Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Термическая обработка и волочение высокопрочной проволоки

..pdf
Скачиваний:
4
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
7 Mб
Скачать

Степень де­ формаций, %

0

10

20

25

39

50

53

60

64

65

Относительное сужение и амплитуды тепловых колебаний атомов железной и стальной патентированной проволоки при различной степени деформации

Ж елезная

Стальная патен-

£ \

Железная

 

Стальная патен-

тированиая

 

тированная

проволока

проволока (У8А)

***

проволока

 

проволока (У8А)

 

 

 

 

о «

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е 5

 

 

 

 

 

 

<?, %

К 5 ”

«?. %

 

о о.

<Р. %

 

 

9. %

 

V * '

н о

V *

'

V

 

 

 

 

о-е-

 

 

 

 

 

 

7 9 ,7

 

3 6 ,6

0 ,0 8 7

73

6 1 ,7

 

 

5 8 ,3

_

0 ,0 1 7

— —

75

0 ,0 7 8

— —

7 4 ,8

4 2 ,1

78

6 0 ,7

 

5 9 ,5

0 ,0 2 7

8 4

5 9 ,7

 

5 0 ,5

7 0 ,3

4 4 ,8

85

0 ,0 7 8

0 ,0 6 1

0 ,0 3 1

— —

87

6 0 ,2

 

4 3 ,6

—.

6 6 ,5

4 9 ,0

90

6 0 ,5

 

4 1 ,8

0 ,0 4 4

— —

91

__

0 ,0 7 5

6 3 ,7

5 2 ,9

9 2 ,5

5 6 ,2

 

3 7 ,5

0 ,0 4 9 93

 

 

 

 

0 ,0 7 4

* Характеризует степень искажения кристаллической решетки |8 0 j.

Поведение цементитных .пластинок (их ориентация, сохране­ ние формы, дробление) при волачении металла, очевидно, ока­ зывает определенное действие на дислокации, что и приводит

кизменению свойств проволоки.

В.Г. и Дж. М. Бургере [81] предположили, что скопление дислокаций у препятствия оказывает обратное действие на их источник, уничтожая своими напряжениями прилаженное, на­ пряжение. Кохендорфер [82] и Лоран [83] развили эту мысль в подробную теорию, включающую представление о том, что гра­ ницы блоков мозаики так же, как и другие препятствия, дейст­ вуют как источники и «поглотители» дислокаций.

Межфазные границы также выполняют роль препятствий. При этом в отожженной стали эти праницы, по-видимому, игра­ ют роль «'Источников» дислокаций, что «связано с дроблением пластин цементита. Вследствие этого наблюдается резкое повы­ шение прочности и снижение пластических свойств отожженной стали с грубопластинчатым цементитом после первой .протяжки (табл. 24, рис. 43). В патентированной стали при деформации

примерно до 80% наблюдается преимущественно ориентация пластинок цементита в направлении оси деформации без сущест­ венного их дробления, .поэтому межфазные границы в большей степени являются «поглотителями» дислокаций, в результате че­ го прирост предела прочности на первой протяжке незначителен (табл. 24), а с увеличением степени обжатия -снижается от про­ тяжки к протяжке (рис. 44). При этом пластические свойства повышаются (табл. 24, рис. 31, 34, 43 и 44) и особенно интенсив-

но :— в стали с повышенным содержанием углерода, т. е. с уве­ личенной протяженностью межфазных границ — «поглотителей» дислокаций. При обжатии более 80% и в -патентированной -ста­ ли вследствие дробления цементита межфазные границы в большей степени, вероятно, играют роль «источников» дислока.- ций, чем «поглотителей», в результате чего повышается прирост предела прочности от протяжки к протяжке и снижаются плас­ тические свойства.

Повышенный прирост предела прочности, пониженная плас­ тичность и снижение числа перегибов проволоки при волочении ее с большими частными обжатиями из панентированной заго­ товки (таб. 18, рис. 34 и 35) объясняются повышенным числом раздробленных цементитных пластин, выполняющих в данном случае (при дроблении цементита) роль «источников» дисло­ каций.

При обжатии до 80% в .патентированной стали с более вы­ соким содержанием углерода увеличивается поверхность разде­ ла межфааных границ — «поглотителей» дислокаций за счет увеличения числа -карбидов и их дисперсности и наблюдается более интенсивный подъем пластичности, чем в стали с пони­ женным содержанием углерода.

4. НЕКОТОРЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА СТАЛИ, ВЕЛИЧИНЫ ЧАСТНЫХ

И СУММАРНЫХ ОБЖАТИИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВЫСОКОПРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ

Проволока из патентированной заготовки 'приобретает мак­ симальную пластичность при обжатиях около 80% (рис. 31, 34. 43 и 44), .поэтому при разработке технологии ее изготовления содержание углерода в стали и диаметр заготовки для патентирования следует подбирать с таким расчетом, чтобы при сум­ марном обжатии, близком к 80%, проволока достигла заданно­ го предела прочности.

Выбор путем расчета содержания углерода и диаметра заго­ товки для патентиравания осуществляется по формулам (8) и (26), предложенным автором.

Выдвигаемый принцип отличается от рекомендаций, приве­ денных в литературе [76], по которым, -например, для стали с со­ держанием углерода 0,4% оптимальным суммарным обжатием считается 90%.

Часто при волочении стальной проволоки на всех протяжках принимают одинаковые частные обжатия (q = const).

Установлено, что при одинаковых частных обжатиях прирост предела прочности в протяжках не одинаков (рис. 44). Для по­ вышения пластичности проволоки целесообразно применять та­ кие частные обжатия, чтобы прирост предёла прочности после каждой протяжки был одинаков (Лстьед —const). При этом с

повышением пластичности металла растут и частные обжатия,

102

достигая максимума яри суммарных обжатиях около 80%; «при

.больших значениях суммарных обжатий с понижением пластичности металла частные обжатия уменьшаются.

Рекомендуемый способ распределения частных обжатий в маршруте волочения осуществляется по предложенной автором формуле (26). Примеры расчета приведены ниже.

На первый взгляд такой способ распределения частных об­ жатий, т. е. повышения их от протяжки к протяжке в интервале от 0 до 80%, кажется неприемлемым и не предусматривается во многих вариантах построения маршрутов [76].. Однако, вы­ двигаемый способ распределения частных обжатий (Дсгьед = const) повышает числа перегибов, а значит, и пласти­

ческие свойства проволоки после волочения (табл. 26).

А. Л. Бибошин, А. В. Смирнов и Н. И. Маслов [73] на основе анализа литературных данных и собственных экспериментов пришли к выводу, что «испытанием на изгиб характеризуются пластические свойства проволоки, главным образом IB отноше­ нии ее сопротивляемости повторным и переменным напряжени­ ям», в результате которых происходит разрушение проволоки в •изделиях (канаты, тросы).

Построение маршрута волочения в соответствии с выдвигае­ мым принципом Даьед = const повышает числа перегибов про­

волоки (табл. 26). Можно ожидать, что тросы, изготовленные из этой проволоки, будут иметь повышенную живучесть.

Выдвинутое положение о подборе оптимального содержания углерода в стали и диаметра заготовки для патентирова.ния, а также сформулированный принцип распределения частных, об­ жатий в маршруте волочения приводят к следующему заключе­ нию. При производстве стальной про/волоки определенного сор­ та последняя, независимо от ее размера, должна подвергаться волочению с определенным наперед заданным и одинаковым на всех протяжках приростом' предела прочности.

По этому принципу в основу критерия при разработке техно­ логии изготовления закладывается изменение свойств проволоки (предела прочности) в результате деформации, а не-ее геомет­ рических размеров, т. е. частных обжатий, как это происходит

внастоящее время.

"В соответствии с выдвигаемым принципом построения те_хнологии производства стальной проволоки волочение "заготовок тонких .размеров должно осуществляться с относительно; боль­ шими частными обжатиями, чем заготовок толстых размеров, так как в последнем случае по формуле (26) прирост предела

.прочности больше, чем в первом (табл. 17)._

В настоящее время технология волочения построена таким образом, что тонкую проволоку данного сорта тянут с меньши­ ми обжатиями, чем толстую (табл. 27).

Т а б л и ц а 26

Влияние маршрута волочения на изменение свойств проволоки, протягиваемой из патентированной заготовки

Содержаипе углерода

встали

%

0,48

0,48

0,4.8

0,85

0,83

0,83

Диаметр за­ готовки, мм

Число протяжек

Суммарное обжатие, %

Диаметр го­ товой про­ волоки, мм

 

 

1

 

3,93

5

80,3

1,74

3,93

7

80,7

1,26

5,1

9

93,6

1,29

5,1

6

75,0

2,54

5,05

6

75,0

2,52

5,1

8

85,3

1,95

Принцип построения маршрута волочения

q = Const

Чд = const q = const

< Ч д = const

q = const

Чл = const q = const

Чд = const q = const

Чд = const q = const

<ч д = co n st

 

Механические свойства готовой проволоки

 

предел прочности, кг/мм*

число перегибов

число скручиваний

 

 

факти­

сред­

по отношению

факти­

 

фактический

средний

к проволоке

среднее

ческое

нее

при

ческое

 

 

 

 

q = const, %

 

 

155-158

156

16—20

18,2

100

36—41

39

153— 157

156

18-Г-22 20,0

110

28—47

36

176— 182

180

8— 10

9,4

100

24—39

32

182— 185

183

10— 11

10,5

112

24—40

31

209—209

209

16—21

18,3

100

25—30

29

206—206

206

23—27

24,8

135

•34—36

35

187— 189

188

16—22

19,4

100

25—37

32

189— 191

190

19—25

22,2

114

30—35

32

197— 197

197

8— 10

8,7

100

24—27

25

197— 197

197

9— 11

10,3

118

30—37

34

212— 212

212

11— 14

12,4

100

29—40

36

214—214

214

13— 15

14,4

118

28—38

33

п р и м е ч а н и е . Испытание

проволоки диам. 1,26 и 2,54

мм на перегиб производилось на губках диам. соответственно 5 и 16

Проволока остальных диаметров

испытывалась на перегиб при

губках диам. 10 мм.

Величина частных обжатий, %, при волочении проволоки [77]

Проволока

Содержание

Частные обжатия, %, на переделах,

мм

углерода

6 ,0 -2 ,5

2 ,4 -1 ,6 |

1 .5 -0,6

0,5—0,4

0,37—0.2

 

в стали, %

Канатная

0,5

25

23

21

18

16

Рояльная . . .

0,8

22

20

18

15

14

Существующий .принцип построения -процесса ,волочения стальной 'проволоки создает неблагоприятные условия для де­ формации толстой лроволоки .по сравнению с тонкой.

На одном из заводов автором были изготовлены опытные партии по .предложенному им способу распределения частных обжатий. Числа перегибов этой проволоки были более высокими по сравнению с числами перегибов металла, протянутого с оди­ наковыми на всех протяжках частными обжатиями. При этом уменьшения запаса проволоки на барабанах, .приводящего к сни­ жению производительности стана, не наблюдалось. Однако не исключена возможность, что в отдельных случаях на станах не­ которых конструкций это может происходить.

5. ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ ПО РАЗРАБОТКЕ МАРШРУТОВ ВОЛОЧЕНИЯ

Пр и м е р 1. Составить маршрут волочения канатной прово­ локи марки В (ГОСТ 7372—55) диам. 1,8 мм с маркировочным пределом прочности 180 кг/мм2.

В соответствии с ГОСТ 7372—55 такая проволока будет счи­ таться годной, если ее предел прочности будет не ниже 180 и не выше 202 кг/мм2у т. е. если среднее значение предела прочности проволоки составляет 191 кг)мм2.

Работой автора установлено, что максимальная пластичность проволоки соответствует суммарному обжатию около 80%, по­ этому необходимо выбрать такое содержание углерода в стали и такой диаметр заготовки для. патентирования, которые при обжатии в 80% обеспечат получение проволоки диам. 1,8 мм с пределом прочности около 190 кг!мм2.

Суммарное обжатие определяется .по формуле

Г)2 __ /72

Ю О = Q % .

Для данного примера

р2~ 1,8г 100 = 80,

D*

откуда диаметр заготовки D = 4 мм.

Диаметр заготовки может быть очень быстро определен так­ же на логарифмической линейке.

Для волочения .проволоки средних размеров преимуществен­ но иапользуются машины шестикратного волочения. Поэтому примем число протяжек k = 6.

Величина частных обжатий, суммарных обжатий и число про­ тяжек -связаны между собой уравнением

l-lg l/lO O -Q i _ ig1Л 00 Ч

Из этого соотношения определим среднее значение частных обжатий, учитывая, что суммарное обжатие равно 80%, а число

протяжек равно 6:

______

 

1—lgV 100 —80 =fi

 

l-lg K lO O -ç

откуда q = 23,3%.

Далее определим содержание углерода в стали, которое при суммарном обжатии 80% и частных обжатиях 23,3% обеспечит на проволоке диам. 1,8 мм предел прочности —190 кг/мм2.

Проверим, даст ли такой предел прочности сталь с содержа­ нием углерода 0,5%.

Определим по формуле (8) предел прочности патентован ­ ной заготовки диам. 4 мм из стали 0,5%:

аь = 100-0,5 +

53 —4 = 99 кг/мм2.

Найдем по формуле (26) прирост предела прочности в ре­

зультате волочения:

 

0,6 |о ,5 + ~ ~ +

0,01 -23,з|-80

До„ =

: 57,8 кг!мм2.

^Тоб^8СГ+0,0005.80

Предел прочности проволоки после волочения будет

аьп = аь + Доб = 99 + 57,8 = 156,8 кг/мм2,

т. е. предел прочности ниже требуемого. Необходимо выбрать сталь с более высоким содержанием углерода.

Примем С = 0,7%. Тогда оь = 100-0,7 + 53—4 = 11 9 кг/мм2\

0,6(°,7 + ^ +0,01'23,3)' 80

Да

= 72 кг/мм2;

&

IДШ ^вОЦ- 0,0005 80

 

йьп = 119 + 7 2 = 191 кг/мм2.

Таким образом, для получения проволоки требуемой проч­ ности (191 кг/мм2) необходимо использовать сталь с содержани­ ем углерода 0,7%.

В нашем случае 'прирост предела прочности за одну про­ тяжку

Ао*ед = - f - = 12 кг/ММ2.

Теперь составим маршрут волочения, обеспечивающий такой прирост предела прочности.

Первая протяжка должна быть меньше 23,3%, так как при равных частных обжатиях прирост предела прочности -на первой

протяжке выше, чем «а

последующих (до суммарного обжатия,

равного примерно 80%).

 

 

Задаемся частным обжатием на первой протяжке, равным

17%, и определим ДаЬед

при qx = 17% = Qi:

Ао&ед,

° ' 6 ( ° - 7 + ^ Г

+ 0 ' 0117) - 17

---- У- --

4

---------- ------= 10,4 кг/мм\

 

lg К ЮО — 17 + 0,0005-17

Чтобы прирост предела прочности был .равен 12 кг/мм2, не­ обходимо увеличить qu Примем qx= 19,4%. В этом случае

Да

0 ,6 (0,7 +

1 о + 0 ,0 1 ' 19’4) 19,4

кг/мм2.

&ед;

 

0,0005-19,4

 

lg ] / l0 0 — 19,4 +

 

Таким

образом, q x =

19,4%

обеспечит при первой протяжке

необходимый прирост предела прочности, равный 12 кг/мм2. Ди­ аметр проволоки после первой протяжки будет 3,59 мм.

Частное обжатие при второй протяжке должно быть больше 19,4% и меньше 23,5%.

Примем q2 = 21,2%. Тогда после второй протяжки диаметр проволоки будет 3,18 мм, а суммарное обжатие Q2 = 36,8%.

Среднее частное обжатие во второй протяжке

<Ьср

19,4 +

21,2

20,3 о/0.

2

 

 

 

 

Определим прирост предела прочности за две протяжки:

0,6 (о*7 + -^г + о .о ь го .зУ зм

До,

=

-------------------------------1------

=

24 кг/ммг.

®еД1+ 2

100 — 36,8 + 0,0005-36,8

 

 

Прирост предела прочности за вторую протяжку

К е д , =

К е д 1 + 2 + К е д , " 2 4 - 1 2 - 1 2

К2/МЛГ.

Таким

образом, <72 = 21,2%, обеспечивает

при второй про­

тяжке прирост предела прочности, равный

12 кг/мм2. Аналогич­

но определяются частные обжатия на 3-й, 4-й и т. д. протяжках. Окончательно маршрут волочения, ' обеспечивающий при­

рост предела прочности за каждую протяжку

12 кг/мм2 и сум-

8*

;107

марный

прирост

предела прочности за

шесть протяжек

72 яг/лш2, будет иметь вид:

 

 

Диаметры, мм 4 ,0 ---- 3,59----- 3,18------ 2,79------ 2,42---- 2,09— - 1,8

Частные обжа-

19,4

21,2------2 3 ,0

24,7

25,5-----26,0

тия,

%

 

 

 

 

П р и м е р 2. При рассортировке

стальной проволоки неко­

торая часть ее отбраковывается, как несоответствующая задан­ ному пределу прочности, хотя по пластическим свойствам (по числам перегибов и скручиваний) проволока вполне пригодна.

Причиной этому могут быть неправ,ильно выбранные содер­ жание углерода в стали и диаметр заготовки, при котором сле­ дует производить патентирование, а также наличие микродефек­ тов на поверхности металла, повышенное количество неметалл,ичеаких включений и мартенситные участки в струк­ туре патентованной заготовки и другие факторы, в том числе изменение условий волочения.

Очень часто и технологический процесс изготовления сталь­ ной проволоки обусловливает неравномерность ее прочностных

свойств и несоответствие необходимым требованиям.

 

Пользуясь

формулой

(26), на

конкретных примерах завод­

ской практики

проанализируем влияние

отдельных технологи­

ческих моментов на изменение

предела

прочности проволоки.

I.

На одном из

заводов

для волочения канатной

прово­

локи d =

1,0- 0,03 мм с маркировочным .пределом прочности

160

(1601-М82) кг!мм2 применяется

сталь с содержанием углерода

0,51—0,55%,

протягивается

из

заготовки D = 2,4±0*07 мм в

Проволока

шесть протяжек, при этом патентированная заготовка считается пригодной, если предел прочности ее составляет 99—109 кг!мм2.

1.

Пусть С = 0,55%; D = 2,47 мм\ d = 0,97 мм. Тогда Q =

= 84,6%.

значение

частных обжатий qcр определится из вы­

Среднее

ражения

 

 

 

 

 

 

 

 

1 — ig У т — 84,6 _

6

 

 

 

1 — lg lA oO — qcp

 

откуда

<7cp = 27%.

прирост

предела

прочности, полученный

По

формуле (26)

в результате деформации:

 

 

 

 

0,6 /о,55 +

—2^—+

0,01 -27V 84,6

 

До,, =

------ '

 

■ = -------------------- = 70,2 кг/мм2.

 

 

lg У 100 -

84,6 +

0,0005-84,6

 

Если заготовка будет запатентирована по верхнему преде­ лу оь (109 кг!мм2), то в готовой проволоке

сЬп = оь + Даь = 109 + 70,2 = 179,2 кг/мм2.

Следовательно, при указанных

условиях проволока должна

соответствовать

 

по

пределу

 

прочности

требованиям

ГОСТ 3772—55 для марки В.

 

 

мм\

d = 0,97 мм. Тогда

2. Пусть

С = 0,55%;

D = 2,33

Q = 82,6%; <7сР = 25%;

 

 

 

 

 

 

 

До. =

0 ,6

, 55 +

- ^ -

+

0,01-25).8 2 ,6

кг/мм2.

------

 

4—-------------------- = 64

 

 

Ig у

100 — 82,6 +

0,0005*82,6

 

 

При

оь = 104

кг!мм2 имеем

 

 

 

 

 

 

 

аЬп= 104 + 64 =

168 кг/мм2.

 

Эта

проволока

также

будет

 

удовлетворять требованию

ГОСТ 7372—55.

 

примерах предел прочности проволоки от­

В разобранных

личается

один

от другого

 

более

чем

на 10 кг!мм2 (179 и

168 кг!мм2), поэтому при сварке в стык перед волочением пер­ вой заготовки со второй, а также первой заготовки со всеми другими заготовками, имеющими диам. 2,33 мм и предел проч­ ности 99—104 кг/мм2, получится то, что разбег предела проч­ ности готовой проволоки в одном мотке будет превышать 10 кг/мм2, т. е. проволока в этих случаях не будет соответство­

вать марке В ГОСТ 7372—55.

3. Пусть

С = 0,51%; D —2,33 мм\ d = 1,03 мм. Тогда Q =

= 80,4% и (Jср = 23,5%;

 

 

(

2 33

\

 

0,51 +

+ 0,01-23,51-80,4

ааь = ----------

40

----------------------- = 56,4 кг/мм2.

 

Ig У 100—80,4 + 0,0005 80,4

При оь = 99 кг/мм2 получим

 

сЬп=

99 + 56,4 = 155,4 кг/мм2.

В этом

случае предел

прочности будет ниже требуемого

аьп = 160 кг/мм2. Пониженный предел прочности готовой про­ волоки будет и во всех случаях, когда оь патентированной заго­ товки будет менее 104 кг/мм2. Из этого следует, что технологи­ ческий процесс изготовления проволоки следует пересмотреть.

II. На другом заводе для изготовления канатной проволоки

d = 0,3±0’02

мм

с маркировочным

пределом

прочности

190

(190-ь216) кг)мм2 применяется

сталь с содержанием углерода

0,51—0,55%.

Проволока протягивается

из

заготовки

D =

= 1,2±0,05 мм в

14 протяжек.

При

этом

патентированная за­

готовка считается пригодной, если предел прочности ее состав­

ляет 101—111 кг/мм2.

1. Пусть С = 0,53 % ; D = 1,2 лш; d = 0,3 мм и сть = 106 кг/мм2.

Тогда

пр.и средних значениях указанных величин Q = 93,75%;

<7ср =

1 7 ,8 % ;

 

 

 

0,6 (о,53 + - ^ - +

0 ,0 М 7 ,8 ).9 3 ,7 5

 

Ааь = -----\

40

---------- -------- = 93,6 кг/мм2,

 

1g У

100 — 93,75

+0,0005-93,75

В этом случае оЬп = 106 + 93,6 = 199,6 кг/мм2.

Следовательно, получили предел прочности, близкий к сред­ нему значению для заданной маркировочной группы (203 кг/мм2), т. е. в данном случае содержание углерода в диа­ метре заготовки выбрано удачно.

2. Пусть

С = 0,55%; D = 1,25

мм; d = 0,28 мм; оь =

= 111 кг/мм2. Тогда Q = 95%;

qcр =

19,05%;

 

/

1,25

+

 

\

 

0,6

0,55 + —

0,01-19,051-95

Аа, =

---- i-----

7 = = =

---------------

 

----- = 110 ке/мм\

 

 

\g V 1 0 0 - 9 5

+

0,0005.95

В этом случае о6п = 111 + 110,3 = 221,3 кг/мм2.

При этих условиях проволока не удовлетворяет требованию марки В, так как предел прочности ее повышен. Только при оь = 101 -т-105 кг/мм2 она удовлетворяет заданному пределу прочности.

3. Пусть

С = 0,51%;

D =

1,15 мм: d = 0,32 мм; оь =

= 101 кг/мм2. Тогда Q = 92,25%; qcp = 16,38%;

 

0,6 (о ,51

+

0,01-16,Зв).92,25

Аа6 =

--------■ - -

=

----------------------

= 79 кг/мм2,

 

\ g V 100 — 92,25

+

0,0005-92,25

Имеем

аЬп = 101 + 79 = 180 кг/мм2,

В этом случае проволока также не удовлетворяет требова­ ниям марки В, так как предел прочности ее понижен. Только при оь = 111 кг/мм2 она будет удовлетворять необходимым тре­ бованиям.

За счет разбега по содержанию углерода и допусков на за­ готовку и готовую проволоку прирост предела прочности изме­ няется на 31 кг/мм2. Если учесть, что разбег предела прочности патентированной заготовки также составляет 10 кг/мм2, то бу­ дет понятно, какие огромные возможности заложены в техноло­ гическом процессе для возникновения в металле неравномер­

но

Соседние файлы в папке книги