Материаловедение

 При втором способе, применяемом с середины 20 в., прокатка исходной заготовки заменяется непрерывным литьём (разливкой) на специальных машинах. После осмотра и удаления дефектов заготовка, как и при первом способе, поступает на станы для прокатки готовой продукции. Благодаря применению непрерывно-литой заготовки упраздняются слябинги и блюминги, повышается качество проката, устраняются потери на обрезку головной части слитка, доходящие у слитков спокойной стали до 15-20%.

Преимущества применения непрерывно-литой заготовки в  производстве проката становятся ещё  более значительными при совмещении процессов непрерывного литья и  прокатки в одном неразрывном  потоке. Для этой цели созданы литейно-прокатные  агрегаты, в которых слиток на выходе из кристаллизатора не подвергается разрезке, проходит печь, где выравнивается  температура по сечению, и затем  поступает в валки прокатного стана. Т. о. осуществляется процесс  кристаллизации и прокатки бесконечного слитка, т. е. пепрерывное производство проката из жидкого металла. Процесс получил широкое распространение при прокатке цветных металлов; он применяется также для производства стальной заготовки небольших сечений (примерно менее чем 150ґ150 мм) повышенного качества. Основная трудность в развитии этого процесса состоит в относительно низкой скорости выхода слитка из кристаллизатора (1-6 м/мин), что не позволяет в полной мере использовать производственные возможности непрерывного прокатного стана.

Прокатка листового  металла производится из катаных  или непрерывно-литых слябов и  только листов толщиной свыше 50-100 мм - непосредственно из слитков или  кованых слябов. В технологический  процесс входят следующие основные операции: подача слябов со склада к  нагревательным печам; нагрев; подача по рольгангу к рабочей клети  стана и прокатка в несколько  проходов (пропусков между валками), причём в первые проходы для получения  листов требуемой ширины сляб иногда подаётся в валки поперёк или под углом; правка на роликовых правильных машинах; охлаждение на холодильниках; контроль и разметка; обрезка продольных кромок; обрезка концов, разрезка на листы определённой длины; иногда термическая обработка и покраска; отправка на склад готовой продукции.

Листы толщиной от 4 до 50 мм и плиты толщиной до 350 мм прокатываются на толстолистовых или  броневых станах, состоящих из одной  или двух рабочих клетей, а листы  толщиной от 1,2 до 20 мм - на значительно  более производительных непрерывных  станах, на которых листы получаются в виде длинных (более 500 м) полос; при выходе из последней клети стана полосы сматываются в рулон. Листы толщиной менее 1,5-3 мм выгоднее прокатывать в холодном состоянии, поэтому дальнейшее уменьшение толщины листа осуществляется обычно на станах холодной прокатки. Для этого рулоны после их получения на непрерывных станах горячей прокатки транспортируются в цех холодной прокатки, где с поверхности металла удаляется окалина (в линии непрерывного травления), затем обрезаются концы и производится стыковка (электрическая контактная сварка) для полной непрерывности дальнейшего процесса. Травленые рулоны разматываются и в несколько проходов обжимаются до требуемой толщины (общее обжатие для низкоуглеродистой стали доходит до 75-90%). Прокатка осуществляется на непрерывных станах, состоящих из 4 или 6 четырёхвалковых клетей, или на одноклетевых реверсивных станах. После холодной прокатки полосу отжигают для устранения наклёпа, затем подвергают дрессировке, правке, резке на листы и упаковке (рис. 1).

Прокатка сортового  металла включает следубющие основные операции: нагрев до 1100-1250 °С; подачу нагретой заготовки к рабочим клетям и прокатку в несколько проходов в калибрах, постепенно приближающих сечение исходной заготовки к сечению готового профиля; резку проката на пилах или ножницах на части требуемой длины или сматывание в бунты; охлаждение на холодильниках; правку на роликовых правильных машинах; контроль и отправку на склад готовой продукции.

 Число проходов  выбирается в зависимости от  размеров и формы сечения исходной  заготовки и готового профиля  и составляет: для рельсов обычно 9, балок 9-13, угловых и других  сортовых профилей, например зетообразного (рис. 2), 5-12, проволоки 15-21. Выполнение указанных технологических операций производится на специализированных сортовых прокатных станах, представляющих собой поточную автоматическую систему различных машин.

 Прокатка (горячая)  труб состоит из 3 основных и  нескольких вспомогательных операций. Первая операция (прошивка) - образование  отверстия в заготовке или  слитке; в результате получается  толстостенная труба, называемая  гильзой. Вторая операция (раскатка) - удлинение прошитой заготовки  и уменьшение толщины её стенки  примерно до требуемых в готовой  трубе размеров. Обе операции  осуществляются с одного нагрева,  но на различных прокатных  станах, установленных рядом и  входящих в общую систему машин  трубопрокатного агрегата. Первая  операция выполняется на прошивных  станах винтовой прокатки между  бочкообразными или дисковыми  валками на короткой оправке,  вторая - на различных прокатных  станах: непрерывных, пилигримовых, автоматических и трёх-валковых станах винтовой прокатки. Третья операция - калибровка (или редуцирование) труб после раскатки. Калибровка осуществляется на калибровочных станах, затем трубы охлаждаются, правятся, контролируются и разрезаются на куски определённой длины. Трубы диаметром менее 65-70 мм подвергаются дополнительной горячей прокатке на редукционных станах. С целью уменьшения толщины стенки и диаметра, получения более высоких механических свойств, гладкой поверхности и точных размеров трубы после горячей прокатки подвергаются холодной прокатке на специальных станах, а также волочению.

 Прокатка заготовок  деталей машин (штучных изделий)  находит широкое применение главным  образом в производстве различных  тел вращения и профилей переменного  сечения: вагонных колёс, осей, бандажей, колец для подшипников  качения, шаров, зубчатых колёс,  винтов, свёрл и т.д. При этом  иногда прокатка используется  для выполнения лишь одной  операции в комбинации с ковкой  или штамповкой.

Прокатка цветных  металлов. Наибольшее применение получила прокатка листов, ленты, фольги и проволоки  из алюминия, меди, магния, цинка и  их сплавов.

 В технологический  процесс прокатки листов из  алюминиевых сплавов входят следующие  основные операции: предварительная  прокатка плоских непрерывно-литых  слитков массой 0,5-5 т с обжатием  около 10% для выравнивания их  поверхности; правка на роликовых  правильных машинах; фрезерование  для получения чистой и гладкой  поверхности; накладывание с обеих  сторон слитка алюминиевых листов; нагрев; горячая прокатка с плакированием  до толщины 4-12 мм с последующим  свёртыванием в рулоны; отжиг  и холодная прокатка. После холодной  прокатки рулоны разматываются и режутся на листы, которые затем закаливают, травят, прокатывают вторично в холодном состоянии для прогладки или получения наклёпа, травят, разрезают и упаковывают.

 В начале 60-х гг. 20 в. был разработан новый процесс прокатки листов из алюминия и его сплавов. Особенность этого процесса состоит в совмещении непрерывного литья с прокаткой. Исходным материалом служит жидкий алюминий, который поступает через распределительную проводку в межвалковое пространство, образованное между двумя горизонтальными валками (рис. 3). Алюминий, соприкасаясь с валками, кристаллизуется, а образующаяся полоса непрерывно выходит из валков стана. Валки могут быть расположены как в вертикальной плоскости, так и в горизонтальной. В первом случае алюминий подводится сбоку, а во втором - снизу. Этим методом успешно изготовляются полосы толщиной 8-12 мм, шириной 1000-1600 мм, которые затем сматывают в рулоны. Применение такой технологии вместо прокатки полосы из крупных слитков даёт большой экономический эффект.

Исходной заготовкой при прокатке листов и лепты из меди и латуни служат плоские слитки массой около 0,5-1 т, толщиной 100-150 мм, которые  прокатываются в горячем состоянии  до толщины 10-15 мм. Прокатанные листы  фрезеруют для удаления поверхностных  дефектов и затем подвергают холодной прокатке с промежуточными отжигами при 450-800 °С.

Для производства катанки  из алюминиевых и медных сплавов  наиболее эффективен способ непрерывного литья, совмещенный с прокаткой  на непрерывном стане.

Технический прогресс в области Прокатное производство характеризуется в первую очередь  повышением качества прокатываемых  изделий, которое обеспечивало бы наиболее эффективное использование металла  потребителем. С этой целью прокатываемому изделию придаётся возможно более рациональная форма, способствующая снижению его массы, расширяется производство экономичных профилей проката, повышается точность его размеров, улучшаются прочностные и др. свойства металла, на его поверхность наносятся эффективные защитные покрытия. Одновременно снижается стоимость производственных затрат путём внедрения непрерывных процессов (от жидкого металла до готового проката), повышения скорости прокатки и автоматизации всех технологических процессов.

Прокатный стан —  комплекс оборудования, в котором  происходит пластическая деформация металла  между вращающимися валками.

 Считается, что  первый прокатный стан (с деревянными  валками) был сконструирован еще  Леонардо да Винчи. Первые прокатные станы для производства полосового железа и мелкого сорта были изготовлены еще в XVIII в. Они приводились во вращение от водяных колес. С развитием железнодорожного транспорта значительно увеличилась потребность в прокатной продукции. Первые рельсы были чугунными, однако в начале XIX века в Англии перешли на производство железных рельсов. В 1828 году появился первый прокатный стан для прокатки рельсов из пудлингового железа, а с 1825 года начали прокатывать рельсы из бессемеровской стали. Рельсы были главным продуктом прокатного производства. Помимо рельсов надо было производить различные детали паровозов, броня требовалась и для развития флота, в котором деревянные корабли заменялись металлическими бронированными. Первый броневой прокатный стан был сконструирован в 1859 году русским механиком В.С. Пятовым. Все эти станы были довольно примитивными: валки станок приводились во вращение от водяного колеса, а позднее- паровой машины. Перемещение горячего металла к стану и от него осуществлялось вручную. В одном из музеев старого уральского завода имеется картина: по железному горячему настилу с помощью крючков бригада рабочих передает раскаленную болванку к стану. Труд прокатчика был самым тяжелым на заводе.

 В зависимости  от профиля прокат делится  на четыре основные группы: листовой, сортовой, трубный и специальный.  В зависимости от того нагретая  или холодная заготовка поступает  в прокатные валки – горячий  и холодный. 

 Листовой прокат

 Листовой прокат  из стали и цветных металлов  подразделяется на толстолистовой (4…60 мм), тонколистовой (0,2…4мм) и  жесть (менее 0,2 мм). Толстолистовой  прокат получают в горячем  состоянии, другие виды листового  проката – в холодном состоянии.

Прокатку листов и полос проводят в гладких  валках. 

Сортовой прокат

 Среди сортового  проката различают:

1. Заготовки круглого, квадратного и прямоугольного  сечения для ковки и прокатки;

2. Простые сортовые  профили (круг, квадрат, шестигранник, полоса, лента);

3. Фасонные сортовые  профили:

профили общего назначения (уголок, швеллер, тавр, двутавр);

 профили отраслевого  назначения (железнодорожные рельсы, автомобильный обод);

профили специального назначения (профиль для рессор, напильников). 

 Трубный прокат

 Трубный прокат  получают на специальных трубопрокатных  станах. Различают бесшовные горячекатаные  трубы диаметром 25…550 мм и сварные  диаметром 5…2500 мм. Трубы являются  продуктом вторичного передела  круглой и плоской заготовки.

Общая схема процесса производства бесшовных труб предусматривает  две операции: 1– получение толстостенной  гильзы (прошивка); 2 – получение  из гильзы готовой трубы (раскатка).

Первая операция выполняется на специальных прошивочных  станах в результате поперечно-винтовой прокатки. Вторую операцию выполняют  на трубопрокатных раскатных станах различных конструкций: пилигримовых, автоматических и др. 

26.  Прессование. Сущность способа

Сущность способа  прессования заключается в выдавливании металла, заключенного в замкнутую  полость, через отверстие меньшего сечения, чем площадь сечения  исходного металла. Прессование  применяют для изготовления прутков, труб и изделий сложных профилей. Наружные размеры и форма каждого  профиля определяются размерами  и формой отверстия матрицы, а  внутренние - формой и наружными  размерами иглы 8 (рис. 23).

При прессовании  заготовку 6 помещают в контейнер 2, с одной стороны которого установлена  матрица 3. Через отверстие матрицы  с помощью пуансона 1 выдавливается  металл заготовки. Профиль 4 получаемой продукции при работе с данной матрицей будет постоянным на всей длине (5 - дно контейнера, 7 - пресс-шайба). При движении пуансона с некоторой  скоростью, называемой скоростью прессования, металл из матрицы будет выходить со скоростью истечения во столько  раз большей, во сколько площадь  поперечного сечения контейнера будет больше площади отверстия  в матрице. Прессованию подвергают алюминий, медь и их сплавы, а также  цинк, олово, свинец и другие металлы в виде слитков или заготовок. Для прессования стальных профилей исходным металлом служат специально подготовленные заготовки. Процесс прессования осуществляется при температурах горячей обработки давлением. Прессование производят почти исключительно на гидравлических горизонтальных прессах. Усилие применяемых для прессования прессов достигает 1500 Г (14 700 кн).

Применяют два метода прессования - прямой (рис. 23, а) и обратный (рис. 23, б). При прямом методе прессования  течение металла (стрелка Б) совпадает  с направлением движения пуансона (стрелка  А); при обратном методе прессования  металл течет навстречу направлению  движения пуансона. При прессовании  по прямому методу затрачивается  большее усилие, чем при прессовании  по обратному методу, так как в  этом