СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОИСТЫХ ПЛИТ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2006 года по МПК B23K20/04 B23K103/10 

Изобретение относится к технологии изготовления слоистых материалов методом пластической деформации и может найти применение в прокатном производстве.

Известен способ получения многослойного проката, включающий операции предварительной зачистки контактирующих заготовок, обварки соединяемых элементов по всему периметру, предварительной пластической деформации и рекристаллизационного отжига заготовок и последующую прокатку до требуемой толщины [1].

Однако в известном способе применение предварительной пластической деформации хотя и улучшает условия схватывания слоев, но не предотвращает раскрытие пакета при последующей прокатке. Причем в данном способе предварительная осадка пакета применяется в основном для получения биметаллических листов небольших размеров. При большом размере заготовки требуются значительные пластические деформации, которые приводят при осадке к нарушению соотношения слоев в готовой плите.

Кроме этого, для осуществления осадки таких заготовок в промышленных условиях требуются мощные ковочные прессы.

Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ [2] (принятый за прототип) получения многослойных плит из алюминиевых сплавов, заключающийся в том, что предварительно очищают контактные поверхности, собирают пакет, нагревают и прокатывают, причем при сборке пакета между плитами вкладывают алюминиевый лист, а с переднего и заднего концов пакета устанавливают пластины из металла более прочного, чем металл плит, шириной, равной суммарной толщине пакета и толщиной 0,5 суммарной толщины пакета.

Недостатками способа-прототипа являются значительные усложнения процесса прокатки за счет введения торцевых пластин, что увеличивает отходы на обрезку переднего и заднего концов раската и повышает себестоимость полученных плит, а также не гарантирует требуемого уровня качества соединения.

Задачей предлагаемого изобретения является получение слоистых крупногабаритных плит значительных толщин из алюминиевых сплавов с повышенным качеством соединения и установление режимов, прокатки обеспечивающих стабильность процесса.

Для реализации поставленной задачи предложен способ прокатки слоистых плит из алюминиевых сплавов, включающий операции предварительной очистки контактирующих поверхностей заготовок, сборки пакета, его нагрева и последующей прокатки, отличающийся тем, что при сборке пакета на внешние поверхности заготовок и между ними размещают плакирующие планшеты из сплава алюминия, а прокатку проводят вначале с отношением длины дуги захвата (L) к текущей толщине раската (Н) в пределах 0,1÷0,3 при относительных обжатиях (ε) за проход 1,0÷3,0 %, после чего прокатку проводят с увеличенным отношением L/H от 0,3 до 2,5 путем задания ε от 3,0 до 25 %.

Введение плакирующих планшет из алюминия в сочетании с малыми относительными обжатиями на первом этапе позволяет создать в очаге деформации такое напряжено-деформированное состояние, которое значительно уменьшает неравномерность деформации по высоте слоистой заготовки и позволяет повысить стабильность процесса, достичь показателя пластической проработки зоны соединения (F) 0,5-0,6 и избежать раскрытия пакета в первых проходах.

При последующей прокатке смещение отношения длины дуги захвата к текущей толщине раската в сторону больших значений обеспечивает наилучшую проработку границы раздела слоев и повышение качества соединения, что позволяет достичь F=1,2-2,0. Качественное соединение слоев достигает требуемого уровня, когда коэффициент пластической проработки межслойной границы становится равным некоторому критическому значению. Например, для пары АД1/АД1≥0,2, для пары 1901/АД1≥1,2 [3].

Варьирование только одним из факторов (малые обжатия без наложения плакирующих планшет) не обеспечивает создание нужного напряженно-деформированного состояния и, следовательно, не дает положительного эффекта.

Предложенные значения относительных обжатий и показателей пластической проработки получены по результатам совместного теоретико-экспериментального исследования кинематики процесса прокатки, на основании которого установлены закономерности влияния геометрических параметров очага деформации на напряженно-деформированное состояние.

Из сравнения представленных на фиг.1 эпюр распределения продольных деформаций видно, что наибольшая неравномерность наблюдается при прокатке без наложения на внешние поверхности заготовок плакирующих планшет фиг.1 а, а наименьшая с наложением планшет фиг.1б.

С увеличением обжатия свыше 3,0% в начальной стадии прокатки наблюдается возрастание степени деформации в зоне контакта свариваемых слоев фиг.1в. В областях переходных слоев значения сдвиговой деформации возрастают и особенно сильно в прослойке, что оказывает влияние на процесс схватывания слоев на начальном этапе деформирования слоистых пакетов. Отклонения от заданных интервалов изменения относительного обжатия приводят к появлению значительных по величине растягивающих напряжений, что приводит к раскрытию концов пакета.

На фиг.2 показано сечение пакета в направлении прокатки.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Пример. Для изготовления слоистых плит использовали заготовки: слитки алюминиевого сплава 1901 размером 170×1415×1480 мм, предварительно плакированные плиты алюминиевого сплава 1903 размером 30×1200×1480 мм, плакировочные планшеты размером 6,0×1200×1480 мм, из алюминия марки А5 - А7 (АД1).

После подготовки поверхностей путем зачистки и обезжиривания составляли пакеты следующим образом: на внешние поверхности заготовок 1, 2 и между ними размещали плакирующие планшеты 3, 4. Полученные пакеты нагревали до температуры 420-440°С и прокатывали на стане «Кварто - 2800» на размер 40х1500х6000 мм по предлагаемому способу. При этом использовали варианты, представленные в таблице.

Предлагаемый способ позволяет

- предотвратить раскрытие пакетов при прокатке;

- получить качественное соединение между слоями и значительно расширить возможности изготовления крупногабаритных плит значительных толщин;

- обеспечить высокую эксплуатационную надежность слоистых плит;

- повысить экономическую эффективность и снизить трудоемкость процесса.

Внедрение предлагаемого способа в прокатных цехах заводов авиационной металлургии позволит решить важную задачу получения слоистых плит с улучшенными характеристиками по надежности и ресурсу.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР, № 207705 кл. В 23 К 20/00, 1976г.

2. Авторское свидетельство СССР, № 517461 кл². В 23 Р 3/06, 1976 г. (прототип).

3. Галкин В.И., Шленский А.Г. /Цветные металлы/ 2003, №5., стр.81-84.

Параметры прокатки слоистых плит размером 40×1500×6000 мм.№п.п.Варианты прокатки (Обозначение см. на фиг.2)Толщина слоев, ммСхема обжатий (ε %)Отношение L/НКоэффициент проработки зоны соединения (F)Раскрытие пакетаПримечание123419011903АД1АД11170306,06,01,40,230,56Прокатка без раскрытияПредлагаемый способ3,0-25,00,3-2,181,22170306,06,05,00,3-Раскрытие по зоне соединения с первого проходаПрокатка с повышенной степенью деформации ε>3%317030-6,01,40,23-Раскрытие по зоне соединения с первого проходаПрокатка без наложения внешних планшет

Изобретение может быть использовано в прокатном производстве при получении слоистых крупногабаритных плит значительных толщин методом пластической деформации. При сборке пакета на внешние поверхности заготовок и между ними размещают плакирующие планшеты из сплава алюминия. Прокатку проводят вначале с отношением длины дуги захвата (L) к текущей толщине раската (Н) в пределах 0,1÷0,3 путем задания единичных относительных обжатий (ε) за проход в пределах 1,0÷3,0%. На втором этапе прокатку проводят с увеличенным отношением L/H от 0,3 до 2,5 путем задания ε в пределах от 3,0 до 25%. Предлагаемое изобретение позволяет предотвратить раскрытие пакетов при прокатке, получить качественное соединение слоев и обеспечить высокую эксплуатационную надежность слоистых плит. 2 ил., 1 табл.

Способ получения слоистых плит из алюминиевых сплавов, включающий предварительную очистку контактирующих поверхностей заготовок, сборку пакета с размещением плакирующих планшет из сплава алюминия между поверхностями заготовок, его нагрев и последующую прокатку, отличающийся тем, что при сборке пакета дополнительно размещают плакирующие планшеты из сплава алюминия на внешних поверхностях заготовок, а прокатку проводят вначале при отношении длины дуги захвата (L) к текущей толщине раската (Н) в пределах 0,1-0,3 при относительных обжатиях (ε) за проход от 1,0 до 3,0%, а затем при отношении L/H в пределах 0,3-2,5 и ε от 3,0 до 25,0%.