Способ производства биметаллического проката на основе низкоуглеродистой стали и алюминиевого сплава



Способ производства биметаллического проката на основе низкоуглеродистой стали и алюминиевого сплава
Способ производства биметаллического проката на основе низкоуглеродистой стали и алюминиевого сплава
Способ производства биметаллического проката на основе низкоуглеродистой стали и алюминиевого сплава

 


Владельцы патента RU 2574948:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (RU)

Изобретение относится к производству двух-, трех- и многослойных материалов горячей прокаткой и может быть использовано при производстве биметаллического проката на основе низкоуглеродистой стали и алюминиевых сплавов. Способ включает предварительную механическую обработку поверхности стальной заготовки, нагрев, сборку пакета и его прокатку. Повышение прочностных характеристик и ресурса пластичности изделий обеспечивается за счет того, что на поверхности стальной заготовки в поперечном направлении к оси прокатки формируют зубчатый рельеф с углом при вершине 30°-90°, после чего заготовку из алюминиевого сплава нагревают до температуры, равной 0,65-0,75 температуры плавления алюминия, а прокатку пакета производят со степенью деформации 65-80% за один проход. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к производству двух-, трех- и многослойных материалов горячей прокаткой и может быть использовано при производстве биметаллического проката на основе низкоуглеродистой стали и алюминиевых сплавов. Из существующего уровня техники известен способ прокатки конструкционных биметаллов без деформации стальной основы [Биметаллический прокат / П.Ф.Засуха, В.Д.Корщиков, О.Б.Бухвалов, А.А.Ершов // М.: Металлургия, 1971. - 264 с.]. Общая схема технологического процесса состоит из следующих этапов:

1) подготовка металлов к плакированию, включающая обезжиривание, травление и зачистку проволочными щетками заготовок из стали и алюминиевых сплавов, предварительно плакированных слоем чистого алюминия;

2) нагрев заготовок из алюминиевых сплавов до температуры их горячей обработки;

3) формирование пакетов;

4) прокатка пакетов на стане горячей прокатки;

5) отжиг биметаллических листов;

6) резка и правка биметалла;

7) контроль качества, маркировка и т.д.

Недостатками известного способа являются низкие прочностные свойства зоны соединения слоев биметалла и низкая стабильность качества соединения слоев из-за отсутствия оптимальной технологии подготовки контактных поверхностей компонентов биметалла к совместной прокатке.

Наиболее близким решением к заявленному способу, который был принят в качестве прототипа, является способ получения биметаллов из низколегированной стали и алюминиевых сплавов (Патент №2368475 от 27.09.2009), включающий предварительную механическую обработку соединяемых поверхностей с удельным давлением 0,5-8,5 МПа с образованием перекрещивающегося рельефа, острый угол которого составляет от 20° и 70°; нагрев алюминиевой заготовки, предварительно плакированной слоем технически чистого алюминия, до температуры, равной 0,65-0,75 температуры плавления алюминия; сборку пакета, состоящего из холодной стальной и нагретой алюминиевой заготовок; совместную прокатку пакета за один проход с обжатием 65-80% и термообработку.

К недостатку прототипа относятся низкие прочностные свойства зоны соединения слоев готового биметалла (предел прочности на отрыв σотр и на срез σср), а также низкий ресурс пластичности металла Λр и зависящие от него высокие значения поврежденности металла ω. Указанный недостаток является следствием подготовки профиля контактной поверхности стальной составляющей в виде перекрещивающегося рельефа с углом при вершине от 20° до 70°. Показатель Лоде близок к значению µσ=-1, для которого пластичность алюминия меньше, чем при µσ=0. Высокое значение поврежденности металла в зоне соединения слоев биметалла приводит к локальным макроразрушениям металла и общему снижению прочностных характеристик и стабильности свойств вдоль зоны соединения слоев.

Техническим результатом изобретения является разработка способа производства биметаллического проката, предусматривающая пониженные значения поврежденности металла в зоне соединения слоев после совместной прокатки и обеспечивающая повышение эксплуатационных свойств и их стабильность в зоне соединения слоев биметаллического проката.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения биметаллического проката из низкоуглеродистой стали и алюминиевого сплава, включающем предварительную механическую обработку поверхности стальной заготовки с удельным давлением 0,5-8,5 МПа с получением высоты неровностей профиля Rmax, находящейся в пределах 0,05-0,2 толщины плакирующего слоя алюминиевой заготовки, нагрев алюминиевой заготовки, предварительно плакированной слоем технически чистого алюминия, до температуры, равной 0,65-0,75 температуры плавления алюминия, сборку пакета, состоящего из холодной стальной и нагретой алюминиевой заготовок, совместную прокатку пакета за один проход с обжатием 65-80% и термообработку, согласно изобретению перед сборкой пакета на соединяемой поверхности стальной заготовки в поперечном направлении к оси прокатки формируют зубчатый рельеф с углом при вершине 30°-90°.

Схематично предлагаемый профиль поверхности твердой составляющей представлен на фиг. 1. Как показали результаты теоретических и экспериментальных исследований, одним из основных факторов, влияющих на эксплуатационные свойства переходной зоны, является рельеф контактных поверхностей компонентов биметалла. При совместном деформировании пакета контактные поверхности сближаются и начинается обжатие металла алюминиевой заготовки выступами поверхности стальной заготовки. При этом профиль стальной поверхности определяет напряженное состояние металла алюминиевой составляющей в процессе совместного обжатия, которое оценивается такими величинами, как относительное среднее нормальное напряжение σ/Т и коэффициент Лоде µσ. Значения показателей напряженного состояния, которые способствуют минимизации поврежденности металла ω, обеспечивают повышение эксплуатационных свойств. На фиг. 2 приведены диаграммы пластичности алюминиевого сплава, выступающего в роли более мягкой составляющей биметалла, по вариантам совместной раздачи со стальной составляющей пакета, имеющей перекрещивающийся рельеф (прототип) и имеющей предлагаемый поперечный направлению прокатки рельеф. Из диаграммы следует, что при формировании рельефа в поперечном направлении к оси прокатки обеспечивается повышение коэффициента Лоде µσ от -1 до 0 и, следовательно, увеличение ресурса пластичности. Экспериментальным и теоретическим путем было установлено, что оптимальной формой профиля поверхности стальной заготовки, удовлетворяющей условию минимизации поврежденности металла ω алюминиевой заготовки и развитию фактической площади контакта, является рельеф с углом при вершине 30°-90°. В этом случае реализуется схема деформации, максимально приближенная к схеме плоской деформации и достигается максимально возможное значение коэффициента Лоде µσ=0, способствующее увеличению ресурса пластичности металла алюминиевой заготовки и снижению поврежденности металла в зоне соединения слоев.

Образование рельефа с углом при вершине меньше 30° затрудняет заполнение металлом алюминиевой заготовки полости профиля стальной составляющей биметалла и, следовательно, не обеспечивается надежное сцепление составляющих. Применение рельефа с углом при вершине больше 90° не обеспечивает площадь контакта, необходимую для получения надежного сцепления составляющих биметалла.

Пример осуществления изобретения

Процесс получения биметалла «сталь - алюминиевый сплав», состоящий из листа 1Х18Н9Т, толщиной 5 мм и алюминиевого сплава АМг6 13 мм, включает в себя следующие операции:

1) травление и зачистка дисковыми щетками алюминиевой заготовки;

2) механическая обработка шлифовальным инструментом поверхности стали с образованием на соединяемой поверхности рельефа с углом вершины в пределах 30°-90°, нанесенного в поперечном направлении к оси прокатки;

3) предварительный нагрев заготовки из алюминиевого сплава до 400-440°С;

4) сборка пакета;

5) совместная прокатка пакета со степенью деформации, равной 70-80%, без обжатия стали за один проход;

6) отжиг биметаллического листа.

С целью оценки эксплуатационных характеристик из прокатываемых биметаллических листов вырезались и подготавливались специальные образцы для испытания на прочность сцепления слоев биметалла на отрыв и на срез. Как показали результаты испытаний, приведенные в таблице, достигнуто увеличение прочности сцепления на 12-18% по сравнению с прототипом.

Способ получения биметаллического проката из низкоуглеродистой стали и алюминиевого сплава, включающий предварительные плакирование алюминиевой заготовки слоем технически чистого алюминия и механическую обработку поверхности стальной заготовки с удельным давлением 0,5-8,5 МПа с формированием рельефа, высота неровностей профиля которого составляет 0,05-0,2 толщины плакирующего слоя алюминиевой заготовки, нагрев алюминиевой заготовки до температуры, равной 0,65-0,75 температуры плавления алюминия, сборку пакета, состоящего из холодной стальной и нагретой алюминиевой заготовок, совместную прокатку пакета за один проход с обжатием 65-80% и термообработку, отличающийся тем, что рельеф на поверхности стальной заготовки перед сборкой пакета формируют с зубчатым профилем в поперечном направлении к оси прокатки с углом при вершине 30°-90°.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для получения многослойного композиционного материала с микроразмерной структурой слоев.
Способ может быть использован при изготовлении биметаллического проката для изготовления ювелирных изделий, часов, сувенирных изделий, посуды, столовых приборов, церковных украшений.
Способ может быть использован при изготовлении биметаллического проката для изготовления ювелирных изделий, часов, сувенирных изделий, посуды, столовых приборов, церковных украшений.

Изобретение относится к металлургической промышленности и касается способа получения слоистого композиционного материала на основе алюминиевых сплавов и низколегированной стали.
Изобретение может быть использовано для изготовления супермногослойных листовых полуфабрикатов на основе разнородных материалов. В качестве исходных заготовок используют листы из сплавов разнородных металлов, взаимно растворимых друг в друге в интервале температуры нагрева при горячей обработке давлением.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сваркой давлением плакированных фасонных слоистых композиционных металлических изделий, преимущественно на стальной основе.

Изобретение может быть использовано для изготовления изделий, эксплуатирующихся в широком температурном интервале (до -60°C) в условиях повышенного коррозионного износа под воздействием морской воды и других агрессивных сред.
Изобретение относится к металлургии, а именно к получению биметаллических листов с наплавленным (плакирующим) слоем из износостойкой стали и основным слоем из легированной стали.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к изготовлению слоистых листовых материалов методом совместной пластической деформации, и может быть использовано при производстве биметаллических листов и плит, предназначенных для изготовления переходников.

Изобретение относится к металлургической отрасли, а именно изготовлению прокаткой в вакууме заготовок и полос слоистой коррозионно-стойкой стали, состоящих из основного слоя углеродистой стали, легированной кремнием, и, по меньшей мере, одного плакирующего слоя коррозионно-стойкой стали.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению биметаллических заготовок из алюминиево-оловянных антифрикционных сплавов путем изменения их физической структуры сочетанием термической обработки и пластической деформации, и может быть использовано, например, в производстве подшипников скольжения. Способ изготовления биметаллической заготовки из антифрикционного сплава включает выплавку сплава, содержащего, мас. %: свинец - 2,0-4,0, олово - 8,0-12,0, медь - 2,0-5,0, цинк - 1,5-4,0, кремний - 0,1-1,0, титан - 0,02-0,2, алюминий - остальное, его термообработку осуществляют не позднее чем через 3 ч после его выплавки при температуре Т=230°-270°С в течение 2,5-3,5 ч, и последующую прокатку в три стадии, со степенью деформации на первой стадии прокатки, обеспечивающей плакирование заготовки алюминием, подготовку полученной плакированной алюминием полосы антифрикционного сплава и стальной полосы для совместного деформирования, их совместное деформирование для получения биметаллической заготовки и окончательный отжиг заготовки, при этом термообработку антифрикционного сплава после каждой стадии прокатки осуществляют при Т=230°-270°С в течение 1-3 ч, а окончательный отжиг биметаллической заготовки осуществляют при Т=300°-320°С в течение не менее 2 ч. Изобретение направлено на получение биметаллической заготовки с высокими триботехническими свойствами при сохранении требуемых характеристик прочности и пластичности по всей глубине заготовки. 4 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл.
Наверх