Способ производства полуфабрикатов из заэвтектических силуминов

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве полуфабрикатов из заэвтектических силуминов, в частности прутков и труб. Задача изобретения - повышение качества катаного металла. Способ включает отливку слитка, гомогенизацию и последующую поперечно-винтовую прокатку на пруток. Для получения труб готовые прутки прошивают. Прокатку производят с осевым усилием-подпором с обжатием заготовки рабочими валками конического сечения. Скорость прокатки, усилие подпора, длина калибрующей зоны и угол раствора валков регламентированы. Изобретение обеспечивает повышение пластичности металла. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве полуфабрикатов из заэвтектических силуминов.

Известен способ производства поршней тракторных дизелей из завэтектического сплава АЛ25, включающий отливку слитка, гомогенизацию и последующую горячую деформацию прессованием и штамповкой (Колпин Ю.Г. и др. Изотермическая штамповка поршней из сплава АЛ25. Кузнечно-штамповое производство, 1979, №2, с.12-14).

Недостатком этого способа является низкая пластичность полученных полуфабрикатов из-за грубой структуры литого и деформированного металла и невозможность получения длинномерных изделий, таких как прутки и трубы.

Известен способ поперечно-винтовой прокатки (ПВП) заэвтектических силуминов, включающий непрерывное литье слитка, гомогенизацию и прокатку по 3-валковой схеме прутков в 1-3 прохода с суммарной степенью деформации 50-80% при скорости деформации 0,36-0,74 с^-1 при температуре 450°С (Панов Е.И., Эскин Г.И. Исследование реологических свойств трудно деформируемого силумина марки 01390 при растяжении. Цветные металлы, 2004, №6, с.97-103, прототип).

Недостатком способа является низкая пластичность сплава из-за недостаточного измельчения структуры и, как следствие, понижение качества качества катаного металла.

Предлагаемый способ производства полуфабрикатов из заэвтектических силуминов включает отливку слитка, гомогенизацию и последующую горячую деформацию методом поперечно-винтовой прокатки на прутки по трехвалковой схеме в 1-3 перехода со скоростью прокатки 0,05-0,08 м/с и осевым усилием-подпором Т_в=(0,4-0,8)δ_s·S, где δ_s - сопротивления деформации при температуре прокатки (кг/мм²), a S - площадь сечения заготовки (мм²), и одновременным обжатием заготовки рабочими валками конического сечения с длиной калибрующего участка не менее половины длины обжимного участка и углом раствора валков 10-14°.

Для получения трубных заготовок полученные прутки прошивают на трехвалковом стане ПВП.

Предлагаемый способ производства полуфабрикатов из заэвтектических силуминов отличается от прототипа тем, что поперечно-винтовую прокатку на прутки ведут со скоростью 0,05-0,08 м/с с осевым усилием-подпором, определяемым из соотношения Т_в=(0,4-0,8)δ_s·S, где

Т_в - усилие-подпор (кг),

δ_s - сопротивления деформации при температуре прокатки (кг/мм²),

S - площадь сечения заготовки (мм²),

и одновременным обжатием заготовки рабочими валками конического сечения с длиной калибрующего участка не менее половины длины обжимного участка и углом раствора валков 10-14°. Для получения трубных заготовок готовые прутки прошивают на трехвалковом стане.

Технический эффект состоит в максимальной приближении к схеме всестороннего сжатия, когда вращение заготовки, совмещенное с поступательным (осевым перемещением) движением вдоль очага деформации, образованного обжимными удлиненными участками трех рабочих валков, позволяет последовательно и многократно максимально измельчать структуру заготовки.

Технический результат - увеличение как технологической пластичности, так и механических свойств (главным образом пластичности) изделия, что, в свою очередь, увеличивает срок службы изделий из заэвтектических силуминов.

Предлагаемый способ позволяет обеспечить в очаге деформации скручивание металла на 40-50° и создать в металле максимальную сдвиговую деформацию, что ведет к существенному измельчению кристаллов кремния, существующих в слитке (до начала деформации), за счет первичной их кристаллизации из расплава, тем самым формируя равномерную структуру катаного металла. Все это повышает как технологическую пластичность в процессе прокатки, так и пластичность конечного деформированного изделия.

Кроме того, повышенная длина калибрующего участка валков снимает скольжение металла при выходе из очага деформации, и, как следствие, улучшает качество поверхности.

Повышение технологической пластичности металла позволяет получать из заэвтектического силумина трубы и другие деформированные полуфабрикаты, что расширяет технологические возможности способа.

Пример осуществления способа.

В опытных условиях отливали слитки диам. 112 мм методом непрерывного литья из заэвтектического силумина марки 01390. Химический состав сплава - 17% Si; 0,5% Mn; 1,0% Fe; 0,25% Cu; остальное - Al. Для повышения технологической пластичности при литье расплав модифицировали фосфоросодержащим модификатором и проводили ультразвуковую обработку потока расплава на пути в кристаллизатор. Перед прокаткой слитки гомогенизировали по режиму: 460°С, 3 ч. Поперечно-винтовую прокатку осуществляли при температуре 460±10°С по 3-валковой схеме со скоростью 0,06 м/с для получения прутков диам. 92-50 мм после 1-3 переходов. При получении прутка диаметром 80 мм со скоростью прокатки 0,06 м/с методом ПВП осуществляли подпор Т_в усилием 2512 кг с помощью гидравлического толкателя. Указанная величина подпора Т_в составляла 1/2 от произведения сопротивления деформации δ_s=35 МПа (3,5 кг/мм²) для силумина марки 01390 при температуре 450°С на площадь S=6400 мм² прутка диаметром 80 мм и была равной соответственно Т_в=0,5×6400×3,5=2512 кг.

В процессе ПВП силумина марки 01390 при температуре 450°С раствор валков составлял 10°, а длина калибрующего участка валка общей длиной 272 мм составляла 92 мм, т.е. длины обжимного участка длиной 182 мм.

Часть полученных прутков диаметром 80 мм прошивали на гильзу (трубу) внешним диаметром 74 мм с толщиной стенки 15 мм с вытяжкой ≤2 при температуре 460±10°С со скоростями прокатки 0,05-0,08 м/с. Оптимальная скорость прокатки составила 0,05 м/с. При меньших скоростях внутренняя поверхность трубы имеет шероховатость, при больших скоростях наблюдаются трещины по поверхности трубы.

Полученные длинномерные полуфабрикаты (прутки и трубы) имеют хорошо проработанную структуру с дисперсными кристаллами кремния размером менее 20 мкм и высокий уровень механических свойств, существенно превышающий приведенные в прототипе и аналоге (табл.1).

Таблица 1. Механические свойства прутков и труб из заэвтектического силумина после поперечно-винтовой прокатки (отжиг при 460±10°С, 3 ч)
Полуфабрикат	Способ прокатки	Временное сопротивление разрыву, МПа	Предел текучести, МПа	Относительное удлинение,%	Относительное сужение,%
Пруток	прототип	183,0	130,0	10,0	12,5
диаметром 80 мм	предлагаемый способ	200,0	135,0	15,0	18,0
Труба	прототип	210,0	140,0	8,6	17,8
диаметром 74 мм со стенкой 15 мм	предлагаемый способ	220,0	145,0	16,0	25,0

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить технологическую пластичность производства длинномерных деформированных полуфабрикатов из заэвтектических силуминов с получением качественных прутков и труб. При этом пластичность (относительное удлинение и относительное сужение) катаных прутков и прошитых труб на 30% превышают аналогичные характеристики при прессовании сплава АЛ25 (прототип).

Повышение пластичности длинномерных полуфабрикатов из заэвтектических силуминов после прокатки на 30% позволяют существенно увеличить срок их эксплуатации и дает возможность дальнейшего изготовления из них различных изделий, таких как, например, сложные штамповки типа поршни и гильзы двигателей внутреннего сгорания.

1. Способ производства полуфабрикатов из заэвтектических силуминов, включающий отливку слитка, гомогенизацию и последующую горячую деформацию методом поперечно-винтовой прокатки на прутки по трехвалковой схеме в 1-3 перехода, отличающийся тем, что поперечно-винтовую прокатку на прутки ведут со скоростью 0,05-0,08 м/с и осевым усилием-подпором, определяемым из соотношения

Т_в=(0,4÷0,8)δ_s·S,

где Т_в - усилие-подпор, кг;

δ_s - сопротивления деформации при температуре прокатки, кг/мм²;

S - площадь сечения заготовки, мм²,

и одновременным обжатием заготовки рабочими валками конического сечения с длиной калибрующего участка не менее половины длины обжимного участка и углом раствора валков 10-14°.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения трубных заготовок готовые прутки прошивают на трехвалковом стане.