Способ высокотемпературной газовой экструзии

 

Сущность изобретения: способ высокотемпературной газовой экструзии включает подготовку заходного конца заготовки, нанесение смазки, герметизацию места контакта заготовки с заходным конусом деформирующей матрицы и экструдирование заготовки. В качестве смазки используют металлический материал, не вступающий в химическое взаимодействие с материалами заготовки и матрицы и имеющий температуру плавления 125-327°С и вязкость 2,1 -104-1,0104 кг С/м2 в интервале температур 400-450°С, а изменение его объема при плавлении к объему в твердом состоянии составляет (-3,32)-3,6%. 1 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 21 J 5/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К ПАТЕНТУ (21) 4846657/27 (22) 22.05 90 (46) 07.04.93. Бюл. N 13 (71) Центральный .научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина. (72) А.П.Бащенко, Г.С,Белоусов, А.Л.Гусев, А.В.Омельченко, В.И,Сошников и А.Н.Фролов (73) А,П,Бащенко, Г.С.Белоусов, А.Л.Гусев, . А.В.Омельченко, В.M.Ñîøíèêîâ и А.Н,Фролов (56) Коняев Ю.С. и Бербенцев Б.Д. Высокотемпературная газовая экструзия с локальным нагревом. — Кузнечно-штамповочное производство, 1980, hh 10, с, 13 — 15. t

Изобретение отйосится к обработке металлов давлением, в частности к выдавливанию (экструзии) металлов средами высокого давления, конкретно к производству протяжных изделий иэтруднодеформируемых и хрупких материалов.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа и повышение качества изделий за счет обеспечения равномерности распределения смазки по поверхности заходного конца заГотовки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем подготовку заходного конца заготовки, нанесение смазки, герметизацию места контакта заготовки с заходным конусом деформирующей матрицы, процесс экструзии в качестве смазки равномерно наносят слой металлического материала, не вступающего в химическое

„„ Ы,, 1807912 А3 (54) СПОСОБ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ

ГАЗОВОЙ ЭКСТРУЗИИ (57) Сущность изобретения: способ высокотемпературной газовой экструзии включает подготовку заходного конца заготовки, нанесение смазки, герметизацию места контакта заготовки с заходным конусом . деформирующей матрицы и зкструдирование заготовки. В качестве смазки используют металлический материал, не вступающий в химическое взаимодействие с материалами заготовки и матрицы и имеющий температуру плавления 125-327ОC и вязкость

2,1 104 — 1,0.10 кг с/м в интервале температур 400 — 450 С, а изменение его объема при плавлении к объему в твердом состоянии составляет (-3,32)-3,67. 1 з.п. ф-лы.

3 взаимодействие с материалами матрицы и заготовки и имеющего температуру плавления 125 — 327 С и вязкость 2,1 10—

1,01 10 кг.с/м в интервале температур

400-450 С, а изменение его объема при плавлении к объему в твердом состоянии составляет -3,32) — 3,6 . О

Предлагаемый способ ВТГЭ осуществляется следующим образом. M

B зависимости от свойств зкструдируемого материала выбирают способ получения исходной заготовки для ВТГЭ, которые могут быть получены прокаткой, обработкой давлением, литьем, шлифованием и т.д. Требования к чистоте поверхности заготовки зависят от свойств материала подвергаемого ВТГЭ и режимов технологического процесса.

Для ВТГЭ применили исходные заготовки цилиндрического сечения диаметром

1807912 от 4 до 12 мм, предпочтительная длина заготовки от 250 до 400 мм. Заходному концу заготовки придают форму конуса, угол которого на 5 — 8 меньше угла эаходного конуса матрицы. 5

Перед введением заготовки в матрицу на ее заходный конец наносили слой металлического материала, имеющего температуру плавления в интервале 125 до 327"С, вязкость в интервалетемпеоатур 400 — 450ОС "0

2,10 10 до1,01 10 кг с/м.изменение объема при плавлении к объему в твердом состоянии от-3,32 до 3,6;/, и не вступающего в химическое взаимодействие с материалами заготовки и матрицы. 15

Выбор материалов с температурой плавления в пределах 125 до 327 С обусловлен тем, что к нижней границе температурного интервала осуществления технологического процесса ВТГЭ (400 — 450 С) металлический 20 материал, нанесенный на заходный конец заготовки, должен находиться в жидком состоянии, в этом интервале он имеет вязкость 2,10.10 до 1,01 10 кг с/м, что поэво4 . 2 ляет устранить налипание экструдируемого 25 материала на рабочей поверхности матрицы, повысить стойкость матрицы, снизить усилие экструдирования, улучшить качество поверхности проэкструдированных профилей. Изменение объема при плавлении ме- 30 таллического материала, наносимого на заходный конус заготовки, к объему в твердом состоянии -3,32) до 3,6 g позволяет повысить стабильность экструзии как технологического процесса, Отсутствие химического взаи- 35 модействия между смазкой и материалами заготовки и матрицы улучшает качество поверхности проэкструдированного иэделия и повышения стойкости матрицы.

Использование мате4риала, имеющего 40 вязкость меньше 1,01 10 кг с/м и темпе г ратуру плавления 125 С, невозможно, так как это приводит к разгерметизации камеры в процессе подъема давления.

Использование материала, имеющего 45 изменение объема при плавлении к объему в твердом состоянии меньше -3,32 Д невозможно из-за низкого качества поверхности проэкструдированного прутка.

Использование материала, имеющего 50 вязкость больше 2,10 10 кг с/м, в интервале 400-450 С, и температуру плавления выше 327 С существенно затрудняет нанесение покрытия на подготовленный конец заготовки и уменьшается сортамент экстру- 55 дируемых материалов.

Использование материала, имеющего изменение объема при плавлении к объему в твердом состоянии меньше 3,6, невозможно, так как избыток металлической смазки может попасть на токоведущие части установки.

Толщина наносимого на эаходный конец заготовки металлического материала составляет 0,8 — 2,5 мм и зависит от свойств экструдируемого материала и параметров технологического процесса ВТГЭ.

Заготовку вводили заходным концом в деформирующую матрицу и с небольшим усилием запрессовывали в нее за счет пластической деформации материала, нанесенного на заходный конец заготовки, что позволяет закрепить заготовку в матрице и надежно герметизировать место контакта заготовки и матрицы, Такой способ герметизации позволяет существенно расширить круг экструдируемых материалов, в частности освоить экструзию труднодеформирующихся и хрупких материалов. Затем матрица с закрепленной в ней заготовкой и в сборе с узлом нагревателя устанавливается с помощью матрицедержателя, в гаэоэкструзионную камеру.

После оснащения газоэкструзионной камеры запирающими и герметиэирующими деталями в ней создают необходимое предварительное давление газа, которое зависит от материала заготовки, и составляет

50-1000 МПа. Затем включают нагреватель и с помощью регулятора устанавливают на нагревателе напряжение, необходимое для нагрева заходного конца заготовки до температуры начала экструзии, которая зависит от экструдируемого материала, Затем по ходу процесса температуру увеличивают, что обеспечивает равномерный вход проэкструдированного профиля из матрицы. Экструзию проводили в интервале температур

400 — 1250 С.

Слой металлического материала, нанесенный на заходный конец заготовки, расплавляется и действует как смазка, повышая стойкость матрицы, снижая давление, необходимое для экструдирования, предотвращая возможное налипание экструдируемого материала на рабочей части матрицы и, улучшая качество поверхности проэкструдированного профиля.

По получении расчетной длины проэкструдированного профиля для остановки процесса экструзии выключают нагреватель, при этом температура очага деформации снижается и экструзия прекращается. По окончании процесса экструзии снижают давление и производят разборку газоэкструэионной камеры. извлекают проэкструдированный профиль и очищают его от смазки путем протирки.

1807912

Пример. Газоэкструдированию подвергается быстрорежущая вольфрамсодержащая сталь марки Р6М5.

Для ВТГЭ используют заготовки цилиндрического сечения диаметром 8 — 11 мм с большим отношением длины к диаметру.

Заготовка может быть шлифованная, точеная, волоченая, горячекатаная. Повышенных требований к чистоте поверхности и точности сечения заготовки не предъявляется. Заходный конец заготовки имеет форму конуса, угол которого на 5-8 меньше угла конуса матрицы, Перед установкой заготовки в матрицу на ее заходный конец наносится слой сплава висмут (55,5 мас. j-свинец (45,5 мас, ) 5

15 толщиной 0,8 — 1,2 мм, имеющий температуру плавления, лежащую в интервале 125—

327 C и равную 125 С, вязкость в интервале температур 400-450 С, лежащую в интерва- 20 ле 1,01 10 — 2,10 10 кг с/м и равную

1,41 10 кг с/м и изменение объема при плавлении к объему в твердом состоянии в интервале (-3,32) до 3,6 и равное 0.0%.

После этого заготовка вводится заходной 25 частью в деформирующую матрицу и с небольшим усилием запрессовывается в нее за счет пластической деформации слоя сплава висмут-свинец, нанесенного на заходный конец заготовки, что позволяет на- 30 дежно герметизировать заходный конец заготовки в матрице.

Затем матрица с установленной в ней заготовкой и в сборе с узлом нагревателя с помощью матрицедержателя устанавливается 35 в газоэкструзионной камере..После оснащения газоэкструзионной камеры запирающими и герметизирующими деталями в ней создают предварительное давление газа, которое составляет 400 — 600 МПа, 40

После предварительного давления газа включают нагреватель и с помощью регулятора устанавливают необходимую температуру для нагрева заходного конца заготовки до 800-900 С, при которой на- 45 чинается процесс газовой экструзии. Затем по ходу процесса температуру увеличивают до 950-1100 С, что обеспечивает равномерный выход проэкструдированного профиля матрицы.

Слой сплава висмут-свинец, нанесенный на заходный конус заготовки, расплавляется и действует как смазка, снижая давление, необходимое для экструдирования, повышая стойкость матрицы, предотвращая возможное налипание металла на рабочей поверхности матрицы и улучшая качество поверхности проэкструдированного профиля, По получении расчетной длины проэкструдированного профиля для остановки процесса экструзии выключают нагреватель, температура деформации снижается и экструзия прекращается.

По окончании процесса экструзии снижают давление и производят разборку газоэкструзионной камеры, извлекают проэкструдированный профиль и очищают его от смазки.

Данные о металлических материалах, используемых в качестве смазки, приведены в таблице, Формула изобретения

1. Способ высокотемпературной газовой экструзии, включающий подготовку заходного конца заготовки, нанесение смазки, герметизацию места контакта заготовки с эаходным конусом деформирующей матрицы и экструдирование заготовки, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических воэможностей способа и повышения качества изделий за счет обеспечения равномерности распределения смазки по поверхности эаходного конуса заготовки, в качестве смазки используют металлический материал, не вступающий в химическое взаимодействие с материалом матрицы и заготовки и имеющей температуру плавления 125 — 327 С и вязкость 2,1 10 -1,01 ° 10 кг с/м в интервале температур 400-450 С.

2. Способ по и. 1, отл ич а ю щи и с я тем, что изменение объема металлического материала при температуре плавления к объему в твердом состоянии составляет (-3,32)...3,6 .

1807912

Герметизация, см /с пл

ОС

Вязкость при

Т=400-500 С, (кг.с/м ) 10

Производительность, о

Металлический материал

Сортамент зкструдируемых материалов

Качество по поверхности

Конструкционные и инструментальные стали — Конструкционные и инструментальные стали, прецизионные сплавы

Конструкционные и инструментальные стали, прецизионные сплавы

Конструкционные и инструментальные стали, прецизионные сплавы

Конструкционные и инструментальные стали, прецизион- . ные сплавы

Конструкционные и инструментальные стали, прецизионные сплавы

Конструкционные и инструментальные стали, прецизионные сплавы

Прототип

200

100

1,41

231

OllOaO

2,6

200

120

271

-3,32

1,31

Висмут

2,10

327

3,6

Свинец

150

1,41

125

Висмут

55,5 мас.%

+ свинец

44,5 мас.%

0,0

250

250

183

1,63

2,78

Олово

61,9 мас,%

+ свинец

38,1 мас.%

Олово

50,0 мас.%

+ свинец

30,0 мас.%

+ висмут

20 мас,%

Цинк

1,54

1,7

250

419

3,24

6,9

Конструкционные и инструментальные стали, прецизионные сплавы

Конструкционные и инструментальные стали, прецизионные сплавы

250

70 — 3,1

0,90

Галий

550

Результаты испытаний металлических материалов, используемых в качестве смазки, при экструзии в интервале температур 400 — 1250" С и давлений 50-1000 Mila