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

жатиями (Ю—12%) во избежание появления винтовых трещин. Чаще всего суммарное обжатие составляет око­ ло 80%, в некоторых случаях оно может быть увеличено до 90—94%. Например, заготовку из стали, полученной вакуумно-индуиционной выплавкой с последующим вакуумно-дуговым переплавом, можно деформировать с повышенным суммарным обжатием [53].

При волочении с высоким -суммарным обжатием (6Су м = 9 4 % ) предел прочности высокоуглеродистой про­

после патентирования;

Acts — повышение предела прочности вследствие деформационного упрочнения при волочении.

При волочении проволоки с суммарным обжатием ~87% увеличение предела прочности вследствие дефор­ мационного упрочнения можно определить по формуле

где Дав — увеличение предела прочности, МН/м2; С — содержание углерода, %;

D — диаметр проволоки, мм;

беДсв — единичное среднее обжатие, %;

5сум — суммарное обжатие, %.

При других значениях суммарного обжатия вводится коэффициент

после холодного волочения с суммарным обжатием 45— 85% позволяет произвести дополнительное теплое во­ лочение с суммарным обжатием 30'—60%. В этом вариан­ те есть слабое место— при использовании теплого вэ-

* Пат. (Япония), КЛ..10], 182, № 8345, 1965.

80

лочения на заключительной стадии обработки очень трудно обеспечить стабильность свойств проволоки.

Готовую проволоку, как травило1, подвергают правке, при этом предел прочности снижается на 160—250 МН/

м2 (15—26 и гс/м м 2) .

Процесс деформирования высокоуглеродистых сталей после их обработки на мартенсит («марформииг») позво­ ляет получать высокие значения предела прочности

2800—3000 М|Н/м2 (280—300 кгс/мм2), причем важно от­ метить, что в этом случае увеличивается сопротивление хрупкому разрушению.

Еще больший эффект достигается, если сталь с мар­ тенситной структурой подвергнуть скоростному электро­ отпуску при температуре 560—620°С. После этой обра­ ботки волочение с суммарным обжатием около 90% поз­ воляет получать, например, проволоку из стали 70 с пределом прочности 3000—3100 МН/м2 (300—340 иге/ мм2), относительным уменынение1м сечения при растя­ жении 48—50% и числом перегибов 15—46 [64, 55].

Высокие механические свойства проволоки обеспечи­ вает термо-механическая обработка (ТМО). Этот .вари­ ант обработки применим как к углеродистым (напри­ мер, У7А), так и к легированным (например, 70С2ХА) сталям. Предел прочности проволоки достигает после высокотемпературной термомеханической обработки

(BTMiO) 2000—2500 МН/м2 (200—260 кгс/м1м2), после низкотемпературной термомеханической обработки (НТМО) — 3000 МН/м2 (300 кге/м2). Однако термоме­ ханическая обработка имеет и много отрицательных ас­ пектов (факторов), главный из которых — неудовлетво­ рительная работа волочильных смазок, особенно при ВТМ/О. Практически-можно считать, что применительно к волочению особопрочной проволоки процессы ТМО удовлетворительны лишь в том случае, если диаметр .го­

стали, высокие механические свойства которых обеспе­ чивает комбинирующее действие мартенситного превра­ щения с .дисперсионным твердением (табл. 18).

Эти стали получают вакуумными способами выплав­ ки (наиболее хорошие результаты показывает вакуумноиндукционная выплавка с расходуемым электродом!

Для обеспечения'стабильных высоких механических

81

Таблица 19

свойств производят гомогенизацию при высоких температурах (1200—12'60°С) с выдержкой в течение 1 ч. Го­ рячую прокатку заготовок начинают при указанных тем­ пературах, а заканчивают при 760—1000°С. Мартенсито­ стареющие стали хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях, причем при горячей деформации прочность повышается только после суммарного обжа­ тия 50—60%.

После закалки этих сталей с высоких температур (температур аустенизации) возможна холодная де­ формация с суммарной степенью обжатия ^2 6 % . Ес­ ли в структуре стали после горячей деформации присут­ ствуют карбонитриды титана, закалку производят с тем­ ператур порядка 1200°С. При закалке с температур 800—1000°С предел прочности почти не изменяется.

После закалки возможна значительная холодная де­ формация. Для старения эти стали имеют очень высокую пластичность: Ч; = 75-н85%; 673:15%. Окончательной операцией упрочнения является старение, время которо­ го для этих сталей колеблется в пределах от 6 до 8 ч. Режимы старения мартенситостареющих сталей указа­ ны в табл. 19.

После старения мартенситостареющие стали приоб­

3. ПРОВОЛОКА ИЗ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Титановая проволока

Вопросы металловедения и обработки давлением ти­ тана и его сплавов освещены во многих работых [68—61]. Рассматривая возможность использования титановой проволоки в качестве армирующих волокон, следует в первую очередь отметить ее достаточно высокую удель­ ную прочность, пассивность поверхности, сохранение вы­ соких механических характеристик до температур 350— 400°С (рис. 36, 87). К отрицательным сторонам этого ви­ да волокон следует отнести длительность, техническую сложность и высокую .трудоемкость их производства, а также частую необходимость применения подслоев при получении армированных изделий. Химический состав титановых сплавов и их свойства приведены в табл. 21.

Ниже рассмотрена схема технологического процесса производства проволоки:

83

84

85

круглые, квадратные, овальные, ящичные и трапецеи­ дальные калибры [62];

9) контроль качества катанки. На поверхности к танки не должно быть задиров, трещин, закатов, инород­ ных включений, -глубина которых выходит за рамки ми­ нусового допуска. Визуальному о-смотру и испытаниям подвергают в-се бунты катанки;

10) очистка поверхности катанки. Применяются -серно кислотное, солянокислотное травление, электролитиче­ ское травление и щелочно-солевой метод очистки. Эта операция очень важна, так как после прокатки на ка­ танке находится окалина, в основном состоящая из ру­ тила, удаляемая с большим трудом;

1 1 ) промывка;

12) нанесение подсмазочного покрытия. Титан и его сплавы плохо адсорбируют смазку при отсутствии под­ смазочных покрытий. В частности, этим объясняются значительные трудности получения тончайшей титановой проволоки мокрым волочением. Наиболее целесообразно применять известково-солевое покрытие, но могут быть попользованы металлические покрытия (Си, Pb, Sn, Cd, Zn), наносимые погружением в расплав либо электроли­ тическим способом [63];

13)сушка;

14)волочение (с промежуточными отжигами). Эта операция не требует применения специального .оборудо­ вания;

16)окончательная термическая обработка.. Титано­ вые сплавы могут .подвергаться всем основным видам термической обработки: отжигу, закалке, старению, хи­ мико-термической обработке.

jfcф#

Горячая прокатка катанки производится (спромежуточными отжигами) на обычных станах без водяного ох­ лаждения калибров. Чаще всего применяется стан 2.50 с тремя группами клетей:

а) черновая группа — одна клеть т.рио (диаметр вал­ ков 500 -.мм);

б) промежуточная группа — три клети трио (диаметр валков 300 мм);

в) отделочная группа — шесть клетей ду-о (диаметр валков 250 мм, длина бочки 600 мм).

Коэффициент вытяжки при прокатке составляет

1,24—1,40 (иногда 1,6).

86

■После прокатки производится очистка поверхности профиля. В случае применения химической очистки (трав­ ления) лучше всего использовать сернокислотный водный раствор 30% H2SO4+0,4% CaF при температуре 80— 100° С (выдержка 5—10 мин). Затем металл на 2—5 мин погружают в ванну с раствором, содержащим 1 0 % HN03-j-4% NaF. Температура свежеприготовленного раствора 20°С. По мере выработки раствора его темпера­ туру можно повышать до 60—70°С. Вариант солянокис­ лотного травления имеет существенный недостаток — больший (в шесть раз) расход травителя.

Электролитическую очистку титановой катанки про­ изводят в электролите объемного состава 20% H2S.04+ +4% NaN03+ 1% HF+3,7% FeS04+71,30/o Н20 . Опти­ мальная температура электролита 40—60°С. При прове­ дении электролитической очистки применяется принцип реверсивного тока: на первой стадии катанка выполняет роль анода (плотность тока 10 А/дм2), растворяется ме­ талл, окалина отслаивается под действием потока кисло­ рода, а на графитовом катоде выделяется водород; на вто­ рой стадии (плотность тока 20 А/дм2) катанка становит­ ся катодом, и окалина удаляется потоком водорода. При щелочно-солевой очистке используют состав 75—00% NaOH и 20—25% NaN03. Температура расплава 420— 460°С, время обработки 10—60 мин. Разрыхленная ока­ лина легко удаляется в сернокислотной ванне ( 10 % кис­ лоты).

При нанесении известково-солевого подсмазочного покрытия производят двухтрехкратное погружение ме­ талла в ванну с составом 10—150 г/л СаО-|-80—100 г/л NaCl.

Допустимое суммарное обжатие при волочении с этим покрытием составляет 75—05%.

Известково-солевое покрытие можно применять в со­ четании с нижним оксидным покрытием, которое чаще всего получают в результате обработки катанки в горя­ чих растворах серной кислоты: 10% H2S 0 4 при темпера­ туре 80—400°'С, плотности тока 0,6—2,0 А/дм2 в течение 2— 8 ч или в ваннах с составом: 30—100 г/л хромового ангидрида при плотности тока 1 А/дм2.

Металлические покрытия целесообразнее использо­ вать в сочетании с пористым окисным подслоем, полу­ чаемым в результате анодной обработки (200 мл/л 40%-ного раствора HF, 100 г/л ZnF2, 800 мл этиленового

87

спирта, плотность тока 5 А/дм2, напряжение 18 В, темпе­ ратура 15—2б°С).

Покрытия из аквадага и графитовая обмазка позво­ ляют вести волочение с суммарным обжатием 70—75%. Интересен вариант волочения титана с еще одним по­ крытием*. Катанку погружают в теплый водный рас­ твор, содержащий 2—10% KBF4 или NaBF«t, 2—10% рас­ творимой соли бария — Ва (N6)3)2 или ВаС12 и 1 —5% со­ ли азотной или азотистой кислоты. Температура ванны 60—!ГОО°С, время обработки 5—30 мин.

Подготовленную катанку или передельную заготовку подвергают волочению со смазкой, состоящей из коллои­ дального раствора графита в воде с добавкой жидкого стекла, либо с мыльной смазкой (природные или синте­ тические мыла) с добавкой противозадирных веществ (дисульфид молибдена, сера, лрафит), либо со стеаратной смазкой.

Процесс волочения титановых сплавов во многом схож с обработкой нержавеющих сталей, но характери­ зуется меньшими скоростями деформации. Оптимальный угол волок при единичных обжатиях 10—25% колеб­ лется между б и 8°, а при обжатиях 25—35 % 8 и 14°.

Исследования** показали, что стойкость волок уд­ линенной формы при обработке нержавеющих сталей и титановых сплавов значительно1 увеличиваетя, а потреб­ ные усилия волочения снижаются. Оптимальный угол во­ лочения в этом случае составляет 4—6°, коэффициент тре­ ния 0,001—0,008.

Суммарное обжатие при волочении титана и его спла­ вов не превышает, как правило, 85%, так как из-за час­ тых нарушений сплошности подсмазочных покрытий происходит «заедание» проволоки в волоке. Дробность деформации до суммарного обжатия 50% [61] заметно не влияет на механические свойства проволоки; при более высоких обжатиях этот фактор оказывает влия­

88

ультразвуковыми колебаниями инструмента, волочение с подогревом). Для последнего процесса известны опти­

приведены в табл. 22.

Температура вакуумного отжига катанки и проволо­ ки в мотках при выдержке для проволоки диам. 3 мм 2 ч, проволоки диам. 3 мм 1 ч приведена ниже:

89

Титановую проволоку с высокой прочностью получа­

рактеристиками требуется для высоковольтных линий, при создании различных электрических и магнитных сис­ тем больших мощностей. Как будет показано ниже, эта проволока сама является, как правило, биметаллической или полиметаллической, где прочная составляющая мо­ жет находиться как в сердцевине, так и на поверхности, как в виде одной составляющей сечения, так и в виде множества тончайших нитей.

В связи с указанной особенностью строения прочная токопроводящая и сверхпроводящая проволока может быть получена теми же основными методами, которые нашли свое применение при производстве различных би­ металлических изделий: совместной пластической де­ формацией, осаждением паров покрытия, погружением в ipасплав покрытия, методами порошковой металлургии.

Наиболее часто используются методы совместной пластической деформации (волочение, прессование, про­ катка). Ниже рассмотрим процессы получения сверх­ проводящей и токопроводящей проволоки.

Тонкий пруток из сплавов системы Nb—Ti или Nb— Zr покрывают (обмоткой) слоем алюминиевой фольги толщиной порядка 0,025 мм, затем наносят слой меди тем же способом и той же толщины и трех-слойный пру­ ток вставляют в бесшовную медную или алюминиевую трубку после очистки контактных поверхностей. Сов­ местную пластическую деформацию производят сначала холодной прокаткой с суммарным обжатием до 98,7%, а

90