Горячая прокатка сплавов алюминия

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МАТИ» - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени К.Э. ЦИОЛКОВСКОГО (МАТИ)

Кафедра «Технология и автоматизация обработки материалов»

Доклад по дисциплине:

Тема: «Горячая прокатка сплавов алюминия».

Группа:14МТМ-4ДС-032

Выполнил: Бутов

Проверил: Якушев

Ступино 2014

Содержание

Введение

Горячая прокатка AL сплавов

Нагрев слитков

Нагревательные печи

Обжатие при прокатке слябов и полос

Раскрытие слябов

Охлаждение и смазка валков при горячей прокатке

Список литературы

Введение

Прокатка - один из самых распространенных видов обработки металлов давлением. Заключается в обжатии металла между двумя, реже тремя, вращающимися в разные стороны валками. Силами трения заготовка затягивается в зазор между валками и обжимается по высоте. Тангенс угла захвата равен коэффициенту трения. После прокатки отношение площади сечения готового профиля равно отношению длины готового профиля к длине исходной заготовки (то есть объем при прокатке не изменяется) без учета потерь по пределу и называется коэффициентом вытяжки.

Прокатка - процесс обжатия заготовки между вращающимися валками с целью придания ей требуемой формы и размеров. Различают три способа прокатки: продольную, поперечную, поперечно-винтовую. Основным способом, при помощи которого производится до 90% проката в стране, является продольная прокатка, в процессе которой металл подвергается обжатию между вращающимися в разные стороны параллельными валками.

Прокатное производство - это заготовительное производство для машиностроения и других отраслей промышленности. Прокаткой обрабатывают до 70 - 80 % металлов.

Производство алюминиевого проката в СССР было начато в 1922 году. Продукция алюминиевого проката широко применяется в авиации, машиностроении, электротехнической промышленности.

Прокатное производство является завершающим звеном металлургического цикла.

В соответствии с увеличением выплавки стали предусматривается непрерывное возрастание выпуска труб и проката. Для этого целесообразно вводить в эксплуатацию новые высокопроизводительные и автоматизированные прокатные станы, осваивать прокатку новых сталей и сплавов. Необходимо также использовать новые перспективные способы прокатки, такие как непрерывная прокатка. Для всего этого необходимо использование достижений в различных областях науки и техники, а также подготовленных высококвалифицированных специалистов.

Горячая прокатка алюминиевых сплавов

Горячей прокаткой называют прокатку, которая происходит при температуре выше температуры рекристаллизации:

Тпр = 0,4 Тпл;

Тпр = (0,7-0,9) Тпл.

Любая пластическая деформация металла сопровождается упрочнением (деформация упрочнения - нагартовка).Однако если нагреть предварительно заготовку до температуры выше температуры рекристаллизации, то в процессе пластической деформации такой заготовки упрочнение ощущаться практически не будет, т. к. в процессе упрочнения одновременно протекают процессы разупрочнения. Для горячей прокатки температура нагрева заготовки определяется:

1. Из диаграммы состояния материала определяют максимально допустимую температуру нагрева.

2. Из диаграммы пластичности определяют интервал температур которые соответствуют максимальной пластичности для данного сплава.

3. Сочетание степени деформации и температуры могут привести к интенсивному росту зерна. Необходимо установить правильные соотношения между степенью деформации в последнем проходе горячей прокатке и температурой для обеспечения мелкозернистой структуры прокатки.

Горячая прокатка имеет существенное преимущество перед холодной - меньшая энергоемкость, большие суммарные деформации, не требуется промежуточных отжигов. Однако горячая прокатка ограничена толщиной проката. Минимальная толщина горячих катанных листов ~ 3 - 3,5 мм. Меньшую толщину горячего проката получить нельзя, т.к. из-за интенсивного и неравномерного охлаждения полосы на рольганге невозможно обеспечить равномерное распределение механических свойств по всему объему металла и как следствие заданную разнотолщенность по длине и ширине полосы. Поэтому, алюминиевый прокат меньше 3 мм получают методом холодной прокатки (т.е. от 20-50 градусов).

После обрезки концов полосы и смотки ее в рулон последний подвергается отжигу.

Предварительная правка и резка рулонов, где размотанная полоса подвергается правке, обрезки боковых кромок и резке на листы.

Сложенные в стопы листы проходят дальнейшие операции в линии отделки (закаленные листы): термическая обработка, сушка, правка, прогладка, растяжка на растяжной машине, обрезка в размер по длине и окончательная правка. После этого листы проходят контроль, маркировку, смазку и упаковку в ящики.

Нагрев слитков

При некоторых технологических схемах гомогенизирующий отжиг совмещают с операцией нагрева металла перед горячей прокаткой. В этом случае перед выдачей металла из печей необходимо понизить его температуру. Величину максимальной температуры, при которой можно вести прокатку, устанавливают с учетом структурного строения слитка. Присутствующие в прочных сплавах сложные низкоплавкие эвтектики обусловливают прокатку при более низких температурах. Если превысить допустимые температуры прокатки, то при температуре образования эвтектик в металле создаются хрупкие ослабленные участки и в результате деформации возникают горячие трещины. Для пластичных сплавов, у которых это ограничение отсутствует, допускаются более высокие температуры нагрева.

Нижний предел температуры нагрева обусловлен тем, что пластичность литого слитка падает с понижением температуры прокатки. Низкие температуры особенно недопустимы в первых пропусках, когда сляб имеет недеформированную структуру. При захолаживании сляба в процессе прокатки начинается процесс трещинообразования. На поверхности сляба трещины образуются в виде мелкой сетки, на кромках -- в виде глубоких надрывов. Прокатка при низких температурах не допускает применения больших обжатий за пропуск, которые уменьшают склонность слябов к раскрытию и обеспечивают получение мелкозернистой структуры в готовом листе. Снижение температуры в процессе прокатки не приводит к дефектам, так как деформированная структура обусловливает повышение пластичности.

Температурно-скоростные условия горячей прокатки определяет структуру горячей заготовки, т.е размеры и ориентацию зерен, что в свою очередь влияет на свойства заготовки после отжига -- ее прочность и пластичность. Для стабильного получения этих свойств необходимо стремиться выдерживать температурные диапазоны прокатки.

Из сказанного следует, что нахождение оптимальной температуры горячей прокатки, зависящей от механических и структурных свойств сляба и в большой степени от конструкции и механизации прокатного стана и адъюстажного оборудования, является сложной задачей. Вследствие этого в каждом отдельном случае эту температуру целесообразно определять экспериментально. Некоторые типичные температурные пределы горячей прокатки алюминиевых сплавов, применяемые на практике, приведены в табл. 15.

Нагревательные печи

Слитки перед прокаткой нагревают (независимо от гомогенизации) в специальных печах.

Наиболее распространены методические печи с продвижением слитка на цепных конвейерах или толкателями на поддонах.

Так как нагретый алюминий очень мягок и его поверхность может быть легко повреждена, особое внимание уделяется осторожному транспортированию слитков через печь.

В конвейерных печах слитки следует укладывать на подкладки, в толкательных -- на металлические поддоны. При необходимости увеличить съем с 1 м² пода печи применяют толкательные печи, в которых слитки устанавливают в специальных поддонах, на ребро.

Высокая теплопроводность металла и низкая температура его в начале нагрева позволяют применять в начальных зонах печи большой тепловой напор: у входа температуру теплоносителя поддерживают около 600°С, на стороне выдачи температуру устанавливают на величину, допустимую для данной марки сплава. Такой режим нагрева по длине печи легко осуществить в печах с поперечной циркуляцией воздуха. Скорость циркуляции воздуха в таких печах составляет 4--7 м/сек.

В табл. 16 приведены характеристики двух современных печей для нагрева алюминиевых сплавов.

Прокатку ведут с максимальными обжатиями за пропуск. Помимо высокой производительности, большие обжатия обеспечивают уменьшение раскрытия слябов и заготовка получается с минимальным размером зерна.

Кроме того, благодаря быстрому протеканию процесса и тепловому эффекту деформации прокатка заканчивается при более высоких температурах,что облегчает процесс обжатия в валках и снижает расход энергии.

Сплавы марок АД1, АВ и АМц обладают высокой деформируемостью и при прокатке их, обычно не происходит растрескивание кромок и трещинообразования на поверхности.

Обжатие при прокатке слябов и полос

прокатка горячий печь алюминиевый

В экспериментальных исследованиях при прокатке образцов из сплавов АД1 и АВ достигалось обжатие в 80% за пропуск без трещинообразования. Однако на практике обжатие сверх 60% приводит к шероховатости боковых кромок вследствие интенсивного уширения. Скорость прокатки не оказывает влияния на трещинообразования.

Величина обжатия при прокатке высокопрочных алюминиевых сплавов марок Д1, Д16 и В95 определяется двумя факторами: трещинообразованием и усилиями прокатки, ограниченными прочностью прокатной клети и моментом, развиваемым приводным двигателем стана.

Существенные усовершенствования, внесенные за последние годы в методы литья, настолько улучшили качество слитка, что по металлургическим условиям величина обжатия ограничивается лишь в первых 3--5 пропусках, в которых производится приварка планшет (при прокатке плакированных слябов), и приходится опасаться растрескивания граней. Кроме того, применение очень больших обжатий в начале прокатки ограничивается углом захвата и налипанием металла на валки.

В отношении скорости прокатки следует отметить, что в первых пропусках не рекомендуется применять скорость прокатки больше 1,0--1,2 м/сек, особенно при больших обжатиях, так как вследствие интенсивного налипания значительная часть наружной поверхности полосы может покрыться трещинами.

При дальнейшей прокатке величина обжатия лимитируется только углом захвата и величиной усилий, возникающих при прокатке. Поэтому обжатия по пропускам обычно распределяются таким образом, что в начале прокатки они равны 8--10%, а затем по мере дробления литой структуры и возрастания пластичности сляба увеличиваются, достигая в последних пропусках 45% и более.

Прокатка широкой заготовки из прочных алюминиевых сплавов с применением высоких обжатий за пропуск сопровождается очень большими давлениями металла на валок, достигающими 9,8 Мн (1000 Т) и более на 1 м ширины прокатываемой полосы. Это требует применения особо прочных клетей с большим крутящим моментом приводного двигателя.

При горячей прокатке получаются заготовки для дальнейшей холодной прокатки или для непрерывной горячей прокатки. В первом случае обычной технологией является прокатка на горячем стане до толщины полос 6 мм, обрезка кромок и концов и свертывание в рулон. Во втором случае, когда заготовку прокатывают на непрерывном стане, горячую прокатку на обжимном стане заканчивают при толщине полос 15--25 мм (в зависимости от числа клетей непрерывной группы). После непрерывного стана получается заготовка толщиной около 3 мм.

Масса сляба определяется наибольшей шириной, наименьшей толщиной и максимальной длиной горячекатаной полосы. Современному машиностроению необходимы листы шириной 2000--2500 лш, что и определяет ширину горячекатаной полосы.

Толщина полосы при прокатке на реверсивных четырех валковых клетях установлена практикой в 6 мм. Длина горячекатаной полосы равна примерно 50 м (табл. 17).

Для прокатки тяжелых слябов необходимо иметь реверсивные клети, способные выдерживать большие давления прокатки [в среднем 9,8 Мн (1000 Т) на 1 м ширины прокатываемой полосы] с диаметром валков, обеспечивающим надежный захват и высокое абсолютное обжатие. Общий вид стана, применяемого для прокатки алюминиевых сплавов, показан на рис. 19.

Рис. 19 Реверсивный четырехвалковый стан горячей прокатки 700/1200X2000: 1- кантователь для слябов,2- эджерная клеть,3- подъемно-поворотный стол,4-толкатель для слябов,5- рабочая клеть,6-ильотинные ножницы,7- дисковые ножницы с кромкокрошителем,8- листоукладчик,9- барабанный сматыватель полосы

Раскрытие слябов

Раскрытие» слябов заключается в том, что при прохождении сляба через валки он раскрывается в горизонтальной плоскости, а получающиеся при этом половинки сляба оковывают валки. Раскрытие слябов обычно происходит на длине 300-- 600 мм. Наиболее часто раскрытие наблюдается при толщине сляба 80--ПО мм.

Раскрытие слябов во время прокатки заставляет немедленно останавливать стан и реверсировать его для заваривания расслоившегося конца сляба. Этот дефект снижает производительность горячей прокатки и приводит к увеличению отходов из-за необходимости обрезки расслоившихся концов полосы.

На практике применяются следующие меры борьбы с раскрытием слябов:

1. Большие обжатия за пропуск, обеспечивающие проникновение деформации в срединные слои в начальной стадии прокатки.

2. Применение слябов с закругленными или выпуклыми V-образными передними и задними гранями. Отсутствие раскрытия в этом случае обеспечивается отсутствием вогнутости на передней грани сляба и устранением концентрирующихся в ней напряжений.

3. Разделение горячей прокатки на два этапа с промежуточным подогревом сляба. В результате подогрева к критическому моменту деформации температура может быть повышена на 40--50°, пластичность металла в центральной части сляба возрастет, а прочность в ней будет лишь незначительно меньше, чем прочность в наружных слоях.

Растрескивание» кромок.

Боковые кромки горячекатаной полосы иногда покрываются частыми пилообразными трещинами и рванинами, глубина которых может достигать 50 мм и более. После горячей прокатки рваную кромку следует целиком отрезать, так как даже небольшая оставшаяся трещина на кромке может привести к обрывам рулона при холодной прокатке. Количество отходов на кромку у дюралюминия марок Д1 и Д16 может достигать 10% от первоначального веса сляба. Пластичные сплавы и чистый алюминий при горячей прокатке обычно не дают разрывов кромки.

Растрескивание кромок связано также с образованием вогнутых боковых граней сляба. Свисающие части контура поперечного сечения при прохождении через валки не деформируются, но должны удлиняться вместе со слябом, вследствие этого может происходить разрыв кромок.

Если боковые грани сляба свободны от хрупких ликвационных наплывов, они значительно меньше растрескиваются. Поэтому перед горячей прокаткой желательно фрезерование боковых граней сляба. Закругленные боковые грани слябов должны давать меньшее трещинообразование, чем прямоугольные.

Эффективной мерой борьбы с растрескиванием кромок является применение прокатки в вертикальных валках, устанавливаемых в комплекте горячего стана, через который в процессе прокатки несколько раз пропускается сляб. Обжатие вертикальными валками значительно снижает растрескивание кромок. Действие вертикальных валков заключается в том, что в растягиваемых волокнах боковых 'граней создаются сжимающие напряжения и при обжатии этих граней происходит дробление литой структуры, способствующее увеличению сопротивления материала растягивающим напряжением. Однако заваривания а уже разорванной кромки при обжатии вертикальными валками, как правило, не наблюдается.

Вторым методом борьбы с растрескиванием боковых кромок является их плакирование.

Повышенное трещинообразование на боковых гранях является одним из косвенных методов контроля температурного режима прокатки прочных сплавов. Глубокие рванины, образующиеся в первых пропусках, объясняются перегревом слябов, наличием газовых пузырей и дефектами литья. Наоборот, рванины, образующиеся в конце прокатки, объясняются прокаткой холодных слябов или недостаточным обжатием в вертикальных валках.щ

Поверхностное растрескивание. Этот вид 1 дефекта иногда наблюдается у не плакированных слябов из прочных сплавов под действием местных растягивающих напряжений, возникающих на поверхности металла у входа в валки в результате проскальзывания полосы по валкам. 1

Для борьбы с этим дефектом при изготовлении не плакированных листов из дюралюминия применяют технологическую плакировку с уменьшенной толщиной алюминиевых планшет. Эта плакировка почти не выполняет функций защиты от коррозии, а нужна для защиты от образования поверхностных трещин.

Охлаждение и смазка валков при горячей прокатке

Охлаждение и смазка валков станов горячей прокатки подачей обильной эмульсии в настоящее время являются обычными при прокатке алюминиевых сплавов. Без охлаждения и смазки крупных слябов из прочных сплавов прокатка вообще не может осуществляться.|

Применение эмульсии преследует следующие цели.|

Для успешной прокатки, в особенности для изготовления широких листов, необходимо, чтобы при прокатке зазор между валками был образован параллельными прямыми линиями образующих цилиндров валков. Это условие непрерывно нарушается вследствие прогиба валков от действия усилий прокатки и вследствие неравномерного нагрева валков. Так как передача тепла валками происходит лишь по контактной поверхности касания с листом, то средняя часть валка нагревается до более высокой температуры, чем шейки, и в валке создается температурный перепад между серединой и концами. Поэтому при прокатке средняя часть валков расширяется больше, чем концы, и валки приобретают определенную выпуклость.

Постоянную необходимую для данных условий прокатки выпуклость валков поддерживают регулированием их температуры по длине бочки с помощью интенсивной поливки эмульсией. Поливка валков осуществляется через сопла, установленные с обеих сторон рабочей клети вдоль фронта опорных и рабочих валков (иногда в несколько рядов). Сопла располагаются секциями симметрично относительно центра валка. Каждое сопло имеет индивидуальные краны. Так как каждая определенная часть длины бочки валков снабжается своей группой сопел, то, изменяя подачу эмульсии через них, можно регулировать температуру валка в отдельных частях длины бочки.

Эмульсия подается при строго определенной температуре. Чтобы выдерживать это условие, необходимо иметь возможность эмульсию подогревать или охлаждать до заданной температуры.

При горячей прокатке поверхность валков, соприкасающаяся с горячим металлом, подвергается периодическим изменениям температуры при каждом обороте валка. В результате этого в поверхностном слое валков возникают переменные термические напряжения с частотой колебания в один оборот.

Усталостные явления, вызываемые этими колебаниями напряжений, через некоторое время приводят к появлению на поверхности валка сетки мелких продольных и поперечных трещин, вызывающих сильное налипание поверхностных слоев сляба на стальной валок и появление отпечатков на прокатываемом листе. В некоторых случаях налипание может быть настолько значительным, что оно в состоянии вызвать обертывание сляба вокруг валка («оковывание»).

Налипшие на валке при горячей прокатке слои представляют собой пористые порошкообразные налеты металла, размеры которых в процессе прокатки непрерывно увеличиваются. Наружные слои налипших частиц металла не очень плотно соединены с внутренними, поэтому в процессе прокатки они разрыхляются, а затем закатываются обратно в поверхность сляба. Налипшие слои состоят в основном из алюминия и его окислов и часто содержат значительное количество железа. Если в поверхность горячекатаной полосы закатывается толстый слой налипших частиц, он сохранится на готовом листе и может быть легко обнаружен на блестящей поверхности листа. Полное удаление налипших частиц достигается перешлифовкой валков; применение эмульсии способствует уменьшению их образования.

При горячей прокатке металл налипает также на ролики рольгангов, причем затвердевшие корки налипшего металла могут вызвать царапание мягкой горячей поверхности полосы. Для борьбы с налипанием металла на поверхность роликов применяется следующее:

а) непрерывно смачивают ролики эмульсией, для чего под роликами устанавливают корыта, постоянно наполняемые свежей эмульсией;

б) ролики изготовляют из прочных сталей с последующей закалкой и тщательной шлифовкой поверхности, еще лучше производить хромирование поверхности роликов;

в) синхронизируют окружную скорость роликов рольгангов со скоростью полосы на входе в валки и на выходе путем устройства специальных электрических систем управления станом;

г) систематически очищают ролики рольганга с помощью деревянных прижимов с наждачным полотном или стальными щетками.

Назначение эмульсии состоит в том, что для уменьшения повреждения поверхности полосы из-за трения о ролики свертывающих роликовых машин полосу иногда охлаждают обрызгиванием эмульсией из сопел, установленных в отводящий рольганг стана.

В соответствии с перечисленными тремя причинами приме-, нения эмульсии на станах горячей прокатки эмульсионные установки современных станов обычно оснащаются следующим оборудованием:

а) рабочим и резервным резервуарами для эмульсии, оборудованными подогревательными змеевиками, необходимыми при варке новой эмульсии для замены отработанной;

б) насосами, подающими эмульсию;

в) водоохладителями для охлаждения эмульсии, стекающей от стана;

г) механическими фильтрами для очистки эмульсии от посторонних частиц размерами свыше 0,1 мм с системой очистки и продувки фильтра от загрязнения;

д) системой трубопроводов, арматурой, контрольно-измерительными приборами.

В настоящее время в качестве эмульсии широко применяется 1,0--2,5%-ный раствор эмульсола в умягченной до временной жесткости 1° (дистиллированной) воде.

Состав эмульсола СП-3 (59Ц) по ГОСТ 5702--51 следующий:

9,5— 10,5% олеиновой кислоты, 5,5--6,5% триэтаноламина, остальное -- трансформаторное масло.

В этой эмульсии капельки трансформаторного масла, распыленные в воде, выполняют функции смазки. Для устойчивости эмульсии служит эмульгатор -- мыло, образованное в результате взаимодействия олеиновой кислоты и триэтаноламина. Стабилизирующее действие эмульгатора сводится к образованию на поверхности капелек масла вязкой и механически прочной пленки с ориентированными полярными молекулами. Одноименные заряды на поверхности капелек масла предохраняют капельки от коалесценции.

Преимуществом такой эмульсии является ее высокая стабильность в течение длительного времени, а так как эмульсия на 97--99% состоит из воды, то она служит очень хорошим теплоносителем и отнимает большое количество тепла.

Более жирные составы эмульсии (1,5--2,5% масла) идут для прокатки пластичных сплавов Al, АВ идр., более бедные (0,8--1,5%) -- для прокатки прочных сплавов.

Список литературы

1. Меерович И.М. «Прокатка плит и листов из легких сплавов.» Издательство “Металлургия”, 1969 г.

2. Колпашников А.И. «Прокатка листов из легких сплавов. » Издательство “Металлургия”, 1970 г.

Размещено на Allbest.ru