СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНОЙ ЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ШТАМПОВКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВА НА МЕДНОЙ ОСНОВЕ
METHOD OF MAKING LARGE-SIZE SHEET BILLET FOR STAMPING ARTICLES FROM COPPER-BASED ALLOY

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности металлургии низколегированных сплавов на основе меди, и может быть использовано для производства металлопродукции из тепло- и электропроводных жаропрочных сплавов, в том числе электродов контактной сварки, теплообменников различного назначения, основ печатных плат, термостойких пружин, контактов и др.
Для получения штампованных изделий обычно используют листовую заготовку, полученную горячим и, если требуется, холодным деформированием между валками в прокатном стане.
Известный технологический процесс состоит из выплавки сплава заданного состава, литья плоского слитка, разрезки слитка на заготовки, горячей прокатки заготовок с деформацией не менее 70% и, если необходимо, холодной деформации не менее 20% на заданный размер, термической обработки в интервале температур 400-1000°С в течение 10-180 минут для получения требуемых механических свойств (ТУ 48-21-588-87).
Недостатком данного способа является необходимость отливать массивные слитки с последующей деформацией на мощных станах горячей прокатки. Этот процесс требует использования дорогостоящего оборудования, позволяющего создавать усилия на валки прокатного стана в несколько тысяч тонн. Как правило, это высокопроизводительные станы, способные выпускать десятки тысяч тонн проката в год. Поэтому при сравнительно небольших объемах производства проката из медных сплавов их использование заведомо убыточно. Отказ от получения листовых заготовок из слитков, а следовательно, исключение из технологического процесса использования станов горячей прокатки прямоугольных слябов позволили бы избежать этого недостатка.
В частности, заявляемый способ позволит исключить из производственно-технологической схемы такие операции как:
- процесс непрерывного или полунепрерывного литья крупногабаритного слитка через сквозной, охлаждаемый водой и снабженный системой вторичного охлаждения кристаллизатор;
- резку слитка дисковой пилой на мерные заготовки и фрезерования их поверхности на фрезагрегате с целью удаления дефектов;
- нагрев заготовок в карусельной печи или методической печи с шагающим подом, совмещая нагрев слитков для деформации с высокотемпературным отжигом - гомогенизацией для устранения результатов ликвационных явлений, сопровождающих неравновесную кристаллизацию крупногабаритного слитка из меди или медного сплава;
- собственно горячую деформацию на мощном прокатном стане (например, на стане горячей прокатки 2×1100×4000) и получение широких листов под дальнейшую штамповку;
- холодную прокатку и рекристаллизационный отжиг для повышения пластичности материала перед штамповкой в зависимости от требуемой толщины получаемого листа после горячей прокатки.
Следует отметить, что на сегодняшний день имеющееся оборудование позволяет получать листовые заготовки для дальнейшей обработки шириной не более 1000 мм.
В промышленном производстве известны способы получения листов из стальных труб. Например, по патентам РФ №№2281175, 233306 на Способы получения стальной толстолистовой заготовки из труб газо- и водопроводов, демонтированных при реновации. В известных способах осуществляют механическую очистку труб от изоляции, резку их на части, расшивку каждой части труб по шву, разгибку полученных заготовок при помощи пресса и/или вальцов с получением стальных листов, обрубку стальных листов по периметру. При этом расшивку каждой части труб осуществляют продольно только по одному шву. Затем полученные заготовки механически разжимают и осуществляют их разгибку. Снятие остаточных напряжений осуществляют путем обратного изгиба листов.
В патенте РФ №2093288, Способ получения листового проката, также решается задача упрощения и удешевления процесса получения листового проката за счет использования в качестве исходного материала бывших в употреблении стальных труб.
Все известные способы используют готовые трубы, как правило, ранее бывшие в употреблении, и не предусматривают предварительного изготовления трубной заготовки, в частности не предполагают отливок трубных заготовок. Кроме того, все известные способы относятся к производству стальных листов и лент, которые имеют иную технологию, иную структуру и иные свойства. Кроме того, стальной прокат имеет несравненно большие объемы производства, чем прокат из сплавов на основе меди.
Известен способ производства сварных труб по заявке Японии, JP 2000190020 (А) из цветного металла, где в рамках реферата описана следующая последовательность операций. Электролитическую медь расплавляют в плавильной печи и отливают заготовку 1. Затем заготовку 1 нагревают в печи нагрева, осуществляют горячую и холодную прокатку и в холодном состоянии формируют уменьшенную трубу 4. Затем труба 4 надрезается в осевом направлении, надрезанная часть раскрывается и измеряется. Затем разогнутую в полосу часть 5 дополнительно прокатывают и разрезают до требуемых размеров медной полосы 6. Затем полосу 6 изгибают и подгоняют к требуемым размерам трубы, сваривая торцевые части полосы, таким образом получая медные трубы. Однако известный способ относится к способу изготовления труб из цветных металлов с использованием отливки заготовок, который не предполагает изготовления листовых заготовок и включает иную совокупность операций способа, отличную от совокупности операций заявленного способа.
Известен патент Японии JP 57091823 (А), который рассматривается заявителем в качестве ближайшего аналога, где в рамках реферата описан способ прямого производства тонких стальных полос со значительным улучшением их механических свойств путем спирального разрезания стальной трубы с толщиной стенок 5-20 мм, предварительно отлитой в центробежной форме. В соответствии с описанием трубу режут по спирали с заданным шагом, после чего разгибают на змеевидную заготовку, которую очищают от окалины, подвергают холодной прокатке и отжигу, получая тонкую полосу.
Недостатком способа-прототипа является то, что он не учитывает особенности технологий цветной металлургии, в том числе присущую медным сплавам вязкость и крупнокристаллическую структуру металла, что делает фасонную разрезку трубной заготовки из медного сплава чрезвычайно сложной и трудоемкой, что фактически исключает его использование для цветных металлов.
тp
Кроме того, известный способ имеет ограничения по размерам получаемых таким способом полос, так как В ленты =π*D*cos(α),
тp
где В - ширина ленты, D - диаметр трубы, α - угол намотки спирали.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является упрощение процесса получения листовой заготовки для штампованных изделий из сплава на медной основе, с повышением коэффициента выхода готовой продукции и расширением ее ассортимента, в том числе за счет увеличения габаритов листовых заготовок.
Заявляемый технический результат достигается тем, что из приготовленного любым способом медного сплава методом центробежного литья отливается трубная заготовка с заданным диаметром, длиной и толщиной стенки, после чего полученная трубная заготовка разрезается вдоль оси и разворачивается в плоский лист, который в дальнейшем подвергается штамповке.
Поскольку толщина стенки трубы при отливке может быть максимально приближена к толщине листа, значительно увеличивается коэффициент выхода годной продукции по сравнению с используемым в настоящее время способом отливки плоского слитка.
Отливка трубной заготовки осуществляется способом центробежного литья. Например, отливка может быть осуществлена с помощью установки центробежного литья с горизонтальной осью вращения.
тр
тp
тр
Как правило, толщина литой заготовки не превышает 50 мм и преимущественно находится в диапазоне 10-40 мм, диаметр трубной заготовки может достигать 1200 мм, а ее длина L 4 метра. Таким образом, заявляемый способ может использоваться для широкого диапазона отливаемых трубных заготовок, в том числе трубных заготовок с толщиной стенок в диапазоне 5-50 мм, диаметрах трубных заготовок D≤1200 мм и длинах D<4000 мм, и применяться ко всем видам сплавов на медной основе, в том числе для производства металлопродукции из тепло- и электропроводных жаропрочных сплавов, например из дисперсионно твердеющих низколегированных тепло- и электропроводных жаропрочных сплавов на медной основе.
тp
л
тр
л
Поскольку после разворачивания заготовки размеры трубы и листа соотносятся как π·DL, где D - диаметр трубы, а L - длина листа, заявляемый способ позволяет получать не ленты, а заготовки широких листов, с габаритными размерами 4x4 метра, что в четыре раза превосходит габаритные размеры листов, получаемых из слитков.
Кроме того использование литья позволяет получать плотную, безликвационную, сравнительно мелкокристаллическую и направленно закристаллизовавшуюся отливку с требуемыми габаритами, которая обладает достаточными прочностными свойствами и пластичностью, необходимыми для ее распрямления в лист и правки, например на правильной машине, после разрезки вдоль образующей, например, дисковой пилой. Полученная кристаллическая структура материала позволяет вести штамповку напрямую и только при необходимости, развернутый лист может быть подвергнут холодной деформации прокаткой на прокатном стане или ковкой на ковочном прессе. Для восстановления пластичности после холодной деформации может быть осуществлен отжиг в отжиговых печах при температуре 450-700°С в течение 30-120 минут, в зависимости от химического состава сплава и габаритов изделия.