СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЛИСТОВ И ПОЛОС
METHOD OF PRODUCING COMPOSITE SHEETS AND STRIPS

Изобретение относится к технологии изготовления композиционных листов и полос из металлического материала и тугоплавких мелкодисперсных частиц, которые могут быть применены в металлургической и других отраслях промышленности.
Известен способ получения биметаллических листов и полос, включающий получение биметаллической заготовки наплавкой заготовки основного слоя плакирующим слоем и ее последующую прокатку (RU №2076793, B23K 20/04, опубл. 1997.11.04). Способ обеспечивает получение качественной заготовки, плакирующий слой которой обладающей высокой твердостью и износостойкостью. Однако таким способом можно получить заготовку, у которой высокой твердостью и износостойкостью обладает только один плакирующий слой, в то время как основной объем заготовки таких свойств лишен.
В качестве ближайшего аналога выбран способ изготовления листов и биметаллов, осуществляемый в установке, имеющей вертикально расположенный контейнер, в который сверху закладывается несколько длинных заготовок, под которым располагается матрица с щелевым очком, ролики для правки и ножницы для резки на мерные длины, а получение листов и биметаллов происходит в поле действия переменного тока (Пат. ЧССР №113601, кл. 7b, 10/01; 491, 5, (B21c, B23p), заявл. 1962.12.13., опубл. 1965.12.15). Недостатком способа является отсутствие возможности упрочнять получаемую заготовку и, как следствие, необходимость дополнительных технических операций с целью обеспечения в получаемой заготовке нужных прочностных и износостойких свойств.
Задачей изобретения является повышение прочности и износостойкости композиционных листов и полос по всему объему получаемого материала.
Указанная задача решается тем, что в способе изготовления композиционных листов и полос, включающем подачу жидкого металла из вертикально расположенного контейнера и формирование листа/полосы, упрочнение получаемого изделия путем нанесения на него тугоплавкого материала, приложения давления и правки валками, согласно изобретению, подачу жидкого металла и тугоплавкого материала осуществляют на горизонтальную поверхность стола тремя вертикальными потоками из щелевых отверстий контейнера и прилегающих к его боковым стенкам бункеров, сообщая контейнеру возвратно-поступательное движение относительно стола, при этом подачу металла осуществляют постоянно в среднем потоке из щелевого отверстия контейнера, а подачу тугоплавкого материала на металл осуществляют потоками из щелевых отверстий бункеров, поочередно перекрывая их соответственно при прямом и обратном движении контейнера относительно стола.
Подача тугоплавкого материала на поверхность металла поочередно при прямом и обратном движении контейнера с бункерами при последующем приложении давления и правке валками обеспечивает погружение тугоплавких дисперсных частиц в жидкий металл и равномерное их распределение по всему объему металла, что повышает прочность и износостойкость получаемого изделия - листа или полосы.
Сущность заявляемого способа поясняется чертежами, где на фиг.1 дана схема подачи жидкого металла из контейнера на горизонтальную поверхность стола и подачи тугоплавкого материала из одного из бункеров при движении контейнера с бункерами в одну сторону (прямое движение); на фиг.2 - то же при движении контейнера с бункерами в другую сторону (обратное движение).
Предлагаемый способ осуществляется посредством использования устройства, состоящего из вертикально расположенного контейнера 1, оснащенного шиберными затворами 2 и 3, футерованного огнеупорной футеровкой 4, прилегающих по бокам к контейнеру бункеров 5 и 6, содержащих упрочняющий тугоплавкий материал в виде мелкодисперсных частиц 7. Бункеры оснащены задвижками - дозаторами 8 и 9, которые позволяют дозировать количество подаваемых частиц. По бокам бункеров расположены валки 10, а формирование листа или полосы 11 происходит на горизонтальном столе 12 (фиг.1).
Способ осуществляют следующим образом.
Жидкий металл, находящийся в вертикально расположенном контейнере 1, начинают подавать через открытый шиберный затвор 2 на горизонтальную поверхность стола 12. Одновременно с началом подачи потока металла открывается задвижка-дозатор 8 бункера 5, через которую на формирующийся лист или полосу 11 осуществляется подача потока упрочняющего тугоплавкого материала в виде мелкодисперсных частиц 7, находящихся в бункере 5. Одновременно с подачей потока металла через шиберный затвор 2 и подачей потока тугоплавкого материала в виде мелкодисперсных частиц 7 начинают движение контейнера относительно горизонтальной поверхности стола в прямом направлении. Таким образом, упрочняющий тугоплавкий материал в виде мелкодисперсных частиц 7 попадает в жидкий металл. Если плотность тугоплавкой дисперсной частицы, погруженной в жидкий металл, отличается от плотности жидкого металла, то возникают условия для ее перемещения: если плотность частицы больше, чем плотность жидкого металла, то она стремится в направлении гравитационного поля земли, если плотность частицы меньше, чем плотность жидкого металла, то она стремится в направлении, обратном гравитационному полю. Однако, поскольку толщина наносимого на горизонтально расположенный стол 12 жидкого металла не превышает пяти миллиметров, кристаллизация заготовки происходит настолько быстро, что частица, соприкасаясь с фронтом кристаллизации, захватывается растущими дендритами.
Расположенные по бокам бункеров валки 10 осуществляют правку сформированного упрочненного листа или полосы посредством приложения к его поверхности давления. При достижении контейнером края стола 12 перекрывается шиберный затвор 2 и открывается шиберный затвор 3, то есть осуществляется подача потока жидкого металла из контейнера 1 на уже сформированный закристаллизовавшийся лист или полосу, а также перекрывается заслонка-дозатор 8 и открывается заслонка-дозатор 9, осуществляющая подачу потока упрочняющего тугоплавкого материала в виде мелкодисперсных частиц из бункера 6. Одновременно с осуществлением подачи потоков жидкого металла и упрочняющего материала через шиберный затвор 3 и заслонку-дозатор 9 на сформированный закристаллизовавшийся лист или полосу начинают движение контейнера с бункерами в обратном направлении (фиг.2). Возвратно-поступательное движение контейнера с бункерами относительно горизонтального стола 12 осуществляют до тех пор, пока толщина формируемого листа или полосы не достигнет заданной.
Таким образом, формируется композиционный лист или полоса, упрочненные тугоплавким материалом в виде мелкодисперсных частиц по всему объему. Заявителем установлено, что подача потока жидкого металла из вертикально расположенного контейнера с бункерами на горизонтальную поверхность стола, совершающего возвратно-поступательное движение относительно стола, при одновременной подаче потока упрочняющего тугоплавкого материала в виде мелкодисперсных частиц по одному из крайних бункеров, поочередно перекрывая их соответственно при прямом и обратном движении контейнера, позволяет получить композиционный лист или полосу с равномерно распределенной по всему объему дисперсной тугоплавкой фазой.
Примеры осуществления способа
3
Пример 1. Композиционный лист получали из стали марки У10А, выплавленной в индукционной печи. В качестве упрочняющей фазы использовали карбид титана (TiC) плотностью 4,9 г/см в количестве 1200 г. Расплав температурой 1650°C подавали из вертикально расположенного контейнера на горизонтальную поверхность стола. Из расположенных по бокам контейнера бункеров подавали карбид титана, поочередно перекрывая их соответственно при прямом и обратном движении контейнера. Правка сформированного листа происходила посредством приложения давления валками. Вертикально расположенный контейнер с прилегающими по бокам бункерами совершал возвратно-поступательное движение относительно стола. При достижении формируемого композиционного листа заданной толщины в 15 мм движение контейнера с бункерами останавливали, одновременно прекращая подачу потоков жидкого металла и тугоплавкой фазы.
Размеры полученного листа: длина 900 мм, ширина 500 мм, толщина 15 мм. Полученный таким способом композиционный лист имел удовлетворительное качество поверхности с плотным строением тела и без усадочных дефектов.
Предложенный способ позволил получить композиционный лист с равномерно распределенной по всему объему дисперсной тугоплавкой фазой.
2
3
3
Пример 2. Композиционный лист получали из меди, выплавленной в индукционной печи. В качестве упрочняющей фазы использовали оксид алюминия (AlO) плотностью 3,9 г/см в количестве 1500 г. Расплав температурой 1150°C подавали из вертикально расположенного контейнера на горизонтальную поверхность стола. Из расположенных по бокам контейнера бункеров подавали оксид алюминия, поочередно перекрывая их соответственно при прямом и обратном движении контейнера. Вертикально расположенный контейнер с прилегающими по бокам бункерами совершал возвратно-поступательное движение относительно стола. При достижении формируемого композиционного листа заданной толщины в 25 мм движение контейнера с прилегающими по бокам бункерами останавливали, одновременно прекращая подачу потоков жидкого металла и тугоплавкой фазы. Размеры полученного листа: длина 900 мм, ширина 500 мм, толщина 25 мм. Полученный таким способом композиционный лист имел удовлетворительное качество поверхности с плотным строением тела и без усадочных дефектов. Предложенный способ позволил получить композиционный лист, состоящий из меди с равномерно распределенной по всему объему дисперсной тугоплавкой фазой оксида алюминия.
3
Пример 3. Композиционную полосу получали из стали марки У10А, выплавленной в индукционной печи. В качестве упрочняющей фазы использовали карбид вольфрама (WC) плотностью 15,8 г/см в количестве 600 г. Расплав температурой 1650°C подавали из вертикально расположенного контейнера на горизонтальную поверхность стола. Из расположенных по бокам контейнера бункеров подавали карбид вольфрама (WC), поочередно перекрывая их соответственно при прямом и обратном движении контейнера. Вертикально расположенный контейнер с прилегающими по бокам бункерами совершал возвратно-поступательное движение относительно стола. При достижении формируемого композиционного листа заданной толщины в 10 мм движение контейнера с прилегающими по бокам бункерами останавливали, одновременно прекращая подачу потоков жидкого металла и тугоплавкой фазы.
Размеры полученного листа: длина 900 мм, ширина 200 мм, толщина 10 мм. Полученная таким способом композиционная полоса имела удовлетворительное качество поверхности с плотным строением тела и без усадочных дефектов. Предложенный способ позволил получить композиционную полосу с равномерно распределенной по всему объему дисперсной тугоплавкой фазой.