Литье слитков между плакирующими листами

В настоящее время плакированные слитки для прокатки изготовляют путем помещения основного металла между горячекатаными листами.

Фирма Vereinigte Leichtmetall-Werke в 1937 г. начала отливать слитки между плакирующими листами, которые ставятся на поддон и опускаются вниз через кристаллизатор (рис. 923—925).

В 1939 г. фирма Durener Metallverke при использовании такого способа для изготовления плакированных слитков, плит и других изделий из алюминиевых сплавов рекомендовала приспособление для нагревания плакирующих листов, которое должно располагаться выше зеркала заливаемого металла. Целесообразно применять для нагрева газ, служащий одновременно в качестве защитного газа. Кристаллизатор, применяемый с этой целью, показан на рис. 926 и 927. Под коробку 1 для подачи расплава вводится лист 2, при помощи которого в процессе литья может быть избегнуто трение между опускающимся и затвердевающим расплавом и неподвижной стенкой кристаллизатора. На противоположной стороне кристаллизатора, не закрытой плакирующими листами, через отверстие 4 вводится лист 3.

В 1939 г. фирма Vereinigte Leichtmetall-Werke усовершенствовала отливку плакированных слитков из легких сплавов, в особенности из сплава системы Al-Cu-Mg По предложению компании расплав через продольную торцовую щель в кристаллизаторе непрерывно заливается в оболочку из листового материала, которая вместе с залитым расплавом опускается в бак с охлаждающей водой. Продольная щель в торцовых стенках кристаллизатора закрывается запорным устройством, с помощью которого отдельные части листовой рубашки, ограничивающие щель, соединяются в виде скобы, не препятствуя непосредственному воздействию охлаждающей воды на рубашку. Запорное устройство выполняется в виде неподвижно расположенных низких водоохлаждаемых деталей, по которым скользя опускаются вниз листы рубашки, служащие одновременно и как плакирующий материал. Такая машина для литья изображена на рис. 928 и 929. В этой машине торцовые запорные детали 1 располагаются на рельсах 2 и пружинами 3 слегка прижимаются к плакирующим листам. Ролики 4 поддерживают листы в вертикальном положении на требуемом расстоянии друг от друга.

В 1940 г. торцовые запорные детали 1—3 были выполнены свободно передвигающимися во всех направлениях, и только по высоте они установлены неподвижно (рис. 930—932). Торцовые запорные детали соединены вместе пружинами 9 и одновременно несут ролики 4 для направления плакирующих листов и ролики 5 для передвижения по рельсам 6. Направляющие и ходовые ролики располагаются на осях 7, которые вращаются в опорах 8, укрепленных на торцовых запорных деталях. Торцовые запорные детали могут перемещаться с целью регулирования их положения при колебаниях в толщине и ширине плакирующих листов.

При отливке рассмотренным способом плакированных слитков толщиной от 140 до 180 мм из сплавов Al-Cu-Mg применяются листы толщиной от 7 до 10 мм. Под влиянием гидростатического давления еще не затвердевшего стержневого металла листы прогибаются; в результате этого получаются выпуклые слитки. Прижатие торцовых запорных деталей к кромкам плакирующих листов с помощью пружин увеличивает возможность их прогиба. Фирма Vereinigte Leichtmetall-Werkе в 1944 г. ликвидировала этот недостаток, выполнив приспособление для прижима листов в горизонтальном направлении. Конструкция его представлена на рис. 933 и 934.

Литейная форма образована торцовыми запорными деталями 1 и плакирующими листами 2. Запорные детали оттягиваются пружинами 3, передавая усилие натяжения листам. С этой целью на кромках листов установлены планки 4, по которым двигаются ролики 5.

Позднее фирма Vereinigte Leichtmetall-Werke при отливке слитков в кристаллизатор, боковые стенки которого образованы плакирующими листами, установила, что из-за неравномерной усадки металла получаемые плакированные слитки в середине имеют меньшую толщину, чем по краям. Поэтому при горячей прокатке таких слитков растрескиваются кромки полосы и отслаивается плакирующий слой, в результате чего обнажается металл сердцевины слитка на участках, примыкающих к боковым его кромкам.

Чтобы ликвидировать этот недостаток, фирма Vereinigte Leichtmetall-Werke в 1951 г. предложила перед заливкой выгибать листы, причем стрела прогиба должна компенсировать различие в усадке по толщине слитка. Такой кристаллизатор обладает большой жесткостью, а потому при литье становятся излишними специальные закрепляющие и поддерживающие приспособления. Так, например, два алюминиевых листа толщиной 6 мм, шириной 1200 мм и длиной 2000 мм прогибали на 3 мм и установили на расстоянии 120 мм друг от друга выпуклыми сторонами наружу. Листы закреплялись между торцовыми запорными деталями. Между ними заливали сплав Al-Cu-Mg. Полученный плакированный слиток имел равномерную толщину.

При отливке плакированных слитков из склонных к ликвации сплавов, например Al-Cu-Mg, в кристаллизатор, который частично или полностью составлен из плакирующих листов, возникает обратная ликвация. Ликвирующие фазы во время кристаллизации проникают из жидкой сердцевины через затвердевающий металл и концентрируются в переходной зоне между листом и сердцевиной. Такой плакированный материал имеет низкие механические свойства (например, сопротивление изгибу), а также пониженную коррозионную стойкость.

В 1939 г. фирма Durener MetaIlwerke установила, что этот недостаток устраняется в том случае, если листы при заливке стержневого металла подвергнуть пластической деформации при таком усилии, чтобы не происходило выделение ликвационных составляющих из расплава.

Область, в которой происходят сжимающие деформации, должна быть несколько больше области затвердевания, так как в противном случае будет существовать опасность выделения ликвата из жидкой сердцевины через корку затвердевшего металла. Принцип работы такой установки представлен на рис. 935. Нажимное приспособление состоит из трех пар роликов, расположенных один против другого.

В конструкции по рис. 936 торцовые стенки кристаллизатора 1 вверху закрепляются на шарнирах 2 и под воздействием пружин давят на плакирующие листы.

В 1942 г. фирма Durener MetalIwerke при отливке плакированных цилиндрических слитков из легких металлов применила плакирующий лист, свернутый в виде цилиндра, который с помощью водоохлаждаемых приводных роликов прижимался к отливаемому основному металлу. Форма роликов принята такой, чтобы плакирующий слой прилегал к слитку без пластической деформации (рис. 937). Ролики обжимают коническую часть слитка, причем конусность соответствует величине усадки металла.

Данное приспособление позволяет осуществлять непосредственное охлаждение слитка между роликами.

В 1950 г. фирма Vereinigte Leichtmetall-Werke установила, что при литье слитков из стали и алюминиевых сплавов основная цель приваривания плакирующего слоя — получение высокой коррозионной стойкости и хорошей поверхности — достигается при использовании плакирующих листов из отливаемого сплава или из металла, близкого по химическому составу к основному металлу. По данным компании, не следует применять металлы с различными механическими и физическими свойствами, так как это может вызвать, например растрескивание под воздействием механических или термических напряжений. При этом предполагается, что плакирующие листы изготовляются пластической деформацией.

Плакирование осуществляется путем отливки слитков в кристаллизатор, частично или полностью состоящий из плакирующих листов. Поверхность слитков, отлитых таким способом, перед прокаткой не нужно обрабатывать, тогда как при плакировании путем приварки листов к основному металлу в процессе прокатки слитки необходимо фрезеровать. Даже по этой причине прокатываемые слитки нужно отливать с плакирующими листами из одинакового по химическому составу материала.

Необходимо также кратко остановиться на дальнейшем развитии способа отливки плакированных слитков. Было установлено, что медленное опускание слитка в бак с охлаждающей водой вызывает отделение тонких листов. При этом охлаждающая вода легко может попасть в зазор между слитком и плакирующим слоем. Поэтому в 1939 г. фирма Vereinigte Leichtmetall-Werke рекомендовала ступенчатое охлаждение отливаемого слитка. Вначале металл охлаждается путем разбрызгивания воды ниже литейного зеркала, а затем слиток опускается в охлаждающий бак (рис. 938 и 939).

В 1939 г. одна немецкая фирма предложила, чтобы при литье плакированных слитков листы использовались в качестве сторон кристаллизатора. Листы устанавливают на поддон, оставляя только минимальную щель для подведения заливочного желоба. В начале заливки металла в продолжении некоторого времени охлаждения не производят, чтобы обеспечивалось сваривание плакирующего слоя со стержневым металлом. Только после этого плакированный слиток подвергают резкому непосредственному охлаждению. В этом случае речь не идет о полунепрерывном способе отливки слитков.

На рис. 940 приведена установка фирмы Krupp для изготовления прутков и труб, в особенности свинцовых оболочек для кабельного производства. Эта установка работает по принципу полунепрерывного литья. Расплав, содержащийся в объеме 1, частично кристаллизуется на охлаждаемом цилиндре 2 и охлаждаемой стенке 3 камеры. В этом состоянии он порциями выдавливается подвижным поршнем 4 и поступает в приемник 5, а затем выпрессовывается в кольцевой зазор между матрицей 7 и облицовываемым изделием 6.