Файл: Вакуумные прокатные станы..pdf

Перед прокаткой образцы промывали в ацетоне и предвари­

растворенные в объеме, а также находящиеся в виде соединений на поверхности и внутри. Создание вакуума препятствует газо­ насыщению, течению реакций образования химических соедине-

200

ний и делает возможным развитие дегазации и реакции диссо­ циации.

Очевидно, что выделение газов определяется наиболее медлен­ ным из этих процессов. Повышение температуры способствует процессу десорбции газов.

Так как коэффициент диффузии водорода больше коэффициента диффузии других газов, то сравнительно быстрое удаление во­ дорода из сплавов во второй период легко объяснимо. Так, коэф­

диффузии и устойчивостью окислов и нитридов. Что касается изменения давления паров воды 1 8 Н 2 0 + , то оно связано не только

нагрева в вакууме. Сплав НЧ2 требует большого времени для

2.ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ

ВВАКУУМЕ

Число экспериментальных работ по исследованию темпера­ турных условий процесса деформации ограничено, при этом исследования * посвящены рассмотрению пластической деформа­ ции на воздухе без учета и строгой оценки физико-химического состояния поверхности металла. Известно, что физико-хими­ ческое состояние поверхности металла (наличие, толщина и свой­ ства окисной пленки, газонасыщенного слоя) оказывает на по­ следующих стадиях обработки существенное влияние на характер распределения температур в объеме металла, величину перепада температур между поверхностными и глубинными слоями, интен­ сивность охлаждения металла в процессе транспортировки к вал­ кам и после выхода из валков, теплообмен между металлом и окружающей средой и металлом и инструментом, температурный режим работы инструмента.

Недооценка роли влияния физико-химического состояния деформируемого металла на его температурное поле может отри­ цательно сказаться на условиях службы инструмента (вслед-

ствие тепловых ударов), а также на качество полуфабрикатов (из-за резкой неравномерности деформации, вызванной охлажде­ нием приконтактных слоев).

Авторами было проведено исследование зависимости темпе­ ратурного поля металла и валка от физико-химического состояния поверхности металла, обусловленного средой и условиями обра­ ботки [74].

Экспериментальная часть выполнена на вакуумном прокатном стане МИСиС-210. На основании анализа существующих мето­ дов изучения температурных условий процесса прокатки был разработан комплексный метод, позволяющий исследовать изме­ нение температуры по сечению металла и валка во времени на

пределения температур в валке было сконструировано спе­ циальное устройство, позволяющее проводить непрерывное изме­ рение температуры в трех точках валка: по контактной поверх­ ности и на расстоянии 1,5 и 5,0 мм от нее. Измерительное устрой­ ство (рис. 147) состоит из стальной вставки с внутренним отвер­ стием, в которое вставляется с плотной посадкой ступенчатый стержень, выполненный из материала валка. В стержень зачеканивали хромель-алюмелевые термопары диаметром 0,2 мм. изолированные кварцевой соломкой и специальной смазкой, Термопары выводили через боковую канавку в стержне и вводили в осевое отверстие валка. Тарировка термопар измерительного устройства осуществлялась на собранном валке, что позволило автоматически исключить ошибки, которые могли быть обуслов­ лены погрешностями сборки устройства.

Для исследований были выбраны стальные образцы (Ст 3) размерами 7 X40 X 160 мм. Измерение температурного поля образ­ цов осуществлялось хромель-алюмелевыми термопарами диамет­ ром 0,2 мм на четырех различных уровнях сечения: на контактной поверхности и на расстоянии 0,5; 1,0; 3,0 мм от нее. Термопары крепились в стальных дисках (из стали Ст 3) диаметром 6 мм, которые с тугой посадкой были вмонтированы в отверстия на об­ разцах, расположенных последовательно по продольной оси.

202

Такое размещение обеспечивало постоянство тепловых условий металла в процессе прокатки. Погрешностью измерения, возни­ кающей из-за расположения точек заделки термопар в разных сечениях, можно пренебречь. Изготовление дисков из материала образца и плотная посадка свели к минимуму искажения темпе­ ратурного поля. Тарировка термопар, вмонтированных в обра­ зец, производилась непосредственно в рабочих условиях во время нагрева под прокатку.

Специально отрабатывалась техника эксперимента, учиты­ вающая специфику процесса прокатки на вакуумном прокатном стане (дистанционное управление, труднодоступность к рабочим

вставки в валке с областью измерений образца, сохранение ра­ ботоспособности термопар образца после его деформации).

Выбранные режимы прокатки позволили варьировать в широ­ ких пределах физико-химическим состоянием контактной поверх­ ности, за критерий которого была принята толщина окисной пленки.

Прокатка проводилась на воздухе и в различном вакууме при температуре нагрева под прокатку 800—1000° С, что обусло­ вило диапазон изменения толщины окисной пленки от 2 до 100 мкм.

валка при прокатке в различных средах. Данные измерения сви­ детельствуют, что максимальное изменение температуры в про­ цессе пластической деформации наблюдается на контактной по­ верхности. При прокатке в высоком вакууме 5 - Ю - 4 мм рт. ст. температура поверхности валка скачкообразно возрастает при входе образца в очаг деформации, что связано с тепловым импуль­ сом, сообщаемым валку нагретым металлом. По мере продвиже­ ния металла через очаг деформации температурная кривая плавно

203

растет, но уже с гораздо меньшей интенсивностью, что отражает выравнивающее действие процесса теплопроводности между го­ рячим металлом и холодными валками. Максимальная темпера­ тура на контактной поверхности валка достигается в плоскости выхода металла из очага деформации. За пределами очага дефор­ мации температура довольно резко снижается в первый момент (из-за нарушения теплового контакта) и затем асимптотически приближается к своему первоначальному значению. Высокую интенсивность процесса нагрева поверхностных слоев валка иллю­

прохождения очага деформации, влияние тепла пластической деформации и трения, время контакта и др.).

При прокатке на воздухе при более высоких температурах нагрева (следствием чего является увеличение толщины окисной пленки) процесс нагрева валка замедляется и максимум темпе­ ратуры смещается к выходу из очага деформации. Температур­ ные условия прокатки на воздухе характеризуются значительным перепадом температур поверхностей металла и валка. Так, при прокатке на воздухе образцов, нагретых до 800° С, перепад со­ ставил 415° С.

204