СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОИСТОГО БИМЕТАЛЛА СТАЛЬ-АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ
METHOD FOR PRODUCING LAYERED BIMETAL STEEL-ALUMINUM ALLOY

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления биметаллического слоистого проката.
Известен способ получения биметаллического проката из низколегированной стали и алюминиевых сплавов (см. патент РФ № 2368475), включающий предварительную механическую обработку соединяемых поверхностей с удельным давлением 0,5-8,5 МПа с образованием перекрещивающегося рельефа, острый угол которого составляет от 20° до 70°; нагрев алюминиевой заготовки, предварительно плакированной слоем технически чистого алюминия, до температуры, равной 0,65-0,75 температуры плавления алюминия; сборку пакета, состоящего из холодной стальной и нагретой алюминиевой заготовок; совместную прокатку пакета за один проход с обжатием 65-80% и термообработку.
Недостатками данного способа являются низкие прочностные свойства зоны соединения слоев готового биметалла и высокое значение поврежденности металла в зоне соединения слоев биметалла, приводящая к локальным макроразрушениям металла и общему снижению прочностных характеристик и стабильности свойств вдоль зоны соединения слоев.
Наиболее близким аналогом является способ получения слоистого проката из низкоуглеродистой стали и алюминиевого сплава (см. патент РФ № 2574948), включающий предварительные плакирование алюминиевой заготовки слоем технически чистого алюминия и механическую обработку поверхности стальной заготовки с удельным давлением 0,5-8,5 МПа с формированием рельефа, высота неровностей профиля которого составляет 0,05-0,2 толщины плакирующего слоя алюминиевой заготовки, нагрев алюминиевой заготовки до температуры, равной 0,65-0,75 температуры плавления алюминия, сборку пакета, состоящего из холодной стальной и нагретой алюминиевой заготовок, совместную прокатку пакета за один проход с обжатием 65-80% и термообработку. При этом рельеф на поверхности стальной заготовки перед сборкой пакета формируют с зубчатым профилем в поперечном направлении к оси прокатки с углом при вершине 30°-90°.
Недостатком данного способа являются низкие прочностные свойства зоны соединения слоев готового слоистого проката из-за сильной неравномерности деформации слоев металла, возникающей при контакте заготовки, имеющей рельеф зубчатого профиля, с другой заготовкой за счет среза острых углов при прокатке.
Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении прочностных и сохранении пластических свойств слоистого биметаллического проката за счет создания жесткого сцепления между собой поверхностных слоев металла в месте их соединения.
Технический результат, обеспечивающий решение задачи, заключается в формировании жесткого сцепления между собой поверхностных слоев металла за счет выбранной конфигурации микрорельефа неровностей поверхностей и их пластической деформации, что позволяет снизить неравномерность деформации и уменьшить количество дефектов.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения слоистого биметалла сталь-алюминиевый сплав, включающий предварительную механическую обработку необработанных контактирующих поверхностей листовых заготовок из стали и алюминиевого сплава с формированием на них рельефа с заданным профилем в поперечном направлении к оси прокатки, сборку пакета, состоящего из листовых заготовок со сформированным на их контактирующих поверхностях рельефом, совместную прокатку пакета за один проход с обжатием 65-80% и термообработку, согласно изобретению, осуществляют предварительную механическую обработку необработанных контактирующих друг с другом поверхностей заготовок с формированием на соединяемых поверхностях нанесенного в поперечном направлении к оси прокатки трапециевидного рельефа с высотой трапециевидного выступа 20-70 мкм и с углами при основании трапециевидного рельефа α=40-55°, сборку пакета осуществляют путем обеспечения захождения трапециевидных выступов одной контактирующей поверхности в трапециевидные впадины другой контактирующей поверхности.
В заявляемом способе указанный признак так же, как и в известном способе (см. патент РФ № 2368475) предназначен для получения слоистого проката.
В заявляемом способе указанный признак так же, как и в известном способе (см. патент РФ № 2574948), предназначен для создания такого соединения контактных слоев металла, предусматривающего пониженные значения поврежденности металла в зоне соединения слоев после совместной прокатки и обеспечивающий повышение эксплуатационных свойств (прочного соединения контактных поверхностей) и их стабильность в зоне соединения слоев разных металлов.
Однако наравне с вышеуказанными известными техническими свойствами, заявляемая совокупность отличительных признаков, (указанная в формуле изобретения, обеспечивает условия, при которых возникает жесткое сцепление механически обработанных поверхностей заготовок и реализуется схема всестороннего неравномерного сжатия, позволяющая повысить пластические свойства металла в месте деформации. Это создает новый технический результат, заключающийся в более прочном сцеплении поверхностных слоев металла за счет создания жесткого сцепления между собой поверхностных слоев металла, что позволяет обеспечить высокую прочность сцепления поверхностных слоев и хорошую пластичность металла в месте деформации за счет создания благоприятной схемы напряженно деформированного состояния. В свою очередь это способствует снижению поврежденности металла в зоне соединения слоев металла и повышению прочности соединения поверхностей без предварительного нагрева и нанесения плакирующего слоя.
На основании вышесказанного можно сделать вывод, что заявляемый способ получения слоистого биметалла сталь-алюминиевый сплав не следует явным образом из известного уровня техники и, следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Сущность заявляемого способа поясняется чертежом.
На чертеже изображен вид пакета слоистого биметаллического проката, где 1 - первая заготовка, 2 - вторая заготовка, 3 - третья заготовка, 4 - контактная поверхность между первой и второй заготовками, 5 - контактная поверхность между второй и третей заготовками, А - ширина основания первого трапециевидного выступа, В - ширина основания второго трапециевидного выступа, а - угол при основаниях трапециевидного профиля.
Сущность предлагаемого способа получения слоистого биметалла сталь-алюминиевый сплав состоит в следующем.
Перед сборкой пакета осуществляют механическую обработку контактирующих между собой поверхностей заготовок (1-3), входящих в пакет, с формированием рельефа контактирующих поверхностей (4-5) в поперечном направлении к оси прокатки с высотой неровностей 20-70 мкм и углами при основаниях трапециевидного профиля α=40-55°. Затем осуществляют сборку пакета, состоящего из нескольких заготовок (1-3), совместную прокатку пакета за один проход с обжатием 65-80% и термообработку.
Образование рельефа неровностей с углами при основаниях трапециевидного профиля менее 40° не обеспечивает надежного соединения составляющих слоистого проката, так как конфигурация неровностей, имеющая сглаженный характер углов, не обеспечивает образование жесткого сцепления поверхностей.
Образование рельефа неровностей с углами при основаниях трапециевидного профиля более 55° не обеспечивает надежного соединения: составляющих слоистого проката, так как в этом случае возникает неравномерность деформации слоев из-за среза данных трапециевидных выступов при прокатке.
Образование рельефа с высотой неровностей менее 20 мкм не обеспечивает надежного соединения составляющих слоистого проката, так как выступы на поверхности одного металла не полностью заходят во впадины другого металла.
Образование рельефа с высотой неровностей более 70 мкм приводит к сильному упрочнению поверхностей обрабатываемых металлов и потере пластических свойств, что снижает прочность соединения слоистого проката.
Пример конкретного выполнения.
Для обоснования преимуществ заявляемого способа получения слоистого биметалла сталь-алюминиевый сплав по сравнению с прототипом было проведено 10 экспериментов, из них: эксперименты N22-4, 7-9 с заявляемыми режимами и эксперименты № 1, 5, 6, 10 с режимами, выходящими за пределы заявляемых режимов.
В качестве примера выполнения способа получения слоистого проката рассмотрен процесс получения биметалла «сталь-алюминиевый сплав». В качестве заготовок использовали лист толщиной 5 мм из стали марки 1Х18Н9Т и лист толщиной 13 мм из алюминиевого сплава АМг6.
Технологический процесс включает в себя следующие операции:
1) травление и зачистка дисковыми щетками алюминиевой заготовки;
2) механическая обработка шлифовальным инструментом поверхностей листов с образованием на соединяемой поверхности трапециевидного рельефа с углами при основаниях α=40°-55°, нанесенного в поперечном направлении к оси прокатки;
3) сборка пакета;
4) совместная прокатка пакета со степенью деформаций 65-80%;
5) отжиг биметаллического листа.
С целью оценки эксплуатационных характеристик из прокатываемых биметаллических листов вырезали и подготовили специальные образцы для испытаний на прочность сцепления слоев биметалла на; отрыв и на срез. Как показали результаты испытаний, приведенные в таблице, достигнуто увеличение прочности сцепления по сравнению с прототипом.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что в заявляемом способе получения слоистого биметалла сталь-алюминиевый сплав возникает благоприятная схема напряженно-деформированного состояния металла, способствующая снижению неравномерности деформации при прокатке пакета, что обеспечивает получение хорошего соединения слоистого проката с высокими прочностными свойствами. Соответственно заявляемое решение может быть применимо в прокатном производстве, а следовательно, соответствует условию "промышленная применимость".