
книги из ГПНТБ / Юхвец И.А. Производство высокопрочной проволочной арматуры
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
78 |
|
|
|
Влияние МТО на механические свойства и диаметр проволоки |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
с различными исходными |
структурами |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Д о МТО |
|
|
|
|
После МТО |
|
|
|
|
Сталь |
Структу |
Обработка |
|
|
СТ0,2 |
сто,01 |
|
Е |
|
|
|
°0,01 |
|
Е |
|
ра про |
проволоки |
|
|
|
|
|
Мн/м*хЮ» |
я |
|
|
|
бюо |
М н ' м а х 1 0 6 |
||
|
волоки |
2 |
|
|
° в |
|
|
а в |
с в |
||||||
|
|
|
о § 5 |
|
|
(кГ/мм»х |
|
|
|
(кГ/мм |
г Х |
||||
|
|
|
•в |
|
% |
|
ХЮ') |
м" |
|
|
/о |
|
ХЮ') |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
У10 |
Сорбит |
Холодное |
2,00 |
2950 |
89 |
58 |
0 |
2,00 |
1,99 |
2720 |
97 |
87 |
4,0 |
2,13 |
|
|
|
волочение |
|
(295) |
|
|
|
|
|
(272) |
|
|
|
|
|
70 |
» |
Патентиро |
3,00 |
1190 |
59 |
51 |
9 |
1,97 |
2,94 |
1270 |
99 |
95 |
6,8 |
2,09 |
|
|
|
вание |
|
(119) |
|
|
|
|
|
(127) |
|
|
|
|
|
2Х20Н13 |
Аустенит |
Холодное |
2,50 |
1650 |
87 |
68 |
1,60 |
1,63 |
2,46 |
1810 |
93 |
78 |
1,60 |
1,81 |
|
|
|
волочение |
|
(165) |
|
|
|
|
|
(181) |
|
|
|
|
|
Техни |
Феррит |
То же |
2,96 |
760 |
91 |
67 |
3,65 |
2,08 |
2,94 |
740 |
98 |
92 |
4,15 |
2,10 |
|
чески |
|
|
|
(76) |
|
|
|
|
|
(74) |
|
|
|
|
|
чистое |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
железо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У7А |
Зерни |
Отжиг |
3,07 |
570 |
77 |
64 |
22,5 |
1,74 |
3,05 |
590 |
83 |
75 |
18,0 |
2,14 |
|
|
стый |
|
|
(57) |
|
|
|
|
|
(59) |
|
|
|
|
|
|
перлит |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
65ГА |
Троостит |
Закалка |
3,25 |
1870 |
95 |
87 |
6,0 |
2,21 |
3,25 |
1900 |
99 |
95 |
4,1 |
2,19 |
|
|
|
и отпуск |
|
(187) |
|
|
|
|
|
(190) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 79 |
|
Механические |
свойства высокопрочной проволоки из стали |
85 с сорбитовой структурой — холоднотянутой |
|||||||||||||
|
|
(исходной), |
подвергнутой одинарной и двукратной МТО при температуре печи 300° С |
|
|||||||||||
|
|
|
|
МТО |
|
|
|
|
|
|
CTo,oi |
|
|
|
|
|
|
после первого |
|
|
после |
второго |
Р |
|
° в |
а 0, 2 |
sioo |
•Ф |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Номеомер |
|
|
|
max |
"в |
а в |
|
|
Е |
||||||
d, мм |
|
цикла |
|
|
цикла |
|
|
|
|
|
|||||
вари |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М н / м 2 х Ю 5 |
|
анта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( к Г / м м 2 х Ю < ) |
|
|
т, с |
а М Т О / ( 7 в - |
т, |
a |
M T O / ( V |
Н (кГ) |
М н / м 2 |
|
% |
|
|
|
||
|
|
% |
|
с |
% |
(кГ/мм2 ) |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
2,99 |
Исходная |
холоднотянутая |
16 000 |
(1600) |
2280 (228) |
89,5 |
70,2 |
2,68 |
47,1 |
1,9 |
||||
|
|
|
(до МТО) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2 |
2,99 |
240 |
70 |
|
|
— |
— |
15 980 |
(1598) |
2310 (231) |
98 |
87,5 |
4,28 |
47,3 |
2,2 |
3 |
2,99 |
120 |
70 |
|
120 |
70 |
16 200 |
(1620) |
2300 (230) |
97 |
89,0 |
2,0 |
46,4 |
2,(6 |
|
4 |
2,96 |
180 |
70 |
|
180 |
70 |
16 000 |
(1600) |
2340 (234) |
98 |
91,2 |
2,35 |
54,2 |
2,20 |
|
5 |
2,90 |
480 |
70 |
|
|
— |
— |
14 700 |
(1470) |
2230 (223) |
96 |
93 |
4,35 |
17,5 |
2,20 |
6 |
2,60 |
240 |
70 |
|
240 |
70 |
14 500 |
(1450) |
2730 (273) |
97 |
93 |
0,0 |
42,1 |
2,20* |
|
7 |
2,95 |
240 |
60 |
|
240 |
70 |
15 200 |
(1520) |
2270 (227) |
98 |
94 |
4,45 |
43,1 |
2,22 |
|
8 |
2,95 |
240 |
70 |
|
240 |
60 |
15 400 |
(1540) |
2250 (225) |
98,5 |
92,3 |
4,45 |
43,1 |
2,22 |
|
9 |
2,95 |
240 |
30 |
|
240 |
70 |
15 600 |
(1560) |
2280 (228) |
98 |
90,5 |
4,3 |
42,6 |
2,20 |
* Шейка на образце д о механических испытаний.
рой; закаленная и отпущенная сталь 65ГА; сталь У7А, отожженная на зернистый перлит), и режим, не обеспе чивающий получения бюо^4°/о (например, холоднотяну тая проволока с аустеннтовой структурой из стали 2Х20Н13).
В дальнейшем следует учесть возможность проведе ния двукратной механо-термнческой обработки (напри мер, при исправлении качества не вполне удовлетвори тельной проволоки после МТО, в процессе использования электротермической обработки арматуры под натя жением). Материалы некоторых предварительных экспериментов по этому методу упрочнения, приведен ные в табл. 79, дают возможность сделать следующие выводы:
1) при варианте 5 с одинарной выдержкой 480 с, за вышенной вдвое против оптимальной для данного ре
жима |
(240 |
с в |
варианте 2), проволока, подвергнутая |
||||
МТО, теряет |
около 9% |
Ртах и не обладает удовлетвори |
|||||
тельной |
пластичностью |
(г|з=17%); |
|
|
|||
2) |
при двукратной МТО с выдержкой 480 |
с и напря |
|||||
жением |
а м т |
о . в |
одном из циклов несколько |
более |
низ |
||
ким, чем |
в варианте 2 |
(варианты 7 и 8), величина |
Ртах. |
||||
снижается против исходной не более чем на |
5%; другие |
||||||
характеристики |
идентичны исходным и а]? = |
43,1 %. |
|
Следовательно, опасность передержки значительно выше при одинарной МТО, чем при двукратной.
Эффективность МТО
Переход от использования стандартной отпущенной проволочной арматуры к применению арматуры, под вергнутой МТО, даст возможность сократить ее расход примерно на 8—10% благодаря повышению предвари тельного напряжения и уменьшению потерь от релакса ции. При современном уровне производства и действу ющих цен экономия составит более 2 млн. руб. в год.
Механизм воздействия МТО на свойства проволоки
Изменение свойств холоднотянутой проволоки в ре зультате МТО связывают с упрочнением дислокацион ной структуры холоднодеформпрованного металла — полигонизацией [76]. Кроме того, следует учитывать, что при отпуске под нагрузкой, по-видимому, как и при
162
обычном отпуске, происходят деформационное старение и возврат. В отличие от обычного отпуска, где наблюда ется статическое деформационное старение, протекаю щее в холоднодеформированной стали в период после дующего нагрева или вылеживания ее, при МТО прояв ляется влияние динамического старения, развивающегося непосредственно в ходе пластической деформации. За последние годы все большее значение придают влиянию на свойства стали локальных «пиковых» напряжений, возникающих в ней в итоге разных обработок [128]. Локальные напряжения являются неустойчивыми и спо собны к релаксации из-за перехода упругой деформации в пластическую.
На основании этих положений ниже интерпретиро ваны важнейшие результаты описанных ранее экспери ментов.
Полигональной структуры в подвергнутой МТО оте чественной проволоке и английской (фирмы «Сомер сет») не обнаружено (см. рис. 51—53). Некоторым подт верждением увеличения упорядоченности дислокацион ной структуры в результате МТО может служить повы шение модуля упругости Е, полученное с увеличением величины ^ X Q / ^ B ( С М . табл. 64), так как большие ве личины Е связаны с присутствием надежных дислокаци онных конфигураций.
Воздействием деформационного старения, по-види мому, объясняется некоторое снижение чисел перегибов с ростом напряжений при нагреве до 300 и 380° С.
Падение относительного удлинения бюо проволоки после МТО при температуре нагрева 200°С (см. табл.55 и 56) связано также с доминирующим влиянием дефор мационного старения. Увеличение относительного удли нения с дальнейшим повышением температуры МТО (300—380 и 560°С), несомненно, обусловлено возраста ющим при этом воздействием возврата, как и при обыч ном отпуске.
Многократно подтвержденный рост сопротивления малым деформациям (ап.оь сто,г) и большое (в три—• четыре раза) увеличение релаксационной стойкости и сопротивления ползучести, очевидно, связаны со значи тельным выравниванием локальных «пиков» напряже ний при выдерживании проволоки в процессе отпуска под нагрузкой в макроупругой области.
11* |
163 |
Из рис. 57 четко видно, что остаточные растягиваю
щие напряжения в проволоке |
существенно |
снижаются |
||
с увеличением напряжений в процессе МТО. |
|
|||
Результаты |
реологических |
испытаний |
проволоки |
|
трех видов |
завершающей обработки—холоднотянутой, |
|||
отпущенной |
и |
подвергнутой МТО (см. рис. 55) могут |
быть, по-видимому, объяснены следующим образом. Хо лоднотянутая проволока характеризуется плотными, не устойчивыми, незакрепленными, очень подвижными дислокациями. «Пики» напряжений в ней высокие. Эти показатели обусловливают сравнительно низкие харак
теристики O O , O I / C F B |
И |
СГО , 2 / О " в и |
большую |
релаксацию |
при |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
напряжениях а ° е л |
|
ниже |
предела упругости. |
При |
этом |
||
следует учитывать, |
что |
здесь |
и далее |
автор |
оперирует |
понятием «предел упругости» применительно к его сред ней величине, вычисленной исходя из всего сечения проволоки, между тем в зонах «пиков» фактические на пряжения могут значительно превосходить средние, ока зываясь, в частности, выше предела текучести стали.
В отпущенной проволоке в результате старения дис локации блокируются образующимися «облаками» при месных атомов углерода и азота, и тем самым пределы упругости и текучести проволоки возрастают, а «пики» внутренних напряжений отпущенной проволоки до рабо чих напряжений ( Т ° е л < 0 , 7 ав (зона до предела упруго сти) релаксируют замедленно. Однако под действием больших внешних напряжений дислокации освобожда
ются от блокировавших их |
«облаков» |
и «прорывают» |
||||
последние — «пики» внутренних |
напряжений |
«обнажа |
||||
ются» и начинают интенсивно релаксировать. |
|
|
||||
В итоге релаксация отпущенной проволоки при ра |
||||||
бочих напряжениях |
в зоне |
предела упругости |
и |
выше |
||
(в наших опытах при |
а ° е л ^ 6 8 % |
ав ) |
превышает |
релаго |
сацию холоднотянутой проволоки, высокие «пики» внут ренних напряжений которой постепенно выравнивались при более низких внешних напряжениях.
Значительно большую релаксационную стойкость проволоки, подвергнутой МТО, следует объяснить совер шенным выравниванием распределения напряжений по ее сечению и значительно большим снижением их абсо лютной величины при одновременном воздействии от пуска и нагрузки по сравнению с их раздельным влия нием.
164
8.ПРОИЗВОДСТВО ПРОВОЛОКИ МЕТОДОМ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОИ ОБРАБОТКИ
Термомеханическая обработка (ТМО) является раз новидностью многочисленных процессов сочетания пла стической деформации с термической обработкой, де тально описанных в работе [83]. Сущность наиболее распространенных вариантов ТМО заключается в де формации аустенита с последующим интенсивным мар-
тенситным превращением |
(закалкой) |
и |
завершающим |
||
низкотемпературным |
отпуском [83; 109]. |
|
|
||
Обычно различают два основных вида термомехани |
|||||
ческой обработки: высокотемпературную |
(ВТМО) |
и низ |
|||
котемпературную (НТМО). |
|
|
|
||
При ВТМО деформацию ведут в зоне нагрева |
выше |
||||
температуры аустенизации |
(верхней |
критической |
точ |
||
ки — когда аустенит |
устойчив), при НТМО деформиру |
||||
ют переохлажденный |
метастабильный |
аустенит (охлаж |
даемый до температуры, при которой аустенит остается
относительно устойчивым в течение довольно |
длитель |
|
ного времени обычно при 400—550° С)'. |
|
|
Известны также разновидности |
ТМО, при |
которых |
после деформации или в период проведения ее |
осуще |
|
ствляют распад аустенита на |
феррито-цементитную |
|
смесь и не производят закалки на |
мартенсит. |
|
Принципиальные схемы некоторых процессов ТМО, |
||
исследованных или предложенных |
к опробованию при |
производстве стальной проволоки, изложены ниже.
Низкотемпературная термомеханическая обработка проволоки
Уральским политехническим институтом [ПО], а так же НИИметизом опробован «классический» вариант низкотемпературной термомеханической обработки (НТМО) проволоки из углеродистой стали с одним пе реходом волочения переохлажденного аустенита. Ана-
1 Разделение термомеханической обработки на высоко- и низко температурную некоторые исследователи считают условным, так как температурные интервалы формирования субструктур различных ти пов могут сдвигаться в зависимости от легирования, схемы напряжен ного состояния, скорости н дробности деформации и интервала времени от начала деформации до закалки. В данной работе мы пользуемся общепринятой классификацией.
165
логичные исследования за рубежом описаны в работе [64].
В наших исследованиях НТМО проволоки из низко легированной стали сделан дальнейший шаг в данной области — волочение переохлажденного аустенита за не сколько переходов [111].
Опыт по низкотемпературному термомеханическому упрочнению производили на цепном 5-т волочильном стане ЦНИИЧМ. Скорость волочения 0,83 м/с. Образ цы диаметром 3,6—5,5 мм нагревали в трубчатой элек тропечи до 1050° С и охлаждали до 480 и 550° С в рас плаве олова. Отсутствие продуктов распада аустенита определяли магнитом. Для предохранения поверхности проволоки от окисления на нее электролитически нано сили слой кпкеля толщиной около 15 мкм. Перед нагре вом в печи образцы покрывали слоем коллоидного гра фита. Волоки и плашки захвата нагревали в том же расплаве олова, в котором производили переохлажде ние аустенита. Проволоку волочили с единичными об жатиями 10 и 17% при суммарной деформации 30— 70%. После каждого перехода ее погружали вновь в расплав олова, чтобы обеспечить постоянство темпера туры деформации.
Общее время волочения, включая и нагрев заготов
ки, при суммарном |
обжатии 70% составило 10—11 мин. |
|||||||||
Термомеханической |
|
обработке |
подвергали |
проволоку, |
||||||
химический |
состав |
которой |
приведен в табл. 80. |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 80 |
||
Химический состав исследованных сталей, % |
|
|||||||||
Сталь |
с |
Мп |
Si |
Сг |
Ni |
Mo |
V |
s |
р |
|
40Х5МФА |
0,39 |
0,69 |
0,35 |
5,14 |
— . |
0,90 |
0,45 |
0,011 |
0,001 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40Х2Н4МА |
0,39 |
0,50 |
0,33 |
1,98 |
3,83 |
0,50 |
— |
0,013 |
0,002 |
|
Закалку |
после пластической |
деформации |
производи |
|||||||
ли на воздухе, так как при закалке |
в воде на образцах |
|||||||||
появлялись |
трещины. |
|
|
|
|
|
|
|
||
Оптимальный режим отпуска после пластической де |
||||||||||
формации с обжатием 70% и закалки |
определяли |
на |
проволоке диаметром 3 мм. Наиболее благоприятное ссь
IG6
четание механических свойств стали 40Х5МФА обеспе чил отпуск при 450° С в течение 10 с. При этом получили проволоку с высокими значениями временного сопротив ления—2610 Мн/м2 (261 кГ/мм2 ) при достаточно высо ких характеристиках пластичности. На отдельных об-
Т а б л и ц а 81
Влияние температуры деформации при НТМО на механические св'ойства проволоки диаметром 3 мм
Сталь
40Х5МФА
де |
Р е ж и м |
|
V |
°0,01 |
°юо |
Ф |
|
|
отпуска |
|
|
||||||
Температура формации,"С |
темпера "Стура, |
длитель ность, мин |
|
|
|
|
|
Яда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мн/м 2 (кГ/мы2 ) |
% |
|
|
||
480 |
|
|
2600 |
2410 |
1550 |
|
12 |
0 |
|
|
|
(260) |
(241) |
(155) |
|
|
|
550 |
400 |
5 |
2610 |
2340 |
1840 |
1 |
10 |
1 |
|
|
|
(261) |
(234) |
(184) |
|
|
|
40Х2Н4МА |
480 |
|
|
2630 |
1650 |
1270 |
6 |
35 |
6 |
|
|
100 |
60 |
(263) |
(165) |
(127) |
|
|
|
|
550 |
2610 |
1580 |
1070 |
6,4 |
33 |
5 |
||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
(261) |
(158) |
(107) |
|
|
|
разцах прочность была 2700 Мн/м2 |
(270 кГ/мм2 ). |
Наи |
|||
более интенсивно |
разупрочнение |
проволоки |
стали |
||
40Х5МФА после НТМО происходило при 550° С. |
|
||||
Высокий |
уровень |
механических |
характеристик на |
||
проволоке |
стали 40Х2Н4МА получили после |
отпуска |
|||
при 100° С в течение |
1 ч. Временное |
сопротивление со |
|||
ставило 2610 Мн/м2 (261 кГ/мм2 ) при высоких |
значени |
ях относительного удлинения, сужения и чисел переги бов. Показатели условных пределов текучести и упруго сти получены низкие (видимо, из-за большого количе ства остаточного аустенита). Существенное разупрочне ние стали происходило при отпуске 300° С через 5 с.
В табл. 81 приведены механические свойства прово локи диаметром 3 мм после НТМО при температурах деформации 480 и 550° С. Влияние единичных обжатий 10 и 17% при НТМО на механические свойства прово локи стали 40Х5МФА после отпуска иллюстрирует
167
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 82 |
||
Влияние единичных обжатий при НТМО стали 40Х5МФА |
|
|||||||
на механические свойства проволоки диаметром 3 мм |
|
|||||||
Диаметиаметр |
|
|
С 0, 2 |
ao,oi |
8 100 |
Ф |
«со |
|
заготовки, |
°ед - % |
|
|
|
|
|
||
мм |
М н / м 3 (кГ/мм 2 ) |
\ |
% |
|
||||
|
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
17 |
2190 |
2100 |
1550 |
1,6 |
11 |
1,3 |
|
3,85 |
|
(219) |
(210) |
(155) |
|
|
|
|
10 |
2400 |
2210 |
1780 |
1,5 |
10 |
2,5 |
||
|
||||||||
|
|
(240) |
(221) |
(178) |
|
|
|
|
|
17 |
2210 |
2000 |
1420 |
1,9 |
14 |
1 |
|
4,1 |
|
(221) |
(200) |
(142) |
|
|
|
|
10 |
2340 |
2140 |
1460 |
2 |
16 |
3 |
||
|
||||||||
|
|
(234) |
(214) |
(146) |
|
|
|
Суммарное обжатие, 7.
Рис. 58. Зависимость механических свойств проволоки |
диаметром 3 мм |
||
из сталей 40Х5МФА |
(а) |
и 40X2H4MA (б), обработанной |
методом НТМО, |
от суммарного |
о б ж |
а т и я при волочении при температуре 550° С |
табл. 82. На рис. 58 и в табл. 83 показана зависимость механических свойств проволоки диаметром 3 мм из сталей 40Х5МФА и 40Х2Н4МА от суммарного обжа тия.
168
Т а б л и ц а 83
Влияние суммарных обжатий при НТМО на механические свойства проволоки диаметром 3 мм
обжа-
Р е ж и м отпуска
V o l V 2 Ф 5 100
Сталь |
о |
|
• |
X |
|
|
|
|
|
|
,70/100, |
я О |
X |
|
|
|
|
|
|
полз |
|||
X |
JQ |
£ |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
CL° |
4 . |
|
|
|
|
% |
|
% |
|
|
|
OJ . |
М н / м 2 (кГ/мм») |
|
|
||||||
|
%& |
С я |
5 |
|
|
|
|||||
|
1 >; |
й |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
U н |
t- f- |
§ § |
|
|
|
|
|
|
|
|
40Х5МФА |
0 |
400 |
|
5 |
1780 |
930 |
1440 |
39 |
4,4 |
8 |
0,0151 |
|
30 |
|
|
|
(178) |
(93) |
(144) |
|
|
2 |
0,0062 |
|
400 |
|
5 |
1890 |
1350 |
1740 |
38 |
2 |
|||
|
|
|
|
|
(189) |
(135) |
(174) |
|
|
2 |
0,0155 |
|
70 |
400 |
|
5 |
2660 |
|
2120 |
22 |
1,9 |
||
|
|
|
|
|
(266) |
|
(212) |
|
|
|
|
40Х2Н4МА |
50 |
100 |
|
60 |
2510 |
730 |
1410 |
31 |
6,5 |
4 |
0,184 |
|
|
|
|
|
(251) |
(73) |
(141) |
|
|
|
|
|
70 |
100 |
|
60 |
2600 |
1120 |
1640 |
34 |
6,7 |
4,5 |
0,195 |
|
|
|
|
|
(260) |
(112) |
(164) |
|
|
|
|
Из табл. 83 видно, что удлинение ползучести стали 40Х2Н4МА в несколько раз превышает соответствую щие показатели для стали 40Х5МФА. Это, вероятно, объ ясняется большим содержанием остаточного аустенита.
Полученный уровень прочности на проволоке диа метром 3 мм из сталей 40Х5МФА и 40Х2Н4МА выше достигнутого с применением других методов упрочнения. Используя закалку с отпуском, можно получить прово локу с св ==2000—2200 Мн/м2 (200—220 кГ/мм2 ) [15; 111]. Проволока диаметром 0,1 мм из высокоуглероди стой стали после холодного волочения ее из предваритель
но патентированной заготовки |
имеет о в до 4700 |
Мн/м2 |
(470 кГ/мм2 ). Однако уровень |
прочности такой |
прово |
локи значительно снижается по мере увеличения ее сечения и практически на проволоке диаметром 3—4 мм
может быть |
получено 0В =2ООО—2500 Мн/м2 (200— |
250 кГ/мм2 ) |
[88; 109]. Показатели упругих характери |
стик проволоки, подвергнутой НТМО, по сравнению с холоднотянутой также значительно более высокие. Кро ме того, в результате ТМО может быть получена при соответствующем химическом составе проволока, устой-
169