Основы порошковой металлургии

 

Рис.3. Схемы  прокатки порошков

 

При прокатке в вертикальном направлении (рис. 3, а) порошок 2 непрерывно поступает из бункера / в зазор между валками 3. При вращении валков порошок обжимается и вытягивается в ленту или  полосу 4 определенной толщины. Применение бункера с одной (рис. 3, б) или несколькими  перегородками 5 позволяет получать двух- или многослойные заготовки  из различных материалов.

В настоящее  время прокаткой металлических  порошков получают ленты и полосы толщиной 0,025...3 мм и шириной до 300 мм, прутки различного профиля и т. д.

Технологический процесс прокатки может быть совмещен со спеканием и окончательной  отделкой получаемых изделий. Непрерывность  процесса обеспечивает высокую производительность и возможность его автоматизации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ХОЛОДНАЯ  ПРОКАТКА ЛИСТОВ

 

Холодная  прокатка по сравнению с горячей  имеет два больших преимущества: во-первых, она позволяет производить  листы и полосы толщиной менее 0,8-1 мм, вплоть до нескольких микрон, что  горячей прокаткой недостижимо; во-вторых, она обеспечивает получение  продукции более высокого качества по всем показателям - точности размеров, отделке поверхности, физико-механическим свойствам. Эти преимущества холодной прокатки обусловили ее широкое использование, как в черной, так и в цветной металлургии.

Вместе  с тем необходимо отметить, что  процессы холодной прокатки являются более энергоемкими, чем процессы горячей прокатку. При холодной деформации металл упрочняется (наклепывается), в связи с этим для восстановления пластических свойств приходится проводить отжиг. Технология производства холоднокатаных листов включает большое число переделов, требует применения сложного и многообразного оборудования.

В настоящее  время доля холоднокатаных листов в  общей массе тонколистового проката  составляет около 50 %. Производство холоднокатаных листов, полос и лент продолжает интенсивно развиваться. Основную массу (примерно 80%) холоднокатаных листов составляет низкоуглеродистая конструкционная сталь толщиной 0,5-2,5 мм, шириной до 2300 мм. Такую тонколистовую сталь широко используют в автомобилестроении, поэтому часто ее называют автолистом. Методом холодной прокатки производят почти всю жесть - продукцию, идущую в больших количествах для изготовления пищевой тары, в частности консервных банок. Материалом для жести также служит низкоуглеродистая сталь, но в большинстве случаев жесть выпускают с защитным покрытием, чаще всего - оловянным. Жесть прокатывают в виде полос толщиной 0,07-0,5 мм, шириной до 1300 мм. К числу распространенных видов холоднокатаной продукции также относятся: декапир (травленая и отожженная сталь, применяемая при производстве эмалированной посуды и других изделий с покрытиями), кровельный лист (часто выпускается оцинкованным), низколегированные конструкционные стали. Особо следует отметить две важные группы легированных сталей - коррозионностойкую (нержавеющую) и электротехническую (динамную и трансформаторную).

В цветной  металлургии холодная прокатка применяется  для получения тонких полос, листов и лент из алюминия и его сплавов, меди и ее сплавов, никеля, титана, цинка, свинца и многих других металлов. Наименьшую толщину имеет фольга. Например, алюминиевая фольга выпускается  в виде полос минимальной толщиной 0,005мм, шириной до 1000-1500 мм. Разнообразие сортамента холоднокатаной листовой продукции  обеспечивается применением прокатных  станов различной конструкции, с  очень разными техническими характеристиками и уровнями производительности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 МАТЕРИАЛ  И ПРОФИЛИРОВКА ВАЛКОВ СТАНОВ  ХОЛОДНОЙ

      ПРОКАТКИ

 

Валки станов холодной прокатки испытывают воздействие  очень высоких контактных давлений, которые, как правило, в несколько  раз превышают величину предела  текучести деформируемого металла  при комнатной температуре. В  связи с этим валки должны обладать соответствующей прочностью и твердостью. Второе, что необходимо учитывать, - это повышенные требования к качеству поверхности холоднокатаных листов. Чтобы удовлетворить их, валки  должны иметь определенный микрорельеф поверхности; тем более недопустимы различные макроповреждения и дефекты.

Рабочие валки станов холодной прокатки изготавливают  из высокоуглеродистых сталей, легированных хромом, ванадием, вольфрамом и другими  элементами. Чаще всего применяют  валки из сталей 9Х, 9ХФ, 9Х2, 9Х2В, 9Х2СФ, 9Х2МФ, 9Х2СВФ, 60Х2СМФ. После отливки  и ковки валки подвергаются сложной  термической обработке, на заключительной стадии - поверхностной закалке с  отпуском. Твердость бочки рабочих  валков обычно находится в пределах 90-102 HSD) (по Шору), твердость шеек 30-55 HSD. Толщина закаленного поверхностного слоя валков должна быть не менее 3 % радиуса валков. Для рабочих валков большого диаметра (порядка 500-600 мм) рациональная толщина закаленного слоя составляет примерно 10-12 мм. В последние годы рабочие валки многовалковых станов, предназначенных для прокатки особо твердых и тонких лент, иногда изготавливают из твердых металлокерамических сплавов на основе карбида вольфрама (85-90 % карбида вольфрама и 10-15% кобальта). Методом горячего прессования и спекания удается получать цельные валки диаметром до 80 мм, длиной до 1500 мм. Твердость таких валков достигает 115-125 HSD.. Их износостойкость в 30-50 раз превышает стойкость валков из легированных сталей. Благодаря очень высокому модулю упругости, карбидвольфрамовые валки сплющиваются в очаге деформации в 3 раза меньше, чем стальные валки. Вместе с тем надо иметь в виду, что карбидвольфрамовые валки имеют большую стоимость и повышенную хрупкость. Последнее затрудняет их использование при ударной нагрузке и значительных прогибах.

Опорные валки бывают трех типов: цельнокованые, литые и составные (бандажированные). Наиболее распространены цельнокованые  опорные валки. Их изготавливают  из сталей 9Х, 9Х2, 9ХФ, 75ХМ, 65ХНМ. Для изготовления осей составных валков используют более простые, менее легированные марки сталей: 70, 55Х, 50ХГ, 45ХНВ, 45ХНМ. Бандажи по своему химическому составу соответствуют цельнокованым валкам.

Твердость бочки опорных валков обычно составляет 60- 85HSD.

На практике установлено, что работоспособность  новых валков, особенно рабочих, прошедших  сложную термическую обработку, значительно повышается при вылеживании  их в течение 5-6 месяцев; это способствует снятию внутренних напряжений в валках.

Важной  операцией является подготовка поверхности  валков к прокатке. Применяются рабочие  валки со шлифованной, полированной и насеченной поверхностью. Шлифование валков до 7-9 класса чистоты поверхности  является наиболее распространенной операцией; она выполняется на специальных  вальцешлифовальных станках. Инструментом для обработки служат шлифовальные круги из карбида кремния, карбида бора, электрокорунда, синтетических алмазов и других материалов. При шлифовании сначала производится обдирка с целью удаления накопившихся поверхностных дефектов, а затем - чистовая обработка с профилированием бочки валка и доводкой поверхности до заданного класса чистоты. Съем поверхностного слоя за одну плановую перешлифовку (при отсутствии глубоких повреждений) для рабочих валков составляет примерно 0,05-0,1 мм на диаметр.

Полированные  рабочие валки 10-12 класса чистоты  поверхности применяются на многовалковых  станах, в частности при прокатке нержавеющей стали, а также очень часто при прокатке некоторых видов цветных металлов, например фольги. Полирование осуществляется также на вальцешлифовальных станах с применением мелкозернистых корундовых кругов на бакелитовой связке с графитовым наполнителем, графитовых и войлочных кругов. На поверхность войлочных кругов наносится полировальная паста типа ГОИ.

Насеченные, шероховатые рабочие валки применяются  в первой и последней клетях непрерывных  станов: в первой клети - для улучшения  условий захвата, в последней  клети - с целью предотвращения сваривания витков рулонов или листов в пачках при отжиге. Насеченные валки применяются и в некоторых других случаях, когда необходимо получить шероховатую поверхность продукции. Операция насечки выполняется на специальных дробеструйных установках. Рабочим телом служит чугунная или стальная колотая дробь, иногда резаная стальная проволока (сечка).

В настоящее  время для получения высококачественной, износостойкой поверхности валков с любой требующейся шероховатостью все более широко используется электроискровая  и электроэрозионная обработка.

Под действием  больших усилий, возникающих при  холодной прокатке, валки претерпевают значительную упругую деформацию: они  прогибаются и сплющиваются. Образующаяся в процессе прокатки тепловая выпуклость валков не компенсирует в полной мере их упругую деформацию. В связи  с этим для получения листов и  полос с минимальной, допустимой поперечной разнотолщинностью приходится применять выпуклую начальную (станочную) профилировку валков. При этом часто  профилируется только верхний рабочий  валок, а остальные три валка  клети кварто (нижний рабочий и  два опорных) шлифуются цилиндрическими. Величина задаваемой выпуклости зависит, естественно, от типа стана, размера валков, свойств металла, толщины и ширины прокатываемых полос, режима обжатий и т.д. Чаще всего величина выпуклости (по разности диаметров) находится в пределах 0,05-0,5 мм.

На бочках опорных валков иногда делают краевые скосы длиной до 250 мм с уменьшением диаметра до 3 мм. Это способствует более равномерному распределению давлений и износа вдоль бочек. Практика свидетельствует, что для нормальной эксплуатации станов холодной прокатки необходимо иметь минимум пять комплектов рабочих валков и три комплекта опорных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ И ОСНОВНЫЕ ДЕФЕКТЫ

 

В зависимости  от назначения холоднокатаной стали  к ней предъявляют различные  требования, в том числе требование соответствующей отделки ее поверхности. Эти требования оговорены соответствующими стандартами и техническими условиями. Так, например, холоднокатаная сталь для автомобильных кузовов (ГОСТ 9045 - 59) поставляется только 1 и II групп отделки поверхности, тонколистовая качественная углеродистая конструкционная сталь (ГОСТ 914 - 56) трех групп отделки поверхности, а тонколистовая легированная конструкционная сталь уже четырех групп отделки поверхности. При первой группе отделки поверхности, высшей по качеству, на лицевой стороне листа поверхностные дефекты не допускаются. На поверхности листов II и III групп отделки допускаемые дефекты не должны превышать величину половины допуска, возможны только легкая рябизна, мелкие царапины, отпечатки и навары от валков. На листах IV группы допускаются примерно те же дефекты, что и на листах II и III групп, но уже в пределах допуска на толщину листа.

В ряде случаев  характеристика поверхности листов устанавливается эталонами, согласованными между поставщиком и заказчиком. Высокое качество поверхности холоднокатаного металла во многом предопределяется состоянием поверхности подката.

Поэтому стандартом на подкат качественной углеродистой горячекатаной стали (ГОСТ 1530 - 42) предусмотрены две группы состояния поверхности стали: группа повышенной и группа нормальной отделки. Сортаментным стандартом на холоднокатаную листовую сталь (ГОСТ 3680 - 57) предусматривается поставка листов шириной 600 - 1400 мм, толщиной 0,2 - 3,9 мм. Длина листов 1200 - 3500 мм. Сортаментным стандартам (ГОСТ 8596-57) на сталь рулонную холоднокатаную предусматривается поставка ленты шириной от 200 — 2300 мм и толщиной 0,2 - 4 мм. Действующими стандартами оговорены допуски по толщине листа и разнотолщинности в зависимости от габаритов листа или ленты и условий поставки. В отдельных случаях техническими условиями оговорены и более жесткие допуски, чем в стандартах.

В зависимости  от допускаемых отклонении по толщине  листового проката установлены две группы точности: высокая точность (группа А) и повышенная точность (группа Б). В ряде стандартов оговариваются дополнительные требования, к холоднокатаной стали исходя из ее назначения. По стандарту ГОСТ 1542—54 на тонколистовую легированную сталь лист поставляется в термообработанном состоянии, а с согласия потребителя без термообработки, но с гарантированными механическими свойствами в отожженном состоянии. В стандарт включены нормы по пределу прочности и относительному удлинению. Оговаривается также допускаемая коробоватость на 1 м по длине и ширине листа и контроль на обезуглероживание.

Рядом стандартов и технических условий оговариваются  требования к холоднокатаной стали, основанные на способности металла  к вытяжке. Так, например, по ГОСТ 914 - 56 на тонколистовую качественную углеродистую конструкционную сталь по способности металла к вытяжке листы подразделяют на три группы: ВГ - весьма глубокой вытяжки, Г - глубокой вытяжки и Н - нормальной вытяжки.

Этим  стандартом для соответствующей  группы вытяжки предусматриваются  требования к величине зерна, полосатости  микроструктуры, механическим свойствам  и испытанию на выдавливание по Эриксену. ГОСТ 9045 - 59 на холоднокатаную сталь для автомобильных кузовов предусматривается поставка металла двух категорий вытяжки: ОСВ-для штамповки деталей с особо сложной вытяжкой и СВ - для штамповки деталей со сложной вытяжкой.

Виды  дефектов холоднокатаных листов и полос  очень многочисленны. Некоторые из них специфичны, т.е. относятся только к какому-либо конкретному виду продукции. Например, при производстве листов с покрытиями большое место в отбраковке занимают дефекты покрытий. Отдельные виды продукции имеют классификаторы дефектов, включающие 30-40 и более наименований. Ниже рассмотрены только самые типичные виды дефектов, причем многие из них свойственны как холоднокатаным, так и горячекатаным листам.