Файл: Биметаллические трубы..pdf

дущим. Установлена целесообразность осуществления нагрева тол­ стостенных двухслойных заготовок в индукционных установках, включающих индукторы с промышленной и повышенной частотой тока, что ускоряет процесс нагрева. Выявлена необходимость защиты от­ крытой поверхности медного патрубка от окисления (для обеспече­ ния требуемого качества биметаллических труб). С этой целью на нее должны наноситься защитные покрытия или нагрев заготовок должен осуществляться в безокислительной атмосфере.

Таким образом, нагрев двухслойных заготовок углеродистая сталь + нержавеющая сталь (изнутри) и углеродистая сталь +

цветные металлы (изнутри) можно успешно проводить на индук­ ционных установках с защитной атмосферой. Режим нагрева легче осуществить на горизонтальных печах с методическим нагревом, со­ стоящих из индукторов с промышленной и повышенной частотой тока.

Нагрев заготовки под горячую деформацию с перепадом темпера­ туры по поперечному сечению, как уже указывалось, "нередко яв­ ляется положительным фактором, так как способствует более рав­ номерной деформации по толщине стенки. Большое значение нерав­ номерность нагрева по сечению приобретает при изготовлении би­ металлических труб прессованием, особенно при прессовании сталь­ ных труб с наружным плакированием более легкоплавкими метал­ лами с большим коэффициентом линейного расширения (осн > а в).

Использование обычных средств нагрева значительно усложняет процесс нагрева и деформацию биметалла. Ухудшаются условия прочной сварки слоев, резко повышается разностенность плакирую-

75

щего слоя, а при малой толщине плакирующего слоя происходит его разрушение, например прессование биметаллических труб нер­ жавеющая сталь + медь (изнутри). Из-за отсутствия схватывания и большой разницы в сопротивлении деформации этих металлов при температурах 900—950° С происходит неравномерная деформация слоев. Выпрессовывается преимущественно медь. Тонкий нержавею­ щий слой разрушается и выпрессовывается в виде колец, внедренных в медную трубу. При относительно большой толщине наружных слоев из нержавеющей стали прессование биметаллических труб, как и прокатка, возможно.

Таким образом, имеется ограничение по минимальной толщине плакирующего слоя. Величина его зависит от соотношения прочност­ ных характеристик и расположения слоев, а также от способа изго­ товления труб. Так, при прессовании минимальная толщина внутрен­ него медного слоя составляет 90— 100 мкм. При наружном плаки­ ровании медью минимальная толщина слоя должна быть значительно больше. Изложенные обстоятельства являлись до последнего времени основной причиной, сдерживающей производство биметаллических труб с наружным плакированием.

Двухслойные заготовки следует нагревать до оптимальных темпе­ ратур, обеспечивающих нормальное протекание процесса деформа­ ции и прочную сварку металлов, по возможности без образования за­ зоров между слоями (а соответственно и окисления поверхности) и изменения физико-химических свойств металлов.

Эти требования наиболее полно удовлетворяются при нагреве заготовки индуктором изнутри. Для изучения этого процесса был разработан и изготовлен индуктор, работающий от генератора мощ­ ностью 250 кВт с частотой тока 2500 Гц.

В исследованиях применяли двухслойные заготовки, собранные без зазора с наружным слоем из меди МЗр, внутренним — из угле­ родистой стали размерами D 0 = 150 мм, Dp = 130 мм, D x — 72 мм, L — 400 мм.

Параллельно были проведены исследования по нагреву загото­ вок в камерной электрической печи сопротивления и индукционной печи с наружным расположением индуктора (генератор тот же). Температуру контролировали четырьмя термопарами, зачеканенными в заготовку на различную глубину (рис. 17).

Нагрев заготовки в камерной печи (рис. 17, а) характеризуется большой продолжительностью (70 мин) и разницей средних темпера­ тур медного наружного и стального внутреннего (80—200° С) слоев. Только в конце нагрева в течение 20 мин температуры выравниваются (разница 50 град).

Вначале более интенсивно нагревается и расширяется медный слой, вследствие чего между слоями появляется зазор до 0,9 мм; ухудшаются условия нагрева.

Аналогичное явление наблюдается и при нагреве заготовок на­ ружным индуктором: медный слой разогревается еще быстрее и за­ зор образуется больший, так как внутренний слой нагревается только путем излучения тепла медью. Разность средних температур слоев

77

находилась в пределах 100—650' С, а зазор составлял 0,4-—2 мм (рис. 17, б).

Во избежание оплавления медного слоя для выравнивания тем­ пературы заготовки проводили многократные включения и отключе­ ния индуктора (при температуре медного слоя940—970° С). За 48 мин температура достигала 900—950° С с перепадом по сечению до 50 град.

Из изложенного следует, что при этих методах нагрева для обес­ печения сварки слоев необходима качественная заварка их торцов. Межслойное трение в заготовке отсутствует вплоть до осадки ее в контейнере. В результате же повышенной свободной осадки заго­ товки появляются неравномер­ ности в толщине медного слоя осаженной заготовки, а затем они возникают и в биметаллической

трубе.

Аналогичные результаты получены при проведении исследований по нагреву индуктором изнутри двухслойных заготовок сочетаний медь + сталь 0Х18Н10Т (изнутри) размером 74x4,75 мм и медь + + легированная сталь (изнутри) размером 60X13,0 мм. Трубы, выпрессованные из нагретых этим способом заготовок, имели высокую прочность сварки слоев.

Таким образом, нагрев двухслойных заготовок индуктором из­ нутри обеспечивает оптимальные условия для совместной пласти­ ческой деформации разнородных металлов с наружным плакирующим слоем, а также при производстве биметаллических труб с линейным

78

коэффициентом расширения а н ^ а в. Этот способ целесообразно применять для нагрева биметаллических заготовок с аналогичными свойствами.

Технологические смазки

Технологические смазки играют важную роль при любом способе производства труб и особенно при изготовлении биметаллических труб. Они необходимы для получения надлежащего качества труб, обеспечения более равномерной деформации слоев двухслойной за­ готовки, получения удовлетворительной стойкости инструмента и снижения усилий деформации.

При прокатке биметаллических труб, как и обычных, осущест­ вляется смазка только оправок (или дорнов). В качестве смазки используется смесь графита и масла (мазута). Могут применяться и другие смазки, исключающие науглероживание металла внутрен­ него слоя. Последнее недопустимо для некоторых легированных и нержавеющих сталей. В ряде случаев технологическая смазка в виде порошка может подаваться внутрь гильзы и смазывать ее поверх­ ность при перекатывании.

Смазка играет большую роль при прессовании. На вертикальных механических прессах используют графито-масляную смесь с до­ бавками древесных опилок и 10% поваренной соли. При прессовании на такой смазке коэффициент трения находится в пределах 0,02— 0,035 [38, 39]. Во избежание науглероживания стали, например легированной, в смазку вводят добавки. В частности, науглерожива­ ние легированной стали исключается в случае применения смеси графита, вермикулита и масла.

На горизонтальных гидравлических прессах при прессовании стальных изделий чаще всего используют стеклянные и другие по­ рошкообразные смазки.

Стеклосмазки при прессовании обеспечивают низкий коэффициент трения (0,04—0,05) [38, 391, хорошие теплоизоляционные свойства и не вызывают науглероживания изделия. Это очень важно при прес­ совании биметаллических труб, одним из слоев которых является нержавеющая сталь, на которой не должно быть следов межкристал­ литной коррозии.

Такие качества стеклосмазки имеют большое значение и в случае применения других металлов и сплавов.

Одним из основных недостатков стеклянных смазок является рез­ кое изменение вязкости в зависимости от температуры.

При прессовании биметаллических труб выбор технологической смазки осложняется наличием двух металлов с разными физико-хи­ мическими свойствами.

В технической литературе материалы по этому вопросу практи­ чески отсутствуют. Были проведены исследования по определению влияния вязкости стеклосмазок на качество поверхности при раз­ личных параметрах процесса прессования биметаллических труб раз­ личных (высокотемпературных и низкотемпературных) сочетаний

79