книги / Термическая обработка и волочение высокопрочной проволоки
..pdfОбращает на себя внимание необычный характер изменения пластических свойств проволоки из сталей 40 и У8А, протянутых из патентированных заготовок. Пластичность этой проволоки возрастает, достигая при обжатии около 80% максимального значения. При обжатии более 80% «происходит снижение пласти ческих свойств. Повышение пластичности при обжатиях до 80% у стали У8А идет более интенсивно, чем у стали 40.
Аналогичная за«кономерность!обнаружена и в ранее проведен ных экспериментах (рис. 31 и 34). Это наглядно иллюстрирует ся данными табл. 23, в которой (указаны свойства проволоки из
Содержание углерода, %
Т а б л и ц а 23
Свойства патентированной заготовки и протянутой из нее проволоки
Состояние металла |
Диаметрпро волоки,AIM |
Пределпроч ности,кг{мм* |
Относитель ноесуже ние,% |
Числопере гибов(г =5мм) = |
3* гг И |
|
|
|
|
О-О |
|
|
|
|
|
|
ч 3 ° |
|
|
|
|
|
= 5 - |
|
Патентирована |
диам. |
4,85 |
4,85 |
89,1 |
55,9 |
— |
— |
||
0,39 |
Протянута |
с |
мм в 6 |
136,6 |
63,9 |
11,0 |
41,6 |
|||
протяжек |
|
|
|
|
2,3 |
|||||
|
Патентирована |
|
|
|
2,3 |
93,7 |
62,6 |
8,9 |
39,4 |
|
|
Патентирована . |
|
4,85 |
4,85 |
104,4 |
43,0 |
— |
— |
||
0,56 |
Протянута |
с |
диам. |
мм в 6 |
158,8 |
62,4 |
11,2 |
43,7 |
||
протяжек . |
|
|
|
2,3 |
||||||
|
Патентирована |
|
|
|
2,3 |
111,8 |
58,8 |
7.1 |
36,4 |
|
|
Патентирована |
|
............................. 4,85 |
112,3 |
30,2 |
— |
— |
|||
0,63 |
Протянута |
с диам. |
4,85 мм в 6 про |
170,2 |
60,4 |
10,6 |
36,7 |
|||
тяжек |
|
|
|
|
2,3 |
|||||
|
Патентирована |
|
|
|
2,3 |
117,7 |
56,1 |
6,6 |
32,5 |
|
|
Патентирована . |
. . |
|
4,85 |
132,3 |
21,6 |
— |
— |
||
0,83 |
Протянута с диам. |
4,85 мм в 6 про |
180,2 |
52,4 |
8,8 |
25 |
||||
тяжек |
|
|
|
|
2,3 |
|||||
|
Патентирована |
|
|
|
2.3 |
135,5 |
38,8 |
2,0 |
8,7 |
стали четырех марок, протянутой на диам. 2,3 мм с частными обжатиями около 22%, из патентированной заготовки диам. 4,85 мм (суммарное обжатие 77%). В таблице даны также •механические характеристики патентированной проволоки
диам. 2,3 мм.
По сравнению с патентированной заготовкой проволока пос ле волочения у каждой отдельно взятой марки стали обладает большей прочностью (на 33—46%). Кроме того, она имеет и
|
|
5J5 |
|
4Д |
|
4Д |
3J5 3J |
2,9 |
2,U |
2,1 |
Ю |
f,6 ifi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр проволоки, мм. |
|
|
|||
|
|
О |
|
20 |
|
39 53 К |
73 76 64 87 90 92J5 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Суммарное обжатие,% |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
75 |
|
\ |
|
|
,1 |
|
|
|
|
|
||
|
70 |
|
xl |
\ |
|
|
|
|
|||||
|
|
\ |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|||
С.65 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|||
I |
60 . |
' |
|
|
|
|
V\ Ч" |
|
|
||||
5я |
,\ |
|
|
\ |
ч/ |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
\4 |
|
|
||||||
I оо |
|
\ |
/ |
’ 4v |
*3 |
|
|
|
|||||
|« |
|
|
y< |
4 |
|
V |
Чч |
|
|||||
•§40 |
|
|
|
4 |
|
|
N |
|
4 |
||||
| JO/ |
|
|
>\ |
л |
|
|
|
\ |
|||||
|
|
|
\\ |
|
\ |
|
|
||||||
1JO |
|
|
|
V‘N, |
\ |
|
\ |
|
|
||||
? |
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
1 |
|
|
|
S25\ |
|
|
|
|
|
|
\ |
V |
|
|
|||
|
|
|
|
|
>4^ |
\ |
|
|
|||||
l |
20 |
л |
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|
__ |
i |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
||
I/o |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5J5 |
4J5 |
4.0 |
ЗЛ 3,1 27 |
2/. |
2.1 |
1,6 |
1.6 |
If* |
||||
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр проВолош, мм |
|
|
||||
|
О |
20 |
39 |
53 61* 73 |
78 |
04 |
87 |
90 |
Ц25 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
Суммарное обжатие, % |
|
|
|
ко
120
//О------------------------------
iis |
if i |
40 |
3,1 |
2.7 |
2,4 |
2,1 |
id |
i& |
1А |
|
|
Диаметр проболоки, мм. |
|
|
|
||||
о |
го |
39 53 |
64 |
73 |
76 |
84. |
87 |
90 |
82J |
Суммарное обжатие,%
6
О 20 39 53 64 73 76 04 87 90 92J5
Суммарное обжатие
е
150 V
КО \
130 |
ч |
|
|
|
|
|
К 120 |
\ |
\ |
|
|
|
— |
I по <л |
|
|
|
|
|
|
1 100 |
|
\ |
--- |
|
|
|
•§ |
- Vч- |
|
IS |
|
|
|
Г 90 |
|
|
|
|
||
ч |
|
N ч / |
|
у |
ч |
|
Л, |
|
|
' ^2 |
Ч ; |
||
\ ч |
— * |
|
|
\ |
*3 |
|
V |
А |
|
|
|
Ч ч |
|
/ |
, 6 |
|
- л К |
|||
|
|
|||||
|
\ |
ч' S . |
|
|
||
|
4' |
ч |
|
|
л |
|
|
|
ч ^ч |
|
|
|
■V |
|
|
__ „ 7 |
|
|
|
|
|
|
J- |
|
|
V |
|
|
|
|
|
— |
\ |
|
|
|
Диаметр пробота,мм |
. . . |
|||
|
« и л и |
7» I * |
» |
» w |
||
|
|
Суммарное обматие.Х |
|
|
||
|
|
à |
|
|
|
|
6,15 |
4,5 |
<7,0 3,6 |
3,1 2,7 |
2,<* |
2,1 |
1,6 |
1,6 |
/,4 |
|
|
Диаметр праОоти,мм |
|
|
||||
Ю |
10 |
10 6 |
Ю Ю |
10 |
10 |
10 |
6 |
0 |
|
|
Радиус губоя,мм |
|
|
|
|
||
О |
20 |
3933 |
54 73 |
76 |
54 |
67 90 92Д |
Рис. 43. Влияние содержания углерода, вида термической обработки (исходной структуры) и степени обжатия на изме нение предела прочности аь (а), прирос та предела прочности аДь (б), относи тельного сужения ф (в), отношения пре делов прочности проволоми после во лочения к пределу прочности термиче
ски обработанной заготовки — ~ (г), ис-
°ьа
тинного сужения истинного удлинения е (д); числа перегибов (е) и числа скру чивании (ж):
1 — армко-железо после нормализации (ис ходная структура — феррит); 2 — сталь 40 после патентирования (исходная структура — сорбит), 0.42% С; 3 — сталь 40 после отжига
(исходная структура — зернистый |
перлит). |
0,42% С; 4 — сталь 40 после отжига |
(исходная |
структура —грубопластннчатый |
перлит). |
0,42% С: 5 — сталь У8А после патентирования
(исходная структура - сорбит). |
0,82% С; 6 — |
||||
сталь |
У8А после |
отжига |
(исходная |
структу |
|
ра - |
зернистый |
перлит), |
0.82% |
С; |
7 — сталь |
У8А |
(исходная |
структура — грубопластинча |
|||
|
тый |
перлит), |
0,82% С |
|
Суммарноееойтатие
большее относительное сужение, число перегибов и число скру чиваний. При этом, если в стали 40 (0,39% С) проволока после волочения имеет относительное сужение, число перегибов и чис ло скручиваний большие, чем у патентированной заготовки (со ответственно на 2,8; 23,5 и 6,4%), то у стали У8А (0,83% С) это повышение составляет: по относительному сужению на 35%., по числу .перегибов в 4,4 раза и по числу скручиваний в 2,9 раза.
Пластические свойства армко-железа перед деформацией зна чительно выше, чем у ;патентирова»ных сталей 40 и У8А. У ста ли 40 эти свойства выше, чем у стали У8А (рис. 43). При дефор
мации армко-железа пластические |
свойства |
снижаются |
(рис. 43), а три деформации патентированной |
заготовки из |
|
сталей 40 и У8А (с обжатием до 80%) |
повышаются и особенно |
интенсивно у стали У8А. В результате при обжатии около 80% (пластические свойства проволоки из сталей 40, У8А и армко-же- леза становятся очень близкими, однако предел прочности зна чительно отличается: у армко-железа он составляет 72 кг!мм2, v стали 40—135 кг/мм2 и у стали У8А — 200 кг/мм2.
Число перегибов и ход кривой его изменения (рис. 43, е) в значительной мере зависят от диаметра проволоки и радиуса губок при испытании. Поэтому числа перегибов, как и числа скручиваний, могут быть попользованы для сравнивания .прово локи только одинакового диаметра. *
По мере уменьшения диаметра числа перегибов и числа скру чиваний проволоки при волочении ее из патентированной заго товки возрастают по сравнению с проволокой, прошедшей в за готовке другие виды термической обработки (рис. 43, а).
Прирост предела прочности армко-железа за первую протяж ку относительно высок. При деформации этого металла .происхо дит понижение пластичности, как у отожженных сталей с высо ким пределом прочности после первой протяжки (табл. 24).
У патентированного металла при сравнительно низком при росте предела прочности наблюдается повышение пластиче ских свойств проволоки после первой протяжки.
.Проволока из патентированной заготовки имеет также наи меньшее отношение предела прочности после волочения к .пре делу прочности термически обработанной заготовки (рис. 43, г).
Таким образом, для стали данного химического состава со поставлением «прироста предела прочности после первой про тяжки можно определить тенденцию изменения пластических свойств деформированного металла.
С другой стороны, полученные результаты экспериментов по казывают, что по относительному сужению, истинному сужениюудлинению, числу перегибов и числу скручиваний металла в ис-
* Относительное сужение площади поперечного сечения и истинное су жение — истинное удлинение обладают по сравнению с числами перегибов и скручиваний и тем преимуществом, что не зависят от диаметра испыты ваемой проволоки.
Прирост предела прочности и изменение пластичности проволоки после первой протяжки в зависимости от содержания углерода и вида термической обработки (исходной структуры)
Показатели
Од _ f § ё SS&
§чЗ. 2 5 ~ 2 о, О
0.00
~ О
|
Сталь 40 |
|
Сталь У8А |
|
|
патситнрошишаи (сорбит) |
отожженная |
патентироианная (сорбит) |
отожженная |
||
на зер нистый цементит |
па перлит |
на зер нистый цементит |
на перлит |
Предел |
прочности |
термически |
36,0 |
86,1 |
61,5 |
56,5 |
124,8 |
68,0 |
73,2 |
||
обработанной заготовки, кг/мм2 |
|||||||||||
Прирост |
предела прочности |
при |
12,3 |
11,2 |
15,3 |
21,1 |
13,6 |
18,8 |
20,1 |
||
первой протяжке, |
кг/мм2 |
. . |
|||||||||
Изменение пластичности (<р, |
%) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
после |
первой |
протяжки |
по |
|
|
|
|
|
|
|
|
сравнению с |
исходной заго |
—4,9 |
+ 0 2 |
- 3 ,£ |
— 10 4 -j-5,5 |
—7,0 — 12,4 |
|||||
товкой |
......................................... |
|
|
|
ходном состоянии нельзя судить о направлении изменения плас тических свойств металла после его волочения.
Анализ расположения экспериментальных точек для каждо го отдельно взятого диаметра проволоки показывает, что испы тание проволоки на перегиб дает более близкое .представление о пластических свойствах проволоки (рис. 43, в и е), чем испыта ние на скручивание (рис. 43, ж). Аналогичный вывод можно сделать и по данным другой серии экопериментов, сопоставив относительное сужение (рис. 34) с числами перегибов (рис. 35)
ичислами скручиваний (рис. 36).
Упроволоки из патентированных заготовок до шестой про тяжки (обжатие 78%) прирост предела прочности за каждую отдельно взятую протяжку снижается, а пластичность повы
шается. На шестой протяжке при обжатии 78% прирост предела прочности достигает минимума а пластичность — максиму ма. На седьмой и последующих протяжках при обжатии более 78% прирост предела -прочности за каждую отдельно взятую протяжку повышается, а пластичность падает.
Указанная зависимость при волочении патентированной ста ли особенно хорошо обнаруживается в случае шлифовки по верхности заготовки перед патентированием (три этом удаляют ся поверхностные дефекты) при тщательном соблюдении посто янства величины частных обжатий с соблюдением равномерно сти деформации при волочении (рис. 44).
Характерно, что изменение прироста предела прочности за каждую отдельно взятую протяжку у патентиро.ва.нной стали У8А совпадает с изменением интенсивности / 110//220 рентгеновс ких отражений [80]; в то же время закономерность изменений пластичности имеет противоположный характер: максимум пла-
Порядковый Н* протяти,
Рис. 44. Изменение прироста предела прочно сти патентированной проволоки за каждую отдельно взятую протяжку и относительного сужения в зависимости от степени обжатия:
/ —1 сталь 45; 2 — сталь У8А
|
О |
33,5 |
55,7 65 70,5 |
Q0A |
65 07,0 |
31,35 93 |
|
|
|
Суммарное обматие,/. |
|
||
Рис. 45. |
Изменение |
интенсивности |
рентгеновских |
|||
„ |
|
Jно |
|
сужения <р |
и при- |
|
отражении |
|
—— , относительного |
J220
роста предела прочности Дст0ед патентированной про
волоки стали марки У8А за каждую отдельно взя тую протяжку в зависимости от степени деформации
спичности, .минимум прироста предела прочности и минимум интенсивности рентгеновских отражений (а значит, и напряже ний III рода) соответствуют обжатию около 80% (рис. 45).
При волочении армко-железа повышается прочность и сни жаются его пластические свойства (рис. 43).
Возникновению напряжений и снижению пластических свойств металла при его деформации способствуют также гра ницы зерен и другие несовершенства кристаллического строения.
При деформации стали со структурой зернистого перлита изменения величины зерен цементита и их формы не наблюдает ся (рис. 42). Однако в этом случае происходит значительное^ по вышение предела прочности и снижение пластических свойств после первой протяжки (табл. 24) благодаря вдавливанию в очаге деформации зерен цементита в ферритную составляющую, вследствие чего происходит неравномерная деформация ферри та, возникают искажения кристаллической решетки и появля ются напряжения. Микроструктура зернистого цементита в де формированном состоянии (рис. 42) и перлита после значитель ной деформации (рис. 41, г) при небольшом увеличении в 540 раз не имеет резкого различия.
При деформации отожженной стали с грубопластинчатым це ментитом происходит ориентация .пластинок цементита в направ лении оси деформации, и уже на .первой протяжке наблюдается дробление цементита как,в стали У8А (рис. 41, а и б), так и в стали марки 40 (рис. 39, а и б); при этом резко возрастает пре дел прочности (табл. 24).
Дальнейшая деформация стали с грубопластинчатым цемен титом также измельчает цементит и ориентирует его в нашравлении оси деформации. При обжатии 78% структура стали пред ставляет собой обломки цементитных .пластин (рис. 39, г и 41, г), а пластичность металла очень-низка (рис. 43).
Микроструктурный механизм пластической деформации патентированной стали с высокодисперсными тонколластинчатыми частицами отличается от деформации стали с г.рубопластинчатым и зернистым цементитом.
При волочении патентированной стали после первой -протяж ки происходит преимущественно поворот пластинок цементита в направлении оси деформации без существенного их разруше ния (рис.; 38, а и б; рис. 40, а и б), а не дробление цементитных пластинок, как это наблюдается в отожженной стали (рис. 39, а и б; рис. 41, а и б).; Преимущественный поворот высокодисперс ных пластинок цементита при деформации патентированной ста ли не приводит к такому резкому приросту предела прочности при .первой протяжке, как в отожженной стали (табл. 24), где происходит дробление цементита.
С увеличением степени деформации проволоки с исходной сорбитной структурой происходит дальнейшая ориентация плас тинок цементита в направлении оси волочения вследствие их
высокодислероного состояния; прирост предела |
проч«0!Сти в |
||
случае равенства частных обжатий постепенно надает |
(рис. 44), |
||
а .пластичность растет (рис. 31, 34, 43 и 44) |
благодаря |
ориента |
|
ции пластинок цементита в направлении |
оси |
волочения без |
существенного .их -раздробления (рис. 38, а, б и г, рис. 40, а, б и г). Этот процесс происходит до обжатия, близкого к 80%. Даже при обжатии, близком к 80%, существенного дробления высокодисперсного пластинчатого цементита не наблюдается (рис. 38, в
и 40, г) д При обжатии, близком к 80%, подавляющее большинство
цементитных пластинок ориентировано вдоль оси волочения; пластические свойства металла достигают максимального зна чения (рис. 31, 34, 43 и 44), а прирост предела -прочности за каж дую отдельно взятую протяжку минимален (рис. 44).
При обжатии более 80% ферритная составляющая приобре тает уже довольно высокую прочность. Вследствие этого в слу чае волочения патентированной заготовки при обжатиях более 80% происходит дробление цементитных пластинок (рис. 38, г и 40 б), сопровождающееся понижением пластических свойств (рис. 31, 34, 43 и 44) и повышением прироста предела прочнос ти за каждую отдельно взятую протяжку (рис. 44).
При обжатии до 80% в патентированной стали У8А наблю дается’ более интенсивный подъем пластичности, чем в стали с пониженным содержанием углерода (рис. 31, 43 и 44). Это и дало основание полагать о целесообразности использования заэвтектоидных сталей, например У12А, не применяемых в миро вой практике при производстве высокопрочной проволоки. Ре зультаты использования стали У12А дл-я изготовления высоко прочной проволоки описаны выше.
Более интенсивное повышение пластических свойств прово локи с повышением содержания углерода в стали объясняется более дисперсным состоянием и более равномерным распреде лением цементита. Поэтому в высокоуглеродистой стали веро ятность возникновения перенапряженных участков феррита изза неравномерной деформации меньше, чем в стали с понижен ным содержанием углерода.
При увеличении частных обжатий прирост предела прочнос
ти патентированной проволоки -повышается (см. табл. 18), |
а |
Пластические свойства (рис. 34) и числа перегибов (рис. |
35) |
в этом случае ниже, чем при малых частных обжатиях. |
|
Изменение пластических свойств проволоки в результате хо лодной деформации связано с искажением кристаллической ре шетки (табл. 25).
Таким образом, изменение свойств проволоки в процессе ее волочения тесным образом связано с количеством, формой, дис персностью и формоизменением второй фазы.
Попробуем объяснить экспериментальные данные с точки зрения некоторых положений теории дислокаций.