автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование процесса и разработка энергосберегающей технологии производства рулонной ленты латунь + сталь + латунь холодным плакированием

С е.

г-ч С-,

' „ Из правах рукописи

"О

ТРОИЦКИЙ Олег Юрьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА И РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РУЛОННОЙ лннти ЛАТУНЬ + СТАЛЬ + ЛАТУНЬ ХОЛОДНЫМ ПЛАКИРОВАНИЕМ

Специальность 05.16.05 - "Обработка мгтзллоо давлением"

Дторе^врзг диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1997

Работа выполнена «а кафедре "Обработка металлов давлением" Московского государстве иного института стели и сплавов (технологического унивврснтета), а АО "нива»" и в КО "НИИТМ".

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Кобелев Л.Г.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Шелест А.Е. кандидат технических наук, старший научный сотрудник Вайдуганов А.И.

Ведущее предприятие: ОАО "металлургический вавод красный Октябрь"

Займи» состоится "2Л." OlxA -a-Sj^ 1991 г. в 1*0 часов на заседании специализированного совета К 0S3.0i.02 при Московском государственном институте с®али м сплавов (технологическом университете) по адресу: 117136, V. Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, дом 4.

С диссертацией можно ознакомиться в ОиОлиогеке института.

Автореферат разослан w_" _ 1997 г.

Ученый секретарь специализированного

доквор (технических наук, J/uK. Чиченеа

э-

ОБЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность -работы. Слоистые металлические композиции находя« асе большее применение в различных отраслях современной техники. В свою очередь, развитие ведущих отраслей промышленности определяется прогрессом в создании и развитии новых металлических материалов и изделий из них» Эффективным способом изготовления многослойных композиций является способ холодной рулонной прокатки, представляющий возможность массового, изготовления продукции с формированием требуемого уровня физико-механических и эксплуатационных свойств.

Значительную часть многослойных металлов представляет композиции типа сталь + медь и медные сплавы, расширение' производства и сферы их применения требуют совершенствования существующих и разработки новых ресурсосберегающих процессов и технологий, позволяющих снизить .себестоимость продукции и, как следствие этого, повысить их конкурентноспособность на рынке металлопродукции.

В связи с этим исследования, направленные на разработку эффективных ресурсосберегающих технологий производства многослойных композиций способом холодного рулонного плакирования, весьма актуальны и своевременны.

Цель работы. Исследование процесса получения холодным плакированием трехслойных металлических композиций ,и разработка на его основе энергосберегающего технологического процесса изготовления рулонной ленты латунь сталь ♦ латунь. Поставленная цель достигается в результате экспериментального исследования процесса совместной холодной прокатки составляющих композиции и изучения влияния основных параметров пластических и термических обработок на структуру и свойства получаемой композиции.

Научная новизна. Установлено влияние структуры, свойств и размеров исходных составляющих, показателей микрорельефа их контактных поверхностей на качество сварного соединения; предложены регрессионные зависимости формоизменения трехслойной композиции от механической и конструкционной неоднородности деформируемого пакета. Выявлены особенности индукционного нагрева сталелатунных композиций, получены аналитические зависимости для определения локального распределения тепловых потерь и температуры по сечению слоистой полосы с учетом нелинейных свойств ферромагнетика в магнитном поле. Разработана модель расчета величин послойных деформаций в зависимости от геометрии очага деформации, размеров и свойств соединяемых металлов. Установлены закономерности влияния режимов плакирования, последующих термических и пластических обработок, в том числе с использованием индукционного отжига, на формирование переходной зоны, структуру и свойства биметалла латунь + сталь + латунь.

Практическая ценность и реализация работы. Раэработаии технологические схемы и режимы процесса холодного плакирования стали латунь» с использованием индукционного нагрева для подогрева стальной составляющей перед плакированием, проведения промежуточного и окончательного отхигов биметалла вместо- печного, что позволяет существенно сократить длительность технологического цикла и снизить его энергоемкость. Определены значения основных технологических параметров плакирования, пластических и термических обработок, обеспечивавшие изготовление биметалла с требуемыми размерами, структурой и свойствами. Разработаны методики обработки профилограмм шероховатости и построения идеализированного микрорельефа контактной пиьерхности соединяемых мхтал/'он; предложена система параметров, хлрлкт^-ичушиих рельеф, их

количественная оценка. Предложены параметры микрогаометрии соединяемых поверхностей стали и латуни, соотношение их.исходных размеров и механических свойств, обеспечивающие образование прочного соединения при плакировании. Получены зависимости влияния основных параметров процесса на механические и технологические характеристики биметалла, позволяющие управлять качеством продукции.

достоверность полученных результатов обоснована комплексом экспериментальных исследований с привлечением методов математического планирования экспериментов и статистической обработкой данных на ЭВМ; результатами механических, металлографических, ыикрорентгеноспектральных и других исследований на современной аппаратуре; промышленным опробованием разработанной технологии, выпуском опытно-промышленной партии биметаллов с проверкой.их качества, изготовлением иэ них изделий. /

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на Российской научно-технической конференции "новые материалы и технологии", г. Москва, 1994 г.; всероссийской юбилейной научно-технической конференции "1С0-лвтие со дня рождения профессора А.И. Зимина", г. Москва, 1995 г.; заседании технологической секции Ижевского научно-исследовательского института металлургической технологии, г. Ижевск, 1995 г.) научных семинарах кафедры ОМД МГИСиС, Г. Москва, 1993-97 г.г..

публикации-, основное содержание работы опубликовано в пяти научных статьях.

Объем работы. Диссертация состоит ич ркелеиия, 5 глдн, выводов, библиографического списка и прилогонио, гонортчт /¿о страниц машинописного те^.-тм, ипчюи-трдаик, (©таблиц,

библиографический список иа ^^наименований и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР, ПОСТАНОВ;» ЦЕПИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ'

В работе проведен анализ выполненных теоретических и экспериментальных исследований совместной холодной прокатки разнородных металлов. Известно, что термическая обработка проката является неотъемлемой операцией при производстве многослойных композиций и служит для получения необходимого уровня механических свойств и структуры, она является самой продолжительной операцией и узким местом технологического процесса. Так, длительность отжига рулонов ъ колпаковых печах составляет 15-20 и более часов, при этом процесс характеризуется неравномерным распределением температуры по высоте и сечению рулонов, что приводит к неравномерности структуры и свойств биметаллов по сечению и длине рулона. Интенсифицировать процесс термической обработки рулонного биметалла возможно испольяоканмен в технологической процессе таких эффективных и прогрессивных методов нагрева как индукционный нагрев токами высокой или промышленной частоты. Однако в литературе практически отсутствуют данные по исследованию особенностей индукционного нагрева слоистых тел, некоторые из составляющих которых неферромагнитмц) по влиянию параметров нагрева на характер распределения температуры по сечению слоистой композиции.

Иавестно, что наряду со многими факторами, определяющими процесс твердофазного соединения равных металлов, микрогеометрия контактной поьерхности играет ь«сьма важную роль, поскольку дает возможность достаточно >1 {.ггтивно и

сравнительно просто влиять на свойства зоны соединения и прочность сварного шва. Однако изучение влияния на свойства и характер формирования переходной зоны биметаллов, параметров микрогеометрии, соотношения; размеров и свойств соединяемых поверхностей требует дальнейшего исследования.

К сталелатунным многослойным композициям предъявляют высокие требования по точности размеров, соотношению голшин основного и. плакирующего слоев. Поэтому возникает необходимость исследования влияния исходных размеров и свойств соединяемых металлов, конструкционной и механической неодно-родностей^ пакета, степени обжатия на формоизменение составляющих в процессе холодного плакирования. Кроме того, недостаточно изучено комплексное влияние основных параметров технологических операций на получение качественного соединения и формирование переходной зоны.

Проведенный 'анализ современного состояния в области производства стэлелатунных многослойных композиций позволил сформулировать следующие основные задачи работы:

- изучить особенности индукционного нагрева сталела-тунных композиций, его влияние на формирование структуры и свойств, что позволит рекомендовать рациональные технологические схемы и режимы, обеспечивающие получение материалов требуемого качества;

- исследовать влияние'свойств и структуры исходных заготовок, характера микрорельефа их соединяемых поверхностей, а также основных параметров процесса холодного плакирования на механические и технологические характеристики с получением -зависимостей, по^воляюиих управлять качеством слоистого металла;

- установить закономерности влияния режимов плакирования, пластических и термических, в том число с использованием индукционного нагрева, обработок на состав и характер переходной эоны, что даст ^озмочсность опррл»»лить рациональные параметры процесса;

- разработан энергосберегающую технологию изготовления трехслойной ленты латунь Л90 + сталь 11 кп + латунь ЛЗО, выпустить опытно-проыьшшенные_ партии биметаллов с исследованием их качества.

ВЛИЯНИЕ СОСТОЯНИЯ КОНТАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ФОРМИРОВАНИЕ СОЕДИНЕНИЯ СТАЛИ И ЛАТУНИ ПРИ ХОЛОДНОМ ПЛАКИРОВАНИИ

Одна из основных операций технологического процесса холодного плакирования - подготовка контактных поверхностей составляющих. Исследование выполняли на образцах из латуни Л90 - мягкий слой (М) и стали 11 кп - твердый слой (Т). Холодное плакирование проводили на четырехвалковом стане 400, при эгом в качестве варьируемых параметров процесса использовали относительное обжатие пакета при плакировании ¿0 с интервалом.варьирования 0,40г0,80; показатель конструкционной неоднородности А - отношение толщин плакирующего и основного слоев (0,05-0,25); показатель механической неоднородности В, равный отношению величин временного сопротивления металлов основного и плакирующего слоев (0,5-3,75).

Параметры микрогеометрии соединяемых контактных поверхностей определяли как на исходных заготовках, так и после плакирования, при этом выполнили факторный эксперимент.типа , в котором изменяли степень деформации при плакировании, показатели механической и конструкционной не-однорсднэстей. Разработана мэтодика обработки профилогра№4 шероховатости и предложена модель шероховатой поверхности, отличающаяся от известных мод еле.1 тем, что контактируемая поверхность представлена а вида системы выступов, имеющих . вид восьмигранных пирамид. Это дало возможность получить идеализированные.профили, чвлчющиесч результатом аппроксимации реальных профилей; обеспечить (.иьенстио вершин и со-

ответствие площадей идеализированных профилей реальным, достоверность оценки высоты выступов и углов при их вершине. Предложена система параметров идеализированного профиля поверхности, обеспечивающих адекватность модели и реального микрорельефа соединяемых поверчноскеИ.

Исследование влияния микрогесметрии поверхностей исходных стальных и латунных заготовок, степени деформации при плакировании, механической и конструкционной неоднород-ностей пакета на характер образования соединения и его прочность показали, что в процессе совместной пластической деформации сталь и латунь формируют единую попоруность раздела на базе менее развитой поверхности. При этом вытяну-•гость элементов рельефа вдоль направления прокатки возрастает, что подтверждает наличие больйих сдвиговых деформаций на поверхности раздела. Рельеф мягкой составляющей в исследованном диапазоне параметров становится менее остро-верпинным. При возрастании механической неоднородности пакета островершинность рельефа у стальной составляющей изменяется незначительно, но возрастает высота неровностей профиля, что говорит о расклинивающем действии мягкой составляющей на поверхность твердой основы.

Исследование прочности соединения слоев показало, что для композиции с малой величиной механической неоднородности максимум прочности соединения достигается с завершением упрочнения мягкой составляющей и разупрочнением поверхности стали. При плакировании латунью более прочной составляющей с ограниченными возможностями их свободной деформации реализуются максимальные сдвиговые деформации в зоне-контакта, что предопределяет рост прочности соединения слоев. Плакирование основы с максимально твердой поверхностью приводит к образовании соединятся с малой прочностью.

Анализ результатов исследования покаччл, что для получения достаточно прочного соединения с-ыг.и с л.этунью при

холодном плакировании показатели шероховатости поверхностей составляющих по высоте кикровыступов должны быть близки, а уровень механической неоднородности пакета близок к двум, элементы рельефа ориентированы поперек" направления прокатки.

С целью активации энергетического состояния соединяемых поверхностей в работе исследовали процесс холодного плакирования стали латунью с предварительным нагревом стальной составляющей.

Нагрев осуществляли на установках высокочастотного нагрева Л32-67М (ь интервале частот 4-30 кГц), ABA 803 НС <в интер&але 0,4-0,6 кГц) в интервале температур 100-200 вС. Нагрев стали менее 100 °С нецелесообразен, а нагрев свыше 200 °С, учитывая последующий разогрев составляющих при плакировании вследствие перехода работы деформации в тепло, может привести к деформации латунной составляющей в интервале температур провала пластичности. Исследование влияния температуры нагрева стальной заготовки на прочность соединения слоев показало, что при нагреве до 150-200 °С прочность соединения слоев возрастает на 30-50 4. Это объясняется тем, что в результате нагрева возрастает энергетическое состояние контактной поверхности, облегчающее схватывание слоев, кроме того, улучшаются условия сохранения и развития металлических связей между слоями вследствие снижения уровня межслойных напряжений, интенсификации протекания релаксационных и диффузионных процессов. Установлено, что степень обжатия при плакировании, обеспечивающая надежное соединение стали и латуни, снижается до 45-50 %. Ука-ванное позволило проводить окончательную холодную прокатку биметалла без применения промежуточного отжига, что существенно сократило технологический цикл производства. Кроме того, подогрев стальной составляющей до 150~¿00 »с сохраняет в стали холодноле^'ормировлнную структуру, что длет возможность осуществлять окончательную холодную прокатку биме-

талла с любой степенью деформации выше критической. Это, в свою очередь, позволяет производить холодным плакированием трехслойный биметалл толщиной 2,8-3,2 мм иэ стальной Заготовки толщиной 6-7 мм. Заметим, что по существующей технологии для этого необходима стальная рулонная лента толщиной 12-15 мм, что требует применения станов холодного плакирования большой мощности (усилие плакирования при этом в 2-3 раза выше по сравнению с плакированием заготовки толщиной 6-7 мм).

'анализ влияния индукционного нагрева на

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ, СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЛЕНТЫ ЛАТУНЬ + СТАЛЬ' + ЛАТУНЬ

Исследование возможностей использования индукционного нагрева в технологии производства сталелатунных композиций вместо печного позволит интенсифицировать технологический процесс и снизить его энергоемкость. Кроме того, в зависимости от требований к качеству готовой продукции указанное позволит производить избирательный нагрев композиции, осуществляя либо равномерный прогрев многослойной полосы, либо преимущественный прогрев какой-либо составляющей или переходной зоны, используя различие в их магнитной проницаемости.

Особенность индукционного нагрева трехслойной полосы латунь + сталь + латунь заключается в том, что плакируювжй слой (латунь) неферромагниген, обладает высокой теплопроводностью. Это приводит к тому, что максимум электромагнитной энергии локализуется на границе раздела слоев, трансформируясь в тепловую. При этом стальн'ля составляющая выступает в качестве мсчгнитопровода| эффект избирательного нагрева переходной эени выражен достаточно четко.

Теоретический анализ процесса индукционного нагрева трехслойной сталелатунной полосы, проведенный в работе, позволил установить характер распределения электромагнитного поля, а отсюда распределение уделвной мощности тепловыделений по глубине нагреваемого тела:

А», * ± <5, «ч '/W VcAjbZ'g-y*/<*J* J *

'Mf&^'jrJ**) > " . (i)

где б( - удельная электропроводность внешнего слоя;

~ глубина слоя с максимальным значением магнитной проницаемости? s - скольжение?*) «2пГ; рги - значение модуля комплексной магнитной проницаемости на поверхности среды; /W». " амплитудное значение векторного магнитного потенциала на поверхности ферромагнитной среды; }>, - магнитная проницаемость внешнего слоя; N= - tr - «i.711""/? .

•2г« Г-( (<( 1« J

I$(S) - модифицированная функция Бесселя первого рода;

* i«/2"Z» iie"1*') >Y ' ев аргумент. Указанное Дало возможность выявить особенности прогрева многослойного теЛа, установить характер распределения температуры по ширине и сечению полосы.

Экспериментальное исследование особенностей влияния индукционного нагрева на свойства и структуру композиционного материала проводили на холодноплакированной ленте латунь Л90 + сталь 11 кп + ла<гунь Л90 в интервале температур 550-950 "С, продолжительность нагрева составляла при &том 1-30'е.. Параллельно осуществляли термическую обработку этой ленты ,в электропечи при тех же температурных режимах.

При исследовании характера и зоны соединения металлов .применяли метод локального микрорент^еноспектрального анализа и метод "микропучка" на острофокусной рентгеновской . камере. Распределение элементов в переходной зоне определяли в дискретном и суммарном режимах с целью выявления фазового и химического состава. Информацию получали в виде чис-

ловьы характеристик, микрофотографий поля обследования и картин распределения основных элементов составляющих по плошади исследуемого участка.

Анализ структуры и свойств сталелатунной ленты после термической обработки показал, что индукционный нагрев при температуре менее €00 *С не приводит к заметным структурным изменениям стальной основы (ба=5б0-630 МПа, 5=2,5-4,5 4), при нагреве более 600 *С протекают рекристалиэационные процессы в металлах составляющих (бв=390-410 МПа, 6=15-24 »), микроструктура стали состоит из зерен феррита 6-10 балл, ориентированных а направлении предшествующей деформации, размер зерен латуни находится в интервале 40-120 мкм. Нагрев в интервале температур 850-900 "с способствует значительному увеличению пластичности (бв=380-<100 НПа, 6=28-30 *), но на поверхности латуни образуются дефекты типа зажогов.

Определяющим параметром при формировании структуры и свойств в процессе индукционного отжига является продолжительность нагрева, так, анализ микролауэграмм образцов, подвергнутых скоростному нагреву при 700 "С показал, что нагрей в течение 1 с. сохраняет в составлявших композиции структуру холоднодеформированного металла. Нагрев продолжительностью 10 с. обеспечивает рекристаллизации плакирующего слоя, при этом начало протекания рекристаллиэационных процессов отмечается при времени нагрева не менее 5 е.. При выдержке 25 с. наблюдается развитая первичная рекристаллизация в стальной основе.

Микрорентгеноспектральный анализ переходной зоны биметаллов после индукционного отжига на микроанализаторах типа "Stereoscan S-4-10" и "Link" показал, .что зона изменения концентрации основных элементов составляющих при нагрове 700 *С в течение 2-3 с. идентична хололноплдкированным образцам, при этом ширина переходной зоны составляет 10-13 мкм. Анализ концентрационных кривых и растровых изображений

свидетельствуе® о преимущественном диффундировании меди в железо (протяженность порядка 5-8 мкм), цинк ьэ состава латуни не переносится через границу раздела слоев, а оттесняется вглубь слоя латуни. Печной 'отжиг биметалла формирует переходную зону шириной £0-30 мкм, что свидетельствует о существенном влиянии продолжительности нагрева на интенсификацию протекания диффузионных процессов. Граница между основным и плакирующим слоем выражена отчетливо, несплошно-стей и инородных включений не обнаружено, переходные концентрации элементов согласуются с диаграммой системы йелезо - медь. Растровые изображения распределения основных элементов в переходной зоне образцов после индукционного нагрева при 700 ®С в течение 10 с. показали, что полного залечивания микропустот в зон» контакта слоев не происходит, чем объясняется несколько меньшая 'прочности соединения слоев по сравнению с образцами после печного отжига.

Установлено, Что индукционный отжиг в целом посыпает технологическую деформируемость сталелатунной композиции и позволяет успешна проводить ее окончательную холодную прокатку. Исследование прочности соединения слоев путем испытаний на изгиб, вытяжки сферической лунки па 1'риксену показало, что достаточно надежное соединение образуется уже при нагреве порядка 500 ®С, ' »

Окончательную холодную прокатку отожженных образцов осуществляли со степенью деформации 1-60 1. Изучений микроструктуры выявило характерное для холоднокатаных металлов состояние составляющих, размер зерна в стальной основ« составлял 7-9 балл, перлит пластинчатый, ориентированный по направлению прокатки. Ммкререитгеноспектральный анализ переходной зоны не обнаружил каких-либо существенных изменений в ее строении* иаСишиетс» тидико уменьшение зоны диффузии. Переходная поел« холодной прокатки изменяет сваи про^МйГФНые характеристики. Так, за сч*т возникновения и«*рг)Порисгости ярочмоегь соединения госинляиаях м нет

снизиться, а за счет улучшения механического сцепления слоев - возрасти. При этом интервал и характер изменений прочностных характеристик зоны контакта слоев определяется предысторией формирования соединения: качеством подготовки соединяемых поверхностей, их микрорельефом и энергетическим состоянием, режимами предшествующих операций холодного плакирования и промежуточного отжига. Возможность разрушения соединения в процессе холодной пластической деформации можно также объяснить упрочнением переходной зоны (ее микротвердость по сравнению с микротвердостью стальной основы возрастает в 1,5 раза, с латунью - в 2 раза). Это свидетельствует о том, что переходная зона в процессе прокатки деформируется как самостоятельный слой малой толщины.

Исследование возможности использования индукционного нагрева в качество окончательного отжига холоднокатаной сталелатунной ленты показало, что нагрев в области 700 *С обеспечивает необходимые механические свойства и рекристаллизацию деформированных зерен. Однако, малая продолжительность нагрева не приводит к коагуляции цементита в структуре стального слой - одного из обязательных условий пригодности слоистого металла к глубокой вытяжке, поэтому для биметаллов, предназначенных для изготовления изделий глубокой' вытяжкой, рекомендовали сладуадий р«жим термической обработки - индукционный нагрев ленты до 700 *С, смотка ее в рулон, загрузка его а колпаковум печь при температуре 650700 *С и выдержке при этой температуре 2-3 часа. Такой режим окончательной термической обработки позволил сформировать 8 биметалле латунь стаяь + латунь требуемые для глубокой вытяжки структуру и механические свойства, сократив одновременно продолжительность печного отжига (таблица). Использование индукционного отжита в качестве окончательной термической обработки рекомендовано для биметаллов, предназначенных для изготовления монет, электротехнических изделий, тоьар' в широкого потребления.

Таблица

Механические свойства ленты латунь Л90 4 сталь 11 кп + латунь л90 после основных, технологических операций (числитель - после индукционного отжига, знаменатель -печного)

Операция бв, МПа 8, 1

1. Холодное плакирование 630-680 2-5

2. Промежуточный отжиг

при температуре, *С:

450 540-560/530-580 5-7/4-6

. 650 340-370/320-360 30-34/35-38

850 340-360/310-350 30-36/34-38

Э. Окончательная холод- -

ная прокатка при темпе- -

ратуре, *С:

450 640-670/710-760 1-5/2-4

650 590-620/530-580 1-3/2-4

850 570-600/550-600 1-2/2-4

4. Окончательный отжиг

индукционный нагрер v

выдержка в печи при

680 *С 290-340 30-40

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА НА КАЧЕСТВО БИМЕТАЛЛА

В процессе комплексного экспериментального исследования процесса холодного плакирования стали латунью в качестве изменяемых параметров применяли: показатель кон-

струкционной неоднородности пакета А (интервал варьирования 0,05-0,25); показатель механической неоднородности В (0,53,75); относительную степень обжатия при плакировании (0,4-0,8); температуру промежуточной термической обработки (450-850 *С); суммарн/ю относительную деформацию при окончательной холодной прокатке (0,05-0,60)? температуру окончательного отжига (450*850 ®С). После каждой технологической операции измеряли толщину составляющих и композиции в целом, механические свойства, прочность соединения слоев, выполняли металлографические и рентгеноспектральные исследования. одна из особенностей деформации слоистых композиций - неравномерность ее распределения между слоями 4 вследствие различия свойств составляющих, исследование неравномерности деформации имеет важ.гае значение, так как позволяет влиять на обеспечение заданного соотношения толщин слоев, прочность их соединения, уровень остаточных напряжений и т.д..

Математическая обработка экспериментальных данньвс исследования процесса холодного плакирования позволила получить регрессионное уравнение связи неравномерности деформации стали и латуни от основных параметров процесса: & /¿м-3, 008-4, 5б£/»-3,212А-0, 349В+3, 537(f/J* + 3, 298A* + 0, 032В*, (2)"

где и 6ч - относительная деформация твердого и мягкого слоя, соответственно; Сч ~ относительная степень обжатия при плакировании; А и В - показатели конструкционной и («еханической неоднородностей, соответственно.

Корреляционный и дисперсионный анализы показали, что коэффициенты частной корреляции между параметром £т/£/ч и факторами Си , В и А составляют 0,415; 0,516 и 0,254, соответственно. Частные коэффициенты детерминации, показывающие долю изменчивости, вносимые этими факторами, соответственно 0,11; 0,26 и 0,10.

Анализ уравнения ni. называет, что при росте показателя механической неоднородности неравномерность деформации

слоев композиции уменьшается, причем с уменьшением доли мягкой составляющей область равномерной деформации достигается при величине обжатия в плакирующем проходе 0,55-0,70. /Заметим, что холодное плакирование равнопрочных составляю-иих (В~1) в исследованном диапазоне обжатий не приводит я равномерной деформации слоев, что обусловлено также наличием физической границы раздела между слоями.

Решение многих задач совместной пластической деформации разнородных металлов связано с известным уравнением связи величины-сопротивления металла деформированию и степени деформации. Математическая обработка экспериментальных данных холодного плакирования стали латунью позволила получить это выражение в виде:

где - величина истинной деформации составляющих; бт, (бот)пр - текущий и приведенный начальный пределы текучести, соответственно, МПа. Для слоистых композиций:

ц л \

СввгЬ» - ^ Ло-. ), (.4)

где б-от'(, - начальный предел текучести 1-го слоя» АоС, -коэффициент заполнения 1-го слоя; п - число слоев в композиции.

С увеличением степени обжатия при плакировании упрочнение составляющих сталелатунных биметаллов^ и самой композиции возрастает, причем интенсивность упрочнения биметаллов с более твердым основным слоем ниже, чем у биметаллов с более мягким основным слоем, видно, что данное уравнение в неявном виде учитывает влияние на величину сопротивления биметалла деформированию также механическую и конструкционную неоднородности пакета.

Исследование зависимости микротвердости основного и плакирующих слоев от параметров процесса холодного плакиро-

вания позволило установить корреляционную связь между этой характеристикой и начальными свойствами слоистой металлической хомпоэиции, а также величиной обжатия в плакирующем проходе. Статистические зависимости имеют следующий вид:

сти основного, верхнего и нижнего плакирующих слоев соответственно, МПа; Лот, Аом - коэффициенты заполнения для основного и плакирующих слоев соотаетственно,

Анализ экспериментальных данных показывает, что при плакировании сталелатунных биметаллов по схеме М + Т + М увеличение обжатия приводит к росту микротвердости, а возрастание толщины плакирующих слоев - к снижению микротвердости составляющих при прочих равных условиях.

На основе анализа очага деформации и результатов исследования процесса холодного плакирования металлов в работе получено выражение, обеспечивающее регламентированное соотношение толщин слоев композиции:

где.Ак- коэффициент плакирования (требуемое соотношение толщин слоев а композиции); К - коэффициент, равный отношению длины зоны совместной деформации слоев к длине проекции дуги захвата.

Получены графические зависимости, позволяющие определить величину К в зависимости от данного типа прокатного оборудования и типоразмера слоистой композиции.

- для нижнего плакирующего

(латунного) слоя: ь «

где Нот, Н ом, К ом - исходные значения микротвердо-

- для основного (стального) слоя:

- для верхнего плакирующего (латунного) слоя:

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РУЛОННОЙ ЛЕНТЫ ЛАТУНЬ 4 СТАЛЬ + ЛАТУНЬ

На основе теоретического и экспериментального исследований процесса холодного плакирования, изучения особенностей индукционного нагрева слоистых композиций, анализа влияния основных технологических параметров процесса на формирование заданных свойств и структуры разр эботаны технологические схемы и режимы изготовления рулонной ланты латунь Л90 + сталь 11 кп + латунь Л90.

Отличительными признаками этой технологии являются следующие: определение соотношения размеров и механических свойств исходных заготовок, параметров шероховатости соединяемых поверхностей, параметров плакирования, пластических и термических обработок проводится с учетом полученных в работе зависимостей и рекомендаций. Предложен индукционный нагрев стальной составляющей биметалла перед плакированием. Рекомендовано предварительный и окончательный отжиг холод-ноплакированной ленты проводить на индукционной установке непрерывного действия.

Разработанная технология производства.рулонной ленты латунь Л90 + сталь 11 кп + латунь Л90 холодным плакированием включает следующие основные операции: подготовку составляющих и контроль контактных поверхностей по микрогеометрическим показателям и соотношению их механических свойств; индукционный нагрев стальной составляющей до температуры 150-200 'С ; холодное плакирование составляющих с относительным обжатием 0,45-0,55 с учетом регламентируемого соотношения размеров и свойств исходных составляющих: промежуточный отжиг холодноплакированного слоистого рулона в сквозном индукционном нагревателе при следующих параметрах: 1=700 "с,х =10 е.; окончательная холодная прокатка на требуемый размер на реверсивном четырехвалковом стане с суммарным обжатием 5-60 окончательный отжиг в проходном ин-

дукционном нагревателе при температуре ТОО *С продолжительностью 10 е.. Для биметаллов, предназначенных для изготовления изделий глубокой вытяжкой, после индукционного нагрева по вышеуказанному режиму предусматривается выдержка рулона в колпаковой печи при температуре 660*20 вС в течение 2-3 часов. Кроме того, для изготовления трехслойных латунных лент толщиной 2,5-3,5 мм предложен технологический цикл • производства, включающий следующие основные технологические операции: подготовку составляющих; их плакирование с предварительным нагревом стальной основы; окончательную холодную прокатку н окончательный отжиг.

Разработана технологическая инструкция по производству рулонной трехслойной ленты латунь Л90 + сталь 11 кп (18 кп) + латунь Л90 толщиной 0,6-1,5 мм, выпущена, опытно-промышленная партия биметалла толщиной 1,0 мм на промышленном оборудовании цеха »3 АО "Нытва". Промежуточный индукционный отжиг этой партии по разработанным режимам проведен на установках НИИ ТВЧ им. В.П. Вологдина, последующую обработку биметалла вновь осуществляли в условиях АО "Нытва". Из данного биметалла в.условиях Климовского штамповочного завода изготовлены установочные партии изделий, стендовые и . эксплуатационные испытания которых показали их соответствие требованиям технических условий.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлены закономерности влияния микрорельефа составляющих на прочность' соединения слоев в зависимости от механической и конструкционной неоднородностей трехслойной композиции, степени обжатия при плакировании; предложены параметры микрогеометрии контактных поверхностей составляющих и соотношение их механических свойств, обеспечивающие обрлэовзние прочного соединения. Предложено холодное плаки-

рованиа стали латунью проводить при показателе механической неоднородности пакета, близком к двум; параметры шероховатости должны быть близки по высоте микровыступов, элементы рельефа ориентированы поперек направления прокатки.

2. обоснована и доказана целесообразность и эффективность использования индукционного нагрева в технологии изготовления рулонного трехслойного сталелатунного биметалла. Получены аналитические зависимости для определения локального распределения тепловых потерь и температуры по сечению многослойных сред с учетом нелинейных свойств ферромагнетика' в магнитном поле. Разработан процесс плакирования стали латунью с' предварительным индукционным нагревом стальной составляющей до температуры 150-200 *С. Выявлены особенности индукционного отжига ста'лелатунных композиций, обоснованы и предложены режимы промежуточной и окончательной термических обработок биметалла Л90 + 11 кп + Л90 с применением непрерывного индукционного отжига.

3. Разработана модель расчета величин послойных деформаций' в зависимости от параметров очага деформации, исходных размеров и свойств соединяемых металлов, обеспечивающая получение биметаллов с требуемым соотношением слоев и с минимальной неравномерности) деформации. Адекватность модели подтверждена сопоставлением результатов расчета с экспериментальными данными исследований. Предложены регрессионные зависимости формоизменения слоистой компози-

■ ции от показателей механической и конструкционной неодно-родностей.

4. Выявлены закономерности формирования межслойных связей, количественное распределение элементов составляющих в зоне соединения при различных режимах проведения технологических операций процесса холодного плакирования, определяющие структуру и состав переходной зоны, а тем самым прочность соединения слоев сталелатунного биметалла.

2о

5. Определены на основе комплексного исследования процесса холодного плакирования стали латунью значения основных технологических параметров плакирования, пластических

и термических обработок, обеспечивающие получение продукции требуемых размеров, свойств и структуры.

6. Разработан технологический процесс изготовления рулонной ленты латунь + сталь + латунь, включающий следующие основные операции: подготовку контактных поверхностей с контролем их качества; индухцнонный нагрев стальной составляющей, плакирование, промежуточный индукционный отжиг, окончательную холодную прокатку, окончательный индукционный отжиг, отделку и контроль качества биметалла. Ре-комендованно для сталелатунних биметаллов, предназначенных для изготовления изделий глубокой вытяжкой, окончательную термическую обработку проводить в две стадии: индукционный нагрев ленты с последующей эе выдержкой в электропечи. Предложен сокращенный технологический процесс производства ленты латунь + сталь + латунь с исключением операции промежуточного отжига.

1. Разработана технологическая инструкция и изготовлена в условиях до "Нытва" и НИИ твч им. В,П. Вологдина опытно-промышленная партия трехслойной ленты латунь Л90 4 сгаль 11 кп + латунь Л90 толщиной 1,0 мм, удовлетворяющая требованиям стандартов. Изготовлены в условиях Климовского атамповочного вавода установочные партии изделий, успешно прошедшие стендовые и эксплуатационные испытания.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Кобеле» А.Г., Кузнецов Е.В., Троицкий О.Ю. Исследование влияния микрогеомел'рии поверхности на схватывание при холодном плакировании П Тезисы докл. Российской научи, -техн. конференции "Новые материалы и технологии".

Сер. "Металлические материалы и методы их обработки". -M.i -МРАТУ. -1994. -с. 129.

2. Ковалев А.Г., Кузнецов Е.В., Троицкий О.Ю. Технология холодного плакирования биметаллов для глубокой вытяжки // Труды Всероссийской научи.-техн. конференции "ЮО-летие

к

со дня рождения проф. А.И. Зимина.", т. 2 "Оборудование и процессы обработки давлением". -Н.: -МГТУ. -1995. -с. 125131.

3. Кузнецов Е.В., Кобелвв А.Р., Троицкий о.Ю. Проиа-водство биметаллов сталь + цветной металл методом холодного плакирования // изв. вузов, цветная металлургия. -1996. -№2. -с. 24-27.

4. Кобелвв А.Г., Троицкий О.П. Совершенствование технологии производства холоднокатаных биметаллов // Металлург. -1997. -»5. с. 31-351

5. Кобелев А.Р., Кузнецов Е.В., Троицкий О. Ю.-Влияние индукционного нагрева на формирование структуры и свойств

I

холодноплакированних биметаллов // Труды научн.-техн. конференции "теория и технология процессов пластической деформации - 96". -М.! -МИСиС. -1997. -с. 112-116.

6. кобелев л.г., Троицкий О.Ю., Овчинникова и.В. Производство трехслойных сталелатунных композиций холодным

. плакированием с применением индукционного нагрева // Сталь. -1997. -»10. (в печати).

Ленинский проспект, 4

Заказ 10! Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Типография МИСиС, ул. Орджоникидзе, 8/9