Совершенствование линий производства, оборудования и процессов получения плакированных плоских заготовок больших толщин на основе алюминия с целью разработки нового класса материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Лукашкин, Александр Николаевич

• Лукашкин, Александр Николаевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лукашкин, Александр Николаевич

Введение.

Раздел I. Общая часть

1.1. Сортамент плакированных плит, листов, полос и лент.

1.2. Материалы, применяемые в производстве плакированных плит, листов, полос и лент.

1.3. Основные технологические особенности получения плакированных материалов.

1.4. Технологическая схема получения плакированных плит, листов, полос и лент на основе алюминия и его сплавов.

1.5. Выводы по разделу.

Задачи исследования.

Раздел II. Основные металлургические машины и оборудование для получения плакированных плит, листов, полос и лент

2.1. Основное металлургическое оборудование для получения слитков деформируемых алюминиевых сплавов.

2.2. Оборудование и технология подготовки слитков алюминиевых сплавов к горячей прокатке.

2.3. Стан горячей прокатки плакированных и неплакированных плит, полос и листов из алюминия и алюминиевых сплавов.

2.4. Гидравлический вертикальный пресс.

2.5. Травильное отделение.

2.6. Участок холодной прокатки.

2.7. Участок термообработки и отделки плакированных материалов.

2.8. Выводы по разделу.

Раздел III. Совершенствование оборудования линии плакировочного стана холодной прокатки

3.1. Общие положения.

3.2. Методика проведения исследования.

3.3. Результаты опытов по осадке предварительно деформированного алюминия со сталью 12Х18Н10Т.

3.4. Модернизация линии холодного плакирования алюминия.

3.5. Выводы по разделу.

Раздел IV. Метод расчета деформаций и усилий осадки трехслойной составной плоской заготовки

4.1. Общие положения.

4.2. Особенности деформации трехслойных плоских заготовок.

4.3. Анализ процесса осадки трехслойного пакета с наружным расположением твердых (более прочных) слоев.

4.4. Анализ методики определения силовых условий осадки трехслойного пакета t.

4.5. Методика анализа устойчивости деформации твердого слоя в пакете при осадке.

4.6. Экспериментальная проверка методики анализа процесса осадки трехслойного пакета.

4.7. Выбор гидравлического вертикального пресса для получения крупногабаритных трехслойных заготовок.

4.8. Выводы по разделу.

Раздел V. Разработка технологических процессов получения плоских плакированных заготовок широкого размерного сортамента на основе алюминия.

5.1. Общие положения.

5.2. Анализ особенности получения плакированных материалов в состав которых входит алюминий и его сплавы.

5.3. Влияние условий прокатки алюминиевых пакетов на формирование прочных соединений.

5.4. Методика определения деформаций и усилий при плоской прокатке двухслойного пакета.

5.5. Исследование процесса плакирования алюминия цинком и его сплавами и высокопрочных металлов и сплавов алюминием с цинковым покрытием.

5.6. Исследование процесса получения осадкой плоских плакированных заготовок широкого размерного сортамента на основе алюминия.

5.7. Термомеханические параметры процесса получения плакированных материалов широкого размерного сортамента на основе алюминия.

5.8. Возможности нового технологического процесса.

5.9. Выводы по разделу.

Общие итоги и выводы по работе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование линий производства, оборудования и процессов получения плакированных плоских заготовок больших толщин на основе алюминия с целью разработки нового класса материалов»

В России нет специализированного производства плакированных материалов в виде плит, листов, полос и лент на основе алюминия. Изготовление плакированных материалов является сопутствующим производству полуфабрикатов из алюминия.

Ставится задача определить состав оборудования для получения плакированных материалов, разработать предложения по модернизации основного оборудования, создать методы расчета усилий деформирования пакетов при прокатке и осадке для выбора вертикальных гидравлических прессов, расширить сортамент плакированных материалов на основе принятого оборудования, новых теоретических и технологических разработок в области плакированных материалов в состав которых входит алюминий.

Раздел I. Общая часть 1.1. Сортамент плакированных плит, листов, полос и лент на основе алюминия.

Сортамент содержит [8]:

1.1.1. Листы и плиты из алюминия и его сплавов с односторонней и двухсторонней полной или частичной плакировкой медью для изготовления токоведущих деталей в радио- и электротехнических отраслях промышленности, а также для выпуска товаров народного потребления (посуды).

Листы технологичны - подвергаются механической обработке (резке, гибке, штамповке, сверлению, фрезерованию) без нарушения сплошности соединения слоев, имеют высокую электро- и теплопроводность.

Сортамент: 1,5 20,0 х 300 -н 1200 х 400 4- 3000 мм.

Толщина слоя меди 0,1 -г- 0,4 мм.

1.1.2. Листы из алюминия с односторонней плакировкой сталью 12Х18Н9 для широкого потребления (кухонной посуды). Листы технологичны - подвергаются штамповке, имеют высокую теплопроводность.

Сортамент: 1,5 3,0 х 300 х L мм.

Толщина слоя стали 0,2 ч- 0,4 мм.

1.1.3. Листы из алюминия и сплава АМЦ с двухсторонней плакировкой силумином (Si = 6 -г- 7 %) для паянных конструкций криогенной техники.

Листы технологичны - подвергаются гибке и формовке.

Сортамент: 1тЗх 300 4-1000 х L мм.

Толщина силуминовой плакировки - 5 6 %.

1.1.4. Ленты из алюминия и сплава АМЦ с двухсторонней плакировкой силумином (Si = 6 -г- 7%) для паянных конструкций радиаторов автотранспорта.

Сортамент: 0,15 -г- 0,3 х кр. 50 х L мм.

Толщина силуминовой плакировки - 5 - 6 %.

1.1.5. Биметаллические листы и плиты сталь 12Х18Н10Т — алюминиевые сплавы для изготовления вакуум - плотных переходников для соединения плоскостных деталей и трубопроводов различного проходного сечения в ракетно-космической технике и судостроении [47].

Сортамент: 3,5 -s-15 х 400 1500 х 600 4-1500 мм.

Соотношение слоев равное.

Механические свойства: ав = 539 633 мПа, сг0,2 = 392 ч- 490 мПа; 5 = 15-20%. Прочность соединения слоев: ств > 98 мПа; тср > 49 мПа.

1.1.6. Биметаллические плиты из алюминия с двухсторонней наружной плакировкой высокопрочными алюминиевыми сплавами для изделий повышенной коррозионной стойкости и прочности при ударном нагружении.

Сортамент: 50 -г- 120 х 1500 х L мм.

Толщина плакирующего слоя - до 20 %.

Перед соединением с другими металлами методами пластической деформации все алюминиевые сплавы плакируются алюминием марки АО или А1.Толщина технологической алюминиевой плакировки составляет до 5 %.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Лукашкин, Александр Николаевич

5.9. Выводы по разделу.

1. Получение осадкой плакированных плоских заготовок широкого размерного сортимента по толщине и соотношению толщин слоев из алюминия в сочетании с другими металлами и сплавами невозможно при непосредственном контакте разнородных и однородных металлов. Не смотря на большие давления, деформацию пакета и мягкого слоя, температурную активацию», параметры процесса не является оптимальными для обеспечения прочного соединения слоев.

2. Предложено получение плакированных плоских заготовок на основе алюминия в сочетании с другими металлами и сплавами, например, медью, сталью, титаном, высокопрочными алюминиевыми сплавами, осуществлять осадкой через катаную прослойку алюминия с односторонней или двухсторонней плакировкой металлом с температурой плавления меньшей температуры горячей деформации алюминия и сплавов на его основе.

3. Перед осадкой слоистую прослойку прокаткой наносят на медные, стальные, титановые заготовки. Контакт слоев осуществляется со стороны алюминиевого слоя.

4. Разработана методика расчета деформационных и силовых параметров прокатки пакетов на стадии формирования межслойных связей с учетом к.н.д. В основу методики принят метод работ.

5. Проведено экспериментальное и аналитическое изучение процесса совместной плоской прокатки алюминиш с цинком при комнатной температуре за один проход с обжатием 60 % с определением КНД и расчетом давления.

6. На основе изучения процесса плоской прокатки получены заготовки из алюминия с плакировкой цинком, сплавом цинка с титаном, сплавом цинка с 5 % алюминия для прослоек. Толщина односторонней плакировки составляет 0,1-0,2 толщины прослойки.

7. Определены режимы плакирования высокопрочных металлов и сплавов слоистыми прослойками при прокатке и режимы осадки пакетов, состоящих из плакированных заготовок с наружным покрытием цинком и заготовок из алюминия и его сплавов, с плакировкой алюминием.

8. Процесс получения широкого размерного сортамента по толщине и соотношению толщин слоев плоских заготовок из стали, титана, меди и других металлов и сплавов в сочетании с алюминием и его сплавами обеспечивает высокую прочность и качество соединения слоев. Прочность соединения равна прочности алюминиевой прослойки.

Общие итоги и выводы по работе.

1. Предложена и научно ^ обоснована новая линия производства плакированных материалов на основе алюминия. В линию введены вертикальные гидравлические прессы для осадки многослойных пакетов.

2. Разработана методика анализа процесса осадки трехслойного пакета с расположением слоев по схеме Т-М-Т. Проанализировано напряженно-деформированное состояние слоев пакета. За параметр оптимизации принят

КНД - коэффициент неравномерности послойной деформации ( К =

3. Изучено влияние разных факторов процесса осадки пакета на КНД (геометрия пакета и слоев, межслойное и контактное трение, механическая неоднородность слоев) и давление осадки.

4. Определено условие устойчивого деформирования слоев в пакете с учетом КНД. Методика позволяет устанавливать деформационные параметры осадки пакетов, исключающие локальные утонения и разрывы прочного (твердого) слоя.

5. Проведено сравнение расчетных параметров осадки трехслойных пакетов, на примере композиции медь- алюминий-медь, с результатами экспериментов. Сравнение показало близкую сходимость.

6. Получение осадкой плакированных плоских заготовок широкого размерного сортамента по толщине и соотношению толщин слоев из алюминия в сочетании, с другими металлами и сплавами невозможно при непосредственном контакте разнородных и однородных металлов. Несмотря на большие давления, деформацию пакета и мягкого слоя (М), температурную активацию параметры процесса осадки не являются оптимальными для обеспечения прочного соединения слоев.

7. Предложено получение плакированных плоских заготовок на основе алюминия в сочетании с другими металлами и сплавами, например, медью, сталью, титаном, высокопрочными алюминиевыми сплавами, осуществлять осадкой через катаную прослойку алюминия с односторонней или двухсторонней плакировкой металлом с температурой плавления меньше температуры горячей деформации алюминия и сплавов на его основе.

8. Перед осадкой слоистую прослойку прокаткой наносят на медные, стальные, титановые заготовки. Контакт слоев осуществляется со стороны алюминиевого слоя.

9. На основе изучения процесса холодного плакирования алюминия в плакировочный стан внесены новые конструктивные элементы. Предложено стан кварто дополнить деформирующим модулем со стороны входа металла в пластическую зону.

10. Разработана методика расчета деформационных и силовых параметров прокатки пакетов на стадии формирования межслойных связей с учетом КНД, в основу методики принят метод работ.

11. Проведено экспериментальное и аналитическое изучение процесса совместной плоской прокатки алюминия с цинком при комнатной температуре за один проход с обжатием 60% с определением КНД и расчетом давления.

12. На основе изучения процесса плоской прокатки получены заготовки из алюминия с плакировкой цинком, сплавом цинка с 5% алюминия для прослоек. Толщина односторонней плакировки составляет 0,1-0,2 толщины прослойки.

13. Определены режимы плакирования высокопрочных металлов и сплавов слоистыми прослойками при прокатке и режимы осадки пакетов, состоящих из плакированных заготовок с наружным покрытием цинком и заготовок из алюминия и его сплавов с плакировкой алюминием.

14. Процесс получения широкого размерного сортамента по толщине и соотношению толщин слоев заготовок из стали, титана, меди и других металлов и сплавов в сочетании с алюминием и его сплавами обеспечивает высокую прочность и качество соединения слоев. Прочность соединения равна прочности алюминиевой прослойки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лукашкин, Александр Николаевич, 2006 год

1. Н.П. Громов. Теория обработки металлов давлением: М.: Металлургия, 1978 г. с. 360.

2. Е.П. Унксов. Инженерные методы расчета усилий при обработке металлов давлением.: М.: Машгиз, 1955,258 с.

3. Э. ' Томсон, Ч. Янг, Ш. Кобаяши. Механика пластических деформаций при обработке металлов. М.: Машиностроение, 1969, с. 504.

4. Меандров JI.B. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук, М.: 1972, с. 36.

5. Крейндлин Н.Н. Расчет обжатий при прокатке листов и лент из цветных металлов и сплавов. Металлургиздат, 1950., с. 254.

6. А.А. Королев. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов, М.: Металлургия, 1985, с. 376.

7. А.А. Королев. Прокатные станы и оборудование прокатных цехов (Атлас). М.: Металлургия, 1981.

8. ОАО ВИЛ С, 40 лет, 1961 2001. Научные разработки, промышленная продукция, производственные и методические услуги. Москва, 2001, с.91.

9. А.В. Курдюмов, М.В. Пикунов, В.М. Чурсин, E.JI. Бибиков. Производство отливок из сплавов цветных металлов. М.: МИСиС, 1996, с.504

10. П.И. Полухин, Н.М. Федосов, А.А. Королев, Ю.М. Матвеев. Прокатное производство. М.: Металлургия, 1968,2-ое изд., с. 676.

11. А.Ф. Мете. Организация производства в прокатных цехах, М.: Металлургия, 1969, с.316.

12. А.И. Мохов, А.Г. Кобел ев, В.П. Троицкий. Оборудование цехов обработки металлов давлением, часть 1, Прессы, РПК, Политехник, Волгоград, 2000, с. 416.

13. Н.Д. Лукашкин, Т.И. Башкирова. Структура и свойства зоны соединения алюминиевых сплавов, плакированных при литье. «Металловедение и термическая обработка металлов», 1990 г., № 4, с. 77-79.

14. С.А. Голованенко, Л.В. Меандров. Производство биметаллов. Издательство «Металлургия», 1996 г., с. 304.

15. В.К. Король, М.С. Гильденгорн. Основы технологии производства многослойных металлов. Издательство «Металлургия», М: 1970, с. 236.

16. Н.Д. Лукашкин. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.т.н., М: 1988, с. 45.

17. Н.П. Громов, Н.Д. Лукашкин, Т.И. Башкирова. Сравнение процессов получения биметаллов прокаткой и осадкой. Сталь, №11, с. 52-54.

18. И.Г. Кирпа, П.Г. Микляев, Л.И. Стоклицкий, А.С. № 139129, Бюлл. «Изобретения, промышленного образца и товарные знаки», 1960.

19. А.С. Гуляев. Качество сварного соединения в зависимости от условий прокатки биметаллов. Цветные металлы, 1967, №4, с. 83-85.

20. Б.С. Тихонов. Прокатка цинка. М: Металлургиздат, 1963, с. 200.

21. P.JI. Шаталов, А.В. Алдунин, Н.Ш. Басхамджиев. Разработка режимов горячей деформации полос из цинкового сплава на основе моделирования методами кручения и прокатки. Производство проката. 2002, №3, с. 18-20.

22. Н.Ш., Басхамджиев. Автореферат кандидатской диссертации. М: 2003, с. 22.

23. А.И. Целиков, А.Д Томленов, В.И. Зюзин, А.В. Третьяков, Г.С. Никитин. Теория прокати. Справочник. М: «Металлургия». 1982, с. 335.

24. С.А. Голованенко. Сварка прокаткой биметаллов. М: «Металлургия», 1977, с. 158.

25. А.П. Семенов. Схватывание металлов. -М: Машгиз, 1958, с. 280.

26. JI.H. Дмитриев, Е.В. Кузнецов, А.Г. Кобелев и др. Биметаллы, Пермь, 1991, с. 415.

27. Э.С. Каракозов. Сварка металлов давлением. М: Машиностроение, 1986, с. 275.

28. Н.Д. Лукашкин, JI.C. Кохан, А.М. Якушев. Конструкция и расчет машин и агрегатов металлургических заводов. М: Москва, ИКЦ «Академкнига», 2003, с. 456.

29. Патент Р.Ф. № 223207 Слоистая прослойка на основе алюминия .для получения биметаллов. Н.Д. Лукашкин, А.Н. Лукашкин. 10.07.2004 г. , Бюл. №19.

30. Н.Д. Лукашкин, А.Н. Лукашкин. Методика определения деформаций и усилий при плоской прокатке двухслойного пакета. Производство проката, №7, 2003, с. 22-25.

31. А.Н. Лукашкин. Холодная сварка алюминия при плоской прокатке. Состояние, проблемы и перспективы развития металлургии и обработки металлов давлением. Сборник трудов МГВМИ и Союза Кузнецов, выпуск 3, Москва, 2003, с.110-113.

32. Н.Д. Лукашкин, В.К. Король. Биметалл титан нержавеющая сталь с подслоем алюминия. Промышленные биметаллы. ВИЛС, ОНТИ, 1971, с. 33-37.

33. А.Н. Лукашкин. Особенности деформации пакетов с разными прочностными свойствами слоев. Состояние, проблемы и перспективы развития металлургии и обработки металлов давлением. Сборник трудов МГВМИ и Союза Кузнецов, выпуск 4, Москва, 2004, с. 310-312.

34. Б.А. Калачев, В.А. Ливанов, В.И. Елагин. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М: «Металлургия», 1981, с. 414.

35. Патент Р.Ф. № 2230639. Прокатный стан для холодного плакирования алюминия другими металлами. Н.Д. Лукашкин, Л.С. Кохан, А.Н. Лукашкин, 20.06.2004. Бюл. №17.

36. Н.Д. Лукашкин. Особенности деформации слоистых плоских заготовок с наружным расположением твердых слоев. Технология легких сплавов. 1987, вып. 1, с. 43-48.

37. Н.И. Корягин, А.В. Белов, И.А. Шур и др. Агрегат прокатки алюминиевой ленты, плакированной нержавеющей сталью. Технология легких сплавов. 1983, №11-12, с.54-57.

38. Е.И. Астров. Плакированные многослойные металлы. М: «Металлургия», 1965, с. 239.

39. П.Ф. Засуха, В.Д. Корщиков, О.Б. Бухвалов, А.А. Ершов. Биметаллический прокат, М: «Металлургия», 1970, с.263.

40. Н.Д. Лукашкин, А.П. Борисов, JT.C. Кохан. Возможности обработки давлением в практике соединения металлов в твердой фазе. Известия вузов. Черная металлургия, 1995, №3, с.19-25.

41. А.Г. Кобелев и др. Производство металлических слоистых композиционных материалов. М: «Интермет инжиниринг», 2002. с. 496.

42. Н.Д. Лукашкин, А.М. Борисов, В.П. Ким, В.М. Ловцов, Е.М. Миклашевич. Расчет температур нагрева слоев пакета перед совместной пластической деформацией. Технология обработки легких и специальных сплавов. ВИЛС, М: «Металлургия», 1994, с. 88-94.

43. Г.Э. Аркулис. Закономерности совместной пластической деформации разных металлов. Магнитогорск, 1990, с. 88.

44. Г.Э. Аркулис. Совместная пластическая деформация разных металлов. М:»Металлургия», 1965.

45. Н.Д. Лукашкин, А.П. Борисов. Взаимодействие аустенитных коррозионно-стойких сталей с алюминием после разных режимов низкотемпературной обработки сплавов. ВИЛС. Москва 1995, с. 241-249, с.

46. Н.Д. Лукашкин, Я.Л. Соломоник, Е.М. Миклашевич и др. Расширение сортамента биметаллических плит композиции сталь 12X18Н1 ОТ сплав АМгб. Технология легких сплавов. №4, 2003, ВИЛС,с. 8-13.

47. А.П. Смирягин, Н.З. Днестровский, А.Д. Ландихов и др. Справочник по обработке цветных металлов и сплавов. ГНТИ, Черная и цветная металлургия, М: 1961, с. 872.

48. А.И. Колпашников. Прокатка листов из легких сплавов. М: Металлургия, 1979, с. 263.294.