CC BY
32
УДК 621.771; 669.3.017
ВЛИЯНИЕ ОБЖАТИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ПРОКАТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЛАТУННЫХ ЛИСТОВ
Р.Л. Шаталов, А.С. Калмыков, Ю.Ю. Антонов, Н.Н. Литвинова
Экспериментально на двухвалковом стане 150х235 исследовано влияние изменения направления прокатки листов на структуру и свойства латуни Л63. Подтверждено, что при холодной прокатке листов в одном направлении формируется анизотропия и искажение структуры, совпадающая с осью прокатки. Установлено положительное влияние кантовки на 90° листа на уменьшение размера зерна и анизотропии микроструктуры и твердости образца, величина которой увеличивается. Применение схемы прокатки листов с кантовкой приводит к улучшению на 10...15 % основных показателей деформируемого металла.
Ключевые слова: направление прокатки, холодная прокатка латуни, латунь Л63, микроструктура, диаметр зерна, твердость, лабораторный прокатный стан 150х235.
К качеству листовых заготовок для глубокой вытяжки машиностроительными предприятиями стандартами предъявляются высокие требования не только по размерам и плоскостности, но и по структуре и механическим свойствам.
В справочнике [1] сформулированы требования, предъявляемые к микроструктуре заготовок данного типа: оптимальным размером зерна по 8-балльной шкале является зерно номеров 5 - 7; зерна материала не должны иметь характерно-наследственное вытянутое состояние; максимальное отношение длины зерна к его ширине не должно превышать 1,45; отклонения в размере зерна в общем объёме не должно превышать требований, предъявляемых стандартом ГОСТ21073. Отклонения размеров зерна более 12% не допускаются, так как это ведет к преждевременному разрушению металла при глубокой вытяжке.
Мелкозернистая структура и равномерное распределение механических свойств по толщине, длине и ширине прокатанных латунных листов позволяют использовать латунный прокат для глубокой вытяжки при штамповке сложных по форме изделий [2].
Однако деформационные режимы и технологии холодной продольной прокатки листов на заводах по обработке цветных металлов не всегда обеспечивают равномерную структуру и низкую анизотропность механических свойств проката [3, 4].
Цель работы усовершенствование схемы холодной прокатки латунных листов на основе экспериментального исследования, для улучшения структуры и механических свойств плоских заготовок.
Исследования по определению влияния направлений прокатки на структуру проводились на образцах из латунных листов Л63, отобранные из производственной партии ОАО «Кировский завод ОЦМ». Подготовлен-
154
ные квадратные образцы из латуни Л63 хим. состава Си 64 %, Zn 35 %, Pb 0,05 %, Sb 0,003 % имели толщину 2,5 м, длину и ширину 40 мм (табл. 1).
С использованием твердомера TK-2 определили твердость исходных образцов, которая составила 60НЯВ, что соответствует полутвердому состоянию проката.
Таблица 1
Основные показатели прокатки латунных образцов с исходной толщиной 2,5 мм
№ образца № прохода Направление прокатки ho, мм Ы, мм 8, % НЯВ Р, кН
1 1 Вдоль оси прокатки 2,5 1,7 32 - 40
2 Вдоль оси прокатки 1,75 1,3 23 73,4-92 110
2 1 Вдоль оси прокатки 2,5 1,75 30 - 39,6
2 Вдоль оси прокатки 1,75 1,25 28 72-91 107
3 1 Вдоль оси прокатки 2,5 1,8 28 - 39
2 Кантовка 1,8 1,4 22 81-90 107
4 1 Вдоль оси прокатки 2,5 1,85 28 - 39
2 Кантовка 1,85 1,4 24 85-92,8 108
Прокатку образцов проводили на лабораторном двухвалковом стане 150x235, оборудованном микропроцессорной системой измерения усилий прокатки [5]. Данная система позволяет: измерять силу прокатки (Р) по длине полосы и вычислять их средние значения под левым и правым нажимными винтами; вычислять суммарное значение сил прокатки и отображать значения на циферблатах приборов.
Опытную прокатку проводили в два прохода. В первом проходе все испытуемые образцы были прокатаны в продольном направлении вдоль оси прокатки. Затем при последующей прокатке во втором проходе у половины образцов было изменено направление деформации за счёт кантовки листов на 90о. Результаты прокатки представлены в табл. 1.
До и после опытной прокатки листов на шлифовальном станке «Не-риус» были подготовлены шлифы и использованием микроскопа «СarlZeiss» исследованы микроструктуры листов из латуни Л63. На рис.1 приведена микроструктура исходного листа латуни Л63 толщиной 2,5 мм
Исследовали структуры образцов после прокатки в продольном и поперечном направлениях. На рис.1, б приведена типичная структура листов из латуни Л63 толщиной 2,5 мм, прокатанных за два прохода в продольном направлении с обжатиями £1 = 32 %, £2 = 23 %. Фотографии были получены с торца образца при 100-кратном увеличении. На рис.1, б видна вытянутая структура сплава, практически совпадающая с направлением прокатки. Анализ структуры листов, прокатанных по традиционной схеме, т.е. без изменения направления прокатки, позволил установить следующие результаты:
1) форма зерна имеет соотношение ширины и длинны 1:3 (0,33), что более чем в 2 раза превышает отношение 1,45 (0,69), установленное ГОСТ 21073;
2) сформировались относительно крупные зерна - средний диаметр зерна равен 0,58 мм;
3) имеет место соседство крупных и мелких зерен, которое ведет к преждевременному разрушению металла при листовой штамповке.
На рис.1, в представлена структура листов сплава Л63 толщиной 2,5 мм после прокатки в двух направлениях. Первый проход осуществлялся вдоль оси прокатки, а второй после кантовки листа на 90о. Анализ структуры показывает, что линии скольжения вытянуты в 2 направлениях, характер структуры измельчённый (поломанный) соответствует направлению прокатки. В отличие от деформации в одном направлении форма зерна стала более равномерной, а также уменьшился средний диаметр зерна до 0,49 мм. Следовательно, диаметр зерна уменьшился на 16 % по сравнению с традиционной схемой прокатки листов.
а б в
Рис. 1. Структура латунных образцов исходной толщиной 2,5 мм до и после прокатки, 100-кратное увеличение: а - до прокатки; б - после прокатки в одном направлении; в - после прокатки с кантовкой перед вторым проходом
Исследовали механические свойства латунных образцов после прокатки листов по двум схемам деформирования. Твердость испытуемых образцов была определена твердомером ТК-2М в 12 точках по площади образца и регламентируется ГОСТ 9013-59.
156
При прокатке с кантовкой перед вторым проходом произошло увеличение и более равномерное распределение поверхностной твердости за счёт дополнительного искажения кристаллической решетки. Изменение направления прокатки листа во втором проходе, когда после кантовки длина стала шириной, привело к увеличению твердости в среднем на 10 НЕБ (10 %) с 73,1 до 81НКБ. При этом существенно уменьшилась анизотропия твердости с 18 до 10 НЕБ (44 %).
Определение предела текучести о0,2 и временного сопротивления ов опытных латунных образцов проводили при растяжении на разрывной универсально-испытательной машине ТтшБОЬеп в соответствии с ГОСТ 1497-84 до и после прокатки листов из сплава Л63.Для испытаний на растяжение использовали плоские образцы прямоугольного сечения.
При проведении испытаний образцов толщиной 2.5 мм первичные кривые растяжения имели следующий вид (рис.2). Результаты представлены в табл. 2.
Рис. 2. Первичная кривая растяжения латунных (Л63) образцов
Таблица 2
Показатели сил и напряжений образцов при испытаниях латунных образцов исходной толщиной 2,5 на растяжение в зависимости от схемы прокатки и величины обжатия
№ Схема № 8, Бо, Р02, ^0,2 Рн, Ов,
образца прокатки прохода % 2 см кН МПа кН МПа
1 Вдоль оси 1 55 10,4 510 490 530 510
прокатки 2 55 9,84 510 520 520 530
2 Кантовка 1 50 18,9 940 497 960 510
2 50 13,2 600 450 620 470
3 Вдоль оси 1 58 11,7 600 510 630 540
прокатки 2 58 10,32 540 520 575 550
4 Кантовка 1 52 14,4 790 550 830 570
2 52 13,08 750 570 790 600
В табл. 2 обозначено: So - площадь поперечного сечения образца до испытания, Рн - прилагаемая нагрузка для определения предела прочности, Р02 - усилие прилагаемой нагрузки для определения условного предела текучести.
Как видно на рис. 3 и табл. 2, разница между пределом текучести о0,2 и пределом прочности ов незначительна и составляет 13...30 МПа. Такое состояние наклепанного металла является предельным и не зависит от схемы прокатки, при попытке продолжить деформирование металл разрушается.
При холодной прокатке с увеличением обжатия повышаются прочностные характеристики (HRB; о02;ов) и понижается пластичность 5. Применение термической обработки (отжига) позволит существенно повысить пластичность латунных листов [7,8]. Полученные данные о величине зерна
(59 и 49 мкм) и степени деформации латунных листов £=50.58 % позволят обоснованно выбрать температуру отжига латуни Л63 по диаграмме рекристализации, приведенной на рис. 92 в работе [9].
Выводы
1. При холодной прокатке латуни Л63 изменение направления деформации листов за счёт кантовки позволяет получить более равномерную структуру, уменьшить анизотропию и повысить прочностные характеристики деформированного сплава.
2. Применение разнонаправленной с кантовкой схемы прокатки листов из сплава Л63 позволило уменьшить на 16 % средний диаметр зерна с 0,59 до 0,49 мм, повысить твердость в среднем на 11 % с 87,4 до 97,2 HRB по сравнению с традиционной продольной прокаткой.
3. Экспериментально установлено, что ресурс пластичности латунных листов при прокатке с обжатием около 55 % практически исчерпан, т.к. при этой деформации условный предел текучести на 20.30 МПа отличается от предела прочности при испытании образцов на растяжение.
Список литературы
1. Барановский М. А. Справочник мастера-штамповщика. 2-е изд. перераб. и доп. Минск: Беларусь, 1968. 404 с.
2. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. 6-е изд., перераб. Л.: Машиностроение, 1979. 520 с.
3. Технология обработки давлением цветных металлов и сплавов: учебник для вузов / А.В. Зиновьев [и др.]. М.: Металлургия, 1992. 512 с.
4. Новые технологии обработки давлением медных и цинковых сплавов: учеб. пособие / Р.Л. Шаталов, Н.А. Мочалов, Н.Ш. Босхамджиев, Г.Н. Кручер. М.: Теплотехник, 2006. 220 с.
5. Шаталов Р.Л., Лукаш А.С., Тимин Ю.Ф. Усовершенствование технологического процесса и математической модели холодной прокатки тонких полос из меди и латуней для улучшения их качества.
6. ГОСТ 9012-59. Металлы. Метод измерения твердости по Бринел-лю (с изменениями №1, 2, 3, 4, 5).
7. Золотаревский В. С. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1998. 306 с.
8. Материаловедение / Б.Н. Арзамасов [и др.]. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. 648 с.
9. Смирягин А.П., Смирягина Н.А., Белова А.В. Промышленные цветные металлы: справочник. М.: Металлургия, 1974. 488 с.
Шаталов Роман Львович, д-р техн. наук, проф., mmomdamail.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Калмыков Артём Сергеевич, асп., almykov. artiomayandex. ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Антонов Юрий Юрьевич, магистрант, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Литвинова Надежда Николаевна, канд. техн. наук, доц., pocahontalayandex. ru, Россия, Москва, Московский колледж №23
INFLUENCE OF COMBUSTION AND CHANGE OF ROLLING DIRECTION ON STRUCTURE AND PROPERTIES OF BRASS SHEETS
R.L. Shatalov, A.S. Kalmykov, Yu.Yu. Antonov, N.N. Litvinova
Experimentally, the influence of the change in the direction of rolling of sheets on the structure and properties of brass Л63 was studied on a two-roll mill 150x235. It has been confirmed that during the cold rolling of sheets in the same direction anisotropy and distortion of the structure is formed, which coincides with the rolling axis. A positive influence of the 90 ° sheet on the reduction of grain size and anisotropy of the microstructure and hardness of the sample, the magnitude of which increases. The application of the rolling scheme of sheets with a canting leads to an improvement of 10...15 % of the basic parameters of the de-formable metal.
Key words: rolling direction, cold rolling of brass, brass Л63, microstructure, grain diameter, hardness, laboratory rolling mill 150х235.
Shatalov Roman Lvovich, doctor of technical sciences, professor, mmomda mail. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Kalmykov Artem Sergeevich, postgraduate, almykov. artiomayandex. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Antonov Yuri Yurievich, master, almykov. artiomayandex. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Litvinova Nadezhda Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, pocahonta1 ayandex. ru, Russia, Moscow, Moscow College №23
