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

Т а б л и ц а 37

Характеристика образцов профилированной проволоки (см. рис. 12)

ЦНИИЧМ на опытном стане ЦНИИЧМ—ВНИИжелезо- бетон.

Характеристика образцов профилированной прово­ локи и их условные номера даны в табл. 37. В ней же приведены и значения F— площади поперечных сечений вмятин, отнесенные к единице длины арматуры, что поз­ воляет сравнивать профилировки с различными шагами вмятин.

В л и я н и е п р о ф и л я на с ц е п л е н ие п р о в о л о к и с б е т о н о м

Сцепление арматуры с бетоном не является вполне жестким; при приложении нагрузки только к арматуре или только'.к бетону в некоторых зонах происходят

70

взаимные смещения арматуры и бетона. Качество сцеп­ ления в длинных железобетонных элементах вполне оп­

периодического профиля с бетоном характеризуется ве­ личиной F независимо от формы вмятин. Этот вывод справедлив только для нагрузок, не вызывающих раска­ лывания бетона.

Из полученных результатов следуют практически важные выводы: а) форма вмятин не влияет на сцепле­ ние проволоки с бетоном и, следовательно, должна при­ ниматься на основании механических свойств проволо­ ки; б) величина F должна быть такой, чтобы допуски на изготовление проволоки не влияли слишком резко на сцепление и чтобы бетой под выступами проволоки ра­ ботал в основном на смятие, а не на скалывание [81].

В л и я н и е п р о ф и л я н а м е х а н и ч е с к и е с в о й с т в а п р о в о л о к и

Так как сечение и физико-механические характерис­ тики исходной гладкой проволоки по длине мотка не яв­ ляются достаточно постоянными, свойства профили­ рованной проволоки целесообразно характеризовать не абсолютными значениями, а отношением этих показате­ лей к соответствующим свойствам исходной проволоки (рис. 13, а).

Из графиков рис. 13 видно, что меньше всего проч­ ность и пластические свойства арматурной проволоки снижаются при полукруглых вмятинах. Как и следовало ожидать, наихудшей оказалась профилировка, близкая к прямоугольной (тип I ) . При глубине вмятин 0,2—0,3 мм относительное удлинение во всех случаях снижается не более чем на 5—10%.

Так как в практически важных пределах физико-ме­

71

moo

Рис. 13. Изменение механических свойств образцов арматурной проволоки диаметром 3 (а) и 5 мм (б) в зависимости от геомет­ рии профиля:

I—V— типы профиля по рис. 12

В ы б о р п р о ф и л я а р м а т у р н о й п р о в о л о к и

кие свойства проволоки, а сцепление при этом не хуже, чем у проволоки с вмятинами другой формы. Кроме то­ го, при такой форме вмятин профилирующие валки наи­ более технологичны. Основными параметрами профиля, определяющими качество сцепления, следует считать глубину к, шаг и длину вмятин (см. рис. 1). Для назна­ чения параметров профилировки в качестве исходных принимаются величины Fun. Величина F должна наз­ начаться из условий сцепления. При этом необходимо

72

учитывать, чтобы принятые допуски на глубину и шаг профилировки не приводили к резким колебаниям каче­ ства сцепления.

П р а к т и ч е с к и е р е з у л ь т а т ы в н е д р е н и я р е к ом е п д о в а ни о г о п р о ф и л я

Предложенные рекомендации легли в основу профи­ ля арматурной проволоки, регламентируемого ГОСТ 8480—63. Сцепление с бетоном проволоки, обладающей этим профилем, оказалось в среднем на 30% лучше, чем проволоки с профилировкой по ранее действовавшему ГОСТ 8480—57 при значительно более высоких показа­ телях стали по пластичности (числу перегибов) и весь­ ма улучшившейся технологичности проволоки при ее производстве и применении.

Правка (рихтовка) и натяжение холоднотянутой проволоки

Исследованиями автора установлено, что обычная правка незначительно повышает относительное удлине­ ние наклепанной высокоуглеродистой проволоки и в большой степени снижает ее предел текучести и осо­ бенно предел упругости и сопротивление ползучести; остаточные напряжения и коэрцитивная сила холодно­ тянутой проволоки при правке также уменьшаются (табл.38).

В отличие от правки вытягивание весьма существен­ но повышает реологическую стойкость проволочной ар­ матуры (рис. 14).

73

производят методом прокатки. Имеются данные, что хо­ лоднокатаная проволока превосходит холоднотянутую по релаксационной стойкости и по сцеплению с бетоном.

вместо вмятин, что позволяет не снижать ее статическую и ударную прочность по сравнению с круглой проволо­ кой. Весьма эффективной является прокатка заготовки на многовалковых калибрах — четырехвалковых и трехвалковых [72].

6. ЗАВЕРШАЮЩАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННОЙ АРМАТУРНОЙ ПРОВОЛОКИ — ОТПУСК

Рациональный нагрев холоднодеформированной про­ волоки сохраняет (или почти сохраняет) ее высокое вре­ менное сопротивление и одновременно резко увеличива­ ет относительное удлинение, пределы упругости и теку­ чести, сильно снижает остаточные напряжения, обеспе­ чивает «самовыпрямляемость» (прямолинейность) и

74

положительно влияет на другие важные характеристики арматурной проволоки. Нагрев наклепанной стали до температуры ниже Ас\ п протекающие при этом про­ цессы в заводской практике обычно называют отпуском.

Представления о механизме отпуска и его отдельных стадиях различны. Не унифицирована даже терминология. Согласно М. Л. Бернштейну, «стадиями приближения холоднодеформнрованного металла к более стабильному состоянию в результате последующе­ го нагрева являются: возврат; ...изменения в субзсрпнстон структуре (полигонизация); рекристаллизация. Обозначение всех явлений, пред­ шествующих рекристаллизации, общим термином «возврат» является неточным» [83].

С. С. Горелик указывает: «Различают следующие стадии процес­ сов устранения следов наклепа при нагреве (в порядке повышения температуры): 1. Возврат: а) отдых; б) полигонизация. 2. Рекристал­ лизация: а) первичная рекристаллизация или рекристаллизация обра­ ботки; б) собирательная рекристаллизация или рост зерен; в) вторич­ ная рекристаллизация или прерывистый (аномальный) рост зерен». И далее автор отмечает, что «стадия возврата включает все процессы до начала рекристаллизации, а именно — уменьшение концентрации точечных дефектов и перераспределение дислокаций без образования новых границ (так называемый отдых) или с образованием и мигра­ цией малоугловых границ (так называемая полигонизация)» [84].

По схеме А. П. Гуляева [85] «возвратом, или отдыхом, называет­ ся снятие искажений решетки в процессе нагрева деформированного металла, не сопровождаемое изменением микроструктуры (подвиж­ ность атомов еще мала). При возврате твердость и прочность понижа­ ются (на 20—30% по сравнению с исходными), а пластичность возра­ стает. При более высоком нагреве атомы металла приобретают способ­ ность к большим передвижениям. На первом этапе образуются новые зерна нз определенных центров, а на втором этапе происходит рост кристаллов. В целом описанное явление носит название «рекристал­ лизация».

Фактическое изменение свойств холоднодеформированной стали при нагреве существенно отличается от «идеализированных» схем, согласно которым с повыше­ нием температуры нагрева и выдержки снижается «де­ формационное упрочнение» и показатели различных свойств «возвращаются» к своим исходным значениям до деформации [84; 86].

В действительности при нагреве деформированной стали на некоторых начальных этапах повышения тем­ пературы наблюдается не возврат — восстановление — разупрочнение, а, наоборот, дополнительное упрочнение, характеризуемое ростом временного сопротивления, пре­ делов текучести и упругости и т. п., а также падением пластичности •— относительного удлинения и т. д.

Это явление обычно называют «деформационное ста­ рение» или «искусственное деформационное старение»

75

[64; 85; 87; 88] в отличие от «естественного деформаци­ онного старения», протекающего при комнатной темпера­ туре.

По мнению большинства авторов, деформационное старение обусловливается ограниченной растворимостью одного компонента стали в другом и выделением его из твердого раствора при соответствующих условиях обра­ ботки.

аб

Вработе [89] утверждается, что деформационное старение не связано с распадом твердого раствора и вы­

делением из него каких-либо частиц. Согласно обобще­ нию большого количества исследований, в основе меха­ низма деформационного старения лежит механизм вза­ имодействия примесных атомов с дислокациями, введен­ ными деформацией [90].

Из приведенных данных видно, что сущность явления возврата и деформационного старения еще недостаточно выяснена, хотя реальное проявление этих процессов при отпуске не вызывает сомнения.

На рис. 15 [64] схематически обобщены эксперимен­ тальные данные по влиянию температуры отпуска на важнейшие стандартные механические свойства сталь-

76

определенного процесса в определенном интервале тем­ ператур нагрева. Исходя из некоторых высказанных ра­ нее гипотез, результатов работ автора и других исследо­ вателей, можно полагать, что на многих, а вероятно, п па всех стадиях отпуска холоднодеформнровапной ста­ ли может наблюдаться совокупность разновидностей уп­

стали, в частности содержания углерода; величины сум­ марного и единичных обжатий при волочении [64; 92]; температурно-скоростных условий деформации; особен­ ностей структуры; скорости и длительности нагрева [93]

имногих других факторов предшествующей термической

ипластической обработки подвергаемой отпуску прово­ локи) температурные интервалы и интенсивность отдель­

няет объяснение и прогнозирование эволюции суммиру­ ющего эффекта деформационного отпуска и обусловли­ вает появление в некоторых работах «аномалий» на кри­ вых изменений показателей отдельных характеристик качества проволоки при разных стадиях отпуска.

О процессах, протекающих при отпуске, обычно су­ дят по результатам механических испытаний отпущен­ ного металла, в свою очередь зависящим от температур­ но-скоростных условий испытаний. Так, например, «При переходе от статического деформирования со скоростью

неломкости повышается приблизительно на 200° С. Про­ цесс старения заключается в образованиях во время де-

77

формирования атмосфер атомов внедрения около свежих генерированных в это время дислокации. Такие вто­ рично заблокированные дислокации становятся допол­ нительным препятствием для дислокации, осуществля­ ющих скольжение. Это и приводит к повышению напря­ жений течения и уменьшению пластичности» [94].

Резюмируя, можно считать эффект деформационного отпуска на разных его стадиях результатом протекания при нагреве совокупности процессов, как вызывающих упрочнение (деформационное старение, скопление ва­ кансий), так и разупрочнение (возврат, политонизация, рекристаллизация, коагуляция), интенсивность которых зависит от многих перечисленных выше факторов.

Разработка основных вариантов технологии отпуска

К. П. Колчин (ЛСПЗ) рекомендовал в 1954 г. отпус­ кать арматурную проволоку в мотках при сравнительно низкой температуре 175—220° С. На БМК в то время считали рациональным проводить отпуск проволоки при

ратурный отпуск мало производителен для промышлен­ ной термической обработки проволочной арматуры. По­

дили в масле и в расплавах солей, а также в расплавах металлов, обеспечивающих значительно более интенсив­ ный нагрев, чем воздушная атмосфера обычных элек­ трических печей. Зависимость фактической температуры проволоки от температуры расплава соли и длительнос­ ти пребывания в ней неподвижных и приводимых в дви­ жение образцов показана на рис. 16 и в табл. 39. Рис. 17 иллюстрирует влияние режима отпуска в жидких сре­ дах на важнейшие статические механические свойства холоднотянутой арматурной проволоки [96; 97]. На ос­ новании проведенных опытов можно сделать следующие выводы:

1) применение рационально осуществленного отпус­ ка технически целесообразно, так как он значительно повышает относительное удлинение, предел текучести и

78

Т а б л и ц а 39

Длительность нагрева центра образца проволоки из стали 70 диаметром 10 мм (с внутренним отверстием 5 мм) в расплаве соли

Длительность нагрева центра образца (с) до темпе­

Температура соляной ратуры, °С ванны, °С

Рис. 16. Изменение температуры об ­

Продшшителжть нагрева, сея

предел упругости холоднотянутой проволоки, мало ска­ зываясь на ее прочности и вязкости;

2)комплекс повышенных механических свойств хо­ лоднотянутой проволоки может быть получен как при длительном низкотемпературном отпуске, так и при уско­ ренном среднетемпературном и даже при высокоскорост­ ном высокотемпературном отпуске. Длительность отпус­ ка должна быть тем меньше, чем выше температура среды;

3)низкотемпературный отпуск, требующий длитель­ ных выдержек (высокое относительное удлинение про­ волоки достигнуто при температуре ванны 225° С лишь

79