Способ получения биметаллов, в состав которых входит алюминий и его сплавы

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления плоских биметаллических заготовок широкого размерного сортамента по толщине и соотношению толщин слоев. Задача изобретения - расширение размерного сортимента биметаллических плоских заготовок по толщине и соотношению толщин слоев. Способ включает изготовление прослойки на основе алюминия с односторонним или двухсторонним плакирующим слоем легкоплавкого металла, сборку пакета из заготовки из стали, титана, меди или алюминия с заготовкой из алюминия или его сплавов с прослойкой между ними и последующую деформацию пакета. В соответствии с изобретением заготовки из алюминия или его сплавов предварительно нагревают до температуры, равной (0,68-0,76) температуры плавления алюминия; пакет деформируют осадкой с высотным обжатием (10-30)% при скорости деформации (0,005-0,75) сек^-1 и длительности контакта слоев не менее 5 сек при условии расплавления легкоплавкого покрытия прослойки в зоне контакта. Прослойка может быть выполнена с односторонним плакирующим слоем, а перед сборкой пакета ее наносят прокаткой на заготовку из стали, титана или меди с расположением легкоплавкого слоя наружу. Прослойка может быть выполнена с двухсторонним плакирующим слоем, при этом пакет собирают из заготовок из алюминия или его сплавов с размещением между ними прослойки. Изобретение обеспечивает условия межслойного жидкостного трения, развитие контактных деформаций, разрушение окисной пленки со стороны алюминиевой заготовки, образование прочных межслойных связей в широком диапазоне толщин и соотношений толщин слоев биметаллических заготовок. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления плоских биметаллических заготовок широкого размерного сортамента по толщине и соотношению толщин слоев.

Известно применение алюминия в качестве прослоек при соединении прокаткой труднодеформируемых металлов и сплавов, например, стали, титана, меди и др. с алюминием и его сплавами (В.К.Король, М.С.Гильденгорн. Основы технологии производства многослойных металлов. М.: Металлургия, 1970, 236 с.).

При этом прослойка наносится прокаткой на труднодеформируемые металлы, алюминиевые сплавы либо помещается между основными слоями пакета.

Из-за наличия на поверхности алюминиевой прослойки окисной пленки Al₂О₃ процесс соединения слоев требует больших обжатий, так как окисная пленка на алюминии имеет низкую адгезию к окислам алюминия и другим металлам. Поэтому сортамент получения биметаллических плоских заготовок по толщине и соотношению толщин слоев ограничен.

Некоторое увеличение прочности соединения слоев алюминиевых сплавов достигается легированием алюминиевой прослойки галлием (А.С. №889341), однако расширение сортамента биметаллов по толщине слоев не достигается.

Расширение сортамента по толщине и соотношению толщин слоев плоских биметаллических заготовок может быть достигнуто применением слоистых катаных прослоек на основе алюминия с односторонней или двусторонней плакировкой легкоплавким металлом сочетанием процессов прокатки и осадки пакетов из разнородных металлов.

Задача изобретения - расширение размерного сортамента биметаллических плоских заготовок по толщине и соотношению толщин слоев путем применения слоистой прослойки на основе алюминия с покрытием легкоплавким металлом с использованием процессов прокатки и осадки.

В способе получения биметаллов, в состав которых входит алюминий, включающем изготовление прокаткой прослойки на основе алюминия с односторонним или двухсторонним плакирующим слоем легкоплавкого металла, сборку пакета из заготовки из стали, титана, меди или алюминия с заготовкой из алюминия или его сплавов с прослойкой между ними и последующую деформацию пакета, в соответствии с изобретением заготовки из алюминия или его сплавов предварительно нагревают до температуры, равной (0,68-0,76) температуры плавления алюминия; пакет деформируют осадкой с высотным обжатием (10-30)% при скорости деформации (0,005-0,75) сек^-1 и длительности контакта слоев не менее 5 сек при условии расплавления легкоплавкого покрытия прослойки в зоне контакта. Прослойка может быть выполнена с односторонним плакирующим слоем, а перед сборкой пакета ее наносят прокаткой на заготовку из стали, титана или меди с расположением легкоплавкого слоя наружу. Прослойка может быть выполнена с двухсторонним плакирующим слоем, при этом пакет собирают из заготовок из алюминия или его сплавов с размещением между ними прослойки.

Изобретение обеспечивает высокую прочность соединения алюминия с основой при толщине прослойки 0,5-3 мм.

Заготовки из стали, титана, меди или алюминия с 2-слойной или трехслойной катаной прослойкой с наружным покрытием легкоплавким металлом - цинком или сплавом цинка с алюминием собирают в пакет с заготовками из алюминия и его сплавов, предварительно нагретыми до температуры, равной (0,68-0,76) температуры плавления алюминия. При температуре нагрева заготовок свыше 0,76 температуры плавления алюминия имеет место перегрев или пережог алюминиевых сплавов. При температуре ниже 0,68 может быть нерасплавление легкоплавкого покрытия прослойки в процессе деформации пакета при плотном контакте слоев. При расплавлении покрытия в процессе деформации пакета резко снижаются силы межслойного трения. Со стороны алюминиевых заготовок развивается контактная деформация, разрушается окисная пленка на алюминии, в контакт входят слои, свободные от окислов. Избыточная жидкая фаза выдавливается из зоны контакта слоев. Оставшаяся диффундирует в алюминиевую прослойку и алюминиевый слой в процессе контактирования слоев.

Для получения прочного соединения слоев биметаллов собранные пакеты деформируют осадкой с высотным обжатием (10-30)% при скорости деформации (0,005-0,75) сек^-1 и длительности контакта слоев не менее 5 сек.

При высотном обжатии пакета менее 10% прочность соединения слоев нестабильна - показатели прочности имеют разброс. При обжатии пакета свыше 30% образуются потери алюминия в облой из-за большой неравномерности деформации слоев пакета.

При скорости деформации пакета менее 0,005 сек^-1 снижается производительность процесса, при скорости деформации пакета более 0,75 сек^-1 снижается прочность соединения слоев.

При длительности контакта слоев менее 5 секунд покрытие в зоне контакта с алюминием полностью не расплавляется. Стабильная прочность соединения слоев не достигается.

Получение биметаллов осуществляется на гидравлических вертикальных прессах со скоростью деформирования пакетов 0,08-0,15 м/сек, бойки пресса и плакированные заготовки большой массы из стали, титана, меди и др. металлов перед осадкой с алюминием и его сплавами предварительно подогревают - бойки до 200-500°С, заготовки до 200-300°С. Для пакетов применяются плоские составляющие из алюминиевых сплавов с алюминиевой плакировкой.

Примеры.

1. Для получения биметаллических плит из сплава АМг3 и сплавов АМг6 применяли заготовки толщиной 25 мм с технической плакировкой алюминием. Заготовки нагревали до температуры, составляющей (0,74-0,75) температуры плавления алюминия.

Между ними помещали трехслойную прослойку из алюминия толщиной 1,5-3 мм с покрытием цинком или эвтектическим сплавом цинка с алюминием.

Для формирования прочного соединения слоев пакет деформировали на гидравлическом вертикальном прессе с обжатием 20% при максимальной скорости деформации пакета 0,7 сек^-1, скорости осадки 0,15 м/сек и длительности контакта слоев 8 сек, обеспечивающим условия жидкостного трения скольжения в контактной зоне.

2. Двухслойная прослойка на основе алюминия с покрытием цинком или сплавом цинка с 5% алюминия наносится прокаткой на заготовку из стали, титана, меди, образуя плакирующий слой толщиной 0,5-3 мм с наружным покрытием легкоплавким металлом.

Перед плакированием поверхности заготовок обезжиривали и зачищали.

Для получения двухслойных (М-Т) и трехслойных (Т-М-Т, М-Т-М) заготовок из алюминия (М) в сочетании с медью, титаном, сталью 12х18Н10Т (Т) заготовки из меди, титана, стали 12х10Н10Т (Т) разной толщины с плакировкой алюминием с наружным покрытием цинком или сплавом цинка с алюминием эвтектического состава деформировали на гидравлическом вертикальном прессе совместно с алюминиевыми заготовками (М) толщиной 20, 30, 40 мм, нагретыми до температуры 0,75 температуры плавления алюминия (М). Прочное соединение формировалось при высотном обжатии пакета (10-30)%, скорости деформации (0,005÷0,75) сек^-1, длительности контакта слоев не менее 5 сек и расплавлении металла покрытия в контактной зоне.

Перед сборкой и осадкой пакетов плакированные заготовки из прочных металлов (Т) большой массы нагревали до 200-300°С и бойки предварительно подогревали до 200-500°С.

Получены заготовки широкого размерного сортамента по толщине, соотношению толщин слоев и их расположению (М-Т), (Т-М-Т) и (М-Т-М).

1. Способ получения биметаллов, в состав которых входит алюминий, включающий изготовление прокаткой прослойки на основе алюминия с односторонним или двухсторонним плакирующим слоем легкоплавкого металла, сборку пакета из заготовки из стали, титана, меди или алюминия с заготовкой из алюминия или его сплавов с прослойкой между ними и последующую деформацию пакета, отличающийся тем, что заготовки из алюминия или его сплавов предварительно нагревают до температуры, равной (0,68-0,76) температуры плавления алюминия, пакет деформируют осадкой с высотным обжатием (10-30)% при скорости деформации (0,005-0,75) с^-1 и длительности контакта слоев не менее 5 с при условии расплавления легкоплавкого покрытия прослойки в зоне контакта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прослойку выполняют с односторонним плакирующим слоем, а перед сборкой пакета ее наносят прокаткой на заготовку из стали, титана или меди с расположением легкоплавкого слоя наружу.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что прослойку выполняют с двухсторонним плакирующим слоем, при этом пакет собирают из заготовок из алюминия или его сплавов с размещением между ними прослойки.