Технология аппаратостроения. Ткачев. Технология аппаратостроения
 Скачать 498.97 Kb.
|
соответствуют размерам слоя, получаемого заливкой второго металла. После заливки первого металла этот вкладыш извлекается из изложницы, а образовавшееся пространство заполняется вторым металлом.Одновременную заливку двух металлов производят в изложницу с тонкой перегородкой, которая оплавляется, но не допускает смешивания заливаемых металлов. Методы отливки биметаллических заготовок в изложницы более экономичны, чем метод прокатки, однако применение их ограничено такими особенностями технологии литья, как невозможность качественного заполнения узких зазоров между стенками изложницы и пластинами (сердечниками), а также расплавление пластин в случае, если температура их плавления ниже, чем температура плавления жидкого металла. Кроме того, литейный метод непригоден для получения биметаллов из составляющих, образующих на границе раздела интерметаллические включения и легкоплавкие эвтектики. Одним из перспективных направлений в производстве биметаллов является непрерывная отливка плоских и цилиндрических заготовок для последующей пластической деформации. Этот способ позволяет значительно повысить производительность труда, снизить себестоимость готовых изделий, создать благоприятные условия для механизации и автоматизации производственных процессов, исключить экологически вредные операции травления и абразивной зачистки металла. Существуют две разновидности непрерывной отливки биметаллов: отливка биметаллических заготовок из двух жидких металлов, отливка биметаллических заготовок из твердого и жидкого металлов. На рис. 5.8. представлена схема получения двухслойной (б), трехслойной (а) и двухслойной цилиндрической (в) заготовок с помощью одновременной заливки двух жидких металлов в два кристаллизатора. Концентрически расположенные кристаллизаторы 1 и 2 смещены по высоте относительно друг друга (рис. 5.8, а). В кристаллизатор 1 заливают основной металл, который, затвердевая, образует заготовку 3, вытягиваемую вниз в кристаллизатор 2, при этом в последний начинают заливать металл плакирующего слоя 4. Взаимодействуя с твердой, но еще горячей поверхностью основного слоя 3, жидкий плакирующий металл, затвердевая, прочно соединяется с ней. При отливке двухслойной заготовки (рис. 5.8, б) вначале в кристаллизаторе 1 отливают заготовку 3 (основной слой), а затем в кристаллизаторе 2 отливают плакирующий слой 4. При получении цилиндрической заготовки (рис. 5.8, в) металл плакирующего слоя 1 заливается в кристаллизатор 2, в котором формируется полая заготовка 3, заполняемая затем металлом основного слоя. При этом полость заготовки 3 служит кристаллизатором для металла основного (плакируемого) слоя. При этом способе отливки можно получать биметаллические заготовки различного профиля. Аналогичным методом отливаются и многослойные заготовки (рис. 5.9). Первоначально в кристаллизаторах 1 отливают заготовки 2, которые вытягивают в кристаллизатор 3. Здесь отливают плакирующие слои 4. Биметаллические слитки круглого сечения получают также с помощью метода вакуумного дугового переплава. При этом металл внутреннего слоя заплавляется в установленную в кристаллизаторе полую вставку (гильзу) из металла наружного слоя с использованием расходуемого электрода. Применяется также метод заливки внутренней поверхности плакируемой детали, установленной на центробежной машине, жидким металлом плакирующего слоя через специальный желоб с воронкой, вводимой в полость заготовки. При этом заготовку подвергают нагреву (предварительному или непосредственно на центробежной машине, например, с помощью газовых горелок, устанавливаемых по образующей заготовки).Нагрев можно осуществлять также токами высокой частоты и другими известными способами. К основным технологическим параметрам процесса центробежной отливки биметаллических деталей относятся: температура нагрева, время выдержки, скорость вращения заготовки при отливке. Для обеспечения качественного соединения плакируемой заготовки и наплавляемого слоя необходимо точно выдерживать тепловой режим процесса. Представляет интерес сравнительно недавно разработанный метод электрошлакового литья биметаллических заготовок (сталь - медь, бронза, латунь). В основе метода - переплав медного расходуемого электрода под слоем шлака в стальном неохлаждаемом кристаллизаторе. Максимальные размеры выплавленных заготовок сталь - медь: наружный диаметр 570 мм, высота 2000 мм. Максимальный диаметр отверстия в полых заготовках, полученных по технологической схеме "прошивка" - 150 мм. Минимальная толщина наплавляемого медного слоя - 5 мм. Этим методом можно получить плоские биметаллические заготовки, предназначенные для последующей пластической деформации. Размеры отлитых заготовок 60 х 500х 1000 мм (толщина меди 15 мм). 5.2.3 СВАРКА ВЗРЫВОМ Одним из способов получения биметаллических изделий является сварка с использованием энергии взрывчатых веществ (ВВ), выделяемой при их детонации. Важнейшим преимуществом сварки взрывом является то, что ВВ является одновременно и источником энергии, и инструментом, и приспособлением, и станком. Поэтому на освоение выпуска новой продукции практически не требуется особых затрат и времени. В процессе сварки продукты детонации создают давление порядка (1 ... 5) • 103 МПа, разгоняют прилегающий слой металла до скорости 500 ... 1000 м/с, который при взаимодействии с неподвижным слоем вызывает контактные давления порядка 104 МПа и более, интенсивную пластическую деформацию и, как результат, соединение контактирующих поверхностей. Кратковременность процесса сварки, экстремально высокие давления и температура позволяют сваривать металлы, обладающие контрастными свойствами, способные вступить в реакцию и образовывать интерметаллидные соединения, в том числе сталь - цветные металлы. На практике применяют самые разнообразные схемы сварки биметаллов взрывом, являющиеся разновидностями двух основных схем: параллельной (рис. 5.10, а) и угловой (рис. 5.10, б). На опоре (основании) располагают основной слой (неподвижную пластину), над которой с определенным зазором параллельно или под небольшим углом а помещают плакирующий слой (метаемую пластину). На ее поверхности, непосредственно или через защитный слой, укладывают заряд ВВ, инициируемый детонатором. Под действием продуктов взрыва метаемая пластина приобретает скорость порядка нескольких сот метров в секунду и соударяется с нижней под углом соударения, равным у. Положительным свойством сварки взрывом является упрочнение материалов биметалла в зоне перемешивания за счет уплотнения структуры и образования интерметаллидов с высокими прочностными характеристиками. Так в зоне перемешивания биметалла Ст3 - 1Х18Н9Т микротвердость материала составляет HV 700 ... 750 что выше, чем у составляющих (Ст3 - HV 210, 1Х18Н9Т - HV 400) и даже больше чем исходная твердость этих металлов до сварки - Ст3 ffV 135 ... 160, 1Х18Н9Т HV 270 ... 295. 1 F а vk В результате косого соударения пластин в зоне контакта при правильно выбранных параметрах процесса происходят значительная пластическая деформация поверхностных слоев и их местный адиабатический нагрев, приводящие под действием значительного давления к образованию соединения с типичной для сварки взрывов волнообразной зоной сцепления. Схемы односторонней сварки биметаллов с параллельным и угловым расположением пластин, наиболее распространенные при производстве многослойных материалов, рассмотрены выше. При этом обычно более тонкую пластину метают на более толстое основание. При получении сваркой взрывом биметаллических листов с тонким плакирующим слоем, особенно крупногабаритных, трудно обеспечить равномерный и стабильный по площади зазор между соединяемыми листами. В этом случае используется так называемая обратная схема сварки, когда составляющая большей толщины метается на тонкое основание. Улучшение качества сварки при использовании обратной схемы объясняется, во-первых, увеличением жесткости метаемой пластины. При установке более толстой пластины прогиб ее под действием собственной массы и массы заряда ВВ значительно меньше, при этом величина начального зазора между пластинами выдерживается в заданных пределах, что обеспечивает более стабильные размеры параметров соударения. Во-вторых, использование более толстой метаемой пластины обеспечивает стабильную детонацию ВВ по площади заряда, что для применяемых на практике смесевых порошкообразных ВВ в значительной мере обусловлено большой критической толщины заряда. ^ Для одновременного двухстороннего плакирования ^ применяют схему (рис. 5.11), при которой метаемые листы 3 устанавливают с определенным зазором и на торцах листов ^ располагают центрирующую призму, препятствующую попаданию продуктов детонации ^ в зазор и дающую возможность инициировать заряд из общей ^ вершины, последнее обеспечивает одновременное распространение фронтов детонации в обоих боковых зарядах. Эта схема увеличивает производительность труда, однако, сложна технологически. Кроме того, использование в качестве энергоносителей сыпучих ВВ создает дополнительные трудности в создании зарядов равномерной плотности. Для увеличения производительности сварки взрывом и снижения расхода ВВ в некоторых случаях при производстве биметалла применяется батарейный способ, при котором каждый элемент батареи состоит из двух основных и двух плакирующих листов (рис. 5.12). Метание плакирующих листов осуществляется с помощью промежуточных зарядов, масса которых в 1,5 -3 раза меньше массы заряда при обычных способах сварки из-за уменьшения разлета продуктов детонации и увеличения тем самым к.п.д. взрыва. В некоторых случаях при сварке взрывом изделий, особенно сложной формы, которые могут деформироваться или разрушаться под действием ударных нагрузок, используются два слоя ВВ, расположенных на внешних поверхностях соединяемых слоев и инициируемых одновременно таким образом, чтобы детонация обоих слоев ВВ находилось в одной плоскости. Для получения биметаллов с плакирующим слоем из тонкой металлической фольги применяется схема сварки взрывом с использованием дополнительной метаемой пластины. При этом фольга из плакирующего металла крепится в этой пластине и метается как одно целое. Для предотвращения сваривания фольги и метаемой дополнительной пластины между ними вводят разделяющую прослойку, например, смазку. Данный способ позволяет исключить прогиб и коробление фольги и обеспечить установку равномерного зазора, кроме того, изменением массы и жесткости метаемой пластины можно регулировать структуру и размеры переходной зоны сварного соединения. Подобные схемы с промежуточной тонкой прослойкой применяются также для изготовления биметаллов, составляющие которых при взаимодействии образуют химические соединения, отрицательно влияющие на прочность сцепления. Одновременную сварку взрывом многослойных композиций осуществляют при расположении соединяемых пластин в непосредственном контакте или с определенным зазором между ними (рис. 5.13). Для повышения пластических характеристик соединяемых металлов, расширения режимов сварки взрывом применяется предварительный нагрев основного или плакирующего слоев. При этом используются две схемы: с предвар ительным нагревом металла, например основного слоя, в нагревательных печах и его транспортировкой на участок сварки взрывом (или нагревом непосредственно на участке), а также с совмещением предварительного нагрева плакирующего слоя с операцией сварки взрывом. Сварка взрывом применяется для получения биметаллических деталей цилиндрической формы (труб, прутков, переходников и др.). На рис. 5.14, а приводится схема сварки сплошной цилиндрической заготовки с трубой, образующей плакирующий |