Исследование и разработка технологии производства проволоки из вольфрама тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат технических наук Шегай, Модест Анатольевич

• Шегай, Модест Анатольевич
• кандидат технических наук
• 1998

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка технологии производства проволоки из вольфрама»

Современное развитие новой техники (авиационные двигатели, космические ракеты, газовые турбины для энергетики, источники высокоинтенсивного света и т.д) требует применение тугоплавких металлов обладающих значительным сопротивлением ползучести в условиях высоких температур. В последние годы в развитыхнах получают бурное развитие ракетостроение, создание более совершенных летательных аппаратов, атомная энергетика, где плавленый и металлокерамический вольфрам применяют для армирования конструкционных материалов, изготовления сопловых насадок ракетных двигателей, а также решеток и катодов плазменных и ионных двигателей и др.

Современное развитие светотехнической и электронной промышленности обуславливает значительное повышение требований к качеству вольфрамовой проволоки марки ВА, являющейся одним из основных конструкционных и электродных материалов в этих областях техники.

Решению и развитию проблем, связанных с обработкой давлением тугоплавких металлов и сплавов на их основе, способствовали теоретические и экспериментальные исследования отечественных ученых С.И. Губкина, A.B. Крупина, М.В. Мальцева, И.Л. Перлина, Г.С. Писаренко, P.A. Нилендера, Е.М. Савицкого, В.Н. Выдрина и др. внесших много ценного в практику обработки металлов давлением.

Как известно свойства металлов зависят не только от химического состава, структуры, легирующих присадок и других факторов, но и от технологии получения конечного продукта.

В основе промышленного производства вольфрамовой проволоки лежит известный метод порошковой металлургии, предложенной Кулиджем в 1909 году. По этому методу вольфрамовый порошок брикетируют механическим способом, спекают в атмосфере водорода при прямом пропускании электрического тока и обрабатывают давлением (ковка и волочение). С тех пор технологические режимы применяемые в промышленности для производства вольфрамовой проволоки, в деталях претерпели ряд изменений. Однако, принципиальная схема технологического процесса получения вольфрамовой проволоки не изменилась.

Существующая технология не достаточно обеспечивает требуемое качество вольфрамовых пр> ¡ков и проволоки, необходимое на современном этапе развития. новой техники

Наряду с совершенствованием существующей технологии, необходим поиск новых методов обработки вольфрама, позволяющих повысить эффективность производства и улучшить качество вольфрамовой проволоки.

Одним из таких методов является прокатка на станках с многовалковыми калибрами .взамен ротационной ковки, с целью получения заготовок для волочения.

Целью данной работы является повышение эффективности производства вольфрамовой проволоки и улучшение ее качества на базе всесторонних исследований и разработка новой промышленной технологии обработки металлокерамических вольфрамовых штабиков.

В работе разработаны научно-обоснованные технологические режимы прокатки вольфрамовых штабиков до стадии грубого волочения, тем самым предложен способ обработки штабиков и прутков из вольфрама, исключающий традиционный способ ротационной ковки.

Настоящая работа выполнена под научным руководством профессора, доктора технических наук Петрова Анатолия Павловича.

Содержание

Введение. .2

Заключение диссертации по теме «Обработка металлов давлением», Шегай, Модест Анатольевич

Выводы по работе

1. На основании анализа существующей технологии производства проволочной заготовки и проволоки из вольфрама установлено:

- процесс ротационной ковки обладает рядом существенных недостатков таких как низкая производительность ограниченная как режимом так и размерами заготовки;

- большая трудоемкость с использованием ручного труда (70-80%);

- значительное газонасыщение и разрыхление поверхностных слоев и их механическое повреждение (микротрещины, заковы и др.);

- вольфрамовая проволока после ротационной ковки не в полной мере удовлетворяет по своим прочностным и пластическим свойствам уровню современных требований.

2. Результаты исследований вольфрамовых прутков полученных различными способами показывают, что катанные заготовки в четырехвалковом калибре обладают улучшенными механическими свойствами и структурой по сравнению с кованными. Четырехвалковая прокатка, как и другие способы пластической деформации вольфрама, приводит к формированию дислокационной ячеистой структуры, необходимой для оптимального сочетания прочности и пластичности в процессе последующего передела вольфрамовых прутков. Наиболее высокое значение трещиностойкости, оцениваемое при распростанении трещин вдоль оси прутка и служащие косвенной характеристикой склонности металла к расслоению, оказалось у прутков полученных четырехсторонней прокаткой.

3. На основании проведенных исследований определены оптимальные температуры, скорости прокатки и степени деформации при прокатке на станах МК-200 и МК-150 и составлены уравнения регрессии. Так оптимальным режимом прокатки на стане МК-200 следует считать: температуру прокатки - 1450+1550°С; скорость прокатки - 0,6+0,8 м/с; средняя вытяжка за проход - 1,26+1,28; На стане МК-150: температура прокатки 1350+1450°С; скорость прокатки - 0,8+1,0м/с; средняя вытяжка за проход - 1,3.

4. Определено влияние отжига и место его проведения в технологическом процессе получения вольфрамовых прутков. Предложено проведение отжига в садочных печах вместо традиционного проведения отжига в сварочных аппаратах прямым пропусканием электрического тока. Отжиг вольфрамовых прутков предпочтительно проводить после третьего прохода, т.е. после суммарной степени деформации около 50-60%, при температуре 1600-1700°С в течение 2-3 часов.

5. Исследованы и определены оптимальные технологические схемы деформации вольфрамовых прутков, с целью получения качественной вольфрамовой заготовки с улучшенными структурами и механическими свойствами. Технологический процесс заключающийся в прокатке вольфрамовых штабиков в четырехвалковых калибрах на размер З-г-4 мм при оптимальных режимах прокатки обеспечивает получение качественной проволочной заготовки.

6. Разработана математическая модель качества прутков полученных после прокатки в четырехвалковых калибрах на гладкой бочке, в результате чего определена уточненная технологическая схема деформации прутков, позволяющая довести прокатку вольфрамовых штабиков до стадии грубого волочения.

7. На основании проведенных исследований можно сделать вывод о возможности получения качественной вольфрамовой проволоки с использованием сортовых станов с четырехвалковыми калибрами, позволяющими полностью исключить традиционный способ получения вольфрамовой проволочной заготовки -ротационная ковка.

8. Разработанная технология внедрена на Узбекском комбинате тугоплавких и жаропрочных металлов. Внедрение новой технологии позволило получить годовой экономический эффект более 837 тыс. рублей в ценах 1997г. Показано, что разработанная технология вольфрамовой проволоки обеспечивает повышение эффективности производства и выпуск вольфрамовой проволоки на уровне лучших мировых образцов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шегай, Модест Анатольевич, 1998 год

1. Кол чин ИЛ!. Зарубин В.И. Производство тугоплавких металлов. М., Металлургия,986. с. 42-53'.

2. Петров В.А. Ярцев В.Г. Воронцов В.К. и др. Исследование напряжений и деформаций при ротационной ковке рельефными бойками. Металлургия вольфрама и молибдена., Металлургия, 1982, (ВНИИТС), с.67-72.

3. H.Li. d.Pugh. К Asheroff Industire Anzliger, 1964, N 33 с. 605-612.

4. Мальцев М.В. Доронькин Е.Д., Езерский К.И. Гидростатическая обработка тугоплавких металлов. М., Металлургия, 1978, 272 с.

5. Пью Х.Л.Д. Гидроэкструзия. Механические свойства материалов под высоким давлением, (пер. с англ.), вып. 2. М., Мир, 1973, с.9-162.

6. Шаповал А Н., Изотов В.М. Вибрационная обработка металлов. М., ВНИИцветмет экономики и информации, 1985, 56 с.

7. Полу хин П. И. Гун Г. Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Справочник. М., Металлургия, 1982, 352 с.

8. Козерадский С. А., Лунев А.Г., Внуков В.И. Обработка металлов давлением. Теория и технология. Научн. тр. МИСиС., М., Металлургия, 1984, с.74-79.

9. Клименко В.М. Шаповал В.Н. Вибрационная обработка металлов давлением. Киев. Техника, 1977, 128 с.

10. Жукевич-Стоша Н Е., Самсонов A.B., Цветные металлы, 1984, №4, с.66-70.

11. Коликов А.П., Крупин A.B. и др. Технология и оборудование для обработки тугоплавких металлов. М., Металлургия, 1982, 328 с.

12. Пастухов В.В., Барков A.A. A.c. N 971575 (СССР), 1982.

13. Изотов В.М. В кн. "Металлургия вольфрама и молибдена". М., Металлургия, 1982, с. 35-38.

14. Паришков В.Г., Несговоров В.В., Алешина Л.Д. и др. Порошковая металлургия,1980. №5, с.81-83.

15. Барков Л.А. Пастухов В.В., Мымрин С.А. и др. Цветные металлы, i985. №1 i. с 58-59.

16. Барков J1.A., Мымрин С.А., Пастухов В.В. и др. Известия ву зов. Черная металлургия, 1981, № 11, с. 82-84.

17. Барков Л.А., Мымрин С.А., Пастухов В.В. и др. Цветные металлы ¡984. „\1м I. . 104-106.

18. Мымрин С.А., Чистякова М.Ф. В сб. "Теория и технология прокатки". Челябинск. Челябинский политехнический институт, 1984, с. 136-140.

19. Корякин И.В., Паршиков В.Г., Несговоров В.В. и др. В сб. "Тугоплавкие металлы", №23, М., Металлургия, 1981, (ВНИИТС), с.45-48.

20. A.c. № 778831 (СССР) /Выдрин В.Н., Пастухов В.В., Барков Л.А. и др Опубл. в Б.И., 1980, №42.

21. A.c. N 778829 (СССР) /Выдрин В.Н., Пастухов В.В., Барков Л.А. и др. Опубл. в Б.И., 1980, №2.22. Пат. 4229961 (США), 1980.

22. Барков Л.А., Пастухов В.В., Мымрин С.А. Цветные металлы. 1982. № i. с 79-80

23. Барков Л.А., Пастухов В.В., Мымрин С.А. В сб. "Теория и технологичекая прокатка", Челябинск, Челябинский политехнический институт, 1982. № 274, с. 80-85.

24. Тетерин П.К. Теория поперечной и винтовой прокатки. М. Металлургия, 1983. 270 с.

25. Потапов И.Н., Лунев А.Г., Ларин Э.Н. и др. A.c. N 963583 (СССР), 1982.

26. Ларин Э.Н., Потапов И.Н., Горбатюк С.М. и др. Научн. тр. МИСиС. М. Металлургия, 1982, с. 80-81.

27. Чернышов В.Н., Гун Г.Я., Максудов П.С. и др. Процесс прокатки в вакууме. Ташкент, ФАН, 1980,79 с.

28. Потапов И.Н., Горбатюк С.И., Ларин Э.Н. и др. A.c. 835540 (СССР), 1981 г.

29. Ларин Э.Н., Потапов И.Н., Горбатюк С.М. и др. А7С7 931245 (СССР). 1982

30. Жилкин В.З., Непомнящий В.И., Жуков A.B. и др. Обработка металлов давлением. 1983, № 10, с. 104-106.- 13632. Varge L. 8 th Congr. Mater. Test. Bbudapest, 1982.

31. Павлов И.М., Мехед Г.Н., Чопоров В.Ф. Исследование механических свойств вольфрамовой проволоки. Сб. "Пластическая деформация нерядовых металлических материалов., "Наука", М., 1976, с. 204-208.

32. Выдрин В.Н., Барков Л.А., Пастухов В.В. и др. Исследование прокатки вольфрамовых прутков. Журнал "Порошковая металлургия" N 5 1978, с. 30-33.

33. Рощин В.Ф., Пастухов В.В., Изотов В.И., Сердюк А.Г. Исследование технологических параметров при деформации вольфрамовых штабиков. Сб. "Исследование тугоплавких металлов", М., Металлургия, 1988.

34. Изотов В.М., Шегай М.А. Производство прутков из тугоплавких металлов. Ж. "Цветные металлы" № 5, 1988.

35. К.Агте, Н.Вацек. Вольфрам и молибден. Издательство «Энергия», 1964.

36. Барков JI.A., Выдрин В.Н., Пастухов В.В., Черныщев В.Н. Прокатка металлических металлов с многосторонним обжатием. М., 1988.

37. Львовский E.H. Статистические методы построения электрических формул М., Высшая школа, 1982. с. 122-136.

38. Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. "О методе исследования малых объемных изменений". Вопросы физики металлов и металловедения, Киев, Науковая думка, 1964, с. 191-196.

39. Мильман Ю.В., Иващенко Р.К., Шегай М.А. «Исследования структуры и механических свойств прутков из вольфрама» Научные труды ИПМ АНУССР вып. 5, 1990г., с.77-94.

40. Велик Е.В., Каверина С.Н., Минаков В.Н. и др. Структурные изменения и хладноломкость молибдена при деформации. ФФМ, 1967, 24,№ 4, с. 535-539.

41. Иващенко Р.К., Манилов В.А., Мильман Ю.В. Роль ячеистой структуры в формировании механических свойств, ФММ, 1969, 28, № 6 с. 1070-1077.

42. Zuo Ti ey ong "A Study on Hie btitfleness of W and Mo at zoot tempereture. J.Cent. S.Inst. Min. and Met. 1986, № 4. p 46-54.

43. Трефимов В.И., Структура, текстура, и мех. свойства деферинцированных сплавов Мо и W Наукова думка, 1983, с. 230.

44. Курдюмова Г.Г., Мильман Ю.В., Трефимов В.И. К вопросу о классификации микромеханизмов разрушения по типам. Металлофизика, 1979, вып. 2 с. 55-62.

45. Шегай М.А., Барков Л.А., Мымрин С.А. «Влияние режимов прокатки вольфрамовых штабиков на структуру и механические свойства прутков» Ж. «Цветные металлы» №4, 1992г.

46. Комагоров B.JI. Механика обработки металлов давлением. Металлургия, 1986 г., с. 680.

47. Штребель Б.А., Ласков A.M., Шегай М.А. Международная конференция по компьютерной пластичности, Испания, Барселона, 1992г.

48. Указанная технология производства вольфрамовой проволоки разработана и внедрена при непосредственном участии и под руководством инженера Шегай М.А. Он является ответственным исполнителем данной работы.

49. Им лично исследованы и разработаны технология производства и нормативно-техническая документация.

50. Экономический эффект от внедрения данной технологии производства вольфрамовой проволоки составляет 837973,51 руб./год или 135157,02 тыс. USD/год.

51. Главный инженер УзКТЖМ Нурматов Б.Т.

52. Зам директора по производству ~~ / . Коротченко B.C.

53. Михритдинов P.M. Токмашов A.B.1. Нисанбеков А.Ю.1. Утюж В. В.

54. Начальник ЦНИТЛ, д. т.н. Q.1. Начальник ОТКс.1. Начальник цеха №7 ин-м-арДЦ^УI

55. Узбекский комбинат тугоплавких и жаропрочных металлов

56. СОГЛАСОВАНО: Зам.главного икжедера ючальчик ЦК ИГЛ1. Щъу^'З михр^гдаор Р.М.1. У" ^ 1998 г.1. ЕРЖДАЮ:1.- <-.• Л^АЧВЛ*'- VI"!1. У* Лщык инженер1. НУРМАТОВ Б. Т. Т998 г.

57. Производство вольфрамовой проволоки для новой техники специальных источников света ТИ-48-420е-7-8<\981. РАЗРАБОТАНО:

58. Начальник технологического сектора ЩШ1. ШЕГАЙ " $ " Т998г.

59. СРОК ВВЕДЕНИЙ: СРОК ДЕЙСТВИЯ;март Т998г. март 2003г.

60. Сущность технологического процесса.

61. Л. Сырье, основные и вспомогательные материалы.- варенные вольфрамовые штабики ТУ-4208-09-96- Водород технический ГОСТ 3022-80

62. Режимы обработки т прокатки

63. ЭД Размеш ! Допуск по ! Темпеттупа ! Скорость п/п пюоката, ! размеру, I чагюева штаб>т-! прокатки, ! 'мм \ т ! ка/прутка, I м/с ! ! °С !тО,3x^0,32. 8,7x8,73. 7,9x7,9

64. Я. Отжиг вель<*рамовых прутков 7,9x7,9 мм1. СУЩЮОТЬ ПРОЦЕССА

65. Описание технологического процесса. Отжиг вольфрамовых прутков проводят в муфельных электропечах р водородной среде для предохранения молибденовой !агревательно" сптоали и огреваемого металла от окисления.

66. Технологически' режим отжига.

67. Температура в зоне нагрева '650° +

68. Продолжительность аагрева < часа

69. Охлаждение в холодильнике не менее 30 мин.24. Технические требования- Отожжены" пруток не должен иметь следо* окисле.серебрения.-На поверхности прутков не должно быть трещи 1, задиров, вмятин.

70. Контроль процесса и качество продукции.

71. Температуру нагрева прутков для проведения отжига он^еделяют оптическим пирометром "Преминь".- Температуру в рабоче: зоне печи замеряют г 1ачале рабоче' смены и в течение смены по мере необходимости;- Качество поверхности прутков определяют визуально,

72. Прокатка воль^амовых прутков с размера 7,9x7,9 мм на размер 7,0*7,Г мм (П прокатка) Сущность процесса Прокатка вольфрамовых прутков после отжига с раздета 7,9x7,9 мм на размер 7,0x7,0 мм, производится в клети стана

73. МК-200. Нагрев прутков проводится в муфельной электропечи. Прокатка проводится по режиму:размег> ! Допуск по ! Температура ! Скорость проката, ! размеру, ! нагрева, " ! прокатки,ш ! мм ! °С ! м/с7,0x7,0 ± 0,1 1600 + 50 0,8

74. Остальные требования см. п.Т.2; 1.3; Т.4; т,5. настоящей инструкции

75. Прокатка вольфрамовых прутков с размера7,0x7,0 мм на размер 4,Тх4,Т мм (Ш прокатка).1. Сущность процесса.

76. Прокатку вольфрамовых прутков с размера 7,0x7,0 мм на размер 4,тх4,т мм проводят в два этапа, на двух отдель» ных блоках Ж-т 50x2, состоящих из двух прокатных клетей МК-Т50.

77. ПервыГ- этап заключается в прокатке вольфрамовых прутков с размера 7,0x7,0 мм на размер 5,3x5,3 мм на непрерывном двухклетьегом стане МК-Т5Рх2.

78. Второй этап заключается в прокатке вольфрамовых прутков с размера 5,3x5,3 мм размер 4,1x4,! мм т непрерывном двух-клетьевом стане МК-Т50-2.

79. При условии, что гГ, = 0,8 м/с; 1,32, то яГ^ = 1,0 м/с.

80. Фиксируется рояиками выводной проводки и непосредственно задается т гродную прс-Родку второй клети, таким образом происходит непрерывная прокатка в двухклетьевом стане 5<Ч2 на ртором этапе прокатки.

81. Режимы обработки Ш шокатким" ! ^аямерн ! Допуск по ¡Температура ! Скоростьг/и! проката, ! размеру, 1 нагрева ! прокатки,мм ! ' мм прутков, иС ! м/с1. Г^-Г л , .л.0,05 1400 +50 0,81. О«-- " —" Т Л5 -тт. т тт ^ VI3. + 0,05 1400 +50 0,84. 4,-х4,- 1,0

82. Остальные требования согласно п.1.4; 1.5 данной инструкции

83. Птюкатка вольфрамовых пр;утког с размера 4,1х4,~ мм до круга диаметг.сь. м

84. Т ппокатка) "узость процесса.

85. Режимы обработки Т прокатка.

86. Остальные требования согласно 1.4; ~;5 даипо"-инструкции.

87. Волочение вольфрамовых прутков ^ 3,3до диаметра т,43 мм на пеп^см стане ЦС-2В.1. Сущвость процесса

88. Волочение <•» способ обработки металла да^енмеь'., при котором обрабатываемы? металл в виде заготовки-постоянного поперечного сечения протягивается через волочильньТ инструмент (волоку)

89. Скорость ! волочения, ! м/мин

90. Температура -агрева волок: 450 500°С;

91. Волочение вольфрамовой проволоки с диаметра ,43 мм до диаметра 20 тем согласно инструкции "-V"I.