ТИТАНОВЫЙ СЛИТОК Российский патент 1997 года по МПК B21B1/02 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству титановых слитков, и может быть использовано при производстве заготовок на ковочных прессах.

Известен цилиндрический слиток с концевой частью в виде усеченного конуса [1] причем со слитка за счет "фасок" удаляют объем металла, равный расчетному смещаемому объему, который и определяет величину наплыва на торцевую поверхность или прогиба торцов. Однако в результате прокатки или ковки таких слитков прогиб торцевой грани уменьшается, но не исчезает полностью, что уменьшает выход годного.

Определение удаляемого объема расчетным путем без учета величины сопротивления металла пластической деформации не соответствует экспериментальным данным. Кроме того, размеры "фасок" по диаметру и по длине образующей цилиндра не связаны между собой.

В качестве прототипа взят известный цилиндрический слиток с концевой частью в виде усеченного конуса, взаимосвязь размеров которого задана через объем, ограниченный поверхностями торцевой, цилиндрической и образующей конуса [2] При известных параметрах слитка (диаметр d меньшего основания конуса и его высота h соответственно равны 0,67-0,75D и 0,19-0,23d, где D диаметр слитка, а угол наклона образующей усеченного конуса равен 36-52^o) удаленный объем металла позволяет ликвидировать наплывы на торцевую поверхность при прокатке. Однако в результате ковки таких слитков на торцевой поверхности образуется выпуклость в центральной части, что приводит к увеличению отходов металла. Определение удаляемого объема и размеров "фаски" без учета закономерностей течения металла торцевых зон слитка при ковке приводит к увеличению потерь металла в стружку при выполнении "фаски". Кроме того, не учитывается несимметричность течения металла при ковке (протяжке) переднего (первого) и заднего (второго) торцов слитка, что также приводит к увеличению потерь металла в стружку.

Целью изобретения является повышение выхода годного за счет уменьшения отходов металла при производстве заготовок из титановых сплавов на ковочных прессах.

Поставленная цель достигается тем, что другой конец слитка выполнен тоже в виде усеченного конуса, при этом высоты и диаметры меньшего основания конусов составляют
h (0,12-0,15)D,
d (0,76-0,79)D,
d₁ (0,81-0,83)D,
h₁ (0,09-0,10)D,
где D диаметр цилиндрического тела слитка, мм;
h и h₁ соответственно высоты усеченных конусов, мм;
d и d₁ соответственно диаметры меньших оснований, мм.

Сущность заявляемого слитка поясняется чертежом, на котором показан его общий вид, и состоит в следующем.

Титановый слиток включает цилиндрическое тело и примыкающий к нему большим основанием концевой участок в виде усеченного конуса, взаимосвязь размеров которого задана через объем, ограниченный поверхностями торцевой, цилиндрической и образующей конуса. Этот объем металла (объем "фаски") удаляют для предотвращения его перетекания на торцы при ковке. Авторами установлено, что указанный объем, обеспечивающий минимум отходов при ковке цилиндрических слитков, составляет 0,020.0,022D³. Причем колебания этой величины в пределах указанного диапазона зависят от величины сопротивления металла пластической деформации, в свою очередь, зависящей от сплава титана: чем больше эта величина, тем больше уширение и меньше объем смещаемого на торец металла и, следовательно, должен быть меньше объем "фаски", предотвращающий образование наплывов.

Нижняя и верхняя границы указанного диапазона соответствуют слиткам из "твердых" марок сплавов типа ВТ22 с σ_в 80-120 кгс/мм² и "мягких" марок типа ВТ 1-0 с σ_в 40-60 кгс/мм², применяемым в промышленности при производстве заготовок на ковочных прессах.

Таким образом, объем удаляемого металла, необходимый и достаточный для ликвидации торцевых наплывов и обеспечивающий минимальные отходы на конце слитка, с которого начинают его протяжку, составляет 0,020.0,022D³. Удалять больший объем металла (V>0,022D³) нецелесообразно, поскольку увеличиваются потери металла в стружку при выполнении "фаски". При меньшем объеме удаляемого металла (V<0,020D³) резко увеличиваются наплывы на торцевую поверхность и соответственно концевые отходы.

Координаты удаляемого объема, т.е. размеры "фаски", зависят от характера течения металла в торцевой зоне, также определяемого в основном величиной сопротивления металла пластической деформации, в свою очередь зависящей от сплава титана. Действительно, чем больше величина сопротивления пластической деформации при протяжке, тем больше уширение, но меньше течение металла в направлении оси слитка, в том числе перетекание поверхностного объема на торцевую поверхность. Поэтому чем "тверже" сплав титана, тем должна быть меньше длина "фаски" по образующей цилиндра.

Установлено, что для "твердых" марок сплавов длина "фаски" по образующей должна быть равна 0,12D. При известном удаляемом объеме, равном v=0,125π (D²-d²)h, получим d 0,76D. Выполнение фаски с такими параметрами обеспечивает ликвидацию торцевых наплывов и соответственно минимальные отходы металла при ковке. Выполнение "фаски" с h<0,12D, например h 0,11D, приводит к увеличению торцевых наплывов и отходов вследствие того, что объем удаленного металла недостаточен для ликвидации наплыва. При d<0,76D, например d 0,75D, только увеличиваются потери металла в стружку при выполнении "фаски", т.к. минимум отходов уже достигнут.

Для "мягких" марок сплавов длина "фаски" по образующей должна быть равна 0,15D, при этом диаметр торцевой поверхности (меньшее основание конуса) составит 0,79D, что обеспечивает минимальные отходы при ковке цилиндрических слитков. Дальнейшее снятие металла (h>0,15D), например h 0,16D) нецелесообразно минимум отходов достигнут. Выполнение "фаски" с d>0,79D, например d 0,80D, неэффективно, т.к. объем удаленного металла недостаточен для обеспечения минимума отходов.

Таким образом, при ковке цилиндрических слитков для обеспечения минимума отходов металла на конце слитка, с которого начинают его протяжку, диаметр меньшего основания конуса и его высота должна составлять d (0,76-0,79)D и h (0,12-0,15)D.

Поскольку процесс ковки (протяжки) цилиндрического слитка несимметричен относительно его торцов, объемы металла, удаляемые для предотвращения образования наплывов, также несимметричны. Причем объем "фаски", выполняемой на конце слитка, с которого начинают его протяжку (первый конец), обеспечивающий минимум отходов, больше, чем объем, удаляемый с той же целью при выполнении "фаски" на другом конце слитка (второй конец), на котором заканчивают операцию протяжки. Это объясняется влиянием внешних зон, которые резко снижают уширение обжимаемого участка (при наличии необжатой части слитка) в начале протяжки, способствуя продольной деформации металла, в том числе образованию наплывов на торце. По окончании протяжки на втором конце слитка внешние зоны отсутствуют, уширение металла увеличивается, но уменьшается продольное (по оси слитка) течение металла, в том числе его перемещение на торец.

Авторами установлено, что объем "фаски", обеспечивающий минимум отходов при ковке, на втором конце слитка составляет 0,012D³. Причем, если эта величина практически не зависит от сплава титана, то координаты удаляемого объема, т.е. размеры "фаски", зависят от величины сопротивления металла пластической деформации в такой же степени, как и на первом конце слитка: чем "тверже" сплав титана, тем должна быть меньше длина "фаски" по образующей при том же объеме удаленного металла. Удалять больший объем (V>0,012D³) нецелесообразно, поскольку увеличиваются потери в стружку, при меньшем объеме (V< 0,012D³) увеличиваются концевые отходы.

Установлено, что для "твердых" марок сплавов длина "фаски" по образующей на втором конце должна быть равна 0,09D, для "мягких" 0,10D. Т.к. зависимость между объемом "фаски" и ее размерами известна, получим диаметр меньшего основания конуса для "твердых" марок сплавов 0,81D, для "мягких" 0,83D. Таким образом, для обеспечения минимума отходов при ковке на втором конце цилиндрического слитка диаметр d₁ меньшего основания конуса и его высота h₁ должны составлять d₁ (0,81-0,83)D и h₁ (0,09-0,10)D.

Выполнение "фаски" с h₁<0,09D, например h₁ 0,08D, или с d₁>0,83D, например d₁ 0,84D, неэффективно, т.к. объем удаленного металла недостаточен для обеспечения минимума отходов. Дальнейшее снятие металла при h₁>0,10D, например h₁ 0,11D, или при d₁ <0,81D, например d₁ 0,80D, нецелесообразно, т.к. минимум отходов уже достигнут.

На Верхне-Салдинском металлургическом производственном объединении из "твердых" марок сплавов титана (ВТ22) были изготовлены и продеформированы на ковочных прессах слитки с D 750 мм; d 0,76D 570 мм, h 0,12D 90 мм, d₁ 0,81D 607 мм, h₁ 0,09D 67 мм, а из "мягких" марок сплавов титана (ВТ 1-0) слитки с D 750 мм; d 0,79D 590 мм, h 0,15D 112 мм, d₁ 0,83D 622 мм, h₁ 0,10D 75 мм.

Предлагаемые слитки позволили полностью исключить концевые отходы металла и тем самым увеличить выход годного на 40 кг/т.

Использование: повышение выхода годного металла при производстве заготовок из цилиндрических слитков титановых сплавов на ковочных прессах. Сущность: цилиндрический слиток имеет концевые части в виде усеченного конуса. Диаметр меньшего основания конуса d = 0,75-0,79D, его высота h = 0,12-0,15D, где D - диаметр слитка. Диаметр меньшего основания другого конуса d₁ = 0,81-0,83D, его высота h₁ = 0,09-0,10D. 1 ил.

Титановый слиток, включающий цилиндрическое тело и примыкающий к нему большим основанием концевой участок в виде усеченного конуса, отличающийся там, что другой конец слитка выполнен также в виде усеченного конуса, при атом высоты и диаметры меньшего основания конусов составляют: h (0,12 0,15)D; d (0,76 0,79)D; d₁ (0,81 0,83)D; h₁ (0,09 0,10)D, где D диаметр цилиндрического тела слитка, мм; h и h₁- соответственно высоты усеченных конусов, мм; d и d₁ соответственно диаметры меньших оснований конусов, мм.