|
|
|
|
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
|
(19)
|
RU
|
(11)
|
2412770
|
(13)
|
C1
|
|
(51) МПК
B21C23/08 (2006.01)
C21D7/13 (2006.01)
|
|
|
|
(21), (22) Заявка: 2009134665/02, 17.09.2009
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
17.09.2009
Приоритет(ы):
(22) Дата подачи заявки: 17.09.2009
(45) Опубликовано: 27.02.2011
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: SU 241947 А, 26.08.1969. RU 2108881 С1, 20.04.1998. SU 935152 А, 25.06.1982. US 2001/0002547 А1, 07.06.2001.
Адрес для переписки:
115088, Москва, Шарикоподшипниковская, 4, ОАО НПО "ЦНИИТМАШ", Л.М. Матевосову
|
(72) Автор(ы):
Ефимов Виктор Михайлович (RU),
Лебедев Андрей Геннадьевич (RU),
Левков Леонид Яковлевич (RU),
Свитенко Игорь Александрович (RU),
Ульянов Михаил Васильевич (RU),
Корнеев Алексей Евгеньевич (RU),
Гуденко Андрей Сергеевич (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России), Россия (RU)
|
(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ С ОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРОЙ
(57) Реферат:
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении цилиндрических трубных заготовок и прутков из высоколегированных металлов и сплавов. Производят прессование заготовки со скручиванием ее в очаге деформации в винтовой профиль. Логарифмическая степень деформации скручивания составляет 0,1-0,3 от логарифма величины вытяжки при прессовании. Затем заготовку подвергают редуцированию с деформацией, составляющей 0,15-0,25 от величины вытяжки при прессовании профиля с учетом сложности его формы. В результате обеспечивается улучшение качества металла полученной трубной заготовки за счет повышения однородности его структуры и расширение технологических возможностей изготовления. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. 
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении цилиндрических трубных заготовок, прутков из высоколегированных металлов и сплавов.
Известен способ горячего прессования стали и сплавов (Гуляев Г.И. и др. «Прессование стальных труб и профилей». М.: Металлургия, 1973, с.82), в котором получают длинномерные изделия с высокой степенью разовой деформации, например трубы с ребрами и фасонные профили. При прессовании высоколегированных, например аустенитных сталей, вследствие превалирующей продольной деформации, нерастворяющиеся неметаллические карбидообразующие включения в структуре стали вытягиваются строчками в продольном направлении. Данная неоднородность структуры проявляется в значительной анизотропии механических свойств в поперечном и продольном сечении. Кроме того, она, вследствие повышенной склонности к расслоению, существенно затрудняет получение таких видов продукции, как тонкостенные трубы специального назначения, которые изготавливаются последующей деформацией заготовок многократными операциями холодной прокатки и волочения.
Известен способ объемной проработки структуры металла заготовки при ковке, при котором с целью уменьшения неоднородности сначала осуществляют обжим ковкой по участкам с последовательным чередованием по длине заготовки деформированных и недеформированных участков и с образованием плоскостей сдвига по границе раздела между ними, а затем производят также последовательно обжим недеформированных участков заготовки с образованием дополнительных плоскостей сдвига, скрещивающихся с первоначальными (авторское свидетельство СССР  261882, кл. 49h2, B23K, 1970).
Данный способ ковки отличается крайне низкой производительностью, вследствие необходимости использовать большого количества переходов ковки во избежание возможных заковов. Кроме того, необходим трудоемкий и количественно неопределенный подбор единичных обжатий и подач на переходах ковки, чтобы образовались правильно скрещивающиеся первоначальные и дополнительные плоскости сдвига, требуемые для оценки проработки зон осевой и внеосевой ликвации.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является известный способ прессования, в котором с целью уменьшения неоднородности свойств и структуры предложено придавать изделию в процессе прессования принудительное вращение с помощью винтообразных пазов, выполненных на внутренней конической поверхности матрицы. На цилиндрическом пояске эти пазы уменьшаются до нуля, поэтому изделия имеют гладкую наружную поверхность [авторское свидетельство СССР 241947, кл. B21K 21/00, 1969 г.].
Низкая стойкость трудоемких в изготовлении матриц с винтовыми пазами, значительное повышение усилия деформирования при прессовании с большими углами закрутки в очаге деформации, особенно высоколегированных сталей, а также трудности извлечения прессостатка из матрицы с углубленными замкнутыми пазами резко ограничивают область использования данного метода.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым техническим решением - улучшение качества металла за счет повышения однородности его структуры, повышения механических и эксплутационных свойств, а также расширение технологических возможностей получения прутковой продукции, преимущественно трубных заготовок ответственного назначения с однородной структурой.
Технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления изделий прессованием с приданием заготовке в процессе прессования принудительного вращательного движения в очаге деформации, согласно изобретению прессование ведут со скручиванием заготовки в очаге деформации в винтовой профиль с логарифмической степенью деформации скручивания, составляющей 0,1-0,3 от логарифма величины вытяжки при прессовании, после чего заготовку дополнительно подвергают редуцированию с деформацией, составляющей 0,15-0,25 от величины ее вытяжки при прессовании профиля с учетом сложности его формы.
Технический результат достигается также тем, что после прессования редуцирование заготовки осуществляют методом ковки.
Технический результат достигается также тем, что редуцирование осуществляют методом сортовой прокатки в калибрах.
Между отличительными признаками предлагаемого способа и техническим результатом существует причинно-следственная связь, заключающаяся в следующем.
Заготовка для прессования в виде обработанного слитка или непрерывно-литой заготовки нагревается до температуры деформации и прессуется на гидравлическом прессе посредством сжатия ее пуансоном и выдавливания через пресс-матрицу. Матрица имеет на внутренней поверхности, в том числе и на калибрирующем пояске, нарезанные пазы, которые, заполняясь металлом, придают заготовке в процессе прессования вращательное движение. На выходе из матрицы заготовка приобретает форму скрученного под определенным углом профиля.
Деформация при прессовании определяется вытяжкой по соотношению сечений исходной заготовки для прессования F и прессованного винтового профиля Fп:
 =F/Fп.
Пластическое скручивание выражается в смещении сечений и определяется по изменению прямого угла между образующей поверхности профиля и плоскостью поперечного сечения. У недеформированной заготовки смещения нет и угол составляет 90°, у прессованного профиля смещение определяется углом подъема винтовой линии скручивания  (фиг.1). Связь между вытяжкой, как продольной деформацией, и угловой деформацией сдвига при скручивании, как деформацией другого вида, выражают в логарифмических единицах. Логарифмическая деформация скручивания представляет собой логарифм отношения:
 =ln(90/ ).
Закручивание граней профиля ограничивается условиями их формирования в винтовой матрице и последующей деформации винтового профиля.
Определенная путем последовательных технологических проб, необходимая и достаточная взаимосвязь между продольной деформацией и закручиванием прессованного профиля выражается таким образом, что логарифмическая степень деформации скручивания должна составлять от 0,1 до 0,3 от логарифма величины вытяжки при прессовании:
=(0,l-0,3)ln F/Fп.
Логарифмическая степень деформации скручивания меньше 0,1 логарифма величины вытяжки при прессовании не проявляет в достаточной степени эффект от закручивания металла.
Логарифмическая степень деформации скручивания больше 0,3 логарифма вытяжки при прессовании высоколегированных сталей вызывает чрезмерные нагрузки на прессовый инструмент и резкое возрастание потребного усилия пресса с образованием дефектов металла профиля как при прессовании, так и при последующем его деформировании.
Форму винтового профиля подбирают таким образом, чтобы она создавала наилучшую приспособляемость к устойчивому пластическому течению металла при формировании профиля в очаге деформации при прессовании, а также при последующей деформации в бойках или в вырезных калибрах. Грани винтового профиля не должны служить источником закатов, заковов, волосовин, разрывов и других дефектов ковочного или прокатного происхождения.
Макросдвиговая деформация скручивания дополняет эффект проработки структуры металла, получаемый при основной продольной деформации прессования. Волокна структурно-фазовых составляющих приобретают форму пространственных спиралей. Анизотропия свойств меньше, чем у прямолинейных прессованных профилей.
Затем, полученный прессованный винтовой профиль, подвергается последующему редуцированию до получения прутка требуемого размера деформацией горячей ковкой в вырезных или комбинированных бойках или сортовой прокаткой в вырезных калибрах. Деформацию редуцирования принимают в пределах 0,15-0,25 от ее вытяжки при прессовании. При этом учитывается сложность формы поперечного сечения прессованного винтового профиля, которая влияет на силовую нагрузку при прессовании и на условия распределения деформаций при редуцировании.
Сложность формы поперечного сечения прессованного винтового профиля характеризуется отношением периметра прессованного профиля к периметру круга, равновеликого ему по площади поперечного сечения. При простой форме профиля, близкой к кругу, отношение периметров будет близко к единице и деформация редуцирования должна быть небольшой. Более сложные прессованные профили имеют коэффициенты формы, т.е. величину отношений периметров, большей величины, что требует более значительной и тщательней подобранной деформации редуцирования профиля в гладкий пруток.
Между потребной деформацией редуцирования винтового профиля определенной формы в пруток и деформацией при его прессовании существует связь, которую можно представить в виде зависимости:
Fп/Fт=(0,15-0,25)×F/Fп, ×Пп/По,
где F п - площадь поперечного сечения прессованного винтового профиля;
Fт - площадь поперечного сечения готовой трубной заготовки;
Пп - периметр прессованного профиля;
По - периметр круга, равновеликого площади прессованного профиля;
F - площадь поперечного сечения исходной заготовки для прессования.
Аналитическая и экспериментальная проверка показала, что, если доля деформации редуцирования принимается меньше 0,15, то поверхность трубной заготовки может иметь следы профильного формирования, а внутренняя структура в значительной мере сохранит спиралевидную строчечность прессованного профиля. Если доля деформации редуцирования будет чрезмерной, т.е. больше 0,25, то уменьшается доля деформации скручивания, связанная с вытяжкой при прессовании. Тем самым увеличивается разница в свойствах, особенно в пластических характеристиках продольного и поперечного сечений трубной заготовки. Этот случай ведет к утрате искомого технического результата от скручивания металла, на котором основан способ.
Деформация заготовки в предварительной форме винтового профиля в цилиндрическую трубную заготовку требуемого диаметра при редуцировании качественно развивает положительный эффект прессования-скручивания и обеспечивает достижение технического результата изобретения. Образованные при прессовании скрученные по винтовой линии фигурные плоскости создают дополнительные плоскости скольжения при редуцировании ковкой или сортовой прокаткой, что позволяет за счет тангенциальных и поперечных деформаций улучшить проработку структуры и повысить ее однородность.
Элементы неоднородности формы прессованного винтового профиля и при деформации в готовую трубную заготовку позволяют дополнительно преобразить структурную неоднородность и спиралеобразные линии включений в практически изотропные мелкодисперсные частицы, обособленные друг от друга и не образующие линейно-протяженные образования. Анизотропия свойств снижается до минимума.
На чертеже изображена заготовка после прессования со скручиванием в винтовой профиль, где:
1 - продольная образующая;
2 - винтовая линия скручивания;
- угол подъема винтовой линии скручивания.
Предлагаемое техническое решение было реализовано в рамках научно-технической работы «Разработка новых материалов и оптимизированной технологии производства паспортной трубной заготовки для особо-тонкостенных оболочек ТВЭЛ».
Предложенный способ опробован для получения трубной заготовки диаметром 65 мм из аустенитной стали. Заготовка для прессования в виде ВД-слитка диаметром 320 мм нагревалась до температуры 1150°C и прессовалась со скручиванием в матрице с четырьмя скругленными пазами на прессе 630 МН.
Приведенный диаметр круга, равновеликого по площади поперечного сечения площади прессованного винтового профиля, равнялся 95 мм. Отношение периметра прессованного профиля к периметру равновеликого круга составляло 1,17. Вытяжка составляла 9,9. Угол скручивания ребер равнялся 25°, т.е. соответственный угол подъема винтовой линии скручивания - 65°. Логарифмическая деформация скручивания составляла:
=Ln(90/ )=0,32, или 0,14 от логарифма вытяжки =9,9 при прессовании, что находится в пределах зависимости по п.1.
Прессование проходило в нормальном режиме с усилием прессования, которое превышало усилие прессования гладкого прутка из этой же стали и с такой же вытяжкой на 15%. Прессование гладкой трубы с закрученными волокнами по способу прототипа, вследствие дополнительного сопротивления деформации при тангенциальном сжатии ребер профиля в калибрирующем очке матрицы, происходило при столь значительном повышении усилия прессования (на 45-50%), что получить трубную заготовку диаметром 95 мм на данном прессе не удалось.
Прессованный винтовой профиль далее был передан к молоту м.п.с. 750 кг, нагрет и при температуре в интервале 1150-900°C перекован на молоте в пруток диаметром 65 мм. Вытяжка при ковке (уков) составляла 2,12, т.е. равнялась 0,18 от вытяжки при прессовании и отношения периметра прессованного профиля к периметру равновеликого круга, что находится в пределах зависимости (0,15-0,25) по п.1 формулы. После горячей деформации на поверхности трубной заготовки не было грубых следов от скрученных профильных ребер. Анализ макро- и микроструктуры полученных прутков трубной заготовки показал, что структура металла плотная мелкозернистая и однородная без выраженной строчечности по всему объему заготовки.
Как уже было отмечено, способ позволяет улучшить качество металла за счет повышения однородности его структуры, повысить механические эксплуатационные свойства, а также расширить технологические возможности получения трубных заготовок ответственного назначения.
Формула изобретения
1. Способ изготовления трубных заготовок с однородной структурой, включающий прессование, в процессе которого заготовке придают принудительное вращательное движение в очаге деформации, отличающийся тем, что прессование осуществляют со скручиванием заготовки в очаге деформации в винтовой профиль с логарифмической степенью деформации скручивания, составляющей 0,1-0,3 от логарифма величины вытяжки при прессовании, после чего заготовку подвергают редуцированию с деформацией, составляющей 0,15-0,25 от величины вытяжки при прессовании профиля с учетом его формы.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что редуцирование осуществляют методом ковки.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что редуцирование осуществляют методом сортовой прокатки в калибрах.
|
| |
