Прокатка магниевых сплавов

Ансель и Беттертоун, а также Уилкинсон и Фокс всесторонне изучили вопрос прокатки магния. Они установили, что для получения качественного сляба черновую прокатку необходимо начинать при нагреве слитка до максимально возможных температур и с максимальными обжатиями.
Чистовую теплую прокатку листов необходимо вести на максимально возможных скоростях, чтобы не допустить перегрева металла за счет тепла, выделяющегося в процессе обработки. Рекомендуется также вести прокатку с максимально возможными степенями деформации, чтобы в полной мере использовать пластические свойства металла. Ансель и Беттертоун продемонстрировали это на практике в 1946 г., доказав возможность непрерывной прокатки магния. Слиток из сплава AZ31 массой около 380 кг обжимали на реверсивном стане дуо с эджерными валками (применяемом для прокатки стали) со скоростью до 180 м/мин, после чего продолжали прокатку (без повторного нагрева) на четырехклетевом стане со скоростью 380 м/мин.
В 1946 г. в Англии была доказана возможность прокатки слитков массой 410 кг из сплава ZW3 и других сплавов на основе магния со скоростью 150—180 м/мин в полосы размером 51x51 мм и 30,0x6,35 мм без повторного нагрева. Следует отметить, что персонал стана катал магний впервые. В отделочную клеть полосы поступали нагретыми до 175° С, а по выходе из клети — до 300° С, поверхность полос была блестящей и гладкой.
Разработанный фирмой Dow процесс непрерывной прокатки и намотки полосы в рулоны позволяет получать материал с удовлетворительными механическими свойствами.

Оборудование. Большой завод фирмы Dow в Мэдисоне, построенный с учетом специфики обработки магния, оснащен новейшим оборудованием. На заводе установлен реверсивный стан горячей прокатки с длиной бочки валка 2130 мм, на котором катают слитки массой до 910 кг и плиты шириной 1830 мм, длиной до 7300 мм на толщину до 6,35 мм. Стан снабжен автоматической системой управления. Диаметр рабочих валков стана 685,0 мм, опорных 1345,0 мм. Отделочный стан 2130 и станы меньшего размера используют для прокатки более тонких листов. Валки обоих станов, установленных на заводе в Мэдисоне, не подогреваются, так как нагрев валков большого размера сложен. Однако на других заводах практикуется нагрев валков станов меньшего размера, например на заводе фирмы Brooks and Perkins в Детройте, где изготавливают полуфабрикаты высокого качества на сравнительно простом оборудовании. В Англии магний катают обычно на реверсивных станах дуо со скоростью 60,0 75,0 м/мин.
Размеры и форма слитков. В качестве заготовок под прокатку на заводе в Мэдисоне используют слитки размером 305х1020х2030 мм, в Англии 125х405х915 мм. По-видимому, лучшие результаты получают при прокатке заготовок, ширина которых не превышает их четырехкратную толщину. Слитки фрезеруют по плоским и боковым граням.
Для улучшения деформируемости при прокатке слитки должны иметь мелкозернистую структуру и хорошо диспергированную вторичную фазу. Именно поэтому сплавы, в состав которых входит цирконий (такие, например, как ZW1, ZW3 и НК31), катают без затруднений, так же как и сплавы АМ503 и Magnox AZ80 (Mg — 0,75%, Al — 0,005% Be), если их структура не очень крупнозернистая, в то время как прокатка заготовок из сплава AZ31 затруднена.
Нагрев перед прокаткой. Заготовки нагревают до температуры 500° С при соблюдении всех мер предосторожности во избежание контакта или загрязнения алюминием. Обычно нагрев осуществляют в полунепрерывных электрических печах конвейерного типа с циркуляцией воздуха, не приспособленных для нагрева заготовок в защитной атмосфере. Желателен быстрый нагрев, причем температура части заготовки, которая обращена к валкам, должна быть выше 500° С.
Сплавы с высоким содержанием алюминия, например AZ61, производство проката из которых в настоящее время ограничено, требуют особых мер предосторожности при нагреве под прокатку в связи с возможным существованием избыточной вторичной фазы даже после полной гомогенизации. Для сплавов, содержащих цирконий, также рекомендуется быстрый нагрев, чтобы свести к минимуму возможность выделения циркония, а также окисление.
Режимы прокатки. Трудно рекомендовать общую схему прокатки, так как всегда необходимо учитывать конкретные возможности и условия завода. В табл. 54 приведены ориентировочные данные для некоторых сплавов. При черновой прокатке температура подката может падать на 250° С по сравнению с первоначальной. В этом случае необходим повторный нагрев подката. При листовой прокатке температура может понизиться до 200° С или даже до 100° С для более тонких листов, поэтому соответственно необходимо уменьшить степень деформации. Естественно, что для малопластичных сплавов эти температуры должны быть выше.
При черновой прокатке обжатие сляба делают обычно в поперечном направлении (на уширение) до получения необходимого размера по ширине с учетом допуска на обрезку кромок. Затем, после кантовки на 90°, прокатку ведут в продольном направлении. Попеременно можно вести кантовку полосы после каждого прохода и по достижении необходимой ширины производить непрерывную прокатку в одном направлении.

Черновую прокатку ведут с обильной смазкой. В качестве смазки применяют жидкую горячую 2%-ную масляную эмульсию или смесь лярда с парафином, напыляемую периодически в процессе прокатки на сляб. Смазка предотвращает налипание металла на валки Смазки применяют также и при листовой прокатке. Фирма Dow использует при прокатке большинства сплавов на основе магния водно-масляную эмульсию.
После черновой прокатки плиты зачищают проволочной щеткой, подвергают травлению и местной очистке для удаления засохшей смазки, окалины или других дефектов поверхности.
У плит из сплавов АМ503 и AZ31 часто приходится обрезать растрескавшиеся кромки, однако при обработке сплава ZW3 и некоторых других сплавов в этом нет необходимости.
Сплав AZ31, вероятно, наиболее «капризный» из всех сплавов на основе магния, применяющихся в промышленных масштабах. Листы из этого сплава катают на небольших станах с нагревом валков и подачей смазки или без нагрева валков и без смазки. Чистовую прокатку плит ведут вгорячую, а чистовую — вхолодную, без смазки для получения более высоких прочностных свойств и улучшения качества поверхности. Для холодной прокатки лучше применять станы кварто, так как возможны большие обжатия и необходима более равномерная толщина листов.
При прокатке магния и его сплавов могут наблюдаться следующие дефекты:
а) волосовидные трещины при черновой прокатке, всегда указывающие на недостаточное измельчение зерна во всем слитке либо в отдельных его участках. Если трещины не очень глубокие, они исчезают при последующей листовой прокатке;
б) расслаивание плиты вдоль плоскости, параллельной поверхности. — показатель либо чрезмерного обжатия, либо неудовлетворительного состояния валков;
в) растрескивание кромок, причиной которого может быть неравномерность обжатий при горячей прокатке.
Правка под грузом. Учитывая отрицательное влияние роликовой правки на прочностные свойства листов из сплавов на основе магния вследствие двойникования при сжатии, в Англии обычно применяют правку под грузом, при которой лист становится плоским в результате ползучести. В этом случае прочность листов незначительно снижается за счет повышения плоскостности. Однако прокатку листов можно заканчивать в более нагартованном состоянии, чем это требуется для конечной отделки, после чего их отпускают до требуемого уровня свойств при одновременной правке под грузом. Очень точные допуски, которые обеспечивает фирма Dow при производстве инструментальных плит из магния и его сплавов, указывают на возможности применения этого способа правки.
Прокатка профилей. Прокатка магниевых профилей применяется в очень ограниченных масштабах, хотя на практике этот метод давно используется для производства катаных профилей и раздачи колесных ободьев.