4.2. Смазка при волочении.

4.2.1. Назначение смазки и требования к ней.

Без применения смазки волочение невозможно. Вопросы смазки тесно связаны с внешним трением, которое сопутствует и про­тиводействует перемещению находящихся в соприкосновении двух тел. Принято различать три вида внешнего трения: сухое, граничное и жидкостное.

Сухое трение — это трение в отсутствие смазки на соприкаса­ющихся поверхностях тел.

Граничное трение возникает в тех случаях, когда между соприкасающимися телами имеется чрез­вычайно тонкий слой смазки, обладающий особыми свойствами.

При жидкостном трении между трущимися поверхностями имеется значительный слой смазки, полностью их разделяющий и харак­теризуемый внутренним трением в смазке.

Внешнее трение зависит от материала соприкасающихся тел, состава и характера смазки, от истинных пло­щадей контакта трущихся поверхностей и от режима работы: температуры, скорости, нагрузки и, главное, от температурного поля, возникающего в тонком поверхностном слое.

Смазка предотвращает прилипание протягиваемого металла к волокам, уменьшает трение и обеспечивает необходимое качество поверхности проволоки.

Правильно выбранная смазка позволяет применять высокие частные и общие деформации, а также высо­кие скорости волочения. Кроме того, она снижает температуру в очаге деформации.

Основные требования к смазке при волочении: 1) хорошо и непрерывно смачи­вать трущиеся поверхности и прочно к ним прилипать; 2) выдержи­вать большие давления; 3) не должна спекаться, разлагаться или расслаиваться; 4) должна обеспечивать минимальный износ канала волок и чистоту рабочих мест; 5) не огнеопасна; 6) не имела неприятного запаха и не оказывала вредного воздействия на обслуживающий персонал;7) изготовляться из недефицитных материалов и быть дешевой.

4.2.2. Составы смазок для волочения.

Смазки делят на твердые, консистентные (полужидкие) и жидкие.

Твердые смазки. К ним относятся мыла, представляющие собой соединения щелочных и щелочноземельных металлов (натрия, калия, кальция) с жирными кислотам. Мыльные порошки ши­роко используют при сухом волочении проволоки.

К твердым смазкам относят также нефтепродукты: парафин, церезин и озокерин. Смазкой такого же типа является пчелиный воск. Наибольшее распространение из этих смазок получил воск при протяжке драгоценных металлов и парафин (с добавкой масла) при волочении легированной стали. Наносят эти смазки путем погружения мотков в ванну с расплавленным парафином, воском или другими материалами.

Консистентные смазки изготовляют введением в животные, минеральные или растительные масла специальных загустителей (мыла, петролатума, церезина и другие). При волочении проволоки толстых сечений из цветных металлов и мягких сталей консистентные смазки применяют сравнительно редко и , как правило, при волоче­нии прутков.

Жидкие смазки используют большей частью при волочении тонкой, тончайшей и наитончайшей проволоки.

Жидкие смазки - это чаще всего водные эмульсии минераль­ного или растительного масла и мыла, выполняющего роль ста­билизатора смазки. Широко применяют водный раствор чистого мыла и олеиновой кислоты с кальцинированной содой. При калибровке игольной и аналогичной ей проволоки применяют водный раствор мыла с добавками серной кислоты и муки.

Наполнители и уплотнители смазки. Наполнителями смазки являются вещества, наносимые на поверхность проволоки при проведении подготовительных или специальных операций. Они увеличивают толщину смазки и этим снижают возможность при­липания протягиваемого металла к волокам. Наполнителями являются пленки гидроокиси меди (на стальной проволоке), фосфата, а также слои извести, жидкого стекла, буры и других продуктов,графит.

Широкое распространение получает двусернистый молибден (дисульфид молибдена). Применяются кол­лоидные суспензии дисульфида молибдена (MoS₂), так как его порошок не растворяется в воде и маслах. Этот вид смазки, обладая высокой прочностью, позво­ляют уменьшить угол рабочей зоны волоки и увеличить контакт­ную поверхность проволоки и волочильного инструмента. Большая контактная поверхность способствует уменьшению давлений на волоку и распределяет износ на большую поверхность инструмента, увеличивая этим стойкость последнего.

Дисульфид молибдена позво­ляет значительно увеличить скорость волочения при одновре­менном повышении эксплуатационной стойкости волок и улуч­шении качества поверхности стали.

Уплотнители смазки повышают ее вязкость и способствуют равномерному распределению наполнителя на проволоке. Уплот­нителями являются столярный и малярный клеи, мука (добав­ляют в известь или эмульсии), крахмал, желатин и другие ма­териалы.

5.Термическая обработка проволоки, калиброванного металла и труб.

Термическая обработка металла заключается в нагреве металла до определенной температуры, выдержке его при этой температуре и последующим охлаждении. Проведение термической обработки сопровождается изменением свойств металла в связи с изменением структуры.

Знание диаграмм состояния сплавов и фазовых переходов (превращений) позволяет определять температуры этих превращений.

Термическая обработка может предшествовать волочению, проводится после него или сопутствовать ему.

Термическая обработка металла перед волочением позволяет удалить окалину, снимает наклеп, придает металлу необходимые пластические свойства, обеспечивает получение наиболее оптимальной структуры.

В частности, термическую обработку перед деформацией в холодном состоя­нии проводят для труднодеформируемых металлов и сплавов, та­ких как подшипниковые и высоколегированные инструменталь­ные стали, титановые сплавы и латуни.

Промежуточные операции отжига служат для устранения наклепа металла и создают возможность дальнейшей холодной деформации. Заключительная операция термической обработки служит аналогичным целям, а также для создания требуемой структуры и свойств ме­талла.

При волочении металл упрочняется и изменяет свою пластичность. С достижением определенной степени суммарного обжатия продолжение волочения невозможно, так как металл становится хрупким, дальнейшая протяжка этого металла может быть осуществлена лишь после проведения термической обработки.

Наиболее распространенными видами термической обработки металла являются отжиг, патентирование, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг - это вид термической обработки, при которой после нагрева, выдержки и медленного охлаждения получают мягкий, пластичный металл, свободный от внутренних напряжений. От­жигу подвергают проволоку и прутки перед волочением или на готовом размере.

По характеру термической обработки стальные прутки, по­ступающие в калибровочный цех, подвергаются:

1) черновому (подготовительному) отжигу перед острением (утонением) концов штанг (прутков); в этом случае доставка калиброванных прутков потребителю производится без термической обработки, в нагартованном состоянии;

2) отжигу после волочения; металл имеет твердость, допускающую его острение и волочение без предварительного умягчения;

3) отжигу до острения и волочения и после этих операций. Температуры нагрева, применяемые при отжиге, могут быть выше или ниже критических, при которых металл испытывает внутреннее превращение. Стремятся отжигать металл при воз­можно низких температурах, так как это удешевляет процесс и уменьшает вероятность перегрева и обезуглероживания. Продол­жительность выдержки зависит от массы, природы и исходной структуры отжигаемого металла. Она определяется еще и свой­ствами, которые хотят обеспечить отжигом металл.

Скорость нагрева проволоки и прутков, если их отжигают в мотках или пачках, должна обеспечить равномерный прогрев всей массы металла. Если нагрев проводить очень быстро, то температура внешних слоев мотка (пачки) будет выше темпера­туры внутренних слоев, что может привести к неоднородности свойств по длине. Скорость нагрева зависит от теплопроводности, а также от массы и расположения металла в печном пространстве.

Скорость охлаждения определяется главным образом составом металла и его прочностью (твердостью), которую нужно получить после отжига. Проволоку и прутки из легированных сталей охлаждают медленнее, чем из углеродистых. Проволоку и прутки из углеродистых сталей охлаждают до 500° С вместе с печью, а затем быстро — на воздухе. Большинство коррозионностойких сталей охлаждают до 500° С вместе с печью, а затем быстро - на воздухе. Большинство коррозионностойких сталей охлаждают резко в воде.

Рекристаллизационный отжиг проволоки и прутков проводят при температурах ниже критических. В процессе такого отжига взамен вытянутых деформацией зерен вырастают новые, недеформированные; при этом твердость металла понижается и уве­личивается пластичность.

Отжиг на зернистый пер­лит. При отжиге стали, кроме смягчения самого металла, до­биваются еще получения зерни­стой (круглой) формы структур­ных составляющих стали - це­ментита (для сталей со средним и высоким содержанием угле­рода) и сложных карбидов (для легированных сталей).

Перед отжигом катанку обычно нормализуют (ох­лаждают на воздухе после нагрева) для выравнивания распределения по ее сечению перлита карбидов и ликвидации вокруг зерен цементитной сетки. При отжиге деформированной проволоки зернистую форму перлита получают при вы­держках и температурах, меньших критических, т. е. при рекристаллизационном отжиге.

Патентирование заключается в нагреве проволоки выше верхней критической температуры Ас₃, при которой сталь переходит в аустенит, выдержке при этой температуре, погружении в среду с температу­рой 450 -550° С и охлаждении на воздухе.

Ниже линий Ас₃ и А_ст из аустенита в зависимости от марки углеродистой стали начинается выделение феррита или цементита, а несколько ниже линий A₁ начинается и при этой же темпера­туре заканчивается превращение всего оставшегося аустенита в перлит. Эти изменения в структуре происходят при низких скоростях охлаждения. В зависимости от скорости охлаждения получают различные структуры.

В результате патентирования получают микроструктуру, со­стоящую из смеси двух составляющих - феррита и цементита, - сорбит. Цементит в такой структуре характеризуется чрезвы­чайной измельченностью и равномерным расположением тончай­ших цементитных пластинок в ферритной массе. Сама же ферритная масса состоит из сравнительно крупных участков. Все это обеспечивает патентированной проволоке высокую пластич­ность и хорошие прочностные свойства.

Нормализация отличается от патентирования тем, что проволока после нагрева выше критической точки Ас₃ охлаждается не в спе­циальной среде (в расплаве соли или свинца), а непосредственно на воздухе.

Структура нормализованной стали менее однородна, чем патентированной, а свойства металла несколько ниже. Нормализа­цию применяют в тех случаях, когда изготовляют проволоку, предназначенную для переработки на более тонкие размеры (т. е. передельную). Применять нормализацию для проволоки готового размера не рекомендуется вследствие сильного окисления ее поверхности в этих условиях. Нормализацию проволоки из высокоуглеродистой или легированной стали проводят перед отжигом с целью устранения сетки цементита. Поверхность про­волоки при нормализации окисляется на большую глубину, чем при патентировании. При этом некоторые дефекты удаляются в окалину.

При изготовлении проволоки для клапанных пружин, высоко­прочной арматуры, для кардной ленты и других целей заключи­тельной операцией является закалка с отпуском. При этом обес­печивается высокая прочность и твердость, высокая упругость, а также прямизна проволоки.

Закалка стальной проволоки заключается в нагреве ее выше критической точки Ас_х или Ас₃ и последующем быстром охлаж­дении. На результаты закалки влияют скорость и температура нагрева, время выдержки и скорость охлаждения. При этом решающим фактором является скорость охлаждения, с которой связано получение определенной структуры и заданных механи­ческих свойств.

Одной из основных структур, получаемых в ре­зультате закалки, является мартенсит, имеющий характерное игольчатое строение.

Вследствие того что в решетке мартенсита атомы углерода как бы заклинены между атомами железа, они создают большие внутренние напряжения. Мартенсит имеет высокую твердость, он очень хрупкий.

В качестве охлаждающей среды при закалке используют расти­тельные и минеральные масла, воду, водные эмульсии, растворы солей и другие среды с высокой охлаждающей способностью. При закалке проволоки используют машинное и хлопковое масла и иногда подогретую воду.

Отпуск проволоки проводят обычно сразу же после закалки. При его проведении у металла изменяется структура, умень­шаются внутренние напряжения, повышается вязкость и несколько снижаются прочность и твердость. Температура отпуска имеет широкий диапазон и зависит от назначения проволоки.

На практике применяют три вида отпуска.

Низкий от­пуск при 150 - 300° С. Цель его - уменьшить внутренние напряжения, не снижая или очень мало снижая при этом твер­дость. В результате низкого отпуска получают структуру отпу­щенного мартенсита.

Средний отпуск осуществляют при 300 - 450° С и применяют для изделий, от которых требуется достаточно высокая твердость и высокий предел упругости при определенной пластичности.

Высокий отпуск проводят при 500 - 680° С. После такого отпуска сталь имеет структуру сорбита (мелкодисперсная смесь феррита и цементита).

Например, низкому отпуску после закалки на готовом раз­мере подвергают гребнечесальную проволоку. Кардную проволоку после закалки подвергают отпуску в диапазоне температур, соот­ветствующих среднему отпуску, а ремизную — в диапазоне тем­ператур высокого отпуска. Отпуску подвергают также проволоку, протянутую с высокими суммарными деформациями.

Рекомендуют проводить закалку и кратковременный отпуск проволоки (заготовки) перед волочением. При производстве пру­жинной проволоки со специальными свойствами это необходимо.