Прессование магниевых сплавов из сплошных заготовок

Условия ведения процесса прессования менее жесткие, чем процесса прокатки или штамповки. Можно прессовать магниевые сплавы двухфазные с крупнозернистой гетерогенной структурой, прокатка и ковка которых затруднена. Наличие по границам зерен прослоек примесей, которые ухудшают качество слитков и препятствуют прокатке, почти не имеет значения при прессовании и может даже способствовать повышению качества прессованных полуфабрикатов.
Режимы прессования полуфабрикатов в меньшей степени зависят от применяемого при обработке оборудования; процесс можно вести в более широком интервале температур и скоростей, чем при прокатке. Прессование при более низких температурах и малых скоростях обеспечивает получение высоких прочностных свойств полуфабрикатов, при высоких же скоростях и низкиx температурах обработки получают полуфабрикаты с высоким качеством поверхности. Однако скорости прессования ограничены горячеломкостью вследствие повышения температуры в процессе деформации аналогично тому явлению, которое Сингер и Коухам наблюдали при прессовании алюминия. Рекомендуется нагревать контейнер до температур, более низких, чем температура слитка, чтобы улучшить отвод тепла (табл. 52).

Для прессования магния обычно рекомендуется применять плоские матрицы, однако опыт работы показал, что при применении матриц с широким калибрующим пояском в некоторых случаях качество поверхности улучшается. Относительно характера течения металла мнения авторов разноречивы, однако его можно определить как «ламинарное» (при котором заготовка перемещается как единое целое) или «турбулентное» (при котором перемещается серединная часть заготовки, а на контейнере остается часть рубашки), что зависит от состава сплава, температуры прессования и т. д. Чисто «ламинарного» течения в практике прессования магния в цилиндрическом контейнере с плоской матрицей обычно не встречается. Для обычных целей не имеет значения характер течения металла, однако в случае применения полуфабрикатов в ядерной энергетике, где требуется высокое качество поверхности, рекомендуется прессование с рубашкой.

Типичные режимы прессования для магниевых сплавов приведены в табл. 53. Заметна разница в скорости прессования различных сплавов. Так, скорость прессования высоколегированных сплавов системы магний — алюминий составляет не более 3,6 м/мин. При попытках вести процесс на более высоких скоростях происходит разогрев заготовки до температуры солидуса, что отрицательно сказывается на качестве поверхности. Для предотвращения разогрева применяют охлаждение матрицы водой. Сплав ZW3 можно прессовать с большой скоростью без применения указанных мер. Для получения оптимальных свойств сплава ZW6 (ZK60) прессование ведут с малой скоростью, особенно при обработке крупногабаритных профилей. С максимальной скоростью прессуют малолегированные магниевые сплавы АМ503 и AZ10 (Mg—1,0%А1; 0,4%Zn).

Размер слитков. В Великобритании прессование магния осуществляют на прессах усилием 5000 Т. Обычно в качестве заготовок применяют слитки диаметром от 200 до 300 мм, а из некоторых сплавов — диаметром до 400 мм. Заготовки меньшего диаметра, например для ударного прессования, обычно получают промежуточным прессованием слитков большого размера. На заводе в Мэдисоне (США) на прессах обрабатывают слитки диаметром 610 и 820 мм, заготовки меньшего размера получают промежуточным прессованием (рис. 186).

Обдирка. Перед прессованием слитки обычно полностью обтачивают. Толщина слоя удаляемого металла со слитков большого диаметра, применяемых на заводе фирмы Dow, равна обычно около 12,7 мм. Слитки из сплава ЛМ503 нередко прессуют без предварительной обдирки.
Нагрев. Слитки перед прессованием нагревают в электрических методических печах. На заводе в Мэдисоне установлены печи промышленной частоты мощностью 2100 квт. Защитная атмосфера не нужна, поскольку температура нагрева обычно не превышает 450° С Следует исключить контакт или возможное загрязнение поверхности заготовок алюминиевыми сплавами, так как это может вызвать оплавление или окисление слитка и стать причиной дефекта прессованного полуфабриката.
Необходимо избегать длительного нагрева сплавов, содержащих цирконий, вследствие возможного выделения циркония с неизбежным ухудшением прочностных свойств прессованных полуфабрикатов.
Процесс прессования. В Англии прессование, как правило, производят с отделением прессостатка, в США — «непрерывным» способом, т. е. слитки закладывают в контейнер один за другим, при этом к заднему торцу прессуемого слитка приваривают передний торец нового слитка и т. д. Чтобы исключить возможность проникновения воздуха в «шов», по всей длине слитка протачивают пазы. В случае использования прессованных заготовок такие пазы делают во время промежуточного прессования. Новый слиток лучше подавать в момент, когда оставшаяся неотпрессованной часть слитка составляет больше половины его диаметра.
К преимуществам непрерывного прессования относятся улучшение качества полуфабрикатов, высокая производительность и уменьшение отходов.
Согласно утверждению Фидлера, в любом случае, когда на конце слитка имеется усадочная раковина (что не относится к слиткам, полеченным методом непрерывного литья) или центровое отверстие в месте зажима при обдирке слитков, то именно этой частью следует закладывать слиток в контейнер к матрице; в противном случае со стороны утяжины увеличивается брак.
Отделочные операции. Существуют следующие способы правки прессованных полуфабрикатов:
а) прессование с натяжением во время течения металла через матрицу;
б) установка правильной машины около пресса или над желобом для правки вгорячую;
в) установка охлаждающего желоба непосредственно возле пресса во избежание перемещения изделия в горячем состоянии;
г) правка растяжением в холодном, теплом или горячем состоянии;
д) правка круглых прутков на роликовой правильной машине;
е) правка волочением прессованных полуфабрикатов через разъемную волоку с графитовыми вкладышами, точно соответствующими профилю обрабатываемого изделия.
Роликовую правку нельзя применять при производстве круглых прутков малого диаметра, так как при обычной текстуре прессования правка гибкой вызывает двойникование в участках, подвергнутых сжатию, что уменьшает предел текучести (табл. 53). Это явление меньше сказывается на сплавах системы Mg—Zn—Zr, менее склонных к двойникованию. Величины же пределов прочности на сжатие и растяжение этих сплавов равны.
Горячая правка растяжением также затруднена, поскольку нагретые до более высокой температуры и более тонкие участки растягиваются более интенсивно, ограничивая тем самым возможность получения изделий с точными размерными допусками.
Может представить интерес перечень вспомогательного оборудования, которым оснащен пресс усилием 14 000 T завода в Мэдисоне:
1) растяжная машина усилием 900 Т;
2) съемник усилием 3600 кГ;
3) охлаждающий стол размером 30х7,5 м, примыкающий к выходному желобу;
4) устройство для правки профилей с усилием растяжения 7750 кГ и усилием на зажимах 27 000 кГ;
5) роликовая правильная машина с изгибающим давлением 370 кГ/мм2;
6) растяжная машина усилием 370 Т.
Прессование точных профилей. В случае необходимости можно получать полуфабрикаты с точными профилированными пазами, пригодными для сопряжения с другими деталями.
Прессование полых профилей. Хотя полые полуфабрикаты из сплавов на основе магния можно изготавливать прошивкой или расточкой заготовок, обычно их предпочитают получать прессованием через язычковую матрицу.
Ударное прессование. Ударное прессование применяют для получения тонкостенных деталей. Прессование с прямым истечением металла можно рекомендовать для производства труб простого сечения; с обратным истечением металла — для изготовления полой заготовки. Ударное прессование считается в Великобритании лучшим методом производства ребристых труб для оболочек, применяемых в ядерной энергетике Для этой цели изготавливают трубы внутренним диаметром 25,4 мм, толщиной стенки 2 мм, при высоте наружных ребер (общим количеством 40 или 50) около 12,7 мм. Температура заготовки — около 400°С.
Прессование порошков. Несмотря на большую работу по внедрению процесса прессования порошков магния и его сплавов, в промышленных масштабах в настоящее время прессуют только сплав ZK60. Методика процесса разработана специалистами фирмы Dow. Во Франции и Великобритании вызывают интерес самые различные прессованные изделия из порошков магния для изготовления топливных элементов ядерных реакторов.
Мелкие гранулы, которые служат основой «порошка» сплава ZK60B, получают разбрызгиванием струи жидкого металла при помощи вращающегося с большой скоростью турбинного диска в атмосфере натурального газа Гранулы засыпают непосредственно в контейнер пресса, используя для этой цели сжатый газ.. Чтобы избежать образования газовых пузырей, используют очищенные гранулы и полностью откачивают воздух.