книги из ГПНТБ / Юхвец И.А. Производство высокопрочной проволочной арматуры

* 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

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.

Из рис. 57 четко видно, что остаточные растягиваю­

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

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

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-

даемый до температуры, при которой аустенит остается

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

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

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

Суммарное обжатие, 7.

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

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

локи значительно снижается по мере увеличения ее сечения и практически на проволоке диаметром 3—4 мм

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