Способ получения заготовок с мелкозернистой структурой при прокатке



Способ получения заготовок с мелкозернистой структурой при прокатке
Способ получения заготовок с мелкозернистой структурой при прокатке

 


Владельцы патента RU 2489219:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") (RU)

Способ получения заготовок с мелкозернистой структурой при прокатке включает деформацию заготовки вне основных валков в промежутке между смежными клетями продольной прокатки, при котором создают деформацию, обеспечивающую растяжение, сжатие и сдвиг слоев заготовки, для чего проводят непрерывное динамическое знакопеременное сгибание заготовки на углы, приближающиеся к 90° с минимально возможным радиусом сгибания, причем сгибание осуществляют протяжкой не менее чем тремя дополнительными валками, расположенными в шахматном порядке с двух сторон заготовки с возможностью их вертикального перемещения, диаметр дополнительных валков преимущественно сопоставим с толщиной заготовки, расстояние между дополнительными валками в рабочем состоянии равно толщине заготовки, дополнительные валки в рабочем состоянии расположены преимущественно соосно с осями нижних основных валков клетей, а дополнительные валки выполняют с продольным рифлением, что позволяет расширить арсенал средств получения регламентированной структуры, включая микрокристаллическую, в плоских заготовках и листах при прокатке. 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 8 пр.

 

Настоящее изобретение относится к области металлургии, а именно к разделу изменения физической структуры металлов и сплавов методом горячей пластической обработки, приводящей к измельчению зерна, для получения высоких технологических и эксплуатационных характеристик плоских заготовок.

Известен способ равноканального углового прессования (РКУ), включающий многократное продавливание цилиндрической заготовки через несколько каналов одинакового поперечного сечения, пересекающихся под некоторым углом, преимущественно близким или равным 90°. После каждого прохода заготовка может поворачиваться вокруг своей продольной оси на угол 90° или 180°. (Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией, М.: Логос, 2000, стр.13). Недостатком способа является сложность и невозможность применения его для плоских заготовок.

Известен способ обработки заготовок из металлов и сплавов (патент RU 2203975 C2, МПК C22F 1/18, опубликован 10.05.03), заключающийся в получении микроструктуры с требуемым размером зерен посредством пластической деформации, осуществляемой за один или несколько этапов, исходя из размеров зерен в исходной заготовке. Температурно-скоростные условия на этапе выбирают обеспечивающими трансформацию структуры в процессе динамической рекристаллизации. Кроме того, этап проводят за несколько переходов для наиболее полной трансформации структуры в объеме заготовки. При обработке осесимметричной заготовки на переходах прорабатывают регламентированные по объему слои заготовки, используя сложное нагружение, включающее, по крайней мере, на первом переходе первого этапа, в качестве единственной или преимущественной компоненты кручение, а на последующих переходах сжатие или растяжение, или сочетание сжатия или растяжения с кручением. Обработку осуществляют в изотермических или квазиизотермических условиях. Способ позволяет получать мелкозернистую структуру в осесимметричных заготовках. Однако недостатком способа является значительная сложность при обработке небольших плоских пластин и невозможность обработки протяженных пластин.

Известен способ правки толстолистового проката из высокопрочной низколегированной штрипсовой стали (патент RU 2432221 C1, B21D 1/05, опубликовано 27.10.2011), включающий знакопеременный упругопластический изгиб проката в листоправильной машине между двумя рядами роликов при регламентированной температуре, при которой максимальная величина изгиба задается из соотношения толщины проката и расстояния между осями нижних и верхних роликов. Недостатком способа является невозможность существенного измельчения зерна металла, так как процесс правки осуществляется при деформационных условиях, не обеспечивающих должного накопления деформаций при обработке, и может быть использован только для низколегированных сталей при пониженных температурах.

В качестве прототипа выбран способ получения заготовок с мелкозернистой структурой совмещенной винтовой и продольной прокаткой (Патент RU 2347631 C1, B21B 19/02, опубл. 27.02.2009 г), включающий деформацию заготовки вне основных валков скручиванием в промежутке между смежными клетями винтовой и продольной прокатки. Обработку начинают продольной прокаткой, после чего осуществляют поперечно-винтовую прокатку с круговым обжатием и вращением заготовки, с обеспечением воздействия на заготовку сжимающего напряжения усилием подпора за счет разности скоростей истечения металла в процессе продольной и винтовой прокатки.

Достоинством способа является использование промежутка между смежными клетями для деформации заготовки сжимающими напряжениями. Недостатком способа является использование для этих целей винтовой прокатки, поскольку при этом можно обрабатывать только осесимметричные заготовки для получения мелкого зерна.

Задача изобретения состоит в расширении арсенала средств получения регламентированной структуры, включая микрокристаллическую, в плоских заготовках и листах при прокатке.

Решение поставленной задачи достигается тем, что аналогично прототипу способ получения заготовок с мелкозернистой структурой при прокатке включает деформацию заготовки вне основных валков в промежутке между смежными клетями продольной прокатки. В отличие от прототипа создают деформацию, обеспечивающую растяжение, сжатие и сдвиг слоев заготовки, для чего проводят непрерывное динамическое знакопеременное сгибание заготовки на углы, приближающиеся к 90° с минимально возможным радиусом сгибания.

В частном случае реализации способа сгибание осуществляют протяжкой между не менее чем тремя дополнительными валками, расположенными в шахматном порядке с двух сторон заготовки с возможностью их вертикального перемещения.

В частном случае реализации способа сгибание осуществляют с помощью дополнительных валков, диаметр которых преимущественно сопоставим с толщиной заготовки.

В частном случае реализации способа расстояние между дополнительными валками в рабочем состоянии равно толщине заготовки.

В частном случае реализации способа дополнительные валки в рабочем состоянии расположены преимущественно соосно с осями нижних основных валков клетей.

В частном случае реализации способа дополнительные валки выполнены с продольным рифлением. Использование дополнительных валков с продольным рифлением позволит уменьшить образование текстурированных зерен в поверхностных слоях заготовки.

Физическая сущность способа состоит в увеличении накопленной деформации заготовкой в процессе обработки. Развитие процесса пластической деформации при непрерывном динамическом сгибании заготовки осуществляется в условиях знакопеременного растяжения и сжатия, а также сдвига, что стимулирует формирование в материале устойчивых дислокационных скоплений и позволяет создать значительную накопленную деформацию.

Динамическое сгибание заготовки на углы, приближающиеся к 90° с минимально возможным радиусом сгибания, приближает условия деформирования к условиям, осуществляемым в известном методе равноканального углового прессования. При угловом прессовании изменение направления движения прессовки на 90° дает максимальный эффект измельчения за счет гидростатического сжатия, растяжения и сдвига слоев прессовки (Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. М.: Логос, 2000, стр.13).

В предлагаемом способе сгибание заготовки на углы, приближающиеся к 90° с минимально возможным радиусом сгибания, также дает максимальный эффект измельчения зерна. Радиус сгибания соответствует радиусу дополнительного валка, минимальное значение которого ограничивается сложностью технической реализации, например, из-за возможности изгиба при значительной длине валка. Экспериментально установлено, что оптимальным является радиус сгибания, сопоставимый с половиной толщины заготовки. Радиус сгибания более двух, трех значений толщины заготовки приводит к столь незначительному эффекту обработки, что делает применение данного способа нецелесообразным.

Реализация способа, в том числе в сочетании с последующей термической обработкой, обеспечивает формирование новых зерен за счет развития динамической либо статической рекристаллизации. В частном случае применения способа для сталей из-за сочетания с фазовыми превращениями типа эвтектоидного в системе железо-углерод ускоряется трансформация крупнозернистой или грубой пластинчатой микроструктуры в глобулярную.

Для достижения сгибания на углы, близкие к 90°, расстояние между дополнительными валками в рабочем состоянии должно быть равно толщине заготовки, сами валки должны иметь диаметр преимущественно сопоставимый с толщиной заготовки и расположены преимущественно соосно с осями нижних основных валков клетей.

Более значительный эффект накопления деформации будет реализовываться в случае увеличения числа проходов через дополнительные валки, для чего можно увеличить число дополнительных валков либо повторить обработку.

Дополнительные валки в рабочем состоянии должны быть расположены преимущественно соосно с осями нижних основных валков клетей, поскольку увеличение смещения заготовки относительно оси прокатки может увеличить усилие при протяжке и вызвать обрыв заготовки.

Применение предложенного способа в области динамической рекристаллизации или межкритической области для сплавов с полиморфными превращениями может приводить к формированию устойчивой наноструктуры до уровня 40-50 нм.

Возможность реализации предложенного способа иллюстрируется графическими материалами.

На фиг.1 представлена схема расположения дополнительных валков в промежутке между смежными клетями продольной прокатки в начальный момент обработки заготовки, где 1 - обрабатываемая заготовка, 2 и 3 - смежные клети продольной прокатки, 4 и 5 - верхние дополнительные валки, 6 - нижний дополнительный валок, 7 и 8 - верхняя и нижняя станина.

На фиг.2 представлена схема процесса обработки плоских заготовок.

В частном случае реализации предложенного способа может быть использовано приспособление (фиг.1), включающее дополнительные валки 4, 5, закрепленные на станине 7 и валок 6, закрепленный на станине 8, расположенные в шахматном порядке на расстоянии, равном толщине заготовки 1. Диаметр дополнительных валков 4-6 равен толщине заготовки 1.

Способ осуществляют следующим образом. Заготовку 1 нагревают до температуры, необходимой для проведения обработки, и начинают прокатку в первой клети 2, а затем во второй клети 3. После чего опускают станину 7 с верхними дополнительными валками 4, 5, которые располагают соосно с нижними основными валками рабочих клетей 2, 3 (фиг.2), тем самым обеспечивая динамическое непрерывное знакопеременное сгибание заготовки 1 на углы, приближающиеся к 90° с минимально возможным радиусом сгибания, определяемым диаметром дополнительных валков. При этом на участках заготовки, находящихся в зазоре между валком клети 2 и валком 4, валками 4-6 и 6-5, валком 5 и валком клети 3 осуществляется послойное сжатие, растяжение, деформация сдвигом, которые по мере протяжки заготовки 1 между дополнительными валками 4, 5, 6 меняют свой знак и приводят к существенному накоплению деформации и, следовательно, измельчению зерна. Измельчение зерна может быть регламентировано изменением условий обработки, например, расстояния между валками, угла сгибания и др.

Пример 1

Заготовку в виде прутка из отожженной технической меди шириной 10 мм и толщиной 8 мм с размером зерна 95 мкм нагревали до 700°С и прокатывали с помощью двух клетей 2, 3 лабораторного стана, расположенных на расстоянии 84 мм друг от друга на толщину 6 мм, обжатие осуществлялось на 25%. Диаметр дополнительных валков 4-6 составлял 20 мм, расстояние между верхними дополнительными валками 4 и 5-32 мм, между верхними и нижними валками 4-6 и 6-5 в момент протяжки - 6 мм. Верхние валки 4, 5 с помощью гидравлического домкрата были опущены на уровень, обеспечивающий соосность их с нижними осями валков рабочих клетей 2, 3.

Металлографический анализ образцов после обработки показал среднее значение размера зерна порядка 2 мкм. Таким образом, полученная структура имеет существенно меньший размер зерна, чем в исходном состоянии.

Пример 2

Обрабатывали такую же, как в примере 1, медную заготовку в тех же условиях. Прокатка осуществлялась только через первую клеть без протяжки через дополнительные валки, которые оставались в исходном положении. Размер зерна составил 40 мкм.

Таким образом, обычная прокатка не позволяет существенно уменьшить размер зерна металла.

Пример 3

Обрабатывались медная заготовка в тех же условиях, что в примере 1. Обработка проводилась два раза. Размер зерна составил 0,9 мкм.

Таким образом, увеличение числа циклов сгибания дополнительно уменьшило размер зерна.

Пример 4

Обрабатывали такую же, как в примере 1, медную заготовку в тех же условиях, но расстояние между двух клетей лабораторного стана - 140 мм, расстояние между верхними дополнительными валками - 60 мм, между верхними и нижними валками в момент протяжки - 20 мм.

Металлографический анализ образцов после обработки показал среднее значение размера зерна порядка 8 мкм, то есть наблюдается меньшая степень измельчения зерна, чем в примере 1.

Пример 5

Обрабатывали такую же, как в примере 1, медную заготовку в тех же условиях, но расстояние между двух клетей лабораторного стана - 144 мм, расстояние между верхними дополнительными валками - 52 мм, между верхними и нижними валками в момент протяжки - 6 мм, диаметр дополнительных валков - 40 мм.

Размер зерна составил 25 мкм, то есть измельчение зерна составляет незначительную величину. Увеличение диаметра валков, т.е. радиуса сгибания приводит к существенно меньшему эффекту обработки.

Пример 6

Обрабатывали такую же, как в примере 1, медную заготовку в тех же условиях, но дополнительные валки были опущены вниз на расстояние, не доходящее 15 мм до оси нижних валков рабочих клетей.

Размер зерна составил 25 мкм, поскольку не было обеспечено сгибание заготовки на углы, близкие к 90°, что не позволило получить желаемый результат.

Пример 7

Заготовку, аналогичную той, что рассмотрена в примере 1, обрабатывали в тех же условиях, но дополнительные валки имели продольное рифление.

Размер зерна после обработки составил 2 мкм, причем форма зерна была близка к равноосной, т.е. продольное рифление валков дополнительно уменьшает текстурованность и тем самым повышает качество металла.

Пример 8

Заготовка из алюминиевого сплава Д16 в виде прутка шириной 10 мм и толщиной 8 мм, с размером зерна 103 мкм была нагрета до 400°С и обрабатывалась далее в условиях, аналогично примеру 1.

Размер зерна после обработки составил 3,5 мкм, что свидетельствует об эффективности применяемой обработки и для алюминиевых заготовок.

Таким образом, предложенный способ расширяет арсенал средств получения регламентированной структуры, включая микрокристаллическую, путем непрерывного динамического знакопеременного сгибания при прокатке плоской заготовки на углы, приближающиеся к 90° с минимально возможным радиусом сгибания.

1. Способ получения заготовок с мелкозернистой структурой при прокатке, включающий деформацию заготовки вне основных валков в промежутке между смежными клетями продольной прокатки, отличающийся тем, что деформацию заготовки, обеспечивающую растяжение, сжатие и сдвиг слоев заготовки, создают путем проведения непрерывного динамического знакопеременного сгибания заготовки с минимально возможным радиусом сгибания на углы, близкие к 90°.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сгибание заготовки осуществляют протяжкой не менее чем тремя дополнительными валками, расположенными между смежными клетями в шахматном порядке с двух сторон заготовки с возможностью их вертикального перемещения.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что сгибание заготовки осуществляют с помощью дополнительных валков, диаметр которых преимущественно сопоставим с толщиной заготовки.

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что расстояние между дополнительными валками в рабочем состоянии устанавливают равным толщине заготовки.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительные валки выполняют с возможностью их расположения в рабочем состоянии соосно с осями нижних основных валков клетей.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительные валки выполняют с продольным рифлением.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обработке металлов давлением, конкретно к технологии сортовой винтовой прокатки круглого профиля из стали обычного качества и легированной, труднодеформируемых сталей и сплавов, цветных металлов при использовании преимущественно в качестве исходной непрерывнолитой заготовки.

Изобретение относится к области трубопрокатного производства и наиболее эффективно может быть использовано при производстве высокоточных труб на станах поперечно-винтовой прокатки с четырехвалковыми клетями и касается также перевалки четырехвалковых клетей.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и касается способа получения горячекатаных бесшовных труб винтовой прокаткой. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способу производства заготовок на прошивном стане. .

Изобретение относится к области трубопрокатного производства, а точнее к способам получения тонкостенных труб в агрегатах с трехвалковым раскатным станом поперечно-винтовой прокатки Ассела.

Изобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано при изготовлении бесшовных труб на трубопрокатных агрегатах, имеющих в своем составе устройство для прошивки заготовки в полую гильзу и раскатной стан с калибром, образованным оправкой и расположенными вокруг нее валками, например пильгерстан, автоматстан, реечный, непрерывный и также стан Асселя.
Изобретение относится к трубопрокатному производству, к конструкциям трубопрокатных станов, а именно к станам шаговой прокатки, и может быть использовано на установках с пилигримовыми станами.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способу производства труб. .

Изобретение относится к способу и устройству для прокатки заготовки в прокатной установке с планетарным косовалковым и продольным прокатными станами. .

Изобретение относится к прокатному производству и касается усовершенствования конструкции двухвалковых клетей станов винтовой прокатки со станиной закрытого типа для получения труб и круглого проката.

Изобретение предназначено для уменьшения себестоимости и повышения качества труб, производимых винтовой прокаткой. Валок содержит вал и закрепленную на нем бочку с коническими участками. Возможность многократной замены изнашиваемых участков валка обеспечивается за счет того, что бочка выполнена в виде двух составных элементов, имеющих форму усеченных конусов, сопряженных друг с другом торцевыми поверхностями и соединенных винтами или шпильками, при этом составной элемент, соответствующий участку выхода готового проката, закреплен на валу неподвижно по горячей посадке, составной элемент, соответствующий участку захвата заготовки, - с возможностью перемещения вдоль вала, на торцевой поверхности одного из составных элементов выполнен осесимметричный некруглый выступ или отверстие, оппозитно которому на торцевой поверхности другого составного элемента, примыкающей к первому коническому элементу, выполнено сопряженное с ним и соединенное шпоночным, шлицевым или профильным соединением, соответственно, отверстие или выступ, при этом глубина отверстия превышает высоту соответствующего выступа. На валу со стороны составного элемента, соответствующего участку входа готового проката, выполнена проточка, в которую вставлены два полукольца, фиксируемые от выпадения из проточки надетой на них перемещаемой втулкой. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к прокатному оборудованию, непосредственно к станам винтовой прокатки круглого сорта и труб. Способ включает снятие крышки с основания станины, ее разворот в пространстве на 180°, замену кассет с валками, монтаж или демонтаж верхнего и нижнего линейкодержателей с последующей установкой крышки на основание станины. Cнижение трудоемкости операции и повышение производительности прокатного агрегата в целом обеспечивается за счет того, что разворот крышки станины в пространстве на 180° осуществляют вокруг вертикальной оси, проходящей через центр тяжести крышки посредством стойки, несущей вал с двумя подшипниковыми опорами и электромеханическим приводом, при этом на валу закреплена консольная вилкообразная балка. 10 ил.

Изобретение относится к области прокатки круглых профилей на станах поперечно-винтовой прокатки с чашевидными валками. Клеть прокатного стана содержит корпус и установленные в нем валки. Повышение точности позиционирования пространственного положения рабочего валка обеспечивается за счет того, что регулировка положения валка 2 относительно оси прокатки осуществляется за счет поворота приспособления 9 на определенный угол при помощи червячного винта 12. Изменение диаметра изделия 1 осуществляется за счет вращения гайки 8 с наружным червячным колесом при помощи червячного винта 11. Продольная шпонка 13 или шлицевые вырезы позволяют эксцентриковой втулке 6 перемещаться вдоль оси вращения валка 2 относительно поворотного приспособления 9, не изменяя положения оси валка 2 относительно оси прокатки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области прокатного оборудования. Валок содержит рабочую часть, соединенную с ведущим валом, и механизм крепления. Автоматическая центровка всех деталей, жесткость обеспечиваются за счет того, что механизм крепления состоит из кольцевого пружинящего клина с разрезом, прижима, торцевых шпонок и винта, при этом кольцевой пружинящий клин и прижим размещены во внутренней конусообразной полости валка с совмещением их осей симметрии с осью симметрии грибовидного валка, в рабочей части грибовидного валка по его оси симметрии выполнено сквозное отверстие диаметром, меньшим диаметра головки винта, вдоль прижима по его оси симметрии выполнено сквозное отверстие для прохождения резьбовой части винта, ведущий вал со стороны грибовидного валка выполнен с конусообразным выступом, а вдоль ведущего вала по оси симметрии со стороны рабочей части грибовидного валка выполнено резьбовое отверстие под резьбовую часть винта длиной, не меньшей резьбовой части винта, при этом прижим и кольцевой клин расположены в полости валка без возможности проворачивания. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх