Технические науки/1.Металлургия

Аспирант ГАЛЛЯМОВ Д.Э.

Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И. Носова, Россия, г. Магнитогорск

К.т.н. ХАРИТОНОВ В.А.

Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И. Носова, Россия, г. Магнитогорск

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАЛЬНОЙ ПРОВОЛОКИ

С ПОВЫШЕННЫМИ ПЛАСТИЧЕСКИМИ

ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

В условиях современного рынка обеспечение конкурентоспособности стальной проволоки невозможно без совершенствования существующих технологий и привлечения новых разработок в действующее производство.

В настоящей работе приведены результаты исследований влияния способа ОМД на комплекс механических свойств стальной проволоки. Холоднотянутая стальная проволока является наиболее массовым видов метизной продукции т.к. широко используется во многих отраслях промышленности, как в качестве полуфабриката, так и в виде готовой продукции. Ее востребованность обусловлена разнообразным сортаментом и спектром физико-механических свойств, регламентированных различной нормативной документацией.

В первую очередь высокий комплекс свойств характерен для проволоки тонких и средних диаметров. С увеличением диаметра протягиваемой проволоки происходит снижение прочностных и пластических свойств, повышение неравномерности механических свойств по длине проволоки и склонности к расслоению. Снижение механических характеристик является следствием влиянием масштабного фактора, причину которого объясняют статистической вероятностью существования в объеме металла снижающих прочность различного рода дефектов. Другим принципиально важным фактором, обуславливающим масштабный эффект является неоднородность деформации, в результате которой появляются остаточные напряжения соразмеримые с пределом текучести металла.

Между тем высокопрочная и с большим запасом пластичности проволока больших диаметров необходима многим отраслям промышленности: машиностроении, автомобилестроении, строительстве и др.

На сегодняшний день практически вся стальная проволока изготавливается многократным волочением в монолитных волоках. Преимущества этого способа перед другими процессами деформирования заключаются в наличии отработанного и серийно выпускаемого технологического оборудования, относительной простоте технологического процесса, стабильности размеров изделия по длине после волочения.

Известно, что схема напряженного состояния оказывает непосредственное влияние на пластичность проволоки: сжимающие напряжения увеличивают пластичность, растягивающие - снижают. Напряженное состояние при волочении в монолитной волоке характеризуется растяжением вдоль оси проволоки и сжатием по двум другим осям. Причем напряжение растяжения существенно превышает два других напряжения сжатия и сложное объемное разноименное напряженное состояние металла в очаге деформации сводится к простому одноосному растяжению. Из-за влияния растягивающих напряжения холоднотянутая стальная проволока имеет достаточно низкую пластичность. Растягивающие напряжения способствуют трещинообразованию, склонности к расслаиваемости и появлению осевых разрывов.

Уменьшение растягивающих напряжений в очаге деформации улучшает схему напряженного состояния. Так как при разных способах обработки металлов преобладающие схемы главных напряжений давлением неодинаковы, то металл будет проявлять различную склонность к пластической деформации. В итоге это будет определять характер изменения его механических свойств при деформировании. Именно поэтому пластические свойства металлов проявляются лучше при прокатке, где преобладают сжимающие напряжения. Недостатком холодной прокатки является сложность обеспечения высокой точности геометрических размеров проволоки – овальности и допуска по диаметру. Поэтому прокатку предпочтительно использовать в промежуточных проходах.

На практике можно использовать это положительное влияние прокатки на пластические свойства проволоки путем совмещения прокатки с волочением в монолитных волоках в единый технологический процесс. За счет чередования прокатки и волочения будет использован эффект знакопеременной деформации (эффект Баушингера). Использование эффекта Баушингера на промежуточных протяжках будет способствовать снижению сопротивления пластической деформации и улучшению пластических свойств при волочении стальной проволоки [1].

Для подтверждения преимуществ совмешенного процесса было выполнено экспериментальное исследование способов волочения проволоки. В результате проведения эксперимента были изготовлены образцы проволоки диаметром 4,00 мм. В качестве заготовки была использована сорбитизированная катанка диаметром 6,50 мм из стали марки 70 с временным сопротивлением разрыву 1080 Н/мм². Фактический химический состав стали приведен в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав стали

Содержание элементов, %
C	Mn	Si	S	P	Cr	Ni	Cu
0,70	0,52	0,25	0,014	0,017	0,04	0,02	0,02

Образцы проволоки были изготовлены двумя способами: стандартным волочением в монолитных волоках и совмещенным, т.е. попеременным волочением в роликовых и монолитных волоках.

Прокат квадратных профилей с неполным заполнением калибра осуществляли на стане холодной прокатки в клетях с четырехроликовыми калибрами. Полученные невыполненные квадратные профили протягивали в круг через монолитные волоки.

Ниже приведены маршруты изготовления проволоки обоих диаметров.

Вариант 1– традиционный способ волочения

6,50 → 5,90 → 5,15 → 4,50 → 4,00 мм

Вариант 2– совмещенный способ

6,50 → 5,90 → 5,50х5,00 → 4,70 → 4,30х4,30 → 4,00 мм

Для определения влияния способа деформации на свойства проволоки был проведен сравнительный анализ механических свойств и микроструктуры полученных образцов.

Анализ микроструктуры образцов не выявил заметных различий. Сохраняется исходная структура сорбитообразного перлита с текстурой деформации. Измерение микротвердости проводилось по сечению проволоки. Можно отметить, что в обоих случаях картина изменения твердости примерно одинакова.

В таблице 2 представлены результаты испытаний механических свойств проволоки, изготовленной по разным схемам.

Таблица 2

Механические свойства проволоки

№ варианта	Временное сопротивление разрыву σВ, Н/мм^2	Удлинение δ100,%	Число пере-гибов	Число скручи- ваний	Оценка состояния скрученных образцов
	мин. ̶ макс. среднее
1	1540 – 1550 1545	3,2 – 3,4 3,3	10 – 11 10,7	27 – 34 31	Без расслоения
2	1440 – 1450 1445	4,1 – 4,4 4,3	12 – 13 12,4	34 – 38 36,3	Без расслоения

Результаты испытания механических свойств подтверждают, что проволока, изготовленная совмещенным способом, имеет более низкое временное сопротивление разрыву, что, по-видимому, связано с менышим нагревом и, следовательно, меньшим деформационным старением. При этом пластические свойства ее выше: по числу перегибов в среднем на 15,9 %, по числу скручиваний – на 14,6 %. Это свидетельствует о лучшей проработке по сечению и большей равномерности механических свойств по длине проволоки диаметром 4,00 мм, изготовленной совмещенным способом.

Таким образом, получено экспериментальное подтверждение улучшения механических свойств при изготовлении толстой углеродистой проволоки совмещенным способом «прокатка - волочение», т.е. изменением напряженно-деформированного состояния металла в очаге деформации можно обеспечить существенное повышение ее механических свойств

Литература:

1. Демидов А.В. Способы изготовления холоднотянутой проволоки повышенной пластичности путем дополнительных радиальных деформаций. Метизы. №1 (17). 2008. с. 35-36.