ПАКЕТ ДЛЯ ПРОКАТКИ ЛИСТОВ

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, в частности к технологической оснастке, применяемой для изготовления тонких листов из прочных и высокопрочных сплавов, преимущественно на основе титана, методом горячей прокатки многослойных пакетов.
Благодаря уникальному комплексу свойств титановые материалы находят применение в самых разнообразных условиях. Несмотря на значительно более высокие цены и более сложные технологии обработки по сравнению со сталью, с экономической точки зрения, спрос на изделия из титана и его сплавов с каждым годом возрастает. Одним из изделий особенно повышенного спроса является тонкий лист.
Однако повышенная склонность титановых сплавов к упрочнению в процессе холодной пластической деформации сопровождается значительной потерей пластичности, что значительно затрудняет получение тонких листов методом холодной прокатки. Поэтому листы этих сплавов получают прокаткой нагретой заготовки. В обычных условиях это требует свыше двадцати нагревов, чтобы получить лист толщиной 1,0 мм из заготовки (заготовки подката) 7-8 мм. Это приводит к сильному окислению и газонасыщенности металла. При прокате тонкого листа его кромки быстро остывают по сравнению с основным металлом, что вызывает их сильное упрочнение (перенаклеп) и, как следствие, разрушение.
В связи с этим в условиях действующей технологии получение тонких листов из титановых сплавов производят пакетной прокаткой. Пакет собирается из нескольких листовых заготовок (подката) титанового сплава, сверху и снизу закрывается стальными крышками (обкладками), которые обвариваются между собой с помощью стальных стержней. Собранный таким образом пакет помещается в газовую печь для нагрева, после чего он прокатывается за несколько проходов до необходимой толщины.
Однако метод пакетной прокатки имеет ряд недостатков. Одним из них является то, что при таком способе прокатки в ряде случаев на прокатанных листах появляются складки, наблюдается поперечная и продольная ребристость листов, а также неравномерность выкатываемых листов по толщине. В некоторых случаях пакет даже разрывается. Все это снижает качество листовой продукции и производительность прокатки.
Появление вышеописанных дефектов можно объяснить возникающей при прокатке слоистого пакета неравномерностью деформации и в первую очередь между деформациями стальной крышки и деформациями титановых листовых заготовок. В общем случае сопротивление деформации является функцией термомеханических параметров: температуры, скорости и степени деформации. Эти функции определяют термическое, скоростное или деформационное упрочнение или разупрочнение материала в процессе деформирования. В большинстве реальных процессов обработки давлением термомеханические параметры распределяются неравномерно по зоне деформации, что характеризует пластическую неоднородность. Для получения качественных листов необходимо по возможности стабилизировать эти параметры в зоне деформации титановых листов.
Термомеханические параметры прокатки листов во многом зависят от конструкции пакета.
Известна конструкция пакета (Патент США №3164884, МПК В21В 1/38, В23K 20/04, В21В 1/00) - прототип, пакет формируют набором заготовок подката и двух стальных обкладок.
Пакет имеет большую величину удельной теплоотдающей поверхности (т.е. поверхности, приходящейся на единицу объема). А учитывая то, что лучистые потери тепла с поверхности становится сравнимым (по величине) с потерями от конвективных и теплопроводных процессов обычно при температурах выше 600-650°С, то при температуре прокатки 900-950°С они могут составлять до половины и более тепловой энергии. В процессе прокатки имеет место большее охлаждение верхней поверхности пакета. В нижнюю поверхность часть излучаемого тепла возвращается, отражаясь от рольганга. Из-за более высокой температуры и снижения сопротивления деформации нижней обкладки и связанным с этим увеличением ее вытяжки передний конец пакета при одинаковых по толщине обкладках изгибает кверху, что зачастую делает последующую прокатку невозможной. Кроме того, по сечению в зоне деформации частицы металла наблюдается изменение коэффициента напряженного состояния к=б/τ (б - осевое напряжение, τ - касательное напряжение). Размещение обрабатываемых листов в зоне с более пониженным коэффициентом напряженности благоприятно влияет на качество листов. Конструкция пакета не учитывает эти факторы.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является создание оптимальных термомеханических параметров при пакетной прокатке листов в отдельных листах пакета.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в создании конструкции пакета, в котором прокатываемые листы размещены в зоне с допустимым коэффициентом напряженного состояния к=б/τ, возникающем при прокатке, стабилизации температурного режима прокатки и сохранении приемлемой планшетности наружных поверхностей пакета.
Технический результат достигается тем, что пакет для прокатки листов, состоящей из двух стальных обкладок, между которыми размещен набор заготовок подката из сплава на основе титана, по периметру обкладки между собой соединены приваренными к ним стальными вкладышами, при этом толщина верхней обкладки составляет 0,40-0,55, а нижней 0,20-0,35 от толщины пакета.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 показана верхняя стальная обкладка 1, нижняя стальная обкладка 2, набор заготовок подката из сплава на основе титана 3, стальные вкладыши 4.
Сущность полезной модели.
Опытным путем установлено, что баланс тепловых потерь, при толщине верхней обкладки 1 равной 0,40-0,55 от толщины пакета, а нижней 2 равной 0,20-0,35, становится примерно одинаковым. Так лучистые потери через верхнюю обкладку, компенсируются ее большей толщиной, а, следовательно, и большему сопротивлению теплопередачи. Происходит выравнивание теплового поля в районе деформации набора заготовок подката из сплава на основе титана 3.
Кроме того, за счет большей толщины верхняя обкладка имеет больший момент инерции, который препятствует изгибу пакета.
Ось симметрии набора заготовок подката смещена ниже относительно оси симметрии пакета, в области с более низким коэффициентом напряженного состояния к=б/τ.
Пример конкретного выполнения на этапе пакетной прокатки.
Пакетной прокаткой были изготовлены листы размером 1,61×1219,2×2438,4 мм. Пакет сформирован из верхней обкладки 1 толщиной 16 мм, набора заготовок подката из сплава на основе титана 3, состоящего из 2 листовых заготовок толщиной по 4,5 мм, нижней обкладки 3 толщиной 10 мм, обкладки соединены по периметру вкладышами 4. Прокатка выполнялась при температуре 900-950°С. Листы после пакетной прокатке были подвергнуты шлифовке на толщину 1,27 мм. 4. На листах после полного цикла шлифования и глубокого травления полностью отсутствовали дефекты (складки, поперечная и продольная ребристость листов, неравномерность листов по толщине).