Способ пакетной прокатки тонких листов из труднодеформируемых сплавов

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам получения тонких листов из труднодеформируемых сплавов, например, на основе титана методом пакетной прокатки. Технический результат: обеспечивается надежное разделение листов после прокатки и улучшается качество поверхности листов за счет использования оптимального разделительного покрытия с учетом параметров процесса деформирования и особенностей обработки прокатываемого металла. Сущность изобретения: в предлагаемом способе пакетной прокатки тонких листов из труднодеформируемых сплавов при изготовлении листов толщиной менее 1,0 мм в качестве разделительного покрытия используют коллоидный раствор, а при изготовлении листов толщиной 1,0-2,5 мм разделительное покрытие содержит 5-50% коллоидного раствора и 10-30% тонкодисперсных порошков фракцией менее 50 мкм, при этом разделительное покрытие перед прокаткой сушат при температуре не выше 70^oС, а температура термического разложения покрытия должна превышать температуру горячей прокатки пакета. Коллоидный раствор готовят на основе алюмосиликатов. Изобретение исключает сваривание листов в пакете и позволяет улучшить качество поверхности листов. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам изготовления тонких листов из труднодеформируемых металлов и сплавов, например титана, методом горячей прокатки многослойных пакетов.

Известен способ пакетной прокатки листов (патент США N 2645842, публ. 21.07.53 г. ), в котором при сборке пакета на поверхность заготовок наносят разделительное покрытие. В качестве материала разделительного покрытия предложено использовать естественную окалину, водные суспензии окиси магния, глиноземистого цемента (люмит). Наилучшие результаты были получены при использовании 15%-ного водного раствора двуокиси хрома, который наносят легким обмазыванием кистью поверхности листов перед сборкой пакета. Материал покрытия выбирают исходя из отношения общей толщины листов к общей толщине обкладки.

Известен способ пакетной прокатки листов из химически активных металлов, таких как титан, цирконий и их сплавов (патент США N 2985945, публ. 30.05.61 г. ). Разделительным материалом, исключающим сваривание листов между собой в данном способе, служит окисная пленка, образованная при низкотемпературном отжиге при 593-649^oС (1100-1200^oF). Альтернативой или дополнительным материалом является тонкое покрытие поверхности заготовок слоем извести, глины, а также окиси алюминия и т.п.

Перечисленные покрытия используются при прокатке пакетов в диапазоне температур 729-757^oС (1345-1395^oF).

Окисные пленки в указанном диапазоне температур имеют незначительную толщину, содержат различные микронесплошности. Окисные пленки симметрично разрушаются на начальной стадии деформирования, образуя сетку микротрещин, в которые вдавливаются свежие объемы металла из приконтактных областей, создавая мостики сцепления. Окисная пленка по сравнению с чистой поверхностью металла имеет меньшую силу сцепления с дополнительным слоем покрытия.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ пакетной прокатки листов с повышенной точностью размеров и равномерностью свойств в продольном и поперечном направлениях из легированных и нержавеющих сталей, цветных металлов и сплавов и используемых для изготовления сверхзвуковых самолетов и ракет (патент США N 3164884, публ. 12.01.65 г.) - прототип.

Состав разделительного покрытия зависит от материала листов. Например, для листов из легированных сплавов применяют смесь оксидов хрома и магния. При прокатке нержавеющих сталей и "супер" сплавов используют водную смесь оксида алюминия.

Перед нанесением разделительного покрытия поверхность листов подвергают дробеметной обработке круглой или угловатой дробью. Кроме того, листы шлифуют для удаления дефектов формы. После нанесения разделительного покрытия его просушивают при температуре 38-66^oC (100-150^oF) для полного удаления влаги.

Применительно к сплавам титана покрытие, имеющее в составе двуокись алюминия, при температурах горячей прокатки (до 1190^oС) образует трудноудаляемый интерметаллидный слой. Единственным способом для удаления такого слоя является ленточное шлифование с большим количеством проходов и низкой стойкостью шлифовальной ленты. Стоимость затрат на операцию удаления остатков покрытия существенно влияет на себестоимость изготовления листа. При обработке поверхности образуются трудноудаляемые продольные риски.

При нанесении покрытия из водного раствора двуокиси алюминия отмечают недостаточную прочность сцепления материала покрытия с основой металла, неравномерность (сгустки раствора) и неоднородность нанесенного покрытия. Перечисленные недостатки особенно значимы при производстве тонких листов, при высоких степенях деформации.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является обеспечение надежности разделения листов после прокатки и улучшение качества поверхности получаемых листов за счет оптимизации показателей разделительного покрытия, процесса деформации и марки деформируемого металла.

Поставленная задача решается тем, что в способе пакетной прокатки тонких листов из труднодеформируемых сплавов, включающем подготовку заготовок, нанесение разделительного покрытия на поверхность заготовок, сборку пакета, горячую прокатку пакета, разделение и отделку поверхности листов, согласно изобретению, при производстве листов толщиной менее 1,0 мм в качестве разделительного покрытия используют коллоидный раствор, а при производстве листов толщиной 1,0-2,5 мм разделительное покрытие состоит из 5-50% коллоидного раствора и 10-30% тонкодисперсных порошков фракцией менее 50 мкм, при этом разделительное покрытие перед прокаткой сушат при температуре не выше 70^oC, а температура термического разложения разделительного покрытия должна превышать температуру горячей прокатки пакета. Коллоидный раствор готовят на основе алюмосиликатов.

При выборе материала разделительного покрытия учитывают его адгезионные свойства, технологичность нанесения, температуру термического разложения, химическую инертность. Параметры операции нанесения покрытия должны обеспечивать получение сплошного, равномерного и однородного покрытия. Выполнение перечисленных мер гарантирует качество поверхности получаемых листов.

Использование в разделительном покрытии коллоидного раствора более 50% от объема создает высокую плотность и вязкость покрытия, приводит к плохой смачиваемости поверхности заготовок вследствие недостаточности влаги. Содержание коллоидного раствора менее 5% приводит к низкой концентрации разделительного покрытия, неравномерности нанесения и малой толщине разделительной пленки.

Содержание в разделительном покрытии тонкодисперсных порошков более 30% повышает плотность суспензии, увеличивая скорость седиментации и неравномерность концентрации суспензии, что ухудшает свойства разделительного покрытия: повышается неравномерность нанесения, разнотолщинность, склонность к образованию сгустков.

При содержании порошкового наполнителя менее 10% плотность разделительного покрытия недостаточна для больших степеней деформации, используемых при прокатке тонких листов, а также очень малое отличие от высоко концентрированного коллоидного раствора.

После прокатки и разборки пакета покрытие с поверхности листов удаляют совместно с окалиной традиционными производительными методами химической или струйно-абразивной обработки.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. При изготовлении листов толщиной 0,5 мм из титанового сплава Ti₆Al₄V методом пакетной прокатки использовали разделительное покрытие, состоящее из 30% алюмосиликатов и воды. Размер частиц 0,2 мкм и меньше. Температура раствора составляла 50^oС. Покрытие на поверхность заготовок наносили методом погружения в раствор. Продолжительность выдержки в растворе до 180 с. Толщина покрытия при этом составила 3,5-4,0 мкм. Равномерность покрытия достигали за счет постоянства скорости подъема заготовок из раствора. Излишки покрытия сдували встречным потоком теплого воздуха, одновременно производя сушку покрытия. Просушенные заготовки собрали в пакет, нагрели до (890±10)^oC и прокатали с коэффициентом вытяжки 2,2. Температура термического разложения материала покрытия 930^oC. Разборку пакета производили без применения каких-либо специальных средств. Листы разделились самопроизвольно. Поверхностные загрязнения в виде остатков покрытия и окалины удаляли струйно-абразивной обработкой. После контроля геометрических размеров и поверхностных дефектов листы отправили на финишную обработку - кислотное травление. Небольшую партию листов (12%) отправили на дополнительную операцию ленточного шлифования для выведения поверхностных дефектов.

Пример 2. Для прокатки листов толщиной 1,3 мм из титанового сплава Ti₆Al₄V в качестве разделительного покрытия подготовили суспензию, включающую 25% алюмосиликата и 25% (SiO₂•nH₂O)+N₂O+Н₂O. Компонент SiO₂•nН₂O использовали в виде порошка с фракцией не более 20 мкм. Температура раствора 30^oC. Покрытие наносили аналогично примеру 1. Толщина покрытия составила 40-50 мкм. Просушенные заготовки собрали в пакет, нагрели до температуры (890±10)^oC и прокатали с коэффициентом вытяжки 4,2. Температура термического разложения материала покрытия 930^oC. Получили листы хорошего качества. Отделку поверхности произвели аналогично примеру 1.

Пример 3. При прокатке листов толщиной 2,2 мм из титанового сплава Ti₆Al₄V в качестве материала разделительного покрытия использовали суспензию, включающую коллоидный раствор алюмосиликата (40%) и тонкодисперсный порошок СаСО₃ (25%) фракцией 45 мкм. Температура раствора 20^oС. Покрытие наносили кистью. Толщина покрытия составила 80-120 мкм. Коэффициент вытяжки при прокатке - 5,5. Температура горячей прокатки (890±10)^oC, температура термического разложения покрытия около 945^oC.

При отделке поверхности листов отмечено некоторое увеличение количества поверхностных дефектов. Количество листов, отправленных на шлифовку, составило 34%.

Аналогичные разделительные покрытия были испытаны при производстве тонких листов других марок титановых сплавов, таких как Ti₆Al₂Zr₂Zn₂VО, 6Mo; Ti₆Al₂Zr₂Zn₂VO, 6MoO, 15Si и интерметаллидных сплавов ТiАl.

Представленные варианты разделительных покрытий позволяют охватить весь диапазон прокатываемых толщин и марок обрабатываемых сплавов с высокой степенью деформации. Предлагаемый способ пакетной прокатки тонких листов обеспечивает надежное разделение листов после прокатки, исключая сваривание листов в пакете, улучшение качества поверхности листов и снижение себестоимости изготовления за счет применения оптимального разделительного покрытия с учетом параметров прокатки и марки деформируемого металла.

Покрытие легко удаляется с поверхности листов после прокатки, не оставляя на поверхности дефектов. В большинстве случаев кондиционное состояние поверхности листов получают без дорогостоящей операции ленточного шлифования. Используемые разделительные покрытия отличаются низкой стоимостью, технологичностью приготовления, универсальностью и легкостью способов их нанесения и удаления.

Формула изобретения

1. Способ пакетной прокатки тонких листов из труднодеформируемых сплавов, включающий подготовку заготовок, нанесение разделительного покрытия на поверхность заготовок, сборку пакета, разделение и отделку поверхности листов, отличающийся тем, что при изготовлении листов толщиной менее 1,0 мм в качестве разделительного покрытия используют коллоидный раствор, а при изготовлении листов толщиной 1,0-2,5 мм разделительное покрытие содержит 5-50% коллоидного раствора и 10-30% тонкодисперсных порошков фракцией менее 50 мкм, при этом разделительное покрытие перед прокаткой сушат при температуре не выше 70^oС, а температура термического разложения материала покрытия должна превышать температуру горячей прокатки пакета.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коллоидный раствор готовят на основе алюмосиликатов.