книги из ГПНТБ / Колпашников, А. И. Армирование цветных металлов и сплавов волокнами

изменить. В этом случае суммарную вытяжку при окон­ чательном волочении несколько занижают. Производят отпуск при температуре 400°С с выдержкой ;при этой тем­ пературе в течение 3 ч. Так как прирост прочности при отпуске может колебаться по различным причинам (из­ менение химического состава стали, незначительные от­ клонения условий волочения от оптимальных и т. д.), для обеспечения необходимой прочности после отпуска и очистки поверхности проволоки ее можно подвергнуть калибровочной протяжке, а вытяжку на этом переходе корректировать (в весьма узких пределах) на основании результатов испытаний проволоки после отпуска и проч­ ности, установленной в технических.условиях.

В заключение можно отметить, что технологический процесс производства проволоки из стали марки Х18Н9Т с мартенситной структурой 'более трудоемок по сравне­ нию с процессом производства аустенитной проволоки из этой же стали, но обеспечивает 'более высокую прочность (при той же пластичности). Прочность мартенситной про­ волоки больше, чем аустенитной, на 40—50%.

Высокопрочную проволоку можно получать не толь­ ко обычным холодным волочением, когда заготовка име­ ет комнатную температуру, но и волочением с подогре­ вом заготовок для повышения пластичности проволоки или увеличения суммарной степени деформации, а также волочением заготовок, предварительно охлажденных до минусовых температур. Снижение температуры заготов­ ки — эффективное средство интенсификации мартенсит­ ного 'превращения в процессе пластической деформации сталей с нестабильным аустенитом [31,47, 48] (табл. 12, 13) . При волочении проволоки из стали марки Х18Н9Т отчетливо выявляется повышение интенсивности упрочне­ ния с понижением температуры заготовки (рис. 33).

Таблица 12

Влияние температуры заготовки на механические свойства проволоки из стали марки Х18Н9Т после волочения

70

Таблица 13

Влияние температуры заготовки на механические свойства проволоки из стали марки Х18Н9Т после волочения и отпуска при температуре 400°С в течение 24 ч

В стали этой марки мартенситное превращение при волочении заготовки, имеющей температуру — 70°С, за­ вершается при степени деформации 45—50%, в то время как при обычном холодном волочении требуется степень деформации 75—80% (рис. 34).

Практически эффект захода жив ания заготовки сво­ дится к тому, чти при производстве проволоки с пределом прочности 1600—1700 МН/м2 (160—170 кгс/мм2) количе­ ство протяжек в 4—6 раз меньше, чем при обычном хо­ лодном волочении. Таким образом, при производстве проволоки, не обладающей очень высокими прочностиы-' ми характеристиками, охлаждение заготовки до минусо­ вых температур значительно повышает производитель­ ность процесса волочения, особенно в том случае, если сталепроволочный цех располагает средствами для вы­ сокопроизводительного заготовительного волочения с подогревом заготовки. Допустимая степень деформации

71

при волочении заготовок, охлажденных до минусовых температур, невелика прежде всего из-за отсутствия сма­ зок, удовлетворительно работающих в подобных усло­ виях.

Углубленные исследования возможностей получения высокопрочной проволоки из различных по составу нер­ жавеющих аустенитных сталей провели А. П. Гуляев и В. М. Афонина [33], причем они исследовали не только влияние химического состава, но и температуры заготов­ ки в широком интервале (от —1196 до 4О0°С).

Эти исследования позволили выявить закономерности упрочнения сталей при волочении (рис. 36). При волоче-

1200( 120)

8 0 0 (80) ~

I

v Ьоо(ьо)

60 so

Д е <рорма и,ия,°!о

Рис. 35. Зависимость при­ роста предела прочности сталей от температуры, степени деформации и хи­ мического состава. Цифры на кривых обозначают процентное содержание ни­ келя в сталях:

а — сталь марки Х18Н(8— 12); б - Х18Н(8—16)М2; в — Х18Н(8—16)А

72

нии с подогревом (400°С) упрочнение практически не за­ висит от содержания никеля в стали (в интервале 8— 16%), при обычном холодном волочении и особенно во­ лочении охлажденной заготовки (—196°С) упрочнение увеличивается, причем тем сильнее, чем ниже содержа­ ние никеля в стали. Магнитометрические исследования показывают, что снижение содержания никеля в иссле­ дованных сталях усиливает мартенситообразование при волочении, что и объясняет большее упрочнение.

Авторы указанных работ, как и многие другие иссле­ дователи [29, 31], считают, что прочность и прирост прочности при волочении рассматриваемых сталей опре­ деляются степенью и температурой деформации, количе­ ством мартенсита, образовавшимся при деформации, и процессами старения при отпуске проволоки. Они пред­

где бсум1 — степень деформации до 80%; бсумг — то же, более 80%;

с1 и с2— коэффициенты.

Численные значения коэффициентов

град - % деформации ’

£?д — 13,25 -------

% деформации

% деформации

. МН/м2

с? = 8,0

% мартенсита

73

При суммарной степени деформации 95% и темпера­ туре заготовок —196°С эффект упрочнения должен сос­ тавить 2600 МН/м2 (260 кгс/мм2), т. е. предел прочности нагартованной проволоки 3200—3300 (320—330) и соста­ ренной 3700 МН/м2 (370 кгс/мм2) . Однако в настоящее время практическое осуществление такого процесса за­ труднительно.

Зарубежные металлургические заводы также широко практикуют производство высокопрочной нержавеющей проволоки из сталей типа 18-8 со стабильным и неста­ бильным в условиях пластической деформации аустени­ том. Так, например, волочение проволоки из стали типа 18-8 (содержание углерода 0,039%) с обжатием 18% обеспечивает присутствие 56,62% мартенсита деформа­ ции в структуре полуфабриката. В структуре проволоки из стали того же типа с 0,085% С после холодного воло­ чения с суммарным обжатием 38% обнаружено 42,85% мартенсита.

Свойства высокопрочной нержавеющей проволоки из аустенитных сталей, получаемой за рубежом, приведены в табл. 14 и 15.

Производство высокопрочной нержавеющей проволо­ ки успешно развивается в ГДР. Проволоку из сталей типа 18-8 марок V12C, Anoxin MS и др. упрочняют хо­

* ASTM А 317—55.

74

Таблица 15

Механические свойства нержавеющей проволоки из сталей типа 18-8, содержащих 0,08—0,15% С*

* riS G 4309—,1959.

2. ВЫСОКОПРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА ИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ И ЛЕГИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

Высокопрочная проволока из углеродистых и легиро­ ванных сталей широко применяется для изготовления пружин, тяг, оплеток, тросов и канатов в связи с отлич­ ным сочетанием показателей прочности и пластичности. Проволока из этих сталей может применяться и в качест­ ве армирующих волокон [ав» 5000 714#/м 2 (500 кгс/мм2)]

Особенно высокие механические свойства можно по­ лучать в тонких размерах (диаметр 0,1 мм) проволоки из высокоуглеродистых сталей [49]. Проволока из подав­ ляющего большинства легированных конструкционных сталей также имеет высокий предел прочности, но усту­ пающий вышеуказанному: 2300—2800 МН/м2 (230— 280 кгс/мм2). Однако известны отдельные примеры полу­ чения проволоки с очень высокими свойствами из легиро-

75

при введении 4% Со даже при диаметре 0 , 7 6 мм имеет

сут = = 4 9 2 0 МН/м2 ( 4 9 2 кгс/мм2).

Химический состав углеродистых и легированных ста­ лей, применяемых для производства высокопрочной про­ волоки, представлен в табл. 16.

Оптимальным вариантом при производстве проволо­ ки из сталей с. высоким содержанием углерода (при не­ обходимости получения наивьгсшей прочности) является сочетание патентирования и последующего холодного волочения. Катанку из высокоуглеродистых сталей диа­ метром 6,0 мм при патентировании нагревают до темпера­ тур аустенизации (860—940°С), выдерживают при этой температуре, а затем подвергают ступенчатому ох­ лаждению. Для стали марки У12А целесообразен сверх­ высокий нагрев (до 1100—11Э0°С) в патентировочных печах (нагрев производят газовым, мазутным топливом) либо в электрических протяжных печах. Наиболее эко­ номичны установки для патентирования с электроконтактными средствами нагрева, которые позволяют умень­ шить время превращения в 4,5 раза [51].

Ступенчатое охлаждение заключается в погружении нагретой нити катанки или передельной заготовки в ван­ ну с расплавом свинца или расплавом смеси солей (тем­ пература ванн 410—55042), окончательно металл охлаж­ дается на воздухе или в воде.

В табл. 17 даны рекомендуемые температуры нагре­ ва и охлаждения в ваннах для сталей с различным со­ держанием углерода.

С увеличением диаметра проволоки необходимо’ сни­ жать температуру ванны во избежание получения грубодифференцированных структур.

Свинцовые ванны обладают большей охлаждающей способностью, поэтому их температура на 30—40 град выше, чем солевых ванн. Применение расплава свинца сопряжено с опасностью загрязнения воздуха, кроме то­ го, остатки свинца труднее удалять с поверхности стали,

поэтому в последние годы все шире применяют солевые ванны.

Пат. (США), кл. 148—36, № 3507711, 1970.

76

Т а б л и ц а IS

Химический состав углеродистых и легированных сталей [50], %

Таблица '17

Влияние содержания углерода в стали на температуру нагрева

где С —содержание углерода, %;

D — диаметр патентируемой волочильной заготовки,

MIM.

Минимальное время выдержки в печи рассчитывают по различным формулам в зависимости от диаметра па­ тентируемой заготовки:

а) для диаметрOIBне менее 5 мм

где D — диаметр, мм.

78

Высокоуглеродистые стали можно обрабатывать на мартенсит и бейнит, но чаще всего их обрабатывают на

тонкоплаегашчатый перлит.

Для получения однородной структуры заготовки пе­ ред патенти(рование1м целесообразно провести высоко­ температурную нормализацию. Например, для катанки или проволоки из стали марки У9А оптимален следую­ щий режим: нагрей до Ю50°С с выдержкой при этой температуре в течение 15 мин и последующее быстрое воздушное охлаждение.

Заготовку после термической обработки — нормали­ зации и патентир01вания ■— подготавливают к волочению. Подготовка заключается в очистке поверхности металла и нанесении подсмазочных покрытий.

Очистку поверхности после патентирования произво­ дят погружением в сернокислотный раствор (И —15%

80,о'С). После промывки на поверхность проволочной за­ готовки наносят различные одно- и двухслойные иодсмазочные покрытия.

Например, при нанесении покрытия буры в состав

натной температуре в купоросной ванне с 2—3 % медно­ го купороса и 2—3% серной кислоты в течение 30—'60 с. При выполнении омеднения необходимо контролировать содержание сульфата железа FeS04 в ванне — оно не должно превышать 7,6%.

Для волочения высокоуглеродистых сталей можно использовать известково-солевое покрытие, стеклянное покрытие и др.

После нанесения покрытия производится сушка при температуре 200—250°С в течение 15—20 :мин.

Волочение высокоуглеродистых сталей производят с единичными обжатиями 15—37%, исходя из общеизвест­ ного принципа постепенности снижения деформаций по переходам.

Волочение высокопрочной проволоки из углеродис­ тых сталей на заключительном этапе производят, с высо­ кими скоростями и относительно малыми единичными оЯ.

79