СПОСОБ ПРЕССОВАНИЯ ТРУБ ИЗ МАГНИЕВЫХ ГРАНУЛ
METHOD OF TUBE FORMING FROM PELLETS OF MAGNESIUM

Предлагаемое изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для получения труб из гранул различных магниевых сплавов, используемых в оборонных отраслях промышленности.
Известен способ прессования гранул из магниевых гранул, взятый в качестве аналога, включающий заполнение гранулами оболочки, находящейся под действием вибрации, вакуумирование оболочки, брикетрование оболочки с гранулами в контейнере пресса и последующую обточку оболочки. Из обточенного брикета прессуют пруток по традиционной технологии (Патент РФ №2370342, 2009 г.).
Недостатком способа являются значительные дополнительные затраты на изготовление оболочки, вибрационное уплотнение гранул, вакуумирование и обточку оболочки, что снижает производительность процесса, выход годного и увеличивает энергозатраты.
Повестей способ прессования гранульного материала, взятый в качестве прототипа, при котором гранулы компактируют посредством холодного прессования в сферический брикет, затем его проталкивают последующими брикетами в зону горячего прессования длиной примерно 120 мм, нагреваемую индуктором, и прессуют изделие со скоростью 1,2 м/час (Патент США №4217140, 1980 г.).
Недостатками способа прессования являютсяследующие.
При компактировании гранул в брикет в процессе холодного прессования не происходит качественного схватывания гранул в связи с отсутствием деформации сдвига, что приводит к повышенной газонасыщенности и рыхлоте структуры брикета, а также к частичному рассыпанию гранул при перемещении брикета в зону горячего прессования.
Кроме того, на нагрев отдельно взятого брикета при прохождении зоны горячего прессования требуется дополнительное время ~ 400 сек (~7 мин), что приводит к значительному снижению производительности процесса.
Предлагается способ прессования труб из магниевых гранул, который исключает процесс брикетирования, а предполагает непосредственную засыпку магниевых гранул в контейнер диаметром D, холодное прессование гранул сразу в пруток с уменьшением диаметра на выходе по сравнению с диаметром контейнера в 1,25-1,7 раза путем непрерывного прессования и дальнейшее прессование из прутка труб заданных размеров с одновременной прошивкой. Диаметр D определяют в зависимости от типа гидравлического пресса.
Анализ макроструктуры прутков ⌀ 240 мм и ⌀ 270 мм из магниевых гранул показал, что принятая степень деформации с коэффициентом обжатия 1,25÷1,7 при холодном прессовании прутков непосредственно из гранул обеспечивает качественное схватывание гранул. Экспериментально установлено, что только в пределах коэффициента обжатия 1,25÷1,7 деформационные усилия обеспечивают бандажирование уплотненных гранул сердцевины прутка сжимающими усилиями в контейнере и противодавлением при очередной засыпке гранул.
Нижний предел экспериментально обусловлен условиями образования бандажа. При меньшем коэффициенте обжатия не происходит плотного межгранульного схватывания.
Верхний предел определяют из условий холодного прессования прутка при максимальном усилии пресса.
Пределы коэффициента обжатия пропорциональны квадратному корню максимальной напряженности контейнера
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>D</mi><mrow><mi>к</mi><mi>о</mi><mi>н</mi><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>D</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>у</mi><mi>т</mi><mi>к</mi><mi>а</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><msqrt><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>F</mi><mrow><mi>к</mi><mi>о</mi><mi>н</mi><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow></msqrt></mrow>
,
конт.
где D - диаметр контейнера,
прутка
D - диаметр прутка,
max
P - максимальное усилие пресса,
конт.
F - площадь втулки контейнера.
Наличие интенсивных сдвиговых деформаций по периметру брикета способствует бандажированию уплотненных гранул сердцевины прутка сжимающими усилиями в контейнере и противодавлением при очередной засыпке гранул. Для получения труб с минимальной газонасыщенностью и высокими механическими свойствами прессование проводят с одновременной прошивкой полученного прутка, в результате чего рыхлота сердцевины прутка частично удаляется и частично уплотняется изнутри.
Отсутствие дополнительных затрат существенно снижает трудоемкость и энергозатраты процесса изготовления труб.
Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что процесс холодного прессования гранул в брикет-пруток производят, уменьшая его диаметр относительно диаметра контейнера в 1,25÷1,7 раза, не тратя дополительное время для спекания гранул в зоне горячего прессования (~7 мин), затем из прутка прессуют трубу с одновременной прошивкой и получают при небольших расходах электроэнергии и трудовых затратах трубы, материал которых характеризуется пониженной газонасыщенностью и высокими механическими свойствами.
Качество изделия
По предлагаемому способу прессования труб из магниевых гранул были изготовлены опытные партии труб.
Трубы прессовали по следующей технологии:
- прессование прутка ⌀ 270 мм из контейнера ⌀ 360 мм с коэффициентом обжатия 1,33;
- резка прутка на части ⌀ 270×400 мм;;
- прессование труб ⌀ 126×4,5 мм из гранул сплава МА14 гр. и ⌀ 114×4,0 мм из гранул сплава МА2-1 гр. из контейнера ⌀ 280 мм.
Трубы ⌀ 54×3,5 мм из гранул сплава МА 2-1 п.ч. прессовали по следующей технологии:
- прессование прутка ⌀ 240 мм из контейнера ⌀ 360 мм с коэффициентом обжатия 1,5;
- резка прутка на части ⌀ 240×400 мм;
- прессование труб ⌀ 54×3,5 мм из контейнера ⌀ 245 мм.
В таблице 1 представлены результаты испытаний труб из магниевых гранул.
Таблица 1.
Механические свойства труб из магниевых гранул.
№
Размер трубы, мм
Сплав магниевых гранул
Механические свойства
Предел прочности, σ<sub>в</sub>, кгс/мм<sup>2</sup>
Предел текучести условный, σ<sub>0,2</sub>, кгс/мм<sup>2</sup>
Удлинение относительное, δ, %
1
⌀ 126×4,5
МА14 гр.
33,7
26,8
9,7
33,3
26,1
10,6
2
⌀ 114×4,0
МА2-1 гр.
32,9
28,0
11,1
32,9
26,5
15,1
33,2
26,0
15,1
32,7
25,6
14,3
3
⌀ 54×3,5
МА2-1 гр.
36,7
32,1
-
Трубы из литого слитка
4
по ГОСТу 19441-74
МА2-1
не менее
26,0
-
9,0
5
⌀ 125×6,0
МА14Т1
31,25÷32,47
26,55÷27,84
8,3÷10,5
Из таблицы видно, что у труб из магниевых гранул, изготовленных предлагаемым способом, прочностные свойства выше на 20÷38% по сравнению с минимальным уровнем прочностных характеристик труб из литого сплава МА2-1 и МА2-1п.ч., установленных ГОСТ 19441-74.
Уровень прочностных характеристик труб из гранул сплава МА14 на 4÷7% выше, чем у аналогичных труб из литого материала с упрочняющей термообработкой.