

следующих операций:

. гомогенизирующий отжиг слитков, обеспечивающий снятие внутренних

напряжений и уменьшение неоднородности слитка по структуре и

химсоставу, Данная операция обеспечивает резкое возрастание

пластических характеристик металла. Гомогенизация представляет собой

нагрев слитка до температуры на 20-40 град. Ниже температуры плавления

низкоплавких эвтектик и выдержку при этом в течение нескольких часов.

В данный период растворимые составляющие переходят в твердый раствор

и, благодаря диффузии выравнивается содержание легирующих

составляющих. Для гомогенизации применяют электрические шахтные печи.

Слитки устанавливают вертикально на некотором расстоянии друг от друга

или укладывают в стопы с прокладками между слитками.

. Фрезерование поверхностей слитков с целью удаления ликвационных

наплывов, включений, плен, шлака, трещин, а также получения сляба с

параллельными гранями. Съем металла составляет 5-6 мм на сторону.

. Обезжиривание поверхностей с целью удаления механических загрязнений и

наложение алюминиевых планшет.

. Нагрев перед прокаткой со строгим температурным контролем, необходимым

вследствие высокой чувствительности сплавов к пережогу, заключающемуся

в оплавлении низкоплавких эвтектик, расположенных по границам зерен, и

вызывающему образование трещин и падение механических свойств.

. Горячая прокатка слябов. В первых проходах прокатки сплавов

производится плакировка слябов листами из чистого алюминия. Благодаря

большому давлению происходит приварка этих листов (планшет), создающая

высокопрочную связь алюминиевого слоя с основным металлом. Эта

операция предохраняет основной сплав от коррозии.

Прокатка листов и плит осуществляется на цилиндрических валках с гладкой

поверхностью. Заготовкой является слиток определенного размера. Прокат,

который используется вторично, называется подкат. Валки расположены

горизонтально, и приводятся принудительно к вращению ролики, которые

приводят слиток к движению называются рольганг.

Металл заготовки захватываются вращающимися валками за счет сил

трения, возникающих на контактной поверхности между валком и заготовкой, В

очаге деформации осуществляется уменьшение толщины заготовки. Толщина

проката определяется зазором между валками, на просвет (распор валков). При

уменьшении толщины проката незначительно увеличивается его ширина и

интенсивно увеличивается его длина по направлению прокатки. Это происходит

по закону наименьшего сопротивления, т.к. длина очага деформации

значительно меньше, чем длина валка. Прокатка обычно с толщины заготовки

до конечной толщины полосы производится за несколько переходов проката.

Различают горячую и холодную листовые прокатки.

Горячей прокаткой называют прокатку, которая происходит при

температуре выше температуры рекристаллизации:

Тпр = 0,4 Тпл;

Тпр = (0,7-0,9) Тпл.

Любая пластическая деформация металла сопровождается упрочнением

(деформация упрочнения – нагартовка). Однако если нагреть предварительно

заготовку до температуры выше температуры рекристаллизации, то в процессе

пластической деформации такой заготовки упрочнение ощущаться практически

не будет, т. к. в процессе упрочнения одновременно протекают процессы

разупрочнения. Для горячей прокатки температура нагрева заготовки

определяется:

1. Из диаграммы состояния материала определяют максимально допустимую

температуру нагрева Тmax = 0,9 Тs;

2. Из диаграммы пластичности определяют интервал температур которые

соответствуют максимальной пластичности для данного сплава (рис1.).

Gs,Gв, ?

Gв

Gs Тот

рис. 1. Диаграмма пластичности

3. Сочетание степени деформации и температуры могут привести к интенсивному

росту зерна. Необходимо установить правильные соотношения между степенью

деформации в последнем проходе горячей прокатке и температурой для

обеспечения мелкозернистой структуры прокатки. Существует диаграмма

рекристаллизации (рис.2).

? зерно ? %

Т0

Рис.2. Диаграмма рекристаллизации.

Горячая прокатка имеет существенное преимущество перед холодной -

меньшая энергоемкость, большие суммарные деформации, не требуется

промежуточных отжигов. Однако горячая прокатка ограничена толщиной проката.

Минимальная толщина горячих катанных листов ~ 3 – 3,5 мм. Меньшую толщину

горячего проката получить нельзя, т.к. из-за интенсивного и неравномерного

охлаждения полосы на рольганге невозможно обеспечить равномерное

распределение механических свойств по всему объему металла и как следствие

заданную разнотолщенность по длине и ширине полосы. Поэтому, алюминиевый

прокат меньше 3 мм получают методом холодной прокатки (т.е. от 20-50

градусов).

. После обрезки концов полосы и смотки ее в рулон последний подвергается

отжигу.

. Предварительная правка и резка рулонов, где размотанная полоса

подвергается правке, обрезки боковых кромок и резке на листы.

. Сложенные в стопы листы проходят дальнейшие операции в линии отделки

(закаленные листы): термическая обработка, сушка, правка, прогладка,

растяжка на растяжной машине, обрезка в размер по длине и окончательная

правка. После этого листы проходят контроль, маркировку, смазку и

упаковку в ящики.

Листы являются основным видом полуфабрикатов из алюминия и его сплавов.

Благодаря ценному сочетанию механических, физических и технологических

свойств алюминий в виде листов из высоколегированных сплавов Амг2 являются

в настоящее время основными материалами для сварных силовых конструкций в

судостроении, транспортном и вагоностроительном машиностроении, химической

промышленности.

Для сохранения высокой коррозионной стойкости неотожженные сварные

конструкции из сплавов АМг2 не должны нагреваться выше 100° С ( при 100° С

– не более 100 ч). Высоколегированные Al-Mg сплавы находят применение в

новых композиционных материалах, например, в производстве многослойных

металлов.

2.2. Анализ деформируемого сплава.

Для изготовления листов широко применяют сплавы на основе системы Al-

Mg. Диаграмма состояния системы Al-Mg со стороны алюминия относится к

эвтектическому типу с ограниченной растворимостью второго компонента

(рис.3). Эвтектическая линия лежит при 449°С. Эвтектика содержит 33% Mg и

состоит из алюминия и соединения Mg3Al4 (?-фаза).

t, °С

600 Mg3Al4+ж

Al+ж 449°С

400

17.4% Al+Mg3Al4

200

Al 10 20 30 Mg

. Mg, %

рис.3. Диаграмма состояния системы Al- Mg.

Химический состав сплава АМг2по ГОСТ 4784-64 приведен в таблице 1.

Химический состав сплава АМг2, % Таблица

|Основные |Al |Mg |Mn |Ti |Br |

|% |основа |5,8-6,|0,2-0,|0,01-0,1|0,0002-0,005|

| | |8 |6 |2 | |

|Примеси |Fe |Si |Cu |Zn |Проч. смеси |

|% |0,4 |0,4 |0,1 |0,2 |0,1 |

Растворимость магния в твердом алюминии меняется следующим образом:

Температура, °С …………..449 350 300 250 200 150 100

Растворимость, % ……………17,4 9,9 6,7

4,4 3,1 2,3 1,9

Увеличение содержания магния вызывает резкое повышение вязкости

расплавленного алюминия. Теплопроводность, а также электропроводность от

присадки магния заметно снижаются. Коэффициент линейного расширения в

пределах растворимости магния в твердом алюминии прямолинейно возрастает.

Магний является одним из основных легирующих элементов алюминия и его

сплавов. Сплавы на основе системы Al-Mg(магналии) с содержанием магния от

1 до 7 % широко применяются как в литом, так и деформированном состоянии.

Для повышения механических и коррозионных свойств сплавов вводят

дополнительно марганец в количествах 0,3-0,8 %.

Сплавы системы Al-Mg инертны к термической обработке; упрочняются они

с помощью нагартовки. Сплавы Al –2% Mg с добавками марганца в нагартованном

состояние (30-40 %), по данным Н.Б. Кондратьевой, могут иметь следующие

механические свойства: ?в = 40 – 42 кГ/ммІ; ?0,2 = 32 –35 кГ/ммІ; ? = 6 –

8 %. Сплавы системы Al-Mg имеют довольно высокие механические свойства при

повышенных температурах, при кратковременном разрыве.

Сплавы относятся к термически не упрочняемым и листы из них выпускают

в отожженном и нагартованном состояниях. Главным достоинством отожженных

листов является хорошая свариваемость, коэффициент трещинообразования у

них незначителен и составляет 5 – 7 %. Сочетание удовлетворительных

прочностных свойств и высокой пластичности основного металла и сварного

соединения, высокая коррозионная стойкость.

Влияние химического состава и условий обработки слитков на свойства

листов.

Основное влияние на механические свойства листов из сплава Al-Mg

оказывают магний и марганец. Каждый 1% Mg увеличивает предел прочности на 3-

3,5 кгс/кв.мм, а также 0,1% Mn на 0,5-0,7 кгс/кв.мм. Относительное

удлинение при указанном повышении прочности остается высоким. В значительно

меньшей степени эти легирующие компоненты повышают предел текучести.

Поэтому для получения холоднокатаных листов в отожженном состоянии со

значениями предела текучести, указанными в табл.2, содержания марганца и

магния в сплавах АМг2, целесообразно поддерживать ближе к верхнему пределу.

Механические свойства листов из сплава Амг2 по ТУ.

Таблица 2

|0,3-1,0 |Отожженное (М)|17-23 |16,0 |

|1,1-10,0 | |17-23 |18,0 |

|0,3-1,0 |Полунагартов. | 24 | 4 |

|1,1-10,0 | |24 |6 |

|0,3-0,8 |Нагартованное |27 |3 |

Основное назначение титана во всех сплавах Al-Mg – модифицирование

структуры. Легирование сплавов – марганцем, хромом, и титаном способствует

получению листов с мелкозернистой структурой и улучшает их коррозионную

стойкость и свариваемость. Медь и неизбежные примеси железа и кремния

снижают коррозионную стойкость

Слитки из сплава Амг2 гомогенизируют при температуре 400-480°С в

течение 8-16ч. Рекомендуется увеличение температуры до 480-500°С при

сокращении времени выдержки до 3-6 ч. Более длительные выдержки при таких

температурах вызывают снижение прочностных свойств.

Изменение температуры нагрева заготовок под горячую прокатку в

интервале 430-490°С и времени нагрева от 6 до 10 часов не оказывает

заметного влияния на свойства холоднокатаных отожженных и нагартованных

листов.

Влияние отжига и холодной деформации на св-ва листов из сплавов АМг2

По существующей технологии отжиг листов из сплавов Al – Mg производят

в рулонах. Отжиг горячекатаных и холоднокатаных рулонов сплавов АМг2

диктуется преимущественно технологическими свойствами и необходимостью

обеспечения высокого сопротивления коррозии под напряжением. Рулоны и листы

отжигают как после горячей прокатки, так и на всех последующих операциях в

определенном интервале температур. Режим отжига рулонов и листов в печах с

принудительной циркуляцией воздуха приведены в табл.3.

Режимы отжига листов и рулонов из сплавов АМг2 Таблица 3.

| Состояние перед отжигом |Температура отжига, ° С |

|Горячекатаные, толщиной 5-7 мм, перед|330-350 |

|холодной прокаткой | |

|Холоднокатаные, всех толщин |310-335 |

|Горячекатаные (окончательный отжиг) |310-335 |

Лучшие антикоррозийные свойства обеспечиваются при медленном нагреве

до температуры отжига и последующим медленном охлаждении. Нагрев в селитре

обеспечивает повышение прочностных свойств за счет измельчения структуры,

но из-за быстрого охлаждения может снизиться сопротивление коррозии под

напряжением в случае последующих низкотемпературных нагревов. Отжиг в этом

интервале температур обеспечивает равномерный распад по сечению твердого

раствора мелкозернистой ?-фазы. Такое состояние структуры соответствует

высокой коррозийной стойкости сплавов АМг2 .

Если полуфабрикаты из этих сплавов подвергнуть нагреву до температуры

350° С и выше, то магний, присутствующий в сплаве, перейдет в твердый

раствор (на основе алюминия). Коррозионная стойкость сплава в таком

состоянии также высокая. Если же в процессе эксплуатации или в процессе

изготовления изделий они будут нагреваться в интервале температур 70-200°

С, то сопротивление коррозионному разрушению под напряжением резко

снизится. По границам зерен после указанных нагревов закаленного материала

выпадает ?-фаза. Эта фаза располагается в виде сплошной прослойки между

зернами твердого раствора.

Учитывая, что сама ?- фаза является анодом по отношению к твердому

раствору Al-Mg (катод), в присутствии электролита эта электрохимическая

пара (твердый раствор - ?-фаза ) приведет к растворению ?-фазы, а

следовательно, и к возможному разделению зерен твердого раствора

(межкристаллитная коррозия). При сравнительно глубоком коррозионном

поражении материала, находящегося под напряжением, происходит его

разрушение. Равномерный распад твердого раствора в результате полного

отжига (310-335° С) исключает такое избирательное разрушение материала по

границам зерен. Сравнительно длительный срок эксплуатации изделий,

изготовленных из листового материала по указанной технологии, показал ее

надежность.

В табл.4 приведены данные о влияние степени деформации на

рекристаллизацию листов из сплава АМг2.

Влияние степени деформации и температуры отжига на степень

рекристаллизации листов из сплава АМг2

таблица 4

|Толщина |Степень |Температура отжига, ° С |

|листа, |деформации | |

|мм |перед | |

| |отжигом, мм | |

Страницы: 1, 2

МЕНЮ

Прокатно-пресовое производство

Прокатно-пресовое производство

ИНТЕРЕСНОЕ