Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Моделирование, разработка технологии и расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия Минаков Владимир Сергеевич

Моделирование, разработка технологии и расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия
<
Моделирование, разработка технологии и расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия Моделирование, разработка технологии и расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия Моделирование, разработка технологии и расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия Моделирование, разработка технологии и расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия Моделирование, разработка технологии и расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия Моделирование, разработка технологии и расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия Моделирование, разработка технологии и расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия Моделирование, разработка технологии и расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия Моделирование, разработка технологии и расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия Моделирование, разработка технологии и расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия Моделирование, разработка технологии и расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия Моделирование, разработка технологии и расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Минаков Владимир Сергеевич. Моделирование, разработка технологии и расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия : Дис. ... канд. техн. наук : 05.02.13 Екатеринбург, 2006 136 с. РГБ ОД, 61:06-5/1717

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Технология и установки непрерывного литья для производства листа из алюминия

1.1. Двухвалковые установки непрерывного литья 9

1.2. Установки непрерывного литья с обжатием металла 24

ВЫВОДЫ 25

Глава 2 Теоретическое исследование совмещенного процесса непрерывного литья и деформации

2.1. Установка и совмещенный процесс непрерывного литья и деформации

2.2. Общая постановка задачи 37

2.3. Общие исходные данные расчета и система допущений 39

2.4. Алгоритм решения объемной задачи упруго-пластичности.. 40

ВЫВОДЫ 49

Глава 3 Результаты расчета напряженно-деформированного состояния металла в очагах деформации процесса непрерывного литья и деформации

3.1. Напряженно-деформированное состояние металла при формировании полосы в зоне гибки узких боковых стенок п оболочки с жидкой фазой

3.1.1. Постановка задачи 50

3.1.2. Исходные данные и принятые допущения 51

3.1.3. Расчетная схема и граничные условия 53

3.1.4. Результаты расчета и их анализ 56

3.1.5. Оценка влияния радиуса сопряжения стенок кристаллизатора на уровень растягивающих деформаций

3-2. Напряженно-деформированное состояние металла в зоне очага деформации

3.2.1. Постановка задачи 67

3.2.2. Исходные данные и принятые допущения 68

3.2.3. Расчетная схема и граничные условия 69

3.2.4. Результаты расчета и их анализ 72

3.2.5. Оценка течения затвердевшего металла на границе с „ жидкой фазой

ВЫВОДЫ 82

Глава 4 Экспериментальное исследование и разработка технологии процесса непрерывного литья и деформации

4-1. Модернизация установки непрерывного литья и деформации

4.2. Исследование структуры металла и механических свойств листа из алюминия

4.3.Оценка качества листа из алюминия 104

Глава 5 Разработка технологріческого процесса и выбор параметров установки непрерывного литья и деформации для ФГУП "Уралтрансмаш"

5.1. Схема технологического процесса и выбор параметров установки непрерывного литья и деформации для ФГУП „ "Уралтрансмаш"

5.1.1. Подготовка флюса 107

5.1.2. Подготовка лигатуры 108

5.1.3. Подготовка технологической смазки 108

5.1.4. Подготовка стенок бойков разъемного ., ~ кристаллизатора

5.1.5. Плавление шихты и рафинирование расплава ПО

5.1.6. Непрерывное литье расплава алюминия 111

5.2. Метрологическое обеспечение технологического процесса 117

5.3. Оборудование установки непрерывного литья и ,, Q деформации

5.4. Методика и расчет параметров кристаллизатора, энергосиловых параметров и оценка производительности ~. установки

5.5. Расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа размером 2-Мх500 мм из ~^ алюминия для завода ФГУП "Уралтрансмаш"

5.6. Основные параметры установки непрерывного литья и деформации для завода ФГУП "Уралтрансмаш" 127

Выводы 128

Заключение 129

Библиографический список

Введение к работе

На современном этапе развития металлургического производства все большее распространение получают совмещенные процессы непрерывного литья и деформации, которые позволяют получить заготовки по форме и размерам близких к готовым изделиям, тем самым существенно снизить энергоемкость технологического процесса, металлоемкость оборудования, капитальные и эксплутационные затраты [1-9, 11-15].

Для дальнейшего развития цветной металлургии в условиях современной экономики необходимо создание ресурсосберегающих технологических процессов и компактных установок совмещенных процессов непрерывного литья и деформации, что позволит снизить издержки производства, увеличить выход годного и повысить качество готовой металлопродукции и, соответственно, снизить объем продаж слитков и повысить конкурентоспособность металлопродукции из цветных металлов и сплавов.

Развитие данного направления связано с тем, что основной путь повышения эффективности заводов цветной металлургии - это снижение расхода топлива и электроэнергии, и коренное улучшение качества металлоизделий. Кроме того, из-за отсутствия государственной политики внедрения отечественных разработок руководители заводов цветной металлургии ориентированы на приобретение зарубежных дорогостоящих установок непрерывного литья, несмотря на то, что отечественные разработки по технико-экономическим показателям превосходят лучшие зарубежные образцы. В частности, зарубежные валковые установки непрерывного литья алюминия имеет большие габариты, сложны в эксплуатации и управлении, а также не обеспечивают необходимого обжатия полосы с целью улучшения качества металлоизделий.

Таким образом, создание и внедрение на заводах цветной металлургии отечественных установок непрерывного литья и деформации (УНЛД) для производства листа из алюминия и других цветных металлов позволит существенно снизить расход топлива, электроэнергии, металлоемкость оборудования и производственные площади и улучшить качество металлоизделий.

Цель работы

Разработка теоретических основ совмещенного процесса непрерывного литья и деформации, расчет параметров кристаллизатора, создание технологического процесса получения листовой заготовки и оценка качества листа из алюминия.

Научная новизна работы

  1. Предложена и научно обоснована модель нестационарного совмещенного процесса непрерывного литья и деформации при получении листа из алюминия, что позволило определить напряженно-деформированное состояние металла при формировании полосы в зоне гибки узких боковых стенок оболочки с жидкой фазой и в зоне очага деформации затвердевающего металла, а также оценить характер течения металла, особенно на границе с жидкой фазой оболочки слитка.

  2. С использованием предложенной модели рассчитан уровень и характер распределения нормальных и касательных напряжений в очаге деформации в зависимости от влияния ряда технологических параметров работы экспериментальной установки.

  3. На основе анализа механизма формирования заготовки в сборном кристаллизаторе выбраны и научно обоснованы рациональные параметры формообразования заготовки в сборном кристаллизаторе с целью снижения растягивающих напряжений в оболочке слитка, что является наиболее благоприятным для получения листа высокого качества.

  4. Исследованы особенности структурообразования алюминия в зоне интенсивной горячей пластической деформации и выявлены условия кристаллизации, позволяющие получить ориентированную структуру с высокой степенью текстурованности.

Практическая ценность работы

Теоретические и экспериментальные исследования позволили получить следующие практические результаты:

- разработана новая технология непрерывного литья и деформации для

получения листа из алюминия;

найдены рациональные конструктивные параметры сборного кристаллизатора, позволяющие улучшить качество листа;

установлена закономерность формоизменения структуры непрерывнолитой полосы из алюминия в процессе ее получения на установке непрерывного литья и деформации;

разработаны рекомендации по выбору рациональных технологических и конструктивных параметров при проектировании установки непрерывного литья и деформации.

Реализация результатов работы

Разработаны технологическое и техническое задания на проектирование и изготовление установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия на ФГУП "Уралтрансмаш". Выполнен эскизный проект установки непрерывного литья и деформации для ФГУП "Уралтрансмаш". Изготовлена опытно-промышленная установка. С использованием опытно-промышленной установки непрерывного литья и деформации проведено моделирование процесса деформации и разработана технология получения листовой заготовки.

Основные положения, выносимые на защиту

  1. Постановка задачи и результаты расчета напряженно-деформированного состояния металла при формировании полосы в зоне гибки узких боковых стенок оболочки с жидкой фазой и в зоне деформации затвердевшего металла.

  2. Модель совмещенного процесса непрерывного литья и деформации при получении листа из алюминия.

3. Алгоритм решения нестационарных контактных задач теории упруго-

пластичности методом конечных элементов в плоской и объемной постановке.

4. Конструкция установки непрерывного литья и деформации.

- 5. Технология и параметры совмещенного процесса непрерывного литья и

деформации при получении листа из алюминия.

  1. Результаты комплексных экспериментальных исследований совмещенного процесса непрерывного литья и деформации и оценка качества листа из алюминия.

  2. Рекомендации по расширению областей использования установки непрерывного литья и деформации для получения листовых заготовок и листа из различных металлических материалов.

Апробация работы

Основные результаты были доложены и обсуждены на региональной конференции "Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением", Магнитогорск, 2002; Третьей межвузовской научно-практической конференции "Фундаментальные проблемы металлургии", Екатеринбург, 2003; Урало-Сибирская научно-практической конференции, Екатеринбург, 2003; Третьей международной научно-практической конференции Регионального Уральского отделения Академии инженерных наук им. A.M. Прохорова, Екатеринбург, 2004.

Публикации

Основное содержание диссертации опубликовано в 8 печатных работах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка, включающего 71 наименование. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 17 таблиц.

Установки непрерывного литья с обжатием металла

Установка совмещенного процесса непрерывного литья и деформации разработана на основе процессов и установок циклической деформации, защищенных международными заявками и патентами зарубежных стран, и предназначена для получения листа из цветных металлов и сплавов [10, 42].

На рис. 2.1 изображено устройство для непрерывного литья и деформации заготовок, а на рис. 2.2 показан способ получения листа.

Устройство (рис. 2.1) состоит из водоохлаждаемого кристаллизатора 1 и двух суппортов 2 . Каждый суппорт установлен на двух эксцентриковых валах 3. К суппорту крепится стенка-боек с калибрующим участком. Боковые стенки разъемного кристаллизатора крепятся к торцам кристаллизатора 1. Рабочие поверхности боковых стенок образуют в совокупности с бойками и разъемный кристаллизатор, полость которого является продолжением полости кристаллизатора 1. Кристаллизатор 1 имеет по своей задней торцевой поверхности постоянный контакт с подвижными бойками 4, причем он прижимается к бойкам с помощью пружинного механизма.

Бойки-стенки кристаллизатора 4 имеют специальные каналы 6 для подвода смазки (например, графитового порошка) с тем, чтобы исключить налипание нагретого алюминия на рабочие поверхности бойков кристаллизатора.

Синхронное вращение эксцентриковых валов 3 осуществляется от электродвигателя. Вытягивание заготовки из кристаллизатора 1 осуществляется с помощью тянущих роликов 5. Сущность способа непрерывного литья и деформации заготовок заключается в следующем (рис. 2.1; 2.2).

При установившемся процессе жидкий металл 13 заливается в водоохлаждаемый кристаллизатор 1, который с бойками совершает синхронные возвратно-поступательные движения. За счет отвода тепла стенками кристаллизатора 1 образуется замкнутая оболочка 14 с жидкой фазой 13 заданного периметра. Затем оболочка 14 с жидкой фазой поступает в бойки 8 и 9 разъемного кристаллизатора. Бойки 8 и 9 одновременно с формированием из оболочки 14 с жидкой фазой заготовки продвигают ее по направлению непрерывного литья. При этом сближение верхней и нижней стенок оболочки 14, т.е. уменьшение высоты заготовки с жидкой фазой. Это приводит к увеличению ширины заготовки за счет заполнения боковыми стенками оболочки вогнутых поверхностей боковых стенок кристаллизатора 16 и 17, т.е. происходит формирование плоской заготовки с жидкой фазой. Одновременно с формированием заготовки бойки 8 и 9 осуществляют продвижение оболочки 14 по направлению непрерывного литья и вытеснение жидкого металла 13. По мере продвижения заготовки с жидкой фазой происходит смыкание верхней и нижней стенок оболочки, т.е. исключение жидкой фазы. После этого происходит циклическое обжатие бойками 8 и 9 кристаллизатора затвердевшей заготовки 14 и калибровка сечения полосы 15. УНЛД работает следующим образом (рис. 2.1).

Привод сообщает синхронное вращение эксцентриковым валам 4, 5, 6 и 7. При вращении эксцентриковых валов 4, 5, 6 и 7 установленные на них суппорты 2 и 3 с закрепленными на них бойками 8 и 9 совершают одновременно в одной плоскости синхронные перемещения по замкнутой круговой траектории с радиусом, равным эксцентриситету эксцентриковых валов. Такая кинематика движения бойков разъемного кристаллизатора обеспечивает возвратно-поступательные горизонтальные перемещения кристаллизатора 1, циклическое формирование из замкнутой оболочки с жидкой фазой плоской заготовки и обжатие затвердевшего металла с одновременным продвижением заготовки в направлении непрерывного литья. При максимальном сближении бойков 8 и 9 их рабочие поверхности в совокупности с боковыми стенками образуют внутреннюю замкнутую поверхность (полость) заданного периметра.

Предлагаемый технологический процесс получения листа из алюминия путем использования принципиально новой установки совмещенных процессов непрерывного литья и циклической деформации предусматривает исключение из технологической линии нагревательной печи и стана горячей прокатки, а также позволяет путем непрерывного литья впервые получить подкат для получения листа и фольги для глубокой вытяжки. Следует отметить, что все основные технологические операции получения листа осуществляются в сборном кристаллизаторе.

Жидкий алюминий из плавильной печи заливается в миксер (рис. 2.3), который предназначен для поддержания температуры, рафинирования и дозирования подачи расплава алюминия в кристаллизатор установки непрерывного литья и деформации. Из миксера расплав алюминия с помощью системы подачи заливается в кристаллизатор УНЛД. Система подачи расплава алюминия в кристаллизатор включает желоб, распределительную коробку и погружной стакан.

Распределительная коробка разделена с помощью огнеупорной перегородки на две емкости: промежуточную, в которую поступает расплав из миксера с помощью желоба, и в котором осуществляется рафинирование расплава алюминия и емкость для подачи расплава в кристаллизатор. Рафинирование осуществляется путем продувки через слой расплава хлор-азотной смеси, что позволяет очистить расплав алюминия от натрия, магния и растворенных газов. Из промежуточной емкости очищенный расплав алюминия поступает в емкость для подачи расплава и из нее с помощью погружного стакана жидкий металл подается в кристаллизатор УНЛД.

Общие исходные данные расчета и система допущений

Пластическое поведение материала характеризуется необратимой деформацией, которая возникает при достижении в материале определенного уровня напряжений. Пластические деформации предполагаются возникающими мгновенно, т.е. не зависящими от времени.

В качестве поведения материала используем классическое билинейное кинематическое упрочнение. На рис. 2.4 представлена зависимость «напряжение -деформация» для этой модели материала.

Кривая «as» пластического поведения материала, характеризующая классическое билинейное кинематическое упрочнение

Теория пластичности дает возможность получить соотношения, которые описывают упругопластический отклик материала. В программе ANSYS реализованы три критерия, составляющих основу рассматриваемой теории пластичности: критерий текучести, закон течения и правило (закон) упрочнения.

Критерий текучести определяет уровень напряжения, при котором начинается текучесть материала. Условие начала текучести позволяет свести многокомпонентное напряжение состояния к функции отдельных его РОССИЙСКАЯ ffvrvT л РСТВЕШ1ЛЯ составляющих /({&}), которую можно интерпретировать как эквивалентное напряжение ае\ е=/({ }), (2.1.) где {а} - вектор напряжения.

При достижении эквивалентным напряжением предела текучести материала 07 f(M)=t (2.2) в материале возникают пластические деформации. При at ае материал остается упругим, а следовательно, напряжения определяются упругими соотношениями «а-е». Обратим внимание на то, что в этом случае эквивалентное напряжение не может превысить предел текучести материала, так как развивающиеся мгновенно пластические деформации снижают напряжение до величины предела текучести.

Закон текучести определяет направление пластических деформаций и определяется следующим соотношением: {dt?l}=X{dQ/do} (2.3) где Я - согласующий множитель (определяет величину пластических деформаций); Q - функция напряжений, называемая пластическим потенциалом (определяет направление пластических деформаций). Если Q является функцией текучести (что обычно предполагается), закон текучести называется ассоциативным, а пластические деформации происходят в направлении, перпендикулярном к поверхности текучести.

Закон упрочнения описывает изменение поверхности текучести с ростом пластических деформаций таким образом, что этим деформациям может быть поставлено в соответствие определенное напряженное состояние. Существуют два закона упрочнения: изотропное (определяется пластической работой) и кинематическое (или трансляционное). При изотропном упрочнении поверхность текучести сохраняет неизменным положение своего центра и только увеличивается в размерах по мере развития пластических деформаций. В материалах с изотропной пластичностью происходит изотропное упрочнение. При кинематическом упрочнении, используемой при решении задачи правки профильной заготовки, размеры поверхности текучести остаются постоянными, но по мере роста пластических деформаций она смещается в пространстве напряжений.

Итак, для расчета процесса правки профильной заготовки используем следующую модель пластичности: - наименование модели - классическая билинейная с кинематическим упрочнением, характеризующаяся следующими моментами, - критерий текучести - Мизеса, - закон текучести - ассоциативный (уравнение Друкера - Рейса), - закон упрочнения - кинематический, - отклик материала - билинейный.

Оценка влияния радиуса сопряжения стенок кристаллизатора на уровень растягивающих деформаций

Таким образом, при литье листа из алюминия установлено, что по мере гибки узких граней оболочки с жидкой фазой от сечения «А» к сечению «С» растягивающие деформации на внешней поверхности узкой грани вблизи ее середины возрастают и достигают величины 0,6. Однако растягивающие напряжения, по мере гибки, практически не изменяются и составляют 13,8 -14,0 МПа. Если учесть, что предел текучести алюминия при температуре внешней поверхности оболочки в 530 градусов составляет 12,3 МПа, и он соизмерим с расчетными напряжениями ах , то это не должно привести к возникновению микротрещин.

Однако имеются пути снижения растягивающих напряжений на боковой поверхности оболочки. Это связано с тем, что калибровка боковых стенок разъемной части кристаллизатора выполняется таким образом, что в процессе перемещения оболочки и гибке ее боковых граней имеется контакт боковых граней оболочки со стенками кристаллизатора. Таким образом, со стороны боковых стенок кристаллизатора на боковые грани оболочки действуют сжимающие напряжения, величина которых будет зависеть от калибровки боковых стенок кристаллизатора, которые одновременно со стенками -бойками продвигают оболочку слитка по направлению литья и могут несколько обжимать боковые грани оболочки, особенно в месте наибольших растягивающих напряжений. Такая технология непрерывного литья с подпором боковых граней оболочки слитка может привести к существенному снижению растягивающих напряжений на внешних поверхностях узких граней оболочки. На рис. 3.10...3.11 показано распределение напряжений ах по толщине оболочки слитка, из которых следует, что растягивающие напряжения в поверхностном слое оболочки переходят в сжимающие во внутренних слоях оболочки слитка. Такой характер распределения напряжений по толщине оболочки не будет способствовать разрыву оболочки слитка с жидкой фазой. В связи с этим проведены расчеты при литье листа в кристаллизатор с различными радиусами сопряжения его стенок, что позволило оценить влияние радиуса сопряжения стенок неразъемного кристаллизатора, на уровень растягивающих деформаций и напряжений. Установлено, что при увеличении радиуса сопряжения стенок кристаллизатора происходит существенное снижение растягивающих деформаций, однако при этом практически не изменяются растягивающие напряжения на внешней поверхности грани оболочки с жидкой фазой.

Следует отметить сложный характер напряженно-деформированного состояния, возникающего при гибки узкой грани оболочки, а именно: - на внешней поверхности узкой грани вблизи ее середины возникают растягивающие напряжения и деформации, переходящие в сжимающие в области перехода узкой грани в широкую; - величины растягивающих деформаций по мере гибки увеличиваются почти в два раза от сечения "А" к сечению "С"; - уровень растягивающих деформаций высок и достигает для оболочки из алюминия величины 0,6, однако это не должно привести к образованию трещин на внешней поверхности оболочки и возможному ее разрыву.

Вместе с тем, проведены расчеты при литье листа в кристаллизатор с различными радиусами сопряжения его стенок, что позволило оценить влияние радиуса сопряжения стенок неразъемного кристаллизатора, на уровень растягивающих деформаций и напряжений. Установлено, что при увеличении радиуса сопряжения стенок кристаллизатора происходит существенное снижение растягивающих деформаций, однако при этом практически не изменяются растягивающие напряжения на внешней поверхности грани оболочки с жидкой фазой.

Так, например, при радиусе сопряжения стенок кристаллизатора R = 40 мм в сечении "В" происходит снижение растягивающих деформаций єх с 0,471 при R = 5 мм до 0,271 при R = 40 мм, растягивающие напряжения практически не изменились: при R= 5 мм, ах=14,000 МПа, а при R = 40 мм, ах=13,867 МПа. Еще больше снижение растягивающих деформаций происходит в сечении "С". Так при R = 5 мм х =0,6, тогда как при R = 40 мм Sx =0,209. Следует также отметить, что при этом глубина проникновения растягивающих деформаций составляет 1,5 мм при толщине оболочки равной 8 мм, т.е. наблюдается небольшая зона растяжения, что не будет способствовать разрушению оболочки.

Исследование структуры металла и механических свойств листа из алюминия

Исследование микроструктуры деформированного металла в поперечном сечении показало, что кристаллы литого алюминия, пластически деформируясь, изменяют свою форму, вытягиваются в направлении главной деформации растяжения и приобретают геометрию в виде пластин (рис. 4.2.10). Схематически геометрическая ориентировка зерен в деформированной полосе на выходе из бойков представлена на рис. 4.2.11.

Подобное строение металлических материалов вообще и алюминия в частности после горячей пластической деформации сопровождается анизотропией свойств. Физико-химические и механические свойства деформированных полуфабрикатов в разных направлениях могут значительно отличаться. Это предполагает рассматривать полученную структуру как промежуточную, которая может быть адаптирована к конкретному последующему использованию за счет режимов термической обработки. В частности, как уже отмечалось, для последующей прокатки в фольгу подобная структура предпочтительна. Для других целей, используя рекристаллизационный отжиг, можно обеспечить нужную степень и требуемый тип текстуры, в том числе полностью рассеять текстуру.

Особо следует отметить, что в горячедеформированном алюминии уже в процессе деформации развиваются процессы возврата и полигонизации, снижающих уровень свободной энергии (напряжений II рода). В результате такой металл имеет более устойчивую, более стабильную структуру по сравнению с холоднодеформированным и вследствие этого более высокую температуру рекристаллизации [55].

Следовательно, в нашем случае за счет высоких скоростей охлаждения в кристаллизаторе и бойковой части машины следовало ожидать подавление процессов рекристаллизации в зоне деформации и, как следствие, получение одинаковой по всему сечению текстурированной структуры. Однако металлографические исследования показали, что в приповерхностных слоях в зоне максимальной деформации обнаруживается сплошной слой мелких рекристаллизованных зерен (рис. 4.2.12 а). Температурно-временные параметры деформирования позволяют реализоваться только процессам рекристаллизации обработки, причем только в тех микрообъемах, где достигнута определенная степень деформации. Вероятнее всего это происходит в средней зоне деформации, ближе к выходному отверстию бойков, где степень деформации в поверхностных слоях может достигнуть 20...30%, что и обеспечивает формирование здесь весьма мелкозернистой структуры. При выходе из бойков температура металла резко падает, что подавляет все процессы перекристаллизации. В результате полоса заготовки имеет комбинированную структуру, состоящую из текстурированных кристаллов в виде пластин в основе и мелких рекристаллизованных зерен в поверхностных слоях (рис. 4.2.12 б). Рекристаллизация снижает прочностные характеристики металлических материалов и в условиях больших степеней деформации может способствовать выкрашиванию отдельных микрообъемов (рис. 4.2.13 а) или образованию микротрещин в поверхности (рис. 4.2.13 б). Все это можно рассматривать как дефекты, снижающие потребительские качества заготовки.

Эти дефекты устранимы за счет введения в конструкцию УНЛД спрейерного охлаждения полосы на выходе из бойков, что снизит температуру металла в зоне деформации и предотвратит развитие процессов рекристаллизации.

Определенный интерес представляют микродюрометрические исследования. На рис. 4.2.14 а представлены результаты замеров микротвердости по продольному сечению слитка в точках, показанных на рис. 4.2.14 6. Измерения проводили на некотором расстоянии от поверхности вне зоны рекристаллизованных зерен.

Видно, что литая структуры алюминия вне зависимости от формы зерна имеет примерно одинаковую микротвердость на уровне 36...37 кг/мм , что хорошо согласуется с данными, приведенными в работе [56].

В зоне деформации микротвердость поверхности слитка начинает быстро расти, достигая максимума на выходе из бойков машины на уровне -52 кг/мм , то есть наблюдается довольно значительное упрочнение деформированного алюминия. В условиях горячей пластической деформации подобный эффект обусловлен резким ростом плотности дислокаций и образованием полигональной структуры.

Как отмечается в работе [54], процесс возврата при горячей пластической деформации может привести к аннигиляции части дислокаций, однако и в этом случае их плотность достигает значений 109...1010 см"2 (в отожженном алюминии плотность дислокаций не превышает 10 см" ). Микротвердость в средней части слитка значительно отстает от динамики упрочнения поверхности даже в конце зоны деформации, однако общая тенденция к упрочнению присутствует. В тоже время на выходе из бойков в готовой заготовке микротвердость по всему сечению полосы примерно одинакова и находиться на уровне 51...52 кг/мм.

Похожие диссертации на Моделирование, разработка технологии и расчет параметров установки непрерывного литья и деформации для получения листа из алюминия