Способ получения сплошных прутков

(51 ИТЕТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ ГКНТ СССР ЕЛЬСТВУ ТОРСКОМУ СВ рхносчет отки алей тся в ткой, ание велииии аналяет жен- ению ОПИСАНИЕ ИЗОБР(71) Московский институт стали и сплавов(72) И,Н.Потапов, Е.А.Харитонов, В.Я.Зимин, С.П.Галкин и С,И,Воробьев(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛОШНЫХ ПРУТКОВ(57) Изобретение относится к обработке металлов давлением, касается технологии получения сортовых профилей преимущественно из высоколегированных и труднодеИзобретение относится к области обработки металлов давлением, касается технологии получения сортовых профилей преимущественно из высоколегированных и труднодеформируемых сталей и сплавов,Одним из способов получения сплошных прутков является горячее прессование (см. например, Л.И.Перлин "Теория прессования металлов", М., "Металлургия", 1964, с, 13-23).При деформировании металла этим методом рабочая поверхность технологического инструмента остается неподвижной. Поэтому силы трения, возникающие на кон-тактной поверхности, препятствуют течению периферийных слоев заготовки, При этом вблизи контактной поверхности образуются зоны затрудненной деформации "мертвые зоны", что способствует сосредоточению максимальной деформации в центральной части заготовки. 2формируемых сталей и сплавов, Цель бретения - повышение качества пове сти проката и свойств металла эа повышения равномерности прораб структуры слитков из легированных ст и сплавов. Сущность способа заключае прессовании слитка в заготовку и даль шей ее деформации винтовой прока Новым в способе является поддерж определенного соотношения между чинами деформаций при пресован винтовой прокатке, определяемого литической зависимостью. Это позво избежать образования зон перенапря ности в металле, способствует получ качественного проката,В связи с этим метод горячего прессования характеризуется неравномерным распределением деформации по сечению ф заготовки, что снижает эффективность проработки структуры и обусловливает неравномерность и анизотропию физико-ме- , ханических свойств.Кроме того, наличие интенсивного скольжения металла на поверхности калибрующего пояска матрицы инструмента определяет пониженное качество поверхности получаемых профилей.Известен способ получения прутков в сплошного сечения винтовой прокаткой двумя валками, развернутыми на угол подачи (см. например "Прошивка в косовалковых станах" А.И.Чекмарев, .Я,Л.Ваткин, И,И.Ханин и др., М., "Металлургия" 1967 с. 133-135). Однако деформация сплошной заготовки в двухвалковом стане характеризуется наличием поперечных растягиваю 177646820 ЗО 35 40 щих напряжений в направлении перпендикулярной линии действия основных деформирующих усилий от валков. Эти напряжения достигают максимума в центральной зоне заготовки и в условиях циклического нагружения вызывает разрыхление и вскрытие осевой полости, Особенно отрицательно такая схема напряженного состояния влияет на деформируемость и качество литых заготовок из малопластичных металлов и сплавов.Кроме того, для двухвалковой прокатки обязательно применение направляющего инструмента - роликов, дисков или линеек, Независимо от аида направляющего инструмента, действие его реактивно, Направляющий инструмент создает значительные тормозящие усилия трения на поверхности раската, что способствует ухудшению качества поверхности заготовок и дополнительному расходу энергии.Известен способ получения прутков сплошного сечения деформированием в трехвалковом стане винтовой прокатки, тремя развернутыми на угол подачи валками(см, например П.К.Тетерин. Теория поперечно-винтовой прокатки, М., Металлургия, 1983 с, 79),Данный способ более предпочтителен, чем прокатка в стане с двумя валками, поскольку в осевой зоне отсутствуют растягивающие поперечные напряжения и не требуется применения направляющего инструмента, Однао этому способу свойственна значительная неравномерность деформации. На периферии заготовки развивается интенсивная сдвиговая деформация, Центральная зона находится в условиях всестороннего равномерного сжатия, т,е. практически без напряжений сдви-. га, ответственных за проработку структуры, Проработка структуры центральных слоев металла затруднена.Таким образом, в зону затрудненной деформации попадают наиболее развитые осевые дефекты литого металла, которые трудно устраняются даже при значительных коэффициентах вытяжки, Неравномерность деформации способствует формированию раэнозернистой структуры, которая для малопластичных материалов, в частности шаропрочных сплавов типа ХН 77 ТЮР, ХН 56 ВМКО и др. является браковочным признаком,Неравномерность сдвиговой деформации приводит к образованию на границе между внешней областью интенсивной сдвиговой деформации и осевой частью заготовки кольцевой зоны, которая склонна развиваться в кольцевое разрушение,На преодоление недостатков прессования и винтовой прокатки направлено техническое решение, принятое нами за прототип, которое реализуется прессованием заготовки через матрицы с последующей винтовой прокаткой согласно положительному решению по заявке М 2586070/02. Данный способ получения сплошных прутков включает нагрев и винтовую прокатку прессованной заготовки развернутыми на угол подачи валками. Сочетание прессования и винтовой прокатки позволяет эффективно прорабатывать внешнюю и осевуюзоны деформируемого металла. Однако при обработке малопластичных сталей и сплавов в процессе горячего прессования в поверхностной области образуются дефекты и очаги перенапряженности, при этом наиболее опасны узкие полосы сдвиговой деформации вдоль границы "мертвой зоны". На этой границе зарождаются трещины, развивающиеся в "ерша" при прохождении калибрующего пояска матрицы, Дальнейшее развитие эти дефекты получают в очаге деформации стана винтовой прокатки. Кроме того, близкое совпадение перенапряженности горячего прессования с кольцевой граничной зоной винтовой прокатки активизирует развитие кольцевого разрушения.Размеры "мертвой эоны" горячего прессования уменьшаются с уменьшением угла конусности матрицы - а соответственно снижается интенсивность образования очагов перенапряженности и вероятность образования трещин. Как известно, (см. например, Могучий А,Н. Обработка давлением труднодеформируемых материалов. ММашиностроение, 1976 с.190-191) прие 1 ап =агс 19 -фгде а- критический угол конусности матрицы,1 - коэффициент трения,"Мертвая зона" исчезает полностью и вдольстенок матрицы устанавливается ламинарное течение металла, при котором отсутствует турбулентное перемещение частиц металла в обьеме заготовки. Это затрудняет проработку литой структуры, особенно в центре. Полученная структура характеризуется осевой волокнистостью и высоким уровнем анизотропии свойств. Отсутствие "мертвой зоны" ведет также к тому, что в процессе прессования поверхность не обновляется и наиболее загрязненный поверхностный слой переходит на поверхность пресс-изделия. Дефекты, находящиеся в по 1776468аерхностном слое, являются концентраторами напряжений и склонны к развитию в процессе винтовой прокатки. Способ устранения - зачистка, Уменьшение угла конус- ности матрицы приводит также к росту потерь металла на заострение конуса и пресс-остатка.В прутках, изготовленных по данному способу, может также присутствовать неравномерность структуры по сечению, обусловленная историей деформирования и наличие непроработанных насыщенных очагами перенапряженности слоев. Так, если глубина слоя, насыщенного дефектами горячего прессования (Ь) больше глубины кольцевой граничной зоны интенсивной сдвиговой деформации винтовой прокатки пь, дефектная зона горячего прессования не полностью подвергается интенсивным сдвиговым деформациям при винтовой прокатке. Сечение раската, радиусом В в этом случае имеет три характерные области:1. Центральная область, лежащая внутри радиуса (В - йп), характеризуется тем, что металл внутри нее при горячем прессовании подвергается интенсивным турбулентным перемещениям и литая структура в этой области достаточно хорошо проработана.2. Приповерхностная область, лежащая вне радиуса (В - Ьь), в этой области металла претерпел интенсивные сдвиговые деформации при винтовой прокатке, в результате чего исходная структура проработана.3,. Область ограниченная радиусами (В - пп) и (В - Ьь). При горячем прессовании указанная область находилась в зоне затрудненной деформации, а при винтовой прокатке в осевой зоне, характеризуемой отсутствием сдвиговых деформаций, вследствие чего структура данной области не получила достаточной проработки,Кроме того, дефекты горячего прессования, лежащие в этом слое не залечиваются, так как деформации их характеризовались незначительными сдвиговыми деформациями,Целью настоящего изобретения является повышение качества поверхности проката и свойств металла за счет улучшения проработки структуры при обработке слитков из высоколегированных сталей и сплавов.Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем прессование слитка и последующую винтовую прокатку тремя валками, имеющими обжимной и калибрующий участк, прссование слитка и винтовую прокатку загояки выполняют, соблюдая соотношение:5 10 15 где Л Ль-степеньдеформации при прес- совании и винтовой прокатке,п - угол конусности матрицы, йь - угол между образующей обжимного участка валка и осью прокатки,А - коэффициент пропорциональности, Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ получения сплошных прутков отличается тем, что прессование и винтовую прокатку заготовок выполняют, соблюдая соотношение: 20(обозначения выше).Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "Новизна", Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области позволяет 25 тыми на угол подачи валками.Поскольку описываемый способ предназначен для деформирования малопластичных материалов, его реализация дает наибольший эффект в сочетании с большими углами подачи 18-25 О, При винтовой просделать вывод об отсутствии в них призна-ков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом способеполучения сплошных прутков, и признать30 заявленное решение соответствующим критерию "Существенные отличия",Получение сплошных прутков согласнопредлагаемому изобретению осуществляется следующим образом, На первой стадии35 нагретый слиток прессуют через матрицу суглом конусности матрицы выбранным так,чтобы центральная, наиболее пораженнаядефектами литья эона подвергалась значительным сдвиговым перемещениям, была40 обеспечена достаточная турбулентностьтрения металла и обновление поверхности,чтобы была фильтрация поверхностных загрязнений на периферийную глубину, составляющую 0,3 - 0,2 толщины корки из45 разностных кристаллов, а образующиесяпри прессовании "мертвые зоны" и силытрения на контактной поверхности не приводили к необратимому ухудшению качества поверхности и структуры поверхностной50 зоны.На втором этапе прессованную заготовку прокатывают на стане винтовой прокаткив калибре, образованном тремя разверну катке периферийная зона заготовки претерпевает интенсивные сдвигавые деформации, которые способствуют проработке и уплотнению структуры металла в этой зоне. При этом режим прокатки и угол конусности валков должны быть такими, чтобы кольцевая граница между зоной интенсивных сдвиговых деформаций и осевой зоной всестороннего сжатия лежала глубже зоны насыщенной дефектами прессования и очагами перенапряженности, чем достигается полное устранение дефектов предыдущего способа обработки слитка,Экспериментами показано, что указанным требованиям отвечает прокатка заготовки на стане винтовой прокатки с соблюдением следующего соотношения между характеристиками прессования и Винтовой прокатки,Величина коэффициента А Определяется составом и свойством прокатываемого материала и определена экспериментально,Значение коэффициента А зависит ат степени легирования труднадеформируэмых сталей и сплавов, характера упрочняющих фаз, которые можно разделить на две группы.Для сталей и сплавов группы (ХН 70 ВМТЮФ, ХН 75 ВМЮ, ХН 55 ВМКЮ, ХН 56 ВМКЮ, ХН 62 МВКЮ и др.).А = О,ЗО . 0,50Для сталей и сплавов второй группы ХН 7 ОВМЮТ, ХН 70 МТЮ, ХН 7 ОМВТЮБ, ХН 67 МВТЮ, ХНБОВМКТЮ, ХН 35 ВТЮР и др,),А= 0,150,30Уменьшение коэффициента А менее 0,15 связано с уменьшением степени деформации при прессавании, что ухудшает поверхность заготовок и затрудняет проработку осевой эоны слитка. Получение качествен нага проката в этом случае может быть обеспечено только при весьма высоких степенях деформации в стане винтовой прака- ки, что ограничивает сортамент прокатной продукции.Увеличение коэффициента А более 0,15 связано с преобладающей деформацией прессаванием, В этом случае ухудшается качество поверхности проката, т,к. степень деформации при винтовой прокатке является недостаточной для выкатки поверхностных дефектов, имеющихся в заготовке, Кроме того, возникает существенная, неоднородность структуры по сечению раската. В табл. 1 приведены результаты экспериментальных исследований па прессованию и ВинтОВОЙ прОкатке слитков.П р и м е р 1. Прессованию подвергалислиток из сплава ЭИ 617 (ХН 7 ОВМЮТ) диаметром 320 мм, температура нагрева подпрессавание - 1150 СПрессование проводили в матрице с углом канусности 140 в заготовку диаметром100 мм, степень деформации при прессовании - 90,2%. Последующую винтовую прокатку в пруток диаметром 75 мм провели в валках с углом кануснасти обжимного участка 12, Степень деформации при винтовой прокатке 43,7% Значение коэффициента А составило 0,35 ,Вторая группа).Анализ структуры показал хорошуюпроработку структуры, раздробление лендритов и отсутствие междендритных разрывов. Качество поверхность удовлетворительное.П р и м е р 2. Для получения заготовкидиаметром 60 мм слиток из стали ЭР 109 вторая группа) диаметром 160 мм деформируОт в две стадии, сначала слиток прессуютдо диаметра 85 мм с Л= 71,7% через матрицу с углоь канусности ап = 120, последую:цуа дефармациО заготовили осуществляют в трехвалковам стане винтовой прокатки с ЗО углом конуснасти валкаь на обжимном участке о, = 10 О. Прокатку заготовки ведут в два прохода со степеньа деформации А = 50,1%, Ф 85 -475 -ф 60, Параметр А паинят равным 0,23 гервая группа).35 Полученный сортовой профиль характеризуется равномерной макро- и микроструктурой, пОлнОЙ проработкОЙ литОЙ сруктуры и отсутствием дефектов прессования, разназернистость профиля па сечению профиля практически отсутствует.Формула изобретенияСпособ получения сплошных прутков,включаОщий прессавание слитка в заготовку и ее последующую винтовую прокатку в калибре, образованном тремя валками, имеющими Обкимной. и калибруОщий участки, О т л и ч а ю щ и й с я тем, чта, с целью повышения качества поверхности проката и сВОйств металла за счет павывения раВна- мерности проработки структуры слитков из легированных сталей и сплавов, прессавание слитков и винтовую прокатку заготовок выполняОт, соблОдая соотношение10 1776468 Результаты экспериментальных исследований по прессованию и винтовой прокаткеслитков Составитель И.ПотапаТехред М,Моргентал ор С.Пат да акаэ 4090 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям и 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Т ССС Проиэводствен тельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 где Л Ль - степени деформации при прессовании и винтовой прокатке соответственно;а - угол конусности матрицы при прес- совании; бъ - угол между образующей обжимного участка валка и осью прокатки;А - 0,150,5 - коэффициент пропорциональности.