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
Т
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
1
|Основные |Al |Mg |Mn |Ti |Br |
|компоненты | | | | | |
|% |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
Страницы: 1, 2, 3
|