CC BY
31
3. Пат. 2457914 Россия, МПК 7 В21С 3/00, B22D 11/00. Устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов. /В.Н. Баранов и др.; (РФ). Опубл. 10.08.2012. Бюл. №22.
УДК 621.771: 621.777
H.H. Загиров, С.Б. Сидельников, Е.В. Иванов, В.М. Беспалов
ФГАОУВПО «Сибирский федеральный университет»,
ПОЛУЧЕНИЕ ПРОВОЛОКИ С ВОЛОКНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ ИЗ СТРУЖКИ СПЛАВА АД31 НА ОСНОВЕ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА СОВМЕЩЕННОЙ ПРОКАТКИ-ПРЕССОВАНИЯ
Одним из перспективных направлений развития технологий непрерывного прессования на базе установок совмещенной прокатки-прессования является использование их для получения прутков и проволоки из некомпактных металлических материалов, среди которых особое место занимает сортная сыпучая стружка цветных металлов и сплавов. Указанный подход направлен на решение ряда практических задач, наиболее значимой из которых можно считать внедрение более рационального, по сравнению с традиционным плавильным переделом, способа вовлечения в производственный оборот образующихся в том или ином виде в условиях конкретного производства сыпучих стружковых отходов мелких размеров. Эффективность применения данного способа переработки указанных стружковых отходов, при условии четкой организации работ по их сбору и хранению, обусловлена снижением безвозвратных потерь металла, меньшими затратами электроэнергии для изготовления разного рода металлопродукции, а также более благоприятными экологическими условиями производства. При этом для обеспечения максимальной производительности переработки стружковых отходов важно создать условия бесперебойной работы используемых для этих целей агрегатов в течение достаточно продолжительного промежутка времени.
Для решения поставленной задачи была предложена конструкция устройства [1], в основе работы которой заложен тот же принцип, что и для известных установок совмещенной прокатки-прессования [2], но с адаптацией их применительно к компактированию сыпучих металлических материалов. Устройство, схема которого приведена на рис. 1, содержит подогреваемый контейнер 1, форкамеру 2, приводной шнек 3, расположенный в контейнере 1, валок с ручьем 4 и валок с выступом 5, образующие закрытый калибр 6, на выходе из которого установлена матрица 7 с гидроприжимом 8.
Рис. 1. Схема устройства для получения проволоки и профилей из некомпактных материалов
Некомпактный металлический материал, например стружка, непрерывно подается в контейнер 1 и с помощью вращающегося шнека 3 перемещается в конический участок форкамеры 2. По мере создания необходимого давления при помощи вращающегося шнека 3 происходит уплотнение материала и формирование более или менее компактной заготовки в прямоугольном участке форкамеры 2. При этом форма внутренней полости и размеры форкамеры 2 выбраны таким образом, что компактирование заготовки происходит постепенно с переходом от круглого сечения диаметром И к прямоугольному с максимальными размерами /?тах х ь.
Далее приводятся во вращение валки 4, 5, и заготовка поступает в образованный этими валками закрытый калибр 6, заполняет его, обжима-
ется валками, продвигается до матрицы 7, поджатой к валкам гидроприжимом 8, распрессовывается и выдавливается в виде пресс-изделия заданной формы, например, профилей круглого сечения диаметром й?п. через матрицу 7.
Наличие промежуточной форкамеры позволяет перед стадией прокатки произвести предварительное брикетирование некомпактного материала и сформировать в форкамере прямоугольную заготовку с необходимой степенью уплотнения, достаточной для последующей деформации путем выдавливания металла валками через отверстие матрицы. При этом для снижения сопротивления деформации материала и, соответственно усилия выдавливания, форкамера снабжена дополнительными нагревателями, обеспечивающими стабильные температурные условия в
В работе данное устройство было задействовано применительно к получению промежуточного полуфабриката - прутка из сыпучей мелкой стружки (опилок) алюминиевого сплава АД31 (рис. 2), из которых в конечном итоге волочением предполагалось изготавливать проволоку небольшого сечения. Катающий диаметр валков был выбран равным б/ = 200 мм. Размеры калибра в наименьшем сечении составили Ит[пхЬ = 7x15 мм, а размеры скомпактированной на выходе из форкамеры заготовки, соответственно, 14x14,5 мм.
Рис. 2. Общий вид исходной стружки
Температура материала на выходе его из форкамеры была приблизительно равна 400...500° С. Сами валки предварительно подогревали до температуры 80... 100° С. Диаметры рабочих отверстий, используемых для получения пресс-изделий матриц, были выбраны 7 и 9 мм, что соответствовало значениям коэффициентов вытяжки при прессовании 8 и 5. В результате, при диаметре форкамеры на границе с контейнером О = 30 мм, уплотнение материала на выходе из форкамеры составляло порядка 50...60 %. Обжатие в замкнутой полости между валками на стадии прокатки обеспечивало дальнейшее уплотнение материала до относительной плотности 85...90 %, а при последующем выдавливании через матрицу плотность прутка достигала значений 97... 99 %.
Для установления характерной структуры и оценки уровня механических свойств полученных прутков из серединной части каждого из них отбирались образцы, которые в дальнейшем подвергались исследованиям и испытаниям в соответствии с существующими стандартными методиками.
показал, что принятая в ходе реализации в лабораторных условиях процесса СПП степень деформации при прессовании недостаточна для обеспечения качественного схватывания частиц стружки в процессе их совместной деформации. На микроструктурах видны четко выраженные границы раздела между отдельными стружками, представляющие собой поверхностные окисные пленки, и достаточно редко встречающиеся несплошности. Принципиальной разницы между структурами образцов, вырезанных из отпрессованных прутков диаметрами 7 и 9 мм, нет. Таким образом, можно говорить о характерной стабильной структуре, представляющей собой вытянутые в направлении прессования частицы стружки разной толщины, разделенные между собой устойчивыми к деформированию окисными пленками. Мостиков схватывания между стружками практически нет, т.е. формирование физического контакта протекает в основном на микронеровностях стружки с частичным растеканием (но не разрушением) окисной пленки по всей контактной поверхности.
Следующим технологическим переделом являлось холодное волочение отпрессованных прутков до получения проволоки конечным диаметром 1 мм, которое осуществлялось на цепном волочильном стане усилием 50 кН без проведения промежуточных отжигов со средним обжатием 5Сп= 15... 20%.
пруток диаметром 9 мм
Рис. 3. Характерная микроструктура (х160) прутков в поперечном (о) и продольном (б) направлениях
По мере уменьшения диаметра протянутой проволоки происходит измельчение структуры с постепенно усиливающейся раздробленностью в приповерхностных слоях проволоки. Это связано с неравномерностью распределения деформации по сечению проволоки при волочении, когда деформированию в большей степени подвергаются слои, контактирующие с волокой. При этом в приповерхностных слоях проволоки происходит диспергирование окисной пленки, которое наряду с утонением структуры должно положительно сказываться на формировании свойств
Оценка механических характеристик полученной проволоки производилась путем испытания ее на растяжение с определением временного сопротивления разрыву Ов, относительного удлинения 8 и относительного сужения \|л Результаты испытаний приведены на рис. 4, причем, точками отмечены средние для пяти испытанных образцов значения ука-
ООО 20 W 60 80 е.%
Рис. 4. Изменение механических характеристик прутков и проволоки
из стружки сплава АДЗ1 после горячего прессования (8 = 0 %) и холодного волочения
Таким образом, на наш взгляд, по результатам проведенных исследований можно говорить о технологии получения алюминиевой проволоки из анизотропного композиционного материала, свойства которого обусловлены ориентированием волокон в одном направлении. При этом в данном случае речь идет о технической анизотропии, «проектируемой» заранее и возникающей при пластической деформации с определенной
Библиографический список
1. Патент 242994 РФ. Устройство для получения проволоки и профилей из некомпактных материалов / С.Б. Сидельников, H.H. Загиров, Е.В. Иванов, В.М. Беспалов. МПК В 22 F 3/18, В 21 В 1/10. Опубл. 27.09.2001. Бюл. №27.
2. Сидельников С.Б., Довженко H.H., Загиров H.H. Комбинированные и совмещенные методы обработки цветных металлов и сплавов. М.: МАКС Пресс, 2005.
