Реферат: Прокатно-пресовое производство

Реферат: Прокатно-пресовое производство

1. Введение

Впервые в свободном виде алюминий был выведен в 1825г. датским физиком Эрстедом путем воздействия амальгамы калия на хлористый алюминий. Позднее, в 1827г., немецкий химик Велер усовершенствовал способ Эрстеда, заменив амальгаму калия металлическим калием. В 1854г. Сент-Клер Девиль во Франции впервые применил способ Велера для промышленного производства алюминия, внеся в него дальнейшие усовершенствования. Разработка этого метода положила начало промышленному производству алюминия по методу Сен-Клер Девиля.

Русский физико-химик в 1865г. Н.Н. Бекетов показал возможность вытеснения алюминия магнием из расплавленного криолита. Эта реакция в 1888г. была использована для производства алюминия на первом немецком заводе в Гмелингене.

Попытки организации производства алюминия в России относятся к 90-м годам прошлого столетия, когда для получения алюминия по способу Сент-Клер Девиля был построен небольшой завод, просуществовавший, однако очень короткое время (с 1885 по 1889г.). Мировую известность получили теоретические исследования в области изучения современного способа производства алюминия, выполненные в начале этого столетия П.П. Федотьевым и другими русскими учеными.

Первая промышленная партия (3 кг.) дюралюминия была использована для опытных работ в конструкторском отделе им. Туполева для изготовления первого металлического самолета, отдельных деталей самолетов Н.Н. Поликарпова, Д.П. Григоровича.

Музалевский, Белов, Воронов, Миронов и др. с полным правом могут быть названы основоположниками отечественной металлургии легких сплавов. Г.Г. Музалевским был разработан метод плакирования дюралюминия алюминием. Плакирование значительно повысило пластичность при горячей прокатке, резко увеличило сопротивление к коррозии, что привело к устранению лакокрасочных покрытий самолета.

Под руководством А.Ф. Белова, Н.Д. Бобовникова, В.А. Ливанова, В.И. Добыткина проведен обширный комплекс исследований по коренному усовершенствованию методов литья слитков и технологии их обработки. Были разработаны горячая прокатка слитков без обрезки боковых кромок и холодная прокатка рулонов без применения промежуточных обжигов.

Почти за 50 лет отечественная металлообрабатывающая промышленность, производящая полуфабрикаты из легких сплавов, превратилась из опытных цехов в самостоятельную отрасль, которая темпам развития и по уровню техники производства занимало одно из первых мест в мире.

2. Разработка технологического процесса

2.1. Описание технологического процесса прокатки.

В настоящее время известно большое количество алюминиевых сплавов, позволяющих прокатывать их в листы и полосы для различных нужд народного хозяйства.

Прокатное производство является заготовительным производством и является завершающим звеном металлургического цикла: отливка заготовок, последующая прокатка. К алюминиевому прокату особенно тонколистовому предъявляются особые требования, как по геометрическим размерам, так и по механическим свойствам.

В зависимости от сплавов, технических условий на готовую продукцию и т. д. технологические процессы изготовления листов могут быть различными. Типичную схему производства листов из алюминиевых сплавов можно разбить на следующие стадии:

1. отливка слитков,

2. подготовительные операции,

3. горячая прокатка,

4. холодная прокатка,

5. термическая обработка,

6. отделочные операции.

Для прокатки листов и плит применяют слитки различной массы от 3 до 8 тонн. Масса слитка и его размеры определяются технологическими свойствами данного металла или сплава при прокатке, размерами и назначением готовых листов, мощностью и размерами основного оборудования и т. д.

Технология получения полос из слитков алюминия и его сплавов состоит из следующих операций:

• гомогенизирующий отжиг слитков, обеспечивающий снятие внутренних напряжений и уменьшение неоднородности слитка по структуре и химсоставу, Данная операция обеспечивает резкое возрастание пластических характеристик металла. Гомогенизация представляет собой нагрев слитка до температуры на 20-40 град. Ниже температуры плавления низкоплавких эвтектик и выдержку при этом в течение нескольких часов. В данный период растворимые составляющие переходят в твердый раствор и, благодаря диффузии выравнивается содержание легирующих составляющих. Для гомогенизации применяют электрические шахтные печи. Слитки устанавливают вертикально на некотором расстоянии друг от друга или укладывают в стопы с прокладками между слитками.

• Фрезерование поверхностей слитков с целью удаления ликвационных наплывов, включений, плен, шлака, трещин, а также получения сляба с параллельными гранями. Съем металла составляет 5-6 мм на сторону.

• Обезжиривание поверхностей с целью удаления механических загрязнений и наложение алюминиевых планшет.

• Нагрев перед прокаткой со строгим температурным контролем, необходимым вследствие высокой чувствительности сплавов к пережогу, заключающемуся в оплавлении низкоплавких эвтектик, расположенных по границам зерен, и вызывающему образование трещин и падение механических свойств.

• Горячая прокатка слябов. В первых проходах прокатки сплавов производится плакировка слябов листами из чистого алюминия. Благодаря большому давлению происходит приварка этих листов (планшет), создающая высокопрочную связь алюминиевого слоя с основным металлом. Эта операция предохраняет основной сплав от коррозии.

Прокатка листов и плит осуществляется на цилиндрических валках с гладкой поверхностью. Заготовкой является слиток определенного размера. Прокат, который используется вторично, называется подкат. Валки расположены горизонтально, и приводятся принудительно к вращению ролики, которые приводят слиток к движению называются рольганг.

Металл заготовки захватываются вращающимися валками за счет сил трения, возникающих на контактной поверхности между валком и заготовкой, В очаге деформации осуществляется уменьшение толщины заготовки. Толщина проката определяется зазором между валками, на просвет (распор валков). При уменьшении толщины проката незначительно увеличивается его ширина и интенсивно увеличивается его длина по направлению прокатки. Это происходит по закону наименьшего сопротивления, т.к. длина очага деформации значительно меньше, чем длина валка. Прокатка обычно с толщины заготовки до конечной толщины полосы производится за несколько переходов проката.

Различают горячую и холодную листовые прокатки.

Горячей прокаткой называют прокатку, которая происходит при температуре выше температуры рекристаллизации:

Тпр = 0,4 Тпл;

Тпр = (0,7-0,9) Тпл.

Любая пластическая деформация металла сопровождается упрочнением (деформация упрочнения – нагартовка). Однако если нагреть предварительно заготовку до температуры выше температуры рекристаллизации, то в процессе пластической деформации такой заготовки упрочнение ощущаться практически не будет, т. к. в процессе упрочнения одновременно протекают процессы разупрочнения. Для горячей прокатки температура нагрева заготовки определяется:

1. Из диаграммы состояния материала определяют максимально допустимую температуру нагрева Тmax = 0,9 Тs;

2. Из диаграммы пластичности определяют интервал температур которые соответствуют максимальной пластичности для данного сплава (рис1.).

Gs,Gв, δ

δ

Gв

Т

Gs Тот

рис. 1. Диаграмма пластичности

1. Сочетание степени деформации и температуры могут привести к интенсивному росту зерна. Необходимо установить правильные соотношения между степенью деформации в последнем проходе горячей прокатке и температурой для обеспечения мелкозернистой структуры прокатки. Существует диаграмма рекристаллизации (рис.2).

Δ зерно ε %

Т0

Рис.2. Диаграмма рекристаллизации.

Горячая прокатка имеет существенное преимущество перед холодной - меньшая энергоемкость, большие суммарные деформации, не требуется промежуточных отжигов. Однако горячая прокатка ограничена толщиной проката. Минимальная толщина горячих катанных листов ~ 3 – 3,5 мм.  Меньшую толщину горячего проката получить нельзя, т.к. из-за интенсивного и неравномерного охлаждения полосы на рольганге невозможно обеспечить равномерное распределение механических свойств по всему объему металла и как следствие заданную разнотолщенность по длине и ширине полосы. Поэтому, алюминиевый прокат меньше 3 мм получают методом холодной прокатки (т.е. от 20-50 градусов).

• После обрезки концов полосы и смотки ее в рулон последний подвергается отжигу.

• Предварительная правка и резка рулонов, где размотанная полоса подвергается правке, обрезки боковых кромок и резке на листы.

• Сложенные в стопы листы проходят дальнейшие операции в линии отделки (закаленные листы): термическая обработка, сушка, правка, прогладка, растяжка на растяжной машине, обрезка в размер по длине и окончательная правка. После этого листы проходят контроль, маркировку, смазку и упаковку в ящики.

Листы являются основным видом полуфабрикатов из алюминия и его сплавов. Благодаря ценному сочетанию механических, физических и технологических свойств алюминий в виде листов из высоколегированных сплавов Амг2 являются в настоящее время основными материалами для сварных силовых конструкций в судостроении, транспортном и вагоностроительном машиностроении, химической промышленности.

Для сохранения высокой коррозионной стойкости неотожженные сварные конструкции из сплавов АМг2 не должны нагреваться выше 100° С ( при 100° С – не более 100 ч). Высоколегированные Al-Mg сплавы находят применение в новых композиционных материалах, например, в производстве многослойных металлов.

2.2. Анализ деформируемого сплава.

Для изготовления листов широко применяют сплавы на основе системы Al-Mg. Диаграмма состояния системы Al-Mg со стороны алюминия относится к эвтектическому типу с ограниченной растворимостью второго компонента (рис.3). Эвтектическая линия лежит при 449°С. Эвтектика содержит 33% Mg и состоит из алюминия и соединения Mg3Al4 (β-фаза).

t, °С

600 Mg3Al4+ж

Al+ж 449°С

400

17.4% Al+Mg3Al4

200

Al 10 20 30 Mg

. Mg, %

рис.3. Диаграмма состояния системы Al- Mg.

Химический состав сплава АМг2по ГОСТ 4784-64 приведен в таблице 1.

Химический состав сплава АМг2, % Таблица 1

Растворимость магния в твердом алюминии меняется следующим образом: Температура, °С …………..449 350 300 250 200 150 100 Растворимость, % ……………17,4 9,9 6,7 4,4 3,1 2,3 1,9

Увеличение содержания магния вызывает резкое повышение вязкости расплавленного алюминия. Теплопроводность, а также электропроводность от присадки магния заметно снижаются. Коэффициент линейного расширения в пределах растворимости магния в твердом алюминии прямолинейно возрастает.

Магний является одним из основных легирующих элементов алюминия и его сплавов. Сплавы на основе системы Al-Mg(магналии) с содержанием магния от 1 до 7 % широко применяются как в литом, так и деформированном состоянии. Для повышения механических и коррозионных свойств сплавов вводят дополнительно марганец в количествах 0,3-0,8 %.

Сплавы системы Al-Mg инертны к термической обработке; упрочняются они с помощью нагартовки. Сплавы Al –2% Mg с добавками марганца в нагартованном состояние (30-40 %), по данным Н.Б. Кондратьевой, могут иметь следующие механические свойства: