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

Совершенствование линий производства, оборудования и процессов получения плакированных плоских заготовок больших толщин на основе алюминия с целью разработки нового класса материалов Лукашкин, Александр Николаевич

Совершенствование линий производства, оборудования и процессов получения плакированных плоских заготовок больших толщин на основе алюминия с целью разработки нового класса материалов
<
Совершенствование линий производства, оборудования и процессов получения плакированных плоских заготовок больших толщин на основе алюминия с целью разработки нового класса материалов Совершенствование линий производства, оборудования и процессов получения плакированных плоских заготовок больших толщин на основе алюминия с целью разработки нового класса материалов Совершенствование линий производства, оборудования и процессов получения плакированных плоских заготовок больших толщин на основе алюминия с целью разработки нового класса материалов Совершенствование линий производства, оборудования и процессов получения плакированных плоских заготовок больших толщин на основе алюминия с целью разработки нового класса материалов Совершенствование линий производства, оборудования и процессов получения плакированных плоских заготовок больших толщин на основе алюминия с целью разработки нового класса материалов Совершенствование линий производства, оборудования и процессов получения плакированных плоских заготовок больших толщин на основе алюминия с целью разработки нового класса материалов Совершенствование линий производства, оборудования и процессов получения плакированных плоских заготовок больших толщин на основе алюминия с целью разработки нового класса материалов Совершенствование линий производства, оборудования и процессов получения плакированных плоских заготовок больших толщин на основе алюминия с целью разработки нового класса материалов Совершенствование линий производства, оборудования и процессов получения плакированных плоских заготовок больших толщин на основе алюминия с целью разработки нового класса материалов
>

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

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

Лукашкин, Александр Николаевич Совершенствование линий производства, оборудования и процессов получения плакированных плоских заготовок больших толщин на основе алюминия с целью разработки нового класса материалов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.13 Москва, 2006

Содержание к диссертации

Введение

Раздел I. Общая часть

1.1. Сортамент плакированных плит, листов, полос и лент 5

1.2. Материалы, применяемые в производстве плакированных плит, листов, полос и лент 6

1.3. Основные технологические особенности получения плакированных материалов 7

1.4. Технологическая схема получения плакированных плит, листов, полос и лент на основе алюминия и его сплавов 9

1.5. Выводы по разделу 10

Задачи исследования 11

Раздел II. Основные металлургические машины и оборудование для получения плакированных плит, листов, полос и лент

2.1. Основное металлургическое оборудование для получения слитков деформируемых алюминиевых сплавов 11

2.2. Оборудование и технология подготовки слитков алюминиевых сплавов к горячей прокатке 19

2.3. Стан горячей прокатки плакированных и неплакированных плит, полос и листов из алюминия и алюминиевых сплавов 20

2.4. Гидравлический вертикальный пресс 26

2.5. Травильное отделение 32

2.6. Участок холодной прокатки 32

2.7. Участок термообработки и отделки плакированных материалов 32

2.8. Выводы по разделу 36

Раздел III. Совершенствование оборудования линии плакировочного стана холодной прокатки

3.1. Общие положения 37

3.2. Методика проведения исследования 37

3.3. Результаты опытов по осадке предварительно деформированного алюминия со сталью 12Х18Н10Т 42

3.4. Модернизация линии холодного плакирования алюминия 42

3.5. Выводы по разделу 49

Раздел IV. Метод расчета деформаций и усилий осадки трехслойной составной плоской заготовки

4.1. Общие положения 50

4.2. Особенности деформации трехслойных плоских заготовок 50

4.3. Анализ процесса осадки трехслойного пакета с наружным расположением твердых (более прочных) слоев 51

4.4. Анализ методики определения силовых условий осадки трехслойного пакета t 57

4.5. Методика анализа устойчивости деформации твердого слоя в пакете при осадке 60

4.6. Экспериментальная проверка методики анализа процесса осадки трехслойного пакета 68

4.7. Выбор гидравлического вертикального пресса для получения крупногабаритных трехслойных заготовок 72

4.8. Выводы по разделу 76

Раздел V. Разработка технологических процессов получения плоских плакированных заготовок широкого размерного сортамента на основе алюминия .

5.1. Общие положения 77

5.2. Анализ особенности получения плакированных материалов в состав которых входит алюминий и его сплавы 77

5.3. Влияние условий прокатки алюминиевых пакетов на формирование прочных соединений 79

5.4. Методика определения деформаций и усилий при плоской прокатке двухслойного пакета 81

5.5. Исследование процесса плакирования алюминия цинком и его сплавами и высокопрочных металлов и сплавов алюминием с цинковым покрытием 86

5.6. Исследование процесса получения осадкой плоских плакированных заготовок широкого размерного сортамента на основе алюминия 101

5.7. Термомеханические параметры процесса получения плакированных материалов широкого размерного сортамента на основе алюминия 117

5.8. Возможности нового технологического процесса 121

5.9. Выводы по разделу 121

Общие итоги и выводы по работе 123

Литература

Введение к работе

В России нет специализированного производства плакированных материалов в виде плит, листов, полос и лент на основе алюминия. Изготовление плакированных материалов является сопутствующим производству полуфабрикатов из алюминия.

Ставится задача определить состав оборудования для получения плакированных материалов, разработать предложения по модернизации основного оборудования, создать методы расчета усилий деформирования пакетов при прокатке и осадке для выбора вертикальных гидравлических прессов, расширить сортамент плакированных материалов на основе принятого оборудования, новых теоретических и технологических разработок в области плакированных материалов в состав которых входит алюминий.

Основные технологические особенности получения плакированных материалов

Качество плакированных биметаллических материалов, в частности, на основе алюминия, определяется прочностью соединения слоев и их целостностью. Прочность соединения формируется в процессах деформации слоистых заготовок (пакетов) при прокатке.

В технике производства биметаллов применяется горячая прокатка и холодная плакировочная прокатка. Горячая прокатка применяется при плакировании слитков из алюминиевых сплавов алюминием и при получении плит из алюминия с плакировкой медью, а также многослойных плит из алюминиевых сплавов спецназначения. Получение плит с плакировкой медью осуществляется из пакетов ограниченной толщины до 60 мм. Перед прокаткой с алюминиевой заготовкой медь предварительно плакируется алюминием. Горячая прокатка трехслойных пакетов при температуре 350-400 С проводится с большой дробностью деформации при общем обжатии пакета до 60%.

Например, плиты общей толщиной 10 мм с тонкой плакировкой медью производят из пакетов толщиной 25 мм; толщиной 20 мм из пакетов толщиной 50 мм [15].

Плакированные плиты общей толщиной свыше 20 мм из алюминия с плакировкой медью промышленностью не изготавливаются.

Холодная рулонная прокатка применяется при плакировании алюминия или сплава АМц медью, коррозионостойкой сталью 12Х18Н10Т, доэвтектическим силумином. Обжатие в плакировочном проходе составляет не менее 60%. Толщина плакирующего слоя равна 0,1 - 0,4 мм.

Общая толщина плакированных листов составляет 1,5 -s- 3,0 мм. Лент из сплава АМЦ с плакировкой силумином равна 0,15 - 0,3 мм с толщиной двухсторонней плакировки силумина до 5 - - 6 % на сторону.

Условия, обеспечивающие высокое качество соединения слоев в плакированных материалах, определяются : 1. Чистотой поверхности тонких плакировочных заготовок, которая достигается травлением, обезжириванием, прокаливанием, зачисткой стальными проволочными щетками до получения поверхности типа «апельсиновая корочка». 2. Величиной общей степени деформации пакета. При холодной прокатке деформация должна быть не менее 60% в плакировочном проходе [15]. 3. Наличием послойной деформации составляющих пакета. При отсутствии деформации одной из компонент пакета прочное вакуумплотное соединение слоев не достигается. 4. Тепловой активацией слоев пакета — нагревом перед деформацией. 5. Давлением по слоям пакета. Возникающее давление должно вызывать одновременно послойную деформацию компонент пакета. При однокомпонентной деформации плакирующая заготовка отслаивается от основы. Прочное соединение не образуется. При прокатке пакетов плакирующая заготовка в первом проходе оковывает валок и дальнейшее ведение процесса становится невозможным.

6. Длительностью пребывания соединяемых металлов в очаге деформации в плакировочном проходе. Скорость прокатки в плакировочном проходе ограничена 0,2 - 0,5 м/сек.

7. Наличием на контактных поверхностях окисных плен и их поведением в процессе деформации пакета.

Таким образом основными процессами получения плакированных материалов - листов, полос и лент на основе алюминия являются горячая и холодная прокатка. Возможности этих процессов ограничены.

Поэтому целесообразно для получения слоистых плакированных заготовок больших толщин в технологическую схему включить прессовое оборудование и изучить методы расчета параметров осадки трехслойного пакета с расположением слоев по схеме Т-М-Т, где Т - слой с большим сопротивлением деформации, чем у материала основы (М).

Затем выбрать пресс и проанализировать конструктивные особенности оборудования. Одновременно разработать мероприятия по совершенствованию прокатного оборудования для холодной плакировочной прокатки.

Для выпуска плакированных материалов больших толщин на основе алюминия технологическая схема в своем составе предусматривает комплекс современных металлургических машин и оборудования.

1.4. Технологическая схема получения плакированных плит, листов, полос и лент на основе алюминия и его сплавов.

Отсутствие специализированного производства плакированных материалов на основе алюминия и его сплавов в виде плит, листов, полос и лент, существенно сдерживает объем их выпуска и использования в народном хозяйстве и за рубежом.

Накопленный отечественный опыт и исследования, проведенные в МГВМИ совместно с ВИЛС в течение -30 лет, позволяют предложить следующую технологическую схему получения плакированных материалов в составе участков и отделений (рис. 1.1).

1. Литейное отделение для получения плоских слитков из алюминия и его сплавов сечением 140 х 550, 165 х 550, 308 х 1020 длиной до 5000 мм. Литейное отделение имеет в составе отражательные печи емкостью 20 тн, вакууматоры, литейные машины полунепрерывной разливки слитков. При проведении исследований на участке могут отливаться двух, трех и четырехслойные алюминиевые слитки с плакирующими слоями толщиной свыше 20 % из более прочных алюминиевых сплавов.

2. Отделение гомогенизации алюминиевых сплавов используется для длительной выдержки сплавов при температурах, выравнивающих химический состав и механические свойства.

3. Участок травления в составе 4-х ванн: щелочной (NaOH), кислотной (HNO3) и двух промывочных применяется для подготовки поверхности алюминиевых плит для плакирования другими металлами и травления алюминия плакированного медью в случае ее окисления при нагреве.

4. Участок резки и фрезерования слитков алюминиевых сплавов для всестороннего удаления с поверхности слоев металла глубиной 5-7 мм.

5. Участок вертикальных гидравлических прессов с печами для получения плакированных заготовок больших толщин с наружными слоями из более прочных металлов, чем основа.

6. Реверсивный стан горячей прокатки с нагревательными электропечами сопротивления для прокатки слитков из алюминия и сплавов; плакирования алюминием слитков из прочных алюминиевых сплавов; прокатки многослойных толстых плит, состоящих из алюминия и сплавов спецназначения; толстых плит из алюминия с плакировкой медью и силумином; плит из алюминия и сплавов со сталью. На участке стана предусмотрены гильотинные ножницы для резки плит на требуемые размеры.

7. Линия продольной и поперечной резки рулонов на мерные заготовки, отрезки кромок и удаления дефектов поверхности проката зачисткой.

Оборудование и технология подготовки слитков алюминиевых сплавов к горячей прокатке

Производительность стана [11] при прокатке листов АМг 6 с „ Л 3600-G __ 36001,5 ЛОС ,_. . алюминиевой плакировкой Q = Кп = — 0,85 \2,\тн1час При прокатке плит и листов с двухсторонней наружной плакировкой высокопрочными алюминиевыми сплавами, биметаллических плит сталь 12x18 НЮТ алюминиевые сплавы, плит из алюминия с плакировкой медью производительность стана составляет 4 тн/час.

При работе стана с фактическим временем 5920 часов в год, объеме выпуска 12000 тн плакированных плит, листов, полос и лент, расходном коэффициенте проката 0,27 потребное количество горячекатанной заготовки из алюминия и сплавов составит: 12000 тнх 1,27= 15240тн в том числе 2540 тн заготовки для получения листов и лент из алюминия плакированных сталью 12x18 НЮ, медью и силумином и 13000 тн из алюминия и сплава АМЦ для получения плакированных материалов на стане горячей прокатки. Фактическое время прокатки заготовки для биметаллов на стане составляет: 15240 тн: 12,1 тн/час = 1259 часов И прокатки плакированных плит, листов и полос 13000 тн : 4тн/час = 3250 часов

Время работы стана составляет 4509 часов в год. Таким образом стан горячей прокатки загружен на 76 %.

Направление модернизации стана горячей прокатки

Технологическая схема плакирования прочных алюминиевых сплавов алюминием (М-Т-М) при горячей прокатке широко применяется на отечественных заводах и сложностей в реализации не вызывает. Плакирование слитков из алюминия сплавами (Т-М-Т) затруднено из-за разных давлений требуемых для пластического течения плакирующей заготовки и основы.

Предлагается схему компоновки пакета Т-М-Т изменить на схему М-Т-М раздельным нагревом слитка и плакирующих заготовок [42]. Нагрев плакирующих заготовок вести до температур при которых сопротивление деформации плакирующих слоев становится ниже сопротивления деформации основы. Сборку пакета перед прокаткой проводить на рольганге. Плакирующие слои использовать с покрытием алюминием [49].

Пакетирующее устройство (рис.2.8) должно создавать минимальную паузу между прокатками пакетов и может быть выполнено по методикам работы [28].

Для получения биметаллических плит больших толщин на основе алюминия и его сплавов впервые предлагается применять гидравлические ковочные четырехколонные прессы общего назначения усилием 5-60 МН по ГОСТ 7284-80 [12].

Выбор ковочного пресса осуществляется по требуемому усилию осадки и габаритам деформируемого пакета.

Скорость деформирования регулируется и определяется скоростью рабочего хода подвижной траверсы, достигающей 150 мм/сек. Применение гидравлических прессов обусловливается рядом преимуществ: - возможность получения больших развиваемых усилий; - возможность деформирования крупногабаритных пакетов; - относительная простота конструкции; - независимость развиваемого усилия от положения подвижной поперечины; - плавное регулирование скорости подвижной поперечины изменением количества подаваемой в рабочий цилиндр жидкости; - обеспечение выдержки любой продолжительности при постоянном усилии; - обеспечение гарантии от перегрузки, так как рабочее усилие не может превысить заранее установленную величину.

Простейший гидравлический пресс можно представить как систему соединенных между собой двух камер с плунжерами (поршнями), принцип действия которых основан на законе Паскаля. Если к малому плунжеру (рис 2.9) приложить усилие Рь то на большом плунжере усилие Р2 = Pi F/f ( где F, f - площадь большого и малого плунжеров). Перемещение h большого плунжера будет равно h = HI7F, где Н - перемещение малого плунжера. Усилие на большом плунжере будет во столько раз больше усилия Рь во сколько раз площадь плунжера F больше площади f, а его перемещение h будет во столько же раз меньше перемещения Н.

Гидравлический пресс состоит из пресса I, соединенного трубопроводами II через систему III управления прессом с приводом IV, осуществляющим подачу жидкости к цилиндрам пресса (рис. 2.10).

Привод может быть индивидуальным (для одного пресса) или групповым (для группы прессов). Он устанавливается на прессе,, на фундаменте пресса или. в отдельном помещении. В этом случае пресс и его привод называют гидропрессовой установкой.

Гидравлический пресс (рис. 2.10) содержит станину, состоящую из неподвижных нижней 2 и верхней 3 поперечин, соединенных в жесткую систему колоннами 5; подвижной поперечины (траверсы) 4, связанной с плунжерами 2 и 7 рабочего 1 и возвратных 8 цилиндров. При подаче жидкости высокого давления от привода IV через систему управления III и трубопроводы П в рабочий цилиндр, плунжер 2 перемещает вниз подвижную поперечину вместе с закрепленными на ней верхним инструментом 6. Нижний инструмент (боек) располагают на нижней поперечине 9, установленной на фундаменте. Возврат подвижной поперечины в исходное положение осуществляется плунжерами 7 цилиндров 8 возвратного хода.

Полный цикл перемещения подвижной поперечины пресса состоит из прямого хода, включающего прямой холостой ход (до момента соприкосновения инструмента с заготовкой) и рабочий ход, при котором заготовка деформируется, обратного холостого хода для возврата подвижной поперечины в исходное положение и технологических пауз или команды «Стоп» - остановки подвижной поперечины в любой точке ее хода для осуществления подачи и перемещения заготовки в процессе ее деформации, смены инструмента и других операций. Наиболее распространенными являются гидравлические прессы с аккумуляторным приводом (рис. 2.11).

Модернизация линии холодного плакирования алюминия

Деформация заготовок с неоднородными свойствами слоев протекает в условиях сложного напряженного состояния. В твердых слоях металла с большим сопротивлением деформации возникают дополнительные растягивающие напряжения, в мягких- сжимающие. Напряженное состояние определяется условиями контактного трения, соотношением толщин слоев в пакете и их механической неоднородностью .

При отсутствии межслойного трения неравномерность послойной деформации заготовок зависит от соотношения сопротивлений деформации и толщин слоев. В практике обработки металлов давлением наиболее часто встречаются случаи деформации заготовок с наружным расположением твердых слоев : горячая деформация заготовок холодным инструментом, деформация слоистых пакетов при наружном расположении более прочных компонентов и т.д..

При развитых межслойных связях из-за дополнительных напряжений и стремления слоев деформироваться неравномерно соотношение между средним давлением сжатия пакета {Рср„), мягкого и твердого слоя будет р = .р + L.p сра Ah„ срТ ДЛ„ срм (4.27) ?срп = кв-?срТв+(\-кв)рсрм Процесс осадки слоистых заготовок имеет некоторые особенности.

Процесс осадки трехслойной заготовки с наружным симметричным расположением прочных (твердых) слоев наиболее часто встречается в практике пластической деформации. Среднее давление процесса осадки по слоям заготовки одинаково.

По мере увеличения степени общего высотного обжатия пакета (рис. 4.3) деформация локализуется в мягком слое. Уменьшается толщина мягкого слоя, возрастает среднее давление. При достижении средним давлением точки «С» начинается пластическая деформация прочных - твердых слоев заготовки совместно с мягким слоем.

При наличии адгезии слоев деформация развивается по пунктирным линиям. При отсутствии соединения слоев - по сплошным из-за разного эффекта упрочнения слоев.

Положение точки С - начала совместной пластической деформации зависит от соотношения толщин слоев в пакете, различия в сопротивлении деформации слоев пакета, внешнего контактного и межслойного трения.

Например, при тонком мягком слое точка «С» резко смещается влево и деформации мягкого (єм), твердого (єтв) слоев и пакета (єп) сближаются по величине.

Рассмотрим процесс осадки пакета, состоящего из слоев металлов неупрочняющихся в процессе деформации.

Осадка протекает в условиях неравномерности послойной деформации компонент пакета При расчетах толщину пакета варьировали в пределах 5,5 - 50,5 мм: Ширину пакета изменяли в пределах 1 = 100 -5- 600 мм, фактор межслойного (т) и контактного трения (ш ) принят в пределах (0,1 1,0);

Отношение сопротивления деформации твердого (прочного) слоя в пакете к мягкому (менее прочному) изменяли в пределах (2 -г- 8).

Результаты анализа приведены в таблице 4.1 и на рисунках 4.4 - 4.7.

В качестве критерия оценки методики принят коэффициент неравномерности послойной деформации - отношение деформации твердого слоя к деформации пакета.

Теоретический анализ процесса показал, что послойной деформацией компонент пакета можно управлять, изменяя факторы межслойного и контактного трения; соотношение слоев в пакете; механическую неоднородность компонент пакета; геометрию очага деформации; величину обжатия пакета.

В условиях пластической деформации твердых слоев может возникать проявление неустойчивости деформации - появление локальных утонений твердого слоя с последующим разрушением при возрастании деформации пакета (рис. 4.8).

В случае хрупких твердых слоев они могут разрушаться без образования локальных утонений (рис. 4.9).

Для предотвращения явлений неустойчивости деформации твердого слоя следует технологический процесс проводить в условиях, приближающихся к однокомпонентной деформации мягкого слоя пакета.

При невозможности проведения процесса осадки без деформации твердого слоя следует при назначении общей деформации пакета проверять твердый слой на устойчивость к образованию локальных очагов утонений и разрушений. Алгоритм решения сводится к следующему: - Для принятых условий процесса осадки трехслойного пакета определяется (К) - По известному технологическому значению (єп) рассчитывается деформация твердого слоя (&„).

- По уравнению (4.18) определяется относительное гидростатическое давление в твердом слое в разных сечениях. Полученные значения (аср/р-аттв) сравниваются с экспериментальной кривой устойчивости материала твердого слоя к образованию дефектов - локальных утонений (рис. 4.10). Если єтв Єтвуст» то принятые условия осадки остаются неизменными. Если єтв Єтв уст, то условия осадки пакета корректируются. Пример:

Требуется осадкой получить трехслойную заготовку из алюминия толщиной hM = 5 мм с двухсторонним покрытием медью марки Ml шириной е= 100 мм, толщиной hTB = 0,25 + 0,25 мм в условиях предельного контактного и межслойного трения при деформации пакета (є„ = 50%). 1. Параметры осадки трехслойной заготовки, соответствующей пакету медь-алюминий-медь в таблице 4.1 (1.1).

Анализ процесса осадки трехслойного пакета с наружным расположением твердых (более прочных) слоев

Теоретические исследования осадки трехслойных пакетов показали, что процессом можно управлять, изменяя условия межслойного и контактного трения. Процесс деформации и диффузионного соединения слоев металлов зависит от контактных условий и требует применения промежуточных активных прослоек, предварительно нанесенных прокаткой на поверхность более прочных металлов. Известно применение в качестве прослоек алюминия [15]. Для получения осадкой плакированных материалов этого не достаточно [17]. Впервые применение алюминиевой прослойки с покрытием цинком показано в работе [16].Однако плакирование алюминия цинком изучено не было, т.к. отсутствовала методика анализа процесса прокатки двухслойного пакета. Не изучена адгезионная активность цинка и его сплавов к алюминию при прокатке для выбора покрытия.

Не установлены термомеханические режимы плакирования прочных металлов и сплавов алюминием с покрытием.

Не разработаны процессы получения осадкой плакированных материалов широкого марочного и размерного сортамента на основе алюминия. Цинк является оптимальным покрытием на поверхности алюминиевой прослойки. Цинк допускается ГОСТ в количестве 0,1% в алюминии и сплавах, т.к. не влияет на их коррозионную стойкость.

Получение методами пластической деформации плакированных материалов широкого размерного сортамента в состав которых входят слои из алюминия, затруднено из-за наличия на алюминии плотной окисной пленки, не образующей соединений с другими металлами при плотном физическом контакте слоев и давлении.

Обязательным условием образования прочно-плотного соединения является обновление контактных поверхностей металлов. Для этого требуется пластическая деформация слоев пакета с выходом в зону контакта обновленных поверхностей металлов полностью или частично свободных от окислов, например, АЬОз.

При наличии определенного давления, деформации и температуры могут быть достигнуты условия получения качественного соединения слоев алюминия с другими металлами.

Условия во многом зависят от процесса обработки металлов давлением. При совместной осадке заготовок из алюминия с другими

металлами - медью, сталью, титаном прочных соединений не образуется из-за зон затрудненной деформации металла контактных слоев и наличия в зоне сплошного слоя окисной пленки АЬОз, прочно связанной с алюминиевой основой.

При соединении высоколегированных алюминиевых сплавов с другими металлами их предварительно плакируют алюминием [47].

Теоретические исследования показали, что послойные и контактные деформации зависят от многих факторов: соотношения слоев в пакете, механической неоднородности слоев пакета, межслойного трения и величины обжатия. Все перечисленные факторы значимы. Для обеспечения условий соединения меди и других металлов с алюминием и алюминиевыми сплавами используют предварительное плакирование меди, стали, титана алюминием. Это в некоторой степени улучшает условия получения биметаллов через алюминиевую прослойку, но не решает проблему в целом.

В настоящее время нет технологии получения плакированных заготовок больших толщин с неограниченным соотношением толщин слоев широкого размерного сортамента, т.к. возможности прокатки ограничены.

На основе теоретических исследований процесса осадки трехслойных заготовок требуется разработка технологий получения плакированных материалов.

Новое технологическое направление в получении плакированных материалов в состав которых входит алюминий.

Алюминий покрыт плотным хрупким слоем окисла модификации А1203п Н20, образующим прочную связь с алюминиевой основой. Прочное соединение окисла алюминия с алюминием подтверждается материалом САП (спеченная алюминиевая пудра). Окислы между собой прочных соединений не образуют. Для получения прочного соединения слоев алюминия требуется в зоне контакта наличие участков сплошь или частично свободных от окислов и достаточно высокое давление сжатия соединяемых поверхностей.

При осадке пакетов больших толщин, в состав которых входит алюминий и его сплавы, контактные деформации развиваются при низком межслойном трении. Для достижения эффекта низкого межслойного трения предлагается применение слоистой активной прослойки на основе алюминия с наружной двухсторонней плакировкой цинком или сплавом цинка с 5% алюминия [29].

Толщина плакировки составляет 5-10 %. Слоистая прослойка изготавливается прокаткой пакета цинк-алюминий-цинк с общим обжатием 40-90%. При этом поверхность алюминия под слоем цинка освобождается от окислов из-за их разрушения, дробления и внедрения в мягкую алюминиевую матрицу.

Для получения осадкой плакированных материалов больших толщин из меди, стали, титана в сочетании с алюминием и его сплавами применяется двухслойная прослойка из алюминия с плакировкой цинка или сплавом цинка [29].

Слоистая прослойка наносится прокаткой на поверхность меди, стали, титана. Соединение металлов осуществляется через алюминиевую прослойку с наружным расположением цинкового покрытия.

Получение плакированных материалов широкого размерного сортамента осуществляется осадкой плакированной заготовки из меди, титана, стали с алюминиевой заготовкой нагретой до температуры горячей обработки, превышающей температуру плавления цинкового покрытия.

Аналогично осуществляется получение осадкой заготовок из алюминиевых сплавов через трехслойную прослойку с оплавлением металла покрытия в контактной зоне за счет передачи тепловой энергии заготовок из алюминиевых сплавов, предварительно нагретых до температур горячей деформации, превышающей температуру плавления цинка 419 С.

Механизм образования соединения разнородных металлов.

При осадке пакетов в момент их сборки в контакт входят нагретые алюминиевые слои и связующая прослойка с легкоплавким покрытием. Под покрытием алюминиевая поверхность свободна от окислов. В момент деформации пакета покрытие расплавляется, резко снижается коэффициент межслойного трения. За счет снижения межслойного трения деформируется основной слой алюминия. Со стороны основного слоя в зоне контакта образуются участки свободные от хрупких окислов. Жидкий металл покрытия дифундирует в алюминий с образованием прочных межслойных связей. Участки на контактной поверхности алюминиевого слоя, покрытые окислом А1203, взаимодействуют с участками свободными от окислов и защищенными от окисления цинковым покрытием.

Образуется высокопрочное соединение слоев разнородных металлов при достижении пакетом определенной величины высотного обжатия и среднем давлении соединения Pcp crf.

Похожие диссертации на Совершенствование линий производства, оборудования и процессов получения плакированных плоских заготовок больших толщин на основе алюминия с целью разработки нового класса материалов