Способ получения плакированных биметаллических лент прокаткой

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению слоистых материалов прокаткой. Сущность изобретения: способ включает нагрев совмещенных компонентов биметаллической ленты падающим на поверхность плакирующего компонента электронным пучком энергией 1-20 МэВ и плотностью мощности 10⁴-10⁹ кВт/м². Энергию пучка выбирают таким образом, чтобы максимальная глубина проникновения электронов не превышала двух толщин плакирующего компонента. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению слоистых материалов прокаткой.

Известен способ получения многослойных лент, заключающийся в совместной прокатке разнородных материалов [1] Известен также способ получения многослойных материалов, заключающийся в сборке компонентов в пакет, нагреве и последующей прокатке [2] Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ для получения многослойной ленты путем прокатки компонентов ленты с электроконтактным нагревом их от одного источника, выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что электроконтактный нагрев осуществляется посредством приложения разности потенциалов между компонентами перед очагом деформации [3] Известное устройство для получения многослойной ленты, выбранное в качестве прототипа, содержит прокатные валки, моталки компонентов ленты, источник тока нагрева и элементы для подвода тока к компонентам ленты.

Недостатком известного способа и устройства является то, что из-за большого активного участка нагрева, при соединении многих материалов требуется создание инертной атмосферы для защиты от окисления соединяемых поверхностей. К недостаткам также относится то, что известный способ и устройство могут быть применены для получения лент из компонентов, проводящих электрический ток.

Известен способ получения плакированных биметаллических лент прокаткой, включающий совмещение компонентов биметаллической ленты перед очагом деформации, их нагрев и совместную прокатку [5] В предлагаемом способе решается задача нагрева приконтактных объемов совмещенных поверхностей плакирующего и основного компонентов биметаллической ленты. Изменяя температуру приконтактных объемов компонентов, можно управлять процессом схватывания их в очаге деформации и улучшить качество биметаллических лент.

Данная задача решается за счет того, что в способе получения плакированных биметаллических лент прокаткой компоненты совмещают перед очагом деформации и нагрев совмещенных компонентов осуществляют падающим на поверхность плакирующего компонента электронным пучком энергией 1-20 МэВ и плотностью мощности 10⁴-10⁹ кВт/м². При осуществлении нагрева электронным пучком с плотностью мощности менее 10⁴ кВт/м² подводимое тепло будет отводиться из приконтактных объемов за счет теплопроводности, не обеспечивая тем самым локальность нагрева. Использование пучка с плотностью мощности свыше 10⁹ кВт/м² приводит к резкому повышению температуры на некоторой глубине (так как в отличие от других источников тепла электронный пучок является объемным источником тепла), что приводит к образованию области повышенного давления и взрывному выбросу металла из этой зоны.

При прохождении через материал быстрые электроны теряют свою энергию, которая преобразуется в тепло, причем наибольшее количество тепла выделяется не на поверхности, принимающей электронный пучок, а на некоторой глубине в зависимости от энергии электронов и плотности материала. Так диапазону энергий электронов до 20 МэВ характерен резко выраженный максимум поглощенной энергии в материале, который уменьшается с увеличением энергии электронов [6, 4] Поставленная цель достигается также тем, что энергию электронного пучка выбирают таким образом, чтобы максимальная глубина проникновения электронов не превышала двух толщин плакирующего компонента.

Известно, что максимальная глубина проникновения в материал электронов с энергией Е до 140 кэВ может быть рассчитана δ_max=2,35·10^-11E²/ρ, а при больших значениях δ_max=3,16·10^-9E^3/2/ρ, где Е энергия электронов, эВ;
ρ плотность обрабатываемого материала, кг/м³ [6]
Таким образом, для обеспечения нагрева приконтактных объемов до нужной температуры необходимо обеспечить, чтобы максимум поглощенной энергии находился в зоне контакта компонентов или был смещен в сторону одного из них. Для электронных пучков с энергий до 20 МэВ максимум поглощенной энергии расположен в диапазоне (0,4-0,7)δ_max. Причем, по мере увеличения энергии электронного пучка расположение максимума смещается в сторону увеличения. Для энергий свыше 20 МэВ резко выраженный максимум поглощенной энергии отсутствует, что объясняется уменьшением рассеивающей способности электронов при увеличении их энергии. Электронные пучки с энергией свыше 20 МэВ могут быть применены для нагрева, когда требуется получение равномерного температурного поля по глубине пробега электронов.

На чертеже представлена схема установки для получения плакированных биметаллических лент с нагревом электронным пучком.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит прокатную клеть 1, прижимное устройство 2, линии компонентов 3, ускоритель электронов 4, технологическую камеру 5, устройство наматывания 6 и сматывания 7.

Получение плакированных биметаллических лент осуществляется следующим образом.

Компоненты биметаллической ленты 3 пропускаются через прокатную клеть 1 и закрепляются на барабане устройства наматывания 6. Натяжение Т и усилие Р прижимного устройства 2, определяемые из условия пластической деформации микронеровностей контактирующих поверхностей компонентов, что обеспечивает плотное прилегание последних в зоне нагрева. Перед очагом деформации компоненты нагреваются электронным пучком, падающим на поверхность плакирующего компонента. В результате преобразования кинетической энергии электронов в тепловую происходит нагрев приконтактных объемов компонентов. Время нагрева определяется из условия, что разогретый слой не был существенно охлажден вследствие теплопереноса вглубь компонентов, т.е.

τ=Cρδ²_max/λ,
где τ время нагрева, t=L/v_пр;
L расстояние от начала участка нагрева до выхода из очага деформации;
V_пр скорость прокатки;
c теплоемкость;
λ теплопроводность.

В этом случае температурное поле по форме будет повторять распределение поглощенной энергии и максимальная температура будет в зоне контакта компонентов. Пластическая деформация наступит в разогретых приконтактных объемах, что с одной стороны обеспечит надежное соединение компонентов, а с другой позволит снизить усилие прокатки. Одновременно, наличие непрогретого слоя будет исключать обрыв компонентов из-за снижения прочности от нагрева. Полученная биметаллическая лента собирается на барабане наматывающего устройства 6.

Изготовление биметаллических лент в технологической камере 5 при давлении 10³-10^-5 Н/м² позволит уменьшить рассеяние электронного пучка и тем самым увеличить плотность тока и расстояние до обрабатываемой поверхности.

Формула изобретения

1. Способ получения плакированных биметаллических лент прокаткой, включающий совмещение компонентов биметаллической ленты перед очагом деформации, нагрев совмещенных компонентов и их совместную прокатку, отличающийся тем, что нагрев совмещенных компонентов осуществляют падающим на поверхность плакирующего компонента электронным пучком энергией 1 20 МэВ и плотностью мощности 10⁴ 10⁹ кВт/м².

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при нагреве обеспечивают максимальную глубину проникновения электронов, не превышающую две толщины плакирующего компонента.

РИСУНКИ

Рисунок 1