28.03.2018

Дальнейшая обработка непрерывно отлитых заготовок ограниченной длины


Чтобы обойти трудности непрерывного литья заготовок прямоугольного сечения из легких сплавов, плохо поддающихся отливке вследствие неравномерного распределения температурных напряжений, фирма Vereinigte Leichtmetall-Werke предложила отливать сперва заготовку трубчатого сечения, а затем путем продольной разрезки ее и последующего распрямления под прессом получать требующиеся плоские заготовки.

Форма трубчатого сечения может быть образована двумя прямоугольниками и двумя связывающими их дугами, в этом случае разрезка производится с обеих сторон связывающих частей.

Операция разрезки может быть избегнута при использовании разделительных тонких прокладок из асбеста, стального листа или других материалов, закладываемых при литье в места последующего разделения заготовки.
На рис. 1524 показана заготовка трубчатой формы и поясняется процесс распрямления половины заготовки.

На рис. 1525 показана полая заготовка, из которой вырезкой дугообразных соединительных частей ее поперечного сечения отделяют плоские средние участки.

На рис. 1526 представлено сечение полой заготовки, у которой дуговые соединительные элементы имеют уменьшенную толщину.

Квадратная заготовка для изготовления проволоки из алюминия или алюминиевых сплавов в настоящее время получается только методом непрерывного литья, и перед прокаткой ее разрезают на мерные длины.

Перпендикулярность торцовых плоскостей заготовки по отношению к ее продольной оси приводит при прокатке к образованию закатов уже после нескольких пропусков, что нередко может явиться следствием раскрытия концов заготовки. Согласно изобретению фирм Aluminium Industrie и Vereinigte Deutsche Metallwerke, предусматривается резка заготовки, выполненная таким образом, что плоскости реза на обоих концах заготовки имеют примерно одинаковый угол наклона, но не параллельны между собой. При простой скошенной разрезке конец заготовки приобретает клинообразную форму, причем передняя кромка клина не совпадает со средней плоскостью заготовки. Такая форма конца заготовки очень хорошо зарекомендовала себя в работе. Придание такой же формы заднему концу, если к тому же

обе концевые плоскости параллельны между собой, может затруднить прокатку. Если, например, заготовка задается в валки так, что кромка клина заднего конца лежит в плоскости верхней грани заготовки, то при выходе металла из валков возникает опрокидывающий момент. На задний конец заготовки передается большое усилие, в результате заготовки подбрасываются на высоту до 2—3 м.

На рис. 1527 и 1528 представлена схема задачи в плоский калибр заготовки со скошенными торцовыми плоскостями перед первым пропуском.

На рис. 1529 и 1530 показано положение той же заготовки после ее кантовки на 90° перед вторым пропуском. Вертикальная стрелка на рис. 1530 показывает место возникновения опрокидывающего момента перед выходом заготовки из валков.

На рис. 1531 и 1532, а также 1533 и 1534 представлены два варианта расположения заготовок (в плане и вид сбоку), характеризующиеся тем, что концевые плоскости заготовок взаимно развернуты вокруг оси заготовки на 90 и 180°.

В таком случае острие клина заднего конца заготовки во время второго пропуска уже не лежит в плоскости верхней грани заготовки и опасность подбрасывания устранена. По чисто конструктивным соображениям предпочтительней исполнение, показанное на рис. 1531 и 1532, так как в этом случае достаточно заготовку после каждого реза пилой поворачивать на 90° вокруг продольной оси.
Фирма Julius August Erbsloh получает слябы путем поперечной разрезки непрерывных литых слитков, применяя при этом слитки, у которых практически по всему сечению рост кристаллов ориентирован вдоль оси слитка. Слябы прокатываются в направлении, параллельном плоскости разрезки. По окончании прокатки из полученного листа при обрезке кромок удаляется металл литой корки слитка.

Фирма применяет слитки сечением 400х680 мм, разрезая их на слябы толщиной 120 мм. Этот метод обладает следующими преимуществами:

1. Меньшие отходы в стружку, чем при фрезеровке поверхности обычных слябов. Сокращение рабочего времени и объема работ.

2. Поверхность прокатанных листов свободна от ликвации, поскольку эта поверхность получена из внутренних частей слитка.

3. Ликвация сосредоточена у кромок, которые все равно подлежат удалению.

4. Вертикально растущие кристаллы в непрерывном слитке при обычном методе расположены вдоль, направления прокатки и в процессе прокатки подвергаются еще большему удлинению и вытяжке, при новом же методе кристаллы испытывают сжатие и получают хорошее деформирование. В результате существенно снижается склонность листа к образованию фестонов при глубокой вытяжке.

Непрерывный слиток при этом методе лучше всего отливать через кристаллизатор.

При изготовлении полых деталей из алюминиевых листов методом глубокой вытяжки или выдавливанием на кромках этих деталей образуются большей или меньшей величины фестоны, обусловленные анизотропностью кристаллической структуры листа. Фестоны могут быть расположены либо под углом 45° к направлению прокатки, либо совпадать с направлением прокатки или быть перпендикулярными к нему. Мягко-отожженные алюминиевые листы, прокатанные из обыкновенных разлитых в изложницы слябов, при глубокой вытяжке обычно дают относительно слабые фестоны, которые при условии стабильности режима производства листа незначительно колеблются или даже совсем не отличаются друг от друга по высоте и, таким образом, не осложняют процесс производства деталей методом глубокой вытяжки. Если же для этого производства используются мягкоотожженные алюминиевые листы, прокатанные из обычного непрерывного слитка, детали получаются с резко разнящимися свойствами и чаще всего с более высокими фестонами, чем в предыдущем случае, что влечет за собой большие отходы и брак изделий.

Методом, предложенным фирмой Aluminium Industrie, удалось получить мягкоотожженные алюминиевые листы толщиной 1 мм и меньше, которые давали незначительное и практически не осложняющее процесс глубокой вытяжки образование фестонов, несмотря на то, что эти листы были прокатаны из слябов непрерывного литья. Слябы нагревают до температуры 350—440°, а лучше до 400—440° (исходя из оптимальной величины зерна в окончательно прокатанном и отожженном листе), и с этой температуры начинается горячая прокатка примерно до толщины 5—10 мм. При этом температура постепенно снижается. Затем следует холодная прокатка до толщины 1 мм и менее, после чего листы отжигают примерно при температуре 400°. Чем меньше конечная толщина листа, тем ниже должна быть выбрана из указанного предела температура -начала горячей прокатки.

Так, например, непрерывный сляб из чистого алюминия сечением 600х150 мм при начальной температуре прокатки 420° уширялся до 1 м, а затем, также в горячем состоянии, прокатывался в лист толщиной 6,7 мм, после этого он охлаждался и прокатывался в холодном состоянии до толщины 0,5 мм.

Рулоны холоднокатаного листа отжигались при 400°. При глубокой вытяжке из такого листа изделий высотой примерно 40 мм и внутренним диаметром 20 мм получались фестоны высотой всего 0,7 мм (расположение фестонов 0 и 90° по отношению к направлению прокатки).

По другому методу фирмы Aluminium Industrie при производстве мягкоотожженных алюминиевых листов толщиной 1,5 мм и меньше из слябов непрерывной (разливки последние прокатывались вгорячую до толщины от 10 до 2 мм; полученная полоса подвергалась разупрочняющему отжигу до частичной рекристаллизации и затем в холодном состоянии прокатывалась до чистового размера, после чего отжигалась при температуре примерно 400°.

Под выражением «частичная рекристаллизация» понимается такая степень рекристаллизации, которая при деформации листа в процессе производства полых деталей обеспечивает возможно меньшие размеры фестонов, расположенных под углом 45° к направлению прокатки. При более длительном нагреве получаются фестоны в направлении под углом 0 и 90° к направлению прокатки. Выбор температуры разупрочнения обусловлен желательной продолжительностью нагрева до достижения частичной рекристаллизации. Так, например, алюминиевый лист толщиной 7,6 мм, прокатанный из сляба непрерывного литья при температуре начала горячей прокатки в 520°, отжигается в течение 20 час. при температуре 310°, затем производится холодная прокатка до окончательной толщины, после чего следует отжиг ври температуре 400°.

Полые детали высотой 40 мм и внутренним диаметром 20 мм, полученные глубокой вытяжкой из этого листа, имели лишь незначительные фестоны. При толщине листа 0.8 мм высота фестонов составляла 0,2 мм (расположение фестонов под углом 45° к направлению прокатки), а при толщине листа 0,5 мм — соответственно 0,5 мм (расположение фестонов также под углом 45° к направлению прокатки). У листов толщиной 1 мм образование фестонов ничтожно мало.

Фирмой Aluminium Industrie предложен также метод, по которому листы после горячей прокатки до толщины 10—5 мм и затем после холодной прокатки до 2 мм подвергаются отжигу, после чего ведется окончательная холодная прокатка до 1,5 мм и тоньше. Процесс заканчивается отжигом до достижения чистичной рекристаллизации металла. Отжиг может производиться либо вслед за горячей прокаткой либо в процессе холодной прокатки, например, при промежуточной толщине 3—2 мм.

Так, например, слябы непрерывного литья из чистого алюминия прокатываются обычным образом до толщины 7,8 мм при начальной температуре горячей прокатки 520° и затем подвергаются отжигу при 510° в течение 4 час. Одна часть полученного подката прокатывается до толщины 1 мм, другая — до 0,8 мм и третья — до 0,5 мм. Листы затем отжигаются в течение 15 час. при температуре 250°. Полученные из этих листов глубокой вытяжкой полые изделия высотой 40 мм с внутренним диаметром 20 мм имели следующую высоту фестонов:
Согласно еще одному технологическому методу фирмы Aluminiuns Industrie, после горячей прокатки слябов производится холодная прокатка листов с обжатием примерно в 65—75% до толщины 2—3,5 мм, затем дается разупрочняющий отжиг до начала рекристаллизации. После этого подкат холодной прокаткой доводят до окончательной толщины (1,5 мм и меньше). Процесс заканчивают отжигом. Температура и продолжительность разупрочнения зависят от степени обжатия. Целесообразно применять температуры от 240 до 270°.

Продолжительность разупрочнения составляет примерно 8—12 час. При малых степенях холодной деформации получают листы, которые после отжига при вытяжке полых изделий дают фестоны в направлении под углом 0 и 90° к направлению прокатки. При возрастании степени глубокой вытяжки образование фестонов под углом 0 и 90° прекращается и появляются фестоны в направлении под углом 45°, высота которых с увеличением степени вытяжки быстро нарастает. Путем испытаний можно установить оптимальную степень холодной деформации для данного отожженного листа, которая при строгом выполнении технологического процесса изготовления полых изделий практически исключает возникновение фестонов в направлении под углом 0, 90 и 45° к направлению прокатки.

С помощью описанного разупрочняющего отжига оптимальную степень вытяжки можно повысить, например с 75 до 95%. Благодаря этому имеется возможность получать тонкие листы толщиной до 0,3 мм без заметной склонности к образованию фестонов.

Аналогичен описанному метод фирмы Osterreichische Metallwerke. Слябы непрерывного литья из алюминия и его сплавов (преимущественно с марганцем и магнием) гомогенизируются при температуре между 550° и точкой плавления, а затем подвергаются горячей прокатке с обеспечением возможно более высокой температуры конца прокатки. После охлаждения производится окончательная прокатка и лист подвергается отжигу при температуре 400°. Необходимо стремиться, чтобы температура конца горячей прокатки была выше 400°.

При очень больших степенях холодной вытяжки вновь проявляется влияние неблагоприятной текстуры металла, ведущей к образованию фестонов, если технологическим процессом не предусматривается промежуточный отжиг. Промежуточный отжиг проводится при температуре от 400 до 500° в зависимости от степени деформации.

Промежуточный отжиг вводится при такой толщине листа, чтобы последующей операцией холодной прокатки, создающей мелкозернистую структуру, обеспечивалось получение листа окончательной толщины. Желательно, чтобы общая вытяжка при холодной прокатке составляла не менее 60%, считая от промежуточного отжига. Так, например, слябы из 93,3%-ного алюминия гомогенизируются в течение 16 час. при 610°. С этой же температуры начинается горячая прокатка до толщины 6 мм. Температура конца горячей прокатки составляет 400°. После охлаждения производится холодная прокатка до окончательной толщины (0,8 мм) и затем дается отжиг примерно в течение 6 час. при 400°.

Уместно упомянуть в связи с этим, что в начале сорокового года меднолитейный отдел фирмы Mansfeld пришел к заключению о возможности непосредственной прокатки из слитка безалюминиевых сплавов магния при температурах 450—480°. При этом исключается операция прессования материала перед прокаткой. Желательно начинать прокатку при температуре 480° и не допускать ее падения за время прокатки ниже 450°. Можно, например, литую плиту толщиной 20 мм из сплава Mg-Mn за 3—4 прохода прокатать до толщины 2 мм.

Эльдред в 1941 г. предложил карточки для штамповки чашеобразных изделий из меди или латуни вырезать из заготовки непрерывного литья с тем, чтобы исключить дорогостоящую прокатку и существенно сократить отходы. Он имел в виду в основном заготовки для патронных гильз из латуни 70/30. Вырезку можно производить, например, с помощью пилы.

Структура состоит в основном из макрокристаллов, оси которых либо параллельны, либо наклонны к оси заготовки. На периферии находится относительно небольшое количество мелких кристаллов.

При вырезке острой и тонкой пилой карточки сохраняют первоначальную структуру, поскольку выделяющегося тепла недостаточно для того, чтобы произошла рекристаллизация.

С целью снижения расходов на производство карточек для холодного выдавливания алюминия, цинка, меди и медных сплавов фирма Enfield Rolling Mills использует заготовки непрерывного литья, непосредственно разрезая их на отдельные карточки. Кристаллическая структура получается пригодной для холодного выдавливания, что исключает прокатку или подпрессовку. Такой процесс особо выгоден при диаметре пластинок 50 мм и больше.

Производство шатунов из легких сплавов с использованием непрерывно отлитой заготовки и включением операции прессования является дорогим технологическим процессом. Потери металла могут быть снижены, если заготовку получать методом свободной ковки. Легкие сплавы, однако, имеют очень узкий температурный интервал горячей обработки — всего 50° по сравнению с 200—250° у стали. При выходе за рамки этого температурного интервала появляются пороки, которые уже не удается исправить. С учетом этого фирма Karl Schmidt разработала в 1952 г. специальный процесс штамповки шатунов из легких сплавов непосредственно из непрерывно отлитой заготовки, обеспечивающий расположение волокон металла в соответствии с характером механической нагрузки, испытываемой изделием.

Вырезанный из непрерывно отлитого сляба прямоугольный брусок подвергается черновой и чистовой штамповке последовательно в двух плоскостях, по крайней мере по разу в каждой. Удары молота при чистовой штамповке направлены перпендикулярно плоскости шатуна.

Технологический процесс схематически представлен на рис. 1535—1537.
Вырезанный из непрерывно отлитого сляба брусок прямоугольного иди трапецеидального сечения задается на ребро в черновой штамп и после штамповки приобретает конфигурацию согласно рис. 1535. Стрелки указывают направление удара или давления. При этом волокна материала непрерывно обтекают контур шатуна от одной головки к другой. Во втором штампе, куда заготовка укладывается повернутой на 90° вокруг своей продольной оси, производится следующая операция, в результате которой заготовка приобретает требуемые наружные и внутренние размеры шатуна, как показано на рис. 1536 и 1537. Для уменьшения разницы в механических свойствах металла, определенных по образцам, взятым вдоль направления прокатки и в перпендикулярном к нему направлении в листах из непрерывно отлитой заготовки, Юнганс в 1939 г. предложил проводить прокатку с возможно большим уширением. Уширение обратно пропорционально величине отношения ширины полосы к ее толщине и прямо пропорционально величине обжатия по сечению за один проход.

Оптимум достигается при отношении ширины к толщине 1:1. Наибольшее изменение структуры получается при уширении сверх 100%, когда круглая заготовка прокатывается с обжатиями минимум в 85% за один проход. Кривые на рис. 1538 получены в результате опытов с заготовкой из чистого алюминия и алюминиевых сплавов, полученной способом непрерывного литья.

Для пяти представленных кривых имеется следующее отношение ширины к толщине:
Такие же соотношения получены у латуни.

При непрерывном литье через связанный с печью кристаллизатор, в котором тепло отводится в основном стенками кристаллизатора, получаются кристаллы, растущие в направлении, составляющем с продольной осью заготовки угол не менее 45°. При больших скоростях литья этот угол может достигать почти 90°. Такая радиальная ориентация кристаллов приводит к тому, что острия кристаллов на поверхности заготовки создают неоднородности; остальная часть заготовки является вполне качественной, если она отливалась в графитовый кристаллизатор в восстановительной атмосфере (как обычно принято для меди и ее сплавов).

С учетом этих обстоятельств в 1938 г. построена установка фирмы American Smelting and Refining Co для отливки заготовок большого диаметра. Здесь заготовка разрезается на отдельные куски требуемой длины, которые автоматически подаются к устройству для поверхностной зачистки.

Американской фирмой дано описание деталей литейного и подающего устройства. Детали зачистного устройства не описаны.
Фирмой American Smelting and Refining Co в 1939 г. был запатентован способ производства бесшовных медных труб с высококачественной наружной и внутренней поверхностью из заготовок, полученных способом непрерывного литья. Полученную медную заготовку, в которой отсутствуют газы и кислород, с радиальной кристаллической структурой (причем кристаллы образуют угол по меньшей мере 45° к оси заготовки), режут на мерные длины и обтачивают для получения чистой блестящей поверхности. Затем из этих заготовок получают трубы путем прокатки на оправке.

Шаарверхтер в 1949 г. писал, что медный слиток, полученный способом непрерывного литья, или заготовка, полученная из него, являются удобным исходным продуктом при производстве медной проволоки, поскольку при непрерывном литье в слитке не образуются усадочные раковины и почти невозможно возникновение окисленных зон. Окисление может быть вообще исключено при применении защитной атмосферы.

Добавление в плавку с целью раскисления от 0,02 до 0,05% лития позволяет повысить проводимость меди на 60—61 м/ом*мм2 и улучшить ее способность к изгибу. Это повышение проводимости может быть осуществлено только при получении заготовок способом непрерывного литья, так как отлитые обычным способом слитки имеют в середине усадочные раковины не могут быть прокатаны.

Фирма Karl Schmidt (1950 г.) для изготовления алюминиевых цилиндров, в особенности для двигателей внутреннего сгорания и компрессоров, предложила использовать полые слитки, полученные способом непрерывного литья.

При этом охлаждающие ребра изготовляются из сплошного металла посредством точения или фрезерования.

В 1954 г. в докладе Institution of Automobile Engineers Рассел и Грэхем осветили тогдашнее состояние производства в Англии поршней из алюминиевых сплавов для двигателей внутреннего сгорания.

При высоких нагрузках, например а авиационных моторах, приходится применять кованые или горячепресоованные поршни, так как они в сравнении с литыми обладают более высокой механической прочностью, большей плотностью, однородностью, лучшими термическими свойствами благодаря более благоприятному направлению волокна и не имеют мелких пор.

До недавнего времени такие поршни изготавливали методом резания из штампованных заготовок; так, например, при обработке поршня весом 1,5 кг отходы в стружку составляли около 6,5 кг. С некоторых пор в качестве заготовок применяются прутки, полученные способом непрерывного литья и подвергнутые предварительно непрерывному прессованию. Для поршня, например, диаметром 150 мм отливают пруток диаметром 400 мм и затем редуцируют его на диаметр 150 мм путем непрерывного прессования, при этом полностью исчезает литая структура. Полученная круглая заготовка режется на мерные длины. Отдельные заготовки нагреваются до 420—500° в зависимости от сплава и прессуются на гидравлическом прессе. При таком способе требуется лишь незначительная обработка резанием.

Поскольку способом .непрерывного литья могут быть получены лишь слитки большого диаметра, то при необходимости получить из них непрерывным прессованием трубы малого диаметра приходится слиток непрерывного литья прессовать на меньший диаметр. При этом экономические преимущества способа непрерывного литья теряются.

Во избежание этого фирмой Wieland-Werke AG было предложено отливать слитки с несколькими осевыми отверстиями, и прессовать из этих слитков в одну операцию соответственно такое же число труб малого диаметра.

На рис. 1539 и 1540 показана предназначенная для этого установка непрерывного литья с несколькими оправками.
Некоторые алюминиевые сплавы, такие как Al-Cu-Mg и Al-Cu-Ni, имеют в кованом состоянии лучшие прочностные свойства, чем в прессованном. Другие сплавы, например с высоким содержанием кремния, обладают противоположными свойствами. Ковка металла не дает преимуществ по сравнению с непрерывным прессованием в отношении предела прочности и удлинения.

Однако фирмой Karl Schmidt было установлено, что это положение изменяется, если сплав Al-Si с 10—25% Si отливать непрерывным способом и откованные из этого слитка детали обрабатывать при повышенной температуре. Особенно сильно повышается удлинение. Установлено, что сложные детали, такие как поршни двигателей внутреннего сгорания, могут отковываться непосредственно из слитков непрерывного литья даже заэвтектического сплава Al-Si.

Исследованиями фирмы Vereinigte Leichtmetall-Werke в 1943 г. было установлено, что склоность легких сплавов разрушаться при непрерывном литье или при обработке в горячем состоянии (прокаткой или ковкой) проявляется в том случае, когда содержание железа, присутствующего в сплавах в качестве примеси, значительно превышает содержание кремния. Обеспечивая содержание кремния по меньшей мере равным содержанием железа, можно быть уверенным, что сплавы не проявят склонности к растрескиванию. Одновременно улучшится и способность к деформации в холодном состоянии. Это имеет особое значение при производстве сплавов из скрапа с высоким содержанием железа. Например, сплавы Al-Cu-Mg с 3,2% Cu, 1,5% Mg, 0,7% Mn, 0,55% Fe и 0,4% Su не поддаются термообработке.

Большая часть слитков разрушается уже в процессе отливки, а почти все остальные — при горячей прокатке. Тот же сплав с повышенным до 0,55% содержанием кремния позволяет производить отливку и прокатку без всяких трудностей.

Фирма Bohler в 1953 г. установила, что стальные слитки, полученные непрерывным литьем, лучше поддаются горячему прессованию без предварительного обжатия прокаткой или ковкой, чем предварительно обжатые обычные слитки, отлитые в изложницы.

Это объясняется значительно более высокой ударной вязкостью в поперечном направлении металла слитков, полученных способом непрерывного литья. Дальнейшее улучшение достигается диффузионным отжигом, выравнивающим возможную ликвацию.

Если изделия закаливаются при температуре горячего прессования, то можно обойтись только одним нагревом и даже без него, если горячее прессование производится с использованием литейного тепла.

Трубы из сплавов, имеющих склонность к ликвации и отлитые с применением .охлаждаемой оправки, не обеспечивают требуемого качества. Это объясняется прерывистым изменением концентрации составляющих сплава на внутренних стенках труб.

Диаграмма на рис. 1541 показывает эти соотношения в трубе из сплава Al-Cu-Mg с 3% Cu. Штрих-пунктирная линия указывает заданное содержание меди, сплошная линия — действительное содержание.

Фирма Wieland-Werke AG предлагала метод, устраняющий обусловленный этим явлением дефект. Перед дальнейшей переработкой в полуфабрикат предусматривалось удаление поверхностного слоя внутренней полости трубчатого слитка с наиболее высоким содержанием составляющих, склонных к ликвации.

Отходы в стружку при этом больше, чем при обтачивании, но зато наверняка достигаются требуемые механические качества.

В патенте фирмы Elektrochemischen Kombinats Bitterfeld упоминаются результаты исследования слябов непрерывного литья из сплава Al-Cu-Mg и других алюминиевых сплавов, имеющих склонность к обратной ликвации. Кривая содержания склонных к ликвации составляющих от наружной поверхности сляба до его сердцевины имеет несколько минимумов. У слябов из сплава Al-Cu-Mg толщиной 165 мм и шириной 500 мм, отлитых с повышенной скоростью (120 мм/мин) после механической обработки на глубину 4 мм, минимальное содержание меди на 0,7—0,8% ниже среднего было обнаружено в непосредственной близости от наружной поверхности сляба. В таком обработанном виде слябы лучше прокатываются как в горячем, так и в холодном состоянии, кроме того, они более пригодны для плакировки прокаткой, так как опасность диффузии меди уменьшается до минимума.

Листы из сплава Al-Zn-Mg, прокатанные из слябов, отлитых и обработанных таким же способом, показывают повышенную устойчивость против межкристаллитной коррозии вследствие пониженного содержания магния и цинка на их наружных поверхностях. Ввиду того, что эти слябы характеризуются большой усадкой и большой толщиной ликвационного слоя, их отливку лучше производить в кристаллизаторе с выпуклыми продольными стенками.





Яндекс.Метрика