V 1/6 Получение биметаллов обработкой давлением

Основными производственными методами получения биметаллических композитов являются следующие:

1. Холодная и горячая прокатка.

2. Литье.

3. Сварка взрывом.

4. Вакуумно-диффузионная сварка.

Кроме того, существуют еще такие методы, как прессование и волочение, пайка, наплавка, электрошлаковая сварка, холодная сварка, диффузионная сварка, ультразвуковая сварка, сварка трением, но эти способы применяются гораздо реже.

Прокатку используют для производства биметаллических листов, труб, профилей, прутков. Технология горячей прокатки нескольких слоев металла включает в себя подготовку (очистка, травление, промывка, обезжиривание) и сборку компонентов пакета, предварительный нагрев и прокатку, резку, термообработку, правку и отделку.

Для предотвращения окисления прокатываемых слоев применяют различные способы — покрытия, наносимые электролитическим способом, наплавкой или напылением, слои из фольги и пирофорных веществ. В качестве восстановительных веществ используются карбонат магния, карбониды металлов, хлориды, йодиды и фториды металлов. Для прокатки 16ГС-12Х18Н10Т применяют смесь сажи с жидкими углеводородами в пропорции 1:4. Для обеспечения лучшей адгезии также используют промежуточные слои (предварительное плакирование).

Совместная прокатка в горячем состоянии составного пакета или заготовки.

Одним из основных промышленных способов получения широкого класса биметаллов является совместная горячая прокатка, в частности, так называемая пакетная прокатка, используемая для получения коррозионно-стойких биметаллических листов. При этом способе составной пакет из двух или более слоёв различных металлов в виде пластин или профилей подвергается горячей деформации на требуемый профиль. Конструкция биметаллического пакета определяется рядом факторов: количеством слоёв в многослойном прокате, химическим составом слоёв, техническими возможностями оборудования для горячей пластической деформации, требуемым сортаментом готовых профилей проката и так далее.

Несмотря на большое разнообразие технологических процессов получения плакированных металлов способом совместной пластической деформации, принципиальная схема способа сводится к следующим операциям:

- подготовка заготовок (слитки, слябы, фасонные профили) из металла основного слоя;

- подготовка пластин, листов и профилей из металла плакирующего слоя;

- сборка и сварка пакетов;

- нагрев и деформация пакетов;

- термическая обработка и отделка готовой биметаллической продукции.

В процессе прокатки между контактными поверхностями металлов происходит схватывание - образование металлических связей. Для успешного протекания этого процесса необходимо, чтобы на контактных поверхностях слоёв, подлежащие соединению, специально подготавливают. Обычно слябы и плиты из металла основного слоя подвергают строжке и фрезерованию. Иногда применяют абразивную зачистку или дробеструйную обработку поверхности.

Подготовка контактной поверхности пластин плакирующего металла определяется тем, какой металл используется в качестве плакирующего слоя. Для коррозионно-стойкого плакирующего слоя в большинстве случаев используют хромоникелевые и хромистые стали. Оксиды хрома ухудшают схватывание и препятствуют прочному сцеплению слоёв. Защиту контактной поверхности нержавеющей стали от окисления осуществляют по-разному. В некоторых случаях на контактную поверхность плакирующих пластин электролитическим способом или методом газовой или электролитической металлизации наносят слой никеля или наплавляют тонкий слой малоуглеродистой стали. Иногда для защиты поверхности плакирующих листов от окисления их покрывают ровным слоем флюса или хлористым аммонием.

Промежуточный слой между основным и плакирующим металлами используют не только для защиты от окисления контактных поверхностей, но и как средство против взаимной диффузии элементов из одного слоя в другой, когда она нежелательна. В этих случаях применяют прокладки из фольги или электролитические покрытия из самых различных металлов и сплавов: никеля, меди, ниобия, кобальта, сплавов ниобия и кобальта с высоким содержанием фосфора, железо-кремнистых сплавов. Известно также применение в качестве промежуточного слоя смеси порошков чистого железа и никеля с добавкой флюса. При нагреве и сжатии смесь спекается и образует прослойку легированной стали.

Для получения коррозионно-стойких плакированных металлов наибольшее распространение получили симметричные четырехслойные пакеты. Верхний и нижний слябы основного металла соединяются через планки углеродистой стали, уложенные по периметру пластин плакирующего металла. Сварные швы обеспечивают прочность и герметичность пакета. Между планками и пластинами имеются зазоры, компенсирующие разницу в расширении металла плакирующего и основного слоёв.

В процессе горячей прокатки возникает прочное сцепление слоёв по контактным поверхностям слябов и пластин, чаще всего через промежуточные соединительные подслои, а также образуется однородный кант из углеродистой стали по периметру пакета за счёт сваривания соединительных планок с верхним и нижним слябами. Между пластинами плакирующего металла не происходит схватывания благодаря разделительному слою 3.

Разделительный слой наносят толщиной 1 мм на стороны пластин плакирующего металла, противоположные контактной поверхности. Обычно разделительную пасту составляют на основе магнезита, оксида хрома, оксида алюминия, диоксида марганца, смеси нитролака или целлюлозных лаков и оксида магния. Как правило, состав разделительного слоя подбирается экспериментальным путём и является предметом патентования.

Состав разделительного слоя, его толщина и равномерность имеют большое значение, так как эти параметры определяют качество поверхности плакирующего слоя. Особенно важны огнеупорные качества разделительного слоя. При температурах нагрева под горячую прокатку слой не должен плавиться или размягчаться, так как это приводит к его вытеканию или выдавливанию при деформации пакета. Следует отметить, что операции нанесения разделительного слоя довольно трудно механизировать, несмотря на их простоту.

Для получения двухслойных листов, плакированных легко окисляющимися металлами: титаном, цирконием, применяют вакуумирование пакетов или продувку инертным газом. Откачка газов из пакета осуществляется либо в процессе нагрева, либо перед нагревом пакетов. Кроме того, для предотвращения контактных поверхностей от окисления в течение всего периода нагрева в пакете осуществляется циркуляция аргона.

Радикальным решением проблемы улучшения соединения легкоокисляющихся металлов является прокатка биметаллов в вакууме. Подготовленный пакет из соединяемых металлов помещают в печь вакуумного прокатного стана. В печи пакет нагревают до температуры прокатки, выдерживают в течение некоторого времени и прокатывают в валках с обжатием, обеспечивающим полную диффузионную сварку.

Взрывом сваривают однородные и разнородные металлы, которые не соединяют обычными способами (сталь с медью, алю­миний со сталью и другие сочетания). С помощью взрыва можно получать как биметаллические, так и многослойные соединения различных металлов. Соударение металлов при сварке взрывом происходит призначительных скоростях и сопровождается волновыми процессами на поверхности контакта. Сварку массивных деталей осуществляют контактным методом, а листы металла и фольгу соединяют, как правило, дистанционным методом с использованием промежуточной среды. Для сварки металлические пластинки устанавливают на некотором расстоянии параллельно или под углом 5-15° друг к другу. Нижнюю пластинку располагают на массивном основании, а на верхнюю помещают заряд ВВ. Сварку взрывом применяют для многослойных и композиционных материалов. Характерной особенностью сварки взрывом является соединение деталей по всей поверхности соприкосновения.