авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ

«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. Р. Е. АЛЕКСЕЕВА»

А.А. Филиппов, Г.В. Пачурин, С.В. Чиненков

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК

ДЛЯ УПРОЧНЕННЫХ БОЛТОВ

МОНОГРАФИЯ

Нижний Новгород 2012 УДК 621.77:669.14.018.27 Ф 533 Рецензент доктор технических наук, профессор Г.Н. Гаврилов Филиппов А.А., Пачурин Г.В., Чиненков С.В.

Ф 533 Формирование структурно-механических свойств стальных заго товок для упрочненных болтов: монография / А.А. Филиппов, Г.В. Пачурин, С.В. Чиненков;

под общей ред. Г.В. Пачурина;

Нижегород.

гос. техн ун-т им. Р.Е. Алексеева. – Нижний Новгород, 2012. – 151 с.

ISBN-978-5-502-00055- Монография посвящена решению актуальной научно-технической задачи разработки ресурсосберегающей, экологичной технологии термомеханической подготовки стальных заготовок на основе изучения совместного влияния термической (патентирования) и пластической (волочения) обработки на структурное состояние и механические характеристики для дальнейшего получения длинномерных болтов.

Предназначено для магистров очной и заочной форм обучения по направлению подготовки 280700.62 «Техносферная безопасность» (профиль подготовки «Безопасность технологических процессов и производств»), а также студентов специальностей 120900 «Проектирование технических и технологических комплексов» и 120400 «Машины и технология обработки металлов давлением», 151001 «Технология машиностроения», 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств».

Представленный материал может быть полезен при подготовке специалистов по производственной безопасности, материаловедению и металловедению, а также для инженерно-технических и научных работников предприятий автомобильной, авиационной, судостроительной и других металлообрабатывающих областей машиностроения.

Рис. 96. Табл. 17. Библиогр.: 145 назв.

УДК 621.77:669.14.018. © НГТУ им. Р.Е. Алексеева, ISBN-978-5-502-00055- © Филиппов А.А., Пачурин Г.В., Чиненков С.В., ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ……………...……………………………………………….......... 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА............................................................................ 1.1. Основные отклонения и дефекты горячекатаного проката, используемого для изготовления болтов методом ХПД......………… 1.1.1. Анализ качества проката для волочильного производства..……… 1.1.2. Влияние дефектов исходного горячекатаного проката на качество переработки проката и готовых изделий................. 1.2. Химический состав, структура и свойства проката для ХОШ...….… 1.2.1. Влияние химического состава стали на качество проката…… 1.2.2. Влияние макро- и микроструктуры стали на прочностные и пластические характеристики проката………………...……… 1.2.3. Влияние степени деформирования при волочении на структуру, твердость, прочностные и пластические характеристики ….… 1.2.4. Влияние термической обработки на свойства проката.

.........… 1.3. Назначение и методы получения высокопрочного крепежа класса прочности 8.8 и выше...….…………………………………………… 1.3.1. Назначение крепежа классом прочности 8.8 и выше.………… 1.3.2. Технологические схемы подготовки проката для изготовления болтов. Методы получения высокопрочного крепежа………… 1.4. Прогнозирование качества калиброванного проката ………………. 2. МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ОБРАЗЦОВ. 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ СОВМЕСТНОГО ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ (ПАТЕНТИРОВАНИЯ) И ПЛАСТИЧЕСКОЙ (ВОЛОЧЕНИЯ) ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОКАТА СТАЛИ 40Х…………………………….................................... 3.1. Обоснование устойчивости аустенита стали 40Х в условиях выдержки в селитровой ванне в диапазоне температур от 370 до 550С...…… 3.2. Механические характеристики исходного горячекатаного проката.... 3.3. Зависимость механических характеристик от степеней обжатия при волочении и последующего патентирования проката..……..…..….… 3.4. Влияние волочения и последующего патентирования на механические характеристики калиброванного проката..…..……..……………........... 3.5. Зависимость твердости проката от обжатия при волочении и патенти ровании при разных температурах…………………....…………………. 3.6. Влияние температуры патентирования на прочностные и пластические характеристики проката, предварительно продеформированного на разные степени обжатия.……………...………………………..………… 3.7. Зависимость твердости от температуры патентирования для разных степеней обжатия при волочении……………………………………...... 3.8. Результаты исследования влияния температуры патентирования и последую щего волочения на механические характеристики горячекатаного проката... 3.9. Влияние температуры патентирования и последующего волочения на механические характеристики проката……….…………………..…........ 3.10. Зависимость твердости от степени обжатия при волочении для раз ных температур патентирования…………………………….………… 3.11. Влияние патентирования и волочения с обжатиями от 5 до 60% на механические характеристики проката………………..…………… 3.12. Зависимость твердости от температуры патентирования для разных степеней последующего обжатия…….…………………………………… 3.13. Определение параметров работоспособности проката.……………..… 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.……………………… 4.1. Оценка состояния горячекатаного проката для изготовления болтов… 4.2. Влияние холодной пластической деформации методом волочения на структурное изменение проката….………………..……….………… 4.3. Патентирование проката. Структурообразование в прокате стали 40Х в условиях патентирования (при изотермической выдержке) в селит ровой ванне………………………………………………………………. 4.4. Совместное влияние холодной пластической деформации и после дующего патентирования на структуру и свойства проката...………. 4.5. Структура и свойства проката после операций патентирования и волочения………………………………....….…………………................... 4.6. Комплексная оценка структурно-энергетического состояния..……….. 5. РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ СХЕМЫ ПОДГОТОВКИ ПРОКАТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УПРОЧНЕННЫХ ДЛИННОМЕР НЫХ БОЛТОВ……….................................................................................. 5.1 Технологическая переработка горячекатаного проката стали 40Х.......... 5.2. Сравнение механических характеристик действующей на производст ве и предлагаемой подготовки проката…………....………………………. 5.3. Результаты исследования длинномерных болтов, изготовленных по предлагаемой технологии……………………....……………………… 5.4. Фрактографические особенности изломов высаженных болтов...…… Заключение……….…………………………………………………………… Библиографический список…………………………………………………. ВВЕДЕНИЕ Обработка металлов методом пластической деформации имеет многовеко вой путь развития. В средние века начинает развиваться технология получения проволоки методом волочения, что объясняется появлением в то время потреб ности в сравнительно больших количествах проволоки для развивающегося производства оружия, кольчуг, а также часов, украшений и т.д. Волочение тол стой железной проволоки производилось посредством водяного колеса, клещей и металлической доски (волоки). В конце ХVIII века началось изготовление стержневых метизных изделий из калиброванного проката, полученного мето дом пластической деформации.

В современных технических конструкциях широко применяются резьбо вые детали крепёжного назначения, которые подвергаются закалке с отпуском, упрочнённый стальной крепёж. Значительная часть из них выполняется в ви де длинномерных деталей типа болтов, шпилек, стремянок и т.п. Детали полу чают из сортового проката применением различных технологических операций холодного деформирования: волочения, высадки, накатки резьбы.

Развитие производства упрочнённого крепежа в условиях рыночной эко номики, требующего обеспечения конкурентоспособности выпускаемой про дукции, наряду с повышением конструкционной прочности и эксплуатацион ной надёжности, предполагает снижение затрат по всей производственной це почке, начиная от получения проката и заканчивая изготовлением готовых де талей требуемого качества. Особенное значение приобретает этот фактор в производстве крепежа, предназначенного для массового потребления, в частно сти, в автостроении.

Производство отечественного автомобильного крепежа сформировалось ещё в период плановой экономики СССР, и основной его объём приходился вна чале на завод «Красная Этна» (г. Нижний Новгород), а впоследствии (с появлени ем «АвтоВАЗа») – завод «Автонормаль» (г. Белебей). Эти же предприятия были основными поставщиками крепежа классом прочности 8.8 (в=800 МПа и выше).

Определенный вклад в развитие высокопрочного крепежа внесли сотрудники данных предприятий и ученые отечественные: А.Т.Быкадоров, Г.В. Бунатян, Ю.А. Лавриненко, В.А. Скуднов, И.Л. Хейфец и другие.

Для изготовления крепежа данного класса прочности с применением хо лодной высадки традиционно используют среднеуглеродистые стали марок 35, 35Х, 38ХА, 40Х. В качестве альтернативы этим маркам получили значи тельное распространение борсодержащие стали 20Г2Р и 30Г1Р. Преимущест вом данных сталей является более высокая технологичность в холодной объём ной штамповке, благодаря пониженному содержанию углерода.

Микролегирование стали бором предполагает повышение восприимчиво сти её к закалке (прокаливаемость), и тем самым компенсируется уменьшение прокаливаемости от снижения содержания углерода. Однако реализация этого влияния бора на практике вызывает проблемы, связанные с трудно контроли руемым поведением этого элемента в стали из-за его высокой склонности к об разованию оксидов и нитридов бора. Фактически повышению прокаливаемости способствует только та часть присутствующего в стали бора, которая находится в твёрдом растворе с железом, при этом образование заметного количества ок сидов и нитридов бора ведет к снижению прокаливаемости.

Данная особенность борсодержащей стали приводит к нестабильности уп рочнения закалкой деталей, а предпринимаемые в производстве технологические меры, направленные на стабилизацию прокаливаемости, – к его удорожанию.

Фактически стоимость горячекатаного (г/к) проката борсодержащей стали, как правило, на 12–15% выше стоимости заменяемой стали марки 40Х, а необходи мость у отечественных производителей использовать импортные поставки 20Г2Р и 30Г1Р приводит к ещё большему удорожанию производимого крепежа.

Характерно, что в зарубежной промышленности производство высоко прочных крепежных изделий (класс прочности 8.8 и выше) составляет 90–95% от общего объема изготавливаемого крепежа, тогда как в РФ этот показатель не превышает 18%. С конца 90-х годов прошлого столетия наблюдается тенден ция к его сокращению из-за увеличения объемов поступлений готового крепежа из ускоренно развивающихся стран (Китай, Тайвань и др.). Низкая доля приме нения упрочнённого крепежа представляется негативным технико-экономическим показателем как промышленности, производящей эту продукцию, так и промыш ленности, производящей конструкции, которая применяет данный крепёж. Для первой – это неоправданное повышение материалоёмкости производства деталей.

Для второй – нерациональное завышение веса конструкций и, соответственно, ухудшение их эксплуатационных качеств. В обоих случаях применение неупроч ненного крепежа негативно отражается на конкурентоспособности выпускаемой продукции.

Решение существующей проблемы расширения производства упрочнённого крепежа представляет собой актуальную задачу для отечественной промышлен ности, охватывающей различные отрасли.

Одним из приоритетных направлений в решении этой задачи авторы на стоящей работы видят в снижении стоимости производимого крепежа:

• во-первых, за счёт рационализации технологии упрочняющей обработки крепежа;

• во-вторых, минимизации стоимости стали (относительно борсодержащих сталей).

Рационализацию упрочняющей обработки автор связывает с максималь ным использованием упрочнения, возникающим при холодном пластическом деформировании металла, применяемом в процессе изготовления готовых длинномерных деталей крепёжного назначения. Причём предполагается дости жение такого же уровня упрочнения, который достигается закалкой и отпуском готовых деталей, что позволит исключить их из производственного цикла изго товления крепежа.

Данное решение подкреплено накопленным опытом современной техни ческой промышленности, свидетельствующим о возможности при рациональ ном использовании пластического упрочнения отказаться в ряде случаев от традиционного термического упрочнения готовых деталей. Наиболее характер ный пример изготовление высоко нагруженных стальных деталей пружинного назначения. Тем самым не только существенно снижаются трудовые, матери альные и энергетические затраты в производстве, но и достигается улучшение качества производимых деталей по определённым показателям. Последнее вы звано рядом негативных явлений, сопутствующим традиционному термическо му упрочнению. Прежде всего, это проявляется в короблении длинномерных болтов при закалке, а также в повреждениях поверхности, связанных с воздей ствием рабочей среды (газовая атмосфера или закалочные ванны) при нагреве под закалку.

Негативные проявления термического упрочнения в полной мере отно сятся к рассматриваемым в настоящей работе длинномерным болтам.

Следует заметить, что предлагаемое техническое решение не исключает полностью термического упрочнения, которое остаётся как предварительная термическая обработка – патентирование, упрочняющий эффект которого уси ливается в результате последующего окончательного волочения В плане минимизации стоимости стали предпочтительной представляется сталь 40Х. Данная марка стали стандартизована (ГОСТ 10702-78), она традици онно имеет наибольшее распространение для упрочняемых крепёжных изделий и зарекомендовала себя легко осваиваемой метизным производством любой степени массовости. И, наконец, соответствующее содержание углерода и ле гирование хромом (достаточно экономное) упрощают реализацию предлагае мого технического решения во всех его технологических компонентах.

Представляя на обсуждение свою работу, авторы полагают, что предла гаемое в ней новое техническое решение будет способствовать развитию про изводства высокопрочного крепежа не только для автостроения, но и для дру гих промышленных отраслей: транспортной, сельскохозяйственной, судострои тельной, химической, нефтяной, а также отраслей строительной индустрии.

Целью настоящей монографии являлось решение актуальной научно технической задачи разработки ресурсосберегающей термомеханической подго товки стальных заготовок на основе изучения совместного влияния термической (патентирования) и пластической (волочения) обработки на структурное состоя ние и механические характеристики для дальнейшего получения длинномерных болтов. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать влияние различных режимов термомеханической подго товки на структуру и механические характеристики г/к проката.

2. Исследовать влияние степени обжатия на структуру и механические характеристики проката.

3. Исследовать влияние температуры патентирования на структуру и ме ханические характеристики проката.

4. Исследовать совместное влияние термической (патентирования) и пла стической обработок на структуру, пластические и прочностные характеристи ки, твердость проката и выбрать их рациональные режимы.

5. Разработать ресурсосберегающую технологическую схему термомеха нической подготовки проката стали 40Х для дальнейшего изготовления из него упрочненных длинномерных болтов с низкой обрезной головой, соответст вующих классу прочности 9.8.

При обобщении материалов в монографии использованы результаты лич ной работы авторов. Особую благодарность и глубокую признательность авто ры выражают доценту, к.т.н. В.Н. Дубинскому и доценту, к.т.н. Ю.В. Бугрову за поддержку, советы и обстоятельные консультации. Авторы также признатель ны профессору, доктору технических наук В.А. Скуднову, профессору, доктору технических наук Р.Е. Глинеру и профессору, доктору технических наук Г.Н. Гаврилову за ценные советы и замечания, сделанные при просмотре мате риалов рукописи.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 1.1. Основные отклонения и дефекты горячекатаного проката, используемого для изготовления болтов методом ХПД 1.1.1. Анализ качества проката для волочильного производства Представлены результаты анализа качества проката, поставленного с метал лургических заводов. Статистический анализ проверок контроля проката в бунтах для производства метизных изделий методом холодного пластического деформирования, поставляемого ОАО «Северсталь» (г.Череповец), ОАО «Оскольский электрометал лургический комбинат» (ОАО «ОЭМК», г. Старый Оскол,), ОАО «Мечел» (г. Челя бинск), ОАО «Череповецкий сталепрокатный завод» (г. Череповец), фирма «Овако»

(Финляндия) на ОАО «Завод Красная Этна» (г. Нижний Новгород), показал следую щее. Основные поставщики и объемы поставок проката приведены в табл. 1.1.

Таблица 1. Основные поставщики и объемы поставок проката Предприятие Объем поставок, кг ОАО «Северсталь» ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат» ОАО «Челябинский металлургический завод» ОАО «Череповецкий сталепрокатный завод» Фирма «Овако» Количество проката с отклонениями составляет 33694 кг или 0,89% от объ ёма поставок. Результаты контроля по поставщикам представлены на рис. 1.1.

0 кг 4000 кг 8000 кг 12000 кг 16000 кг 16720 кг О А О « С ев ер ст ал ь» 1,7 7 % О А О « О с ко л ь с к и й 14047 кг э л е к т р о м е т а л л у р г и ч е с к и й ко м б и н а т » 0,5 % кг О А О « Ч е р е п о в е ц к и й с т а л е п р о к а т н ы й за в о д »

% Ф и р м а « О в а ко » (Ф и н л я н д и я) О А О «Ч еляби н ск и й м еталл ур г и ческ и й 2927 кг ко м б и н а т » 2 4,6 2 % 0% 25% 50% 75% 100% Рис. 1.1. Количество проката с отклонениями по поставщикам В результате анализа установлено, что основными отклонениями на входном контроле являются дефекты, указанные в табл. 1.2.

Таблица 1. Основные дефекты проката, установленные на входном контроле Вид отклонения Величина отклонения Поверхностные дефекты 12097 кг или 40,27% Не выдержали осадку до 1/3 Н 15547 кг или 46,14% Отклонение по химическому составу не выявлено Отклонение по макроструктуре не выявлено Закаливаемость (касается стали 20Г2Р) 1650 кг или 4,9% Отклонение по геометрическим параметрам не выявлено Превышение обезуглероженного слоя 2927 кг или 8,69% Отклонения на входном контроле по каждому поставщику показаны на рис.1.2.

п ов ерхн остн ы е деф ек ты н е в ы д е р ж а л и о с а д к у д о 1 /3 о т п е р в о н ач а л ь н о й в ы с о т ы о б р а зц а о тк л о н ен и е п о х и м и ч еско е со ставу стал и 9472 кг 10000 кг (н е в ы я в л е н о ) 1473 кг отклон ен и е п о м ак рострук туре 2927 кг 8000 кг (н е в ы я в л е н о ) 1650 кг зак ал и в аем о сть 4125 кг 6000 кг отклон ен и е п о геом етри чески м п арам етрам 4000 кг (н е в ы я в л е н о ) 2625 кг п р е в ы ш е н и е о б езу гл е р о ж е н н о г о сл о я 2000 кг 0 кг н ади ры н а п оверхн ости м еталла в р е з ул ьт а т е т р а н с п о р т и р о в к и в в а г о н е Рис.1.2 Основные отклонения проката по каждому поставщику Выводы по результатам входного контроля металлопроката:

1. В волочильном производстве используется 850 т в год проката конструк ционно-легированных сталей (38ХА и 40Х) для изготовления крепежа методом хо лодного пластического деформирования диаметром от 11,0 до 14,0 мм.

2. При холодной штамповке крепежных изделий возникают значительные степени деформации, поэтому горячекатаный прокат, поступающий с метал лургических предприятий с поверхностными дефектами, может способствовать экономическим потерям. Переработка проката с металлургическими дефектами увеличивает количество бракованных крепежных изделий, следовательно, при водит к повышенному расходу металла.

3. После поставки проката на склады переработчика необходим тщатель ный входной контроль с целью выявления браковочных признаков и соответст вия требованиям нормативно-технологической документации.

4. Прокат исследованных марок сталей, используемый для изготовления болтов, который поступал с ОАО «ОЭМК», фирмы «Овако» (Финляндия) и ОАО «Череповецкий сталепрокатный завод», имел меньший процент отклонений на входном контроле, в отличие от проката, поступившего с ОАО «Северсталь» и ОАО «Челябинский металлургический завод».

1.1.2. Влияние дефектов исходного горячекатаного проката на качество переработки проката и готовых изделий К метизам относят в первую очередь проволоку, проволочные и крепеж ные изделия. Болтовые стержневые изделия – один из видов продукции массо вого назначения [1]. До 90% болтов изготавливают методом холодной штам повки [2, 3]. Широкий сортамент и большое разнообразие свойств метизов про диктованы спецификой их использования в различных областях. Эксплуатаци онные показатели проката, предназначенного для изготовления стержневых из делий, формируются на всех стадиях металлургического передела, начиная с выбора шихтовых материалов для выплавки металла и заканчивая обработкой готовой проволокой [4, 5]. Наряду с применением высокопрочных метизных изделий традиционной формы, внедрением новых прогрессивных конструкций, актуальной задачей остается производство болтовых изделий без внутренних дефектов и дефектов поверхности [6–8]. Для изготовления длинномерных бол тов требуется качественный горячекатаный прокат с осадкой не менее 1/2 пер воначальной высоты образца [9, 10], а калиброванный прокат должен выдержи вать осадку до 1/3 первоначальной высоты образца [11].

Известно [12–16], что выпуск качественной продукции зависит:

• от качества исходного проката;

• технологии изготовления изделий:

• характера нагрузки;

• степени деформации;

• состояния оборудования:

• квалификации обслуживающего персонала.

Материал, применяемый для изготовления длинномерных высокопроч ных болтов, должен обладать достаточной прочностью и пластичностью, рав номерными механическими характеристиками и химическим составом, а также не должен иметь поверхностных и внутренних дефектов [17]. Если эти условия выполняются, то применение калиброванного проката при производстве бол товых изделий позволяет достичь коэффициента использования металла 95–98% [1, 18].

При уменьшении расхода металла основной фактор – качество исходного проката. Установлено, что на ОАО «Магнитогорский калибровочный завод»

(г. Магнитогорск) причиной повышенного расхода металла являлась отбраков ка по дефектам «трещины» и «надрывы» горячекатаного проката, поставляемо го с металлургических заводов [19]. К поверхностным дефектам относят рас катные газовые пузыри, волосовины, рванины, закаты и др. Также дефектом поверхности металлопроката является образование обезуглероженного слоя, существенно ухудшающего механические свойства в поверхностных слоях проката. Поверхность становится восприимчивой к образованию рисок, зади ров, царапин при волочении и холодной высадке [5, 16, 20]. По своему характе ру дефекты на поверхности горячекатаного проката, поступающего с металлур гических комбинатов, могут быть металлургического (при выплавке и разливке стали, охлаждении слитков), прокатного (при деформации и охлаждении прока та) и волочильного (при волочении проката) происхождения [4, 5, 7, 10, 18, 21].

Высокотемпературный нагрев металла в металлургических печах перед прокаткой вызывает интенсивное развитие газовой коррозии на его поверхно сти, следствием которой является окалинообразование, обеднение поверхност ных слоев углеродом, перераспределение легирующих элементов в этих слоях (угар легкоокисляемых элементов и повышение концентрации относительно инертных к кислороду элементов) [22].

Если на слитке пороки полностью не удалены, то при прокатке они пере ходят на блюмы (слябы), заготовки, горячекатаный прокат, готовый калибро ванный прокат и далее на крепежные изделия [21, 23].

Основной технический дефект при производстве крепежа связан с высо кой степенью деформации (до 88%) в процессе холодной объемной штампов ки, так как трещины исходного горячекатаного и калиброванного проката, не лежащие на поверхности, распространяются на штампуемом изделии в резуль тате максимальных касательных напряжений. Чаще всего трещины, возникаю щие при холодной штамповке, параллельны оси подката, а трещины, возни кающие при отделочных операциях, перпендикулярны его оси.

Согласно справочной литературе [21, 23] и опыту работы метизных заво дов, известно, что даже соблюдение всех технологических требований и реко мендаций по структуре и механическим характеристикам исходного горячека таного и калиброванного проката еще не гарантирует отсутствие брака болто вых изделий при обработке холодным деформированием. Распространенным видом дефектов металлургического происхождения являются неметаллические включения – частицы шлака и огнеупоров. При выпуске расплавленного метал ла из печи в ковш и из ковша в изложницу шлак механически извлекается стру ей металла из футеровки печи или изложницы. Таким образом, частицы огне упорного материала попадают в сталь.

При дальнейшей обработке круглого проката холодным пластическим деформированием трещины образуются в местах наибольших скоплений не металлических включений даже при самых благоприятных механических свойствах и микроструктуре. Поэтому одна из проблем изготовления качест венного калиброванного проката – максимально исключить содержание в нем неметаллических включений. При этом осуществляя входной контроль метал лопроката для последующего волочения, необходимо проводить исследование на их наличие [24].

Причиной образования трещин при волочении и холодной штамповке со степенью деформации от 40% и более могут также являться дефекты сталепла вильного (при разливке и охлаждении слитков) и прокатного (при деформации и охлаждении проката) происхождения. Большое влияние на деформируемость ста лей оказывает вид раскислителя. Раскисление алюминием резко сокращает брак по трещинам [25]. Группа авторов [24] утверждает, что одна из причин разруше ния образцов горячекатаного и калиброванного проката при испытании методом холодной осадки – наличие трещин, раскатных загрязнений и пузырей.

При промышленном производстве болтовых изделий, факторы, опреде ляющие качество продукции, условно можно разделить на две группы:

• внешние факторы – качество поступающего сортового металлопроката;

• внутренние – технология подготовки калиброванного проката, технология изготовления стержневых изделий, состояние технологического оборудова ния и инструмента, и квалификация обслуживающего персонала.

1.2. Химический состав, структура и свойства проката для ХОШ 1.2.1. Влияние химического состава стали на качество проката Обширная номенклатура разнообразных деталей, к которым не предъяв ляются повышенные требования по прочности и износостойкости, изготавли ваются, как правило, из сталей с химическим составом и механическими свой ствами по ГОСТ 1050-88 «Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали.

Общие технические условия», ГОСТ 4543-71 «Прокат из легированной конст рукционной стали. Технические условия» и ГОСТ 380-94 «Сталь углеродистая обыкновенного качества». Указанные нормативные документы не регламенти руют ряд требований к поверхности и осадке проката, необходимым для воло чения и дальнейшей холодной объемной штамповки. Это может привести к браку по деформационным трещинам.

Марка стали, химический состав и другие свойства калиброванного про ката, предназначенного для изготовления длинномерных болтов методом ХОШ, регламентируются, в основном, согласно ГОСТ 10702-78 «Сталь качест венная конструкционная углеродистая и легированная для холодного выдавли вания и высадки». Оптимальный химический состав и другие свойства сталей в этом стандарте установлены на основе обобщения опыта по их выплавке и применению в производстве крепежных изделий и анализа влияния отдельных элементов (углерода, кремния, серы, фосфора, никеля, алюминия, бора и дру гих) на способность металла к холодной объемной штамповке. При этом учтено также влияние газов: кислорода, азота, водорода и других элементов – на де формируемость стали в холодном состоянии. Это подробно освещено в специ альной литературе [12, 21, 26, 27]. ГОСТ Р 52627-2006 (ИСО 898-1:1999) регла ментирует основные показатели механических свойств для болтов, винтов и шпилек, что влияет на выбор марки стали. Согласно указанному стандарту, в калиброванном прокате, предназначенном для высадки болтов методом ХОШ, контролируется содержание углерода, фосфора, серы и бора для всех классов прочности.

Основным химическим элементом, определяющим поведение стали при во лочении проката, является углерод. Увеличение содержания углерода на 0,1% при водит к повышению временного сопротивления разрыву стали на 60–80 МПа [27, 28]. Связь между содержанием углерода и изменением механиче ских свойств горячекатаной углеродистой стали показана на рис. 1.3 [29].

В калиброванном прокате, предназначенном для изготовления высоко прочных длинномерных болтов методом холодной объемной штамповки, из-за высокого сопротивления деформации не рекомендуется принимать содержание углерода свыше 0,45–0,5% [27].

Рис. 1.3. Влияние содержания углерода на механические свойства углеродистой стали в зависимости от содержания углерода Значительное влияние на деформируемость проката оказывают легирую щие элементы (кремний, марганец, алюминий, молибден, никель, ванадий, вольфрам, хром), а также примеси (азот, сера, фосфор, медь, кислород, водород).

Кремний является раскислителем стали. Растворяясь в феррите, он способствует повышению прочности, твердости и упругости стали. При содержании его более 0,17–0,20% в среднеуглеродистых сталях снижается пластичность проката в усло виях осадки, поэтому калиброванный прокат с содержанием кремния 0,17–0,37%, во избежание образования трещин, можно использовать для изготовления болтов с небольшой степенью деформации (не более 30–40%).

В прокате, который используется для холодной высадки, согласно ГОСТ 10702-78, содержание кремния должно быть не более 0,17–0,20%, иначе могут происходить образование трещин, разогрев зоны деформации, увеличение удельного усилия на 12–18%. Содержание кремния в прокате низкоуглероди стых сталей, используемых для ХОШ, не должно превышать 0,003–0,07% [25].

Марганец в конструкционных сталях содержится в пределах 02–0,7%. Раство ряясь в феррите и цементите, марганец упрочняет конструкционную сталь и устраняет вредное действие серы, образуя сульфид марганца. Кроме того, он раскисляет сталь, повышает её упругие свойства и прокаливаемость, Пластич ность стали незначительно, но уменьшается.

Хром – элемент, эффективно влияющий на изменение механических харак теристик стали. Растворяясь в феррите и образуя прочные карбиды, а также ока зывая заметное влияние на дисперсность получаемой структуры и коагуляцию структурных составляющих, он повышает твердость стали, пределы прочности и текучести, не снижая пластических характеристик. Однако увеличение количества присутствующих карбидов хрома, хотя и повышает твердость, но сравнительно мало. Хром как примесь уменьшает эффект старения, но повышает сопротивление деформации. Повышение содержания хрома на 0,1% в прокате стали 40Х увели чивает ее предел прочности на 20 МПа.

Влияние хрома на снижение деформируемости при содержании углерода меньше 0,3% незначительно. Вследствие увеличения дисперсности структуры легирование стали хромом способствует некоторому повышению пластических характеристик (относительного сужения и относительного удлинения). При до бавке хрома возникает дополнительная зона большой устойчивости аустенита при 470–570С. При этом сравнительно низка устойчивость аустенита в области высоких температур (600–700С). Хром, увеличивая время до начала распада аустенита, облегчает изотермическую обработку, а уменьшая время полного распада аустенита при тех же температурах, сокращает её время. Увеличивая способность аустенита к переохлаждению, хром повышает прокаливаемость стали тем больше, чем выше его содержание [30].

Сера не растворима в железе, улучшает обрабатываемость резанием после штамповки. Рекомендуемое содержание серы в прокате не более 0,03–0,04% [31].

Повышение содержания серы существенно снижает механические свойства стали, в частности, пластичность, коррозионную стойкость и т.д.

Особенностью борсодержащих сталей является их достаточная техноло гическая пластичность, оптимальное соотношение прочностных и пластических характеристик в отожженном и термически упрочненном состоянии [32, 33], удовлетворительная прокаливаемость при значительно меньшем, чем в легиро ванных сталях, содержании легирующих элементов [34] и меньшая, чем в сред неуглеродистых среднелегированных сталях, закаливаемость [35]. Но их ис пользование в массовом производстве сопровождается рядом технологических трудностей [36]. К их числу следует отнести необходимость предотвращения связывания бора в нитриды при выплавке стали, так как на характеристики прокаливаемости проката из борсодержащей стали оказывает не весь, а только не связанный в нитриды, бор [37].

1.2.2. Влияние макро- и микроструктуры стали на прочностные и пластические характеристики проката Важным условием повышения технологичности производства калибро ванного проката для дальнейшего изготовления из него упрочненных болтов является наличие однородной структуры и требуемого уровня механических характеристик по сечению мотков металла [1].

Структура – основное звено, связывающее технологию материала и его пове дение в эксплуатации [38, 39]. Горячекатаный и калиброванный прокат должен иметь оптимальную макро- и микроструктуру с целью успешного осуществления дальнейших технологических операций по изготовлению из него болтовых изде лий. Макроструктура стали должна быть однородной, без усадочных рыхлостей, расслоений, неметаллических включений, не иметь пор, пузырей, трещин, ликваци онной зоны, флокенов и других дефектов, видимых невооруженным глазом на по перечных темплетах после травления [14]. Площадь ликвационной зоны не должна превышать 40% поперечного сечения заготовки, в противном случае на головках болтов могут образовываться трещины, а при накатывании резьбы – расслоения.

Макроструктура легированной стали должна соответствовать ГОСТ 4543-71, а углеродистой – ГОСТ 1050-88. Величина аустенитного зерна в легированной стали должна быть не крупнее номера 5 [40]. Характер микроструктуры прока та после волочения и термической обработки, применяющейся для ХОШ, влияет на протекание технологического процесса и качество болтовых изде лий. Для обеспечения стойкости рабочих деталей штампов, исключения появ ления трещин, разрывов горячекатаный прокат в состоянии поставки должен иметь однородную микроструктуру, в которой не допускаются полосчатость, структурно-свободный цементит, расположенный по границам зерен в виде скоплений или сетки. Микроструктура калиброванного проката стали марок 30, 35, 40, 45, 35Х, 38ХА и 40Х не должна иметь грубопластинчатого перлита, игольчатости и видманштеттовой структуры, поскольку они резко снижают пластичность и ударную вязкость стали [18, 41]. К прокату, используемому для холодной высадки, предъявляются дополнительные требования: к поперечному относительному сужению (от 50% и выше), макро и микроструктуре, размеру зерна, глубине обезуглероженного слоя, ограничению содержания кремния в спокойных сталях 35, 40, 45, 35Х, 38ХА и 40Х.

При волочении проката в холодном состоянии сталей с содержанием уг лерода свыше 0,2% (стали 35, 40, 45), а также легированных конструкционных сталей (35Х, 38ХА, 40Х.), большое влияние оказывают размер и ориентировка зерен и структура стали. При значительном размере зерен структуры калибро ванного проката, используемого для ХОШ, возможны скалывание и расслоение головки болтов. При очень мелком зерне возрастает усилие деформации. Для этих сталей при высадке болтовых изделий наиболее благоприятной является структура, определяемая числом зернистого перлита 70–80 [42]. Получение не обходимого номера зерна феррита и твердости является наиболее важной ха рактеристикой поведения калиброванного проката при изготовлении болтовых изделий. Для этого необходимо поддерживать химический состав стали в более узких пределах (особенно по углероду). Следует отметить, что как у малоугле родистых, так и у высокоуглеродистых сталей, недопустима полосчатость структуры [29]. Обычно в структуре малоуглеродистой стали встречается структурно-свободный цементит, который образуется в горячекатаном прокате при изготовлении на металлургическом комбинате с последующим замедлен ным охлаждением или при длительном отжиге стали. Расположение структур но-свободного цементита по границам зерен в виде вкраплений или в виде сет ки способствует резкому ухудшению пластичности калиброванного проката и появлению трещин на изделиях, а также поперечному расслаиванию головок болтов.

Некоторые авторы [43, 44] предполагают, что для холодной высадки не обходимо применять только калиброванный прокат с микроструктурой 100% зернистого перлита, так как данная структура способна воспринимать большие пластически сдвиги. Ряд авторов [45] утверждает, что с увеличением в структу ре проката пластинчатого и сорбитообразного перлита наблюдаются рост со противления пластической деформации и снижение пластичности. В то же вре мя авторы [46] убеждены, что уже наличие зернистого перлита 60% обеспечи вает требуемую технологическую пластичность.

По мнению авторов [47–49], оптимальной деформируемостью в холодном состоянии обладает калиброванный прокат со структурой зернистого перлита (не менее 80%) балла зерна 5–7 и относительным сужением не менее 50–60%.

Есть мнение, что если прокат изготовлен из средне- и высокоуглеродистой и легированной (38ХА, 40Х, 40ХН2МА) стали с микроструктурой менее 80% зернистого перлита, то он не выдерживает осадки даже 1/3 первоначальной вы соты. При производстве болтов указанные стали и идентичные им по содержа нию С, Cr, Ni, при высадке испытывают деформацию до 75–80% [18]. Известно [50], что ускорение сфероидизации достигается предварительным волочение проката с последующей рекристаллизацией в определенном для каждой стали температурном интервале.

По некоторым данным [51, 52], структура, состоящая из 100% зернистого перлита, получается после непродолжительного отжига горячекатаного проката в течение 7–9 ч. Авторы [50, 53, 54] рассматривают несколько способов полу чения зернистого перлита в доэвтоктоидных сталях:

• нагрев выше критической точки Ас1 (надкритический отжиг);

• нагрев ниже критической точки Ас1 (субкритический отжиг);

• отжиг после холодной пластической деформации (рекристализационный);

• изотермический отжиг;

• маятниковый отжиг;

• термоциклический отжиг.

Есть мнение авторов [55], что для полной сфероидизации перлита в доэв тектоидных сталях требуется выдержка в течение 100 ч, что экономически не целесообразно.

Вопрос получения болтовых изделий из проката с микроструктурой сор бита патентирования практически не исследован.

Стоит отметить, что в волочильном производстве широко используется получение высоконагартованной проволоки после операции патентирования и волочения. Патентирование позволяет получать в проволоке сорбитообразную перлитную структуру, после операции волочения можно добиться её высоких прочностных и пластических характеристик.

1.2.3. Влияние степени деформирования при волочении на структуру, твердость, прочностные и пластические характеристики В ряде исследований процесса волочения [42, 56–58] уточнялись условия пластического течения металла при деформации в различных условиях. Пока зано, что пластическая деформация при волочении в холодном состоянии вы зывает повышение сопротивления деформации, причем повышение тем значи тельнее, чем больше степень обжатия при волочении [59]. Известно [60], что высокая температура проката при волочении в инструменте волочильного стана приводит к развитию процессов старения, вызывающих снижение пластических характеристик, возникновению температурных напряжений в нем, образова нию участков мартенсита на поверхности проволоки, снижению стойкости ин струмента, окислению смазки и повышению коэффициента трения при волоче нии и, как следствие, возникновению неблагоприятных условий для процесса деформации и качества конечного продукта – калиброванного проката.

Калиброванный прокат, используемый для холодной высадки болтов, по сле всех технологических переработок не должен относиться к категории мате риалов, которые трудно деформируются. К трудно деформируемому металлу относятся стали, обладающие повышенным сопротивлением деформации, что определяет повышенные грузки на обрабатывающий и давящий инструмент [61, 62]. В процессе деформирования горячекатаного и калиброванного проката происходят изменения структуры разных уровней, сопровождаемые, в частно сти, формированием дефектности, которая на макроуровне проявляется в сни жении плотности, а на субмикроуровне – в увеличении искажений кристалли ческой решетки [63, 64].

Волочение является основным видом деформации при подготовке проката к объемной штамповке [65]. Калиброванный прокат получает неоднородное дефор мационное упрочнение и наклеп при его течении в конической матрице в процессе волочения [13]. В результате холодной деформации прочностные характеристики калиброванного проката с ростом степени обжатия повышаются (упрочнение и на клеп), а пластические характеристики уменьшаются [66]. При степенях обжатия более 30% прокат упрочняется в процессе волочения практически одинаково (или равномерно) по всему поперечному сечению протянутого прутка, что показано в работе [66] путем определения твердости в меридиональной плоскости шлифов.

При назначении небольших обжатий (от 5 до 15%) проката уменьшаются работа и мощность пластической деформации, однако заготовки болтов имеют низ кую изгибную жесткость. Поэтому целесообразно назначать степени обжатия про ката вблизи предельного значения, когда обеспечиваются повышенные механиче ские характеристики калиброванного проката и получаемых из него стержневых деформируемых заготовок при их высокой изгибной жесткости [67]. Возможная степень обжатия проката зависит от пластических характеристик, которые во мно гом определяются его микроструктурой. Наилучшие свойства достигаются при од нородной мелкоглобулярной микроструктуре с равномерным распределением це ментита в феррите [17]. В стали с зернистым перлитом размеры глобулярных час тиц цементита не изменяются даже после больших степеней обжатия, и пластиче ская деформация в происходит в основном за счет феррита [68]. Это, по мнению ав торов [69], не вызывает распада цементита и, следовательно, проявление дефектно сти в виде охрупчивания и упрочнения, связанной с холодной пластической дефор мацией и переходом части атомов углерода в атмосферы на дислокациях [70].

По мнению авторов [53], относительное обжатие при волочении должно быть не менее 28–30%, а по некоторым данным – не менее 35% [71]. Авторы [72] определяли степень обжатия при волочении q (%) как отношении 100(d 02 d k2 ) / d 02, где d 02, d k2 – начальный и конечный диаметр образца. Данные ав торы [35] изучили и построили экспериментальные кривые зависимости меха нических свойств от степени предварительной деформации при волочении, ко торые представлены на рис. 1.4.

По мнению авторов [45, 73], наилучшее сочетание механических характе ристик (высокая пластичность и незначительное сопротивление пластической деформации) достигается при обжатии 5%. С увеличением обжатия до 10% на блюдаются интенсивный рост предела текучести и резкое снижение относи тельного удлинения. При обжатии 15% значительно возрастает предел прочно сти, а относительное удлинение продолжает уменьшаться. Дальнейшее увели чение обжатия до 60% вызывает непрерывный рост предела текучести и преде ла прочности, относительное удлинение медленно снижается, а относительное сужение находится на высоком уровне (60–58%) до обжатия 25%, а после чего падает двумя ступенями в интервалах обжатия 25–35% и 40–60%.

По данным авторов [74], пластические характеристики проволоки со структурой зернистого перлита в процессе волочения непрерывно снижаются и при 40% становятся ниже пластических характеристик проволоки, которая подвергалась термической операции патентирования.

Рис. 1.4. Механические свойства сталей при растяжении в зависимости от степени обжатия при волочении q:

а - сталь 10 кп;

б – сталь 30;

в, г – стали 40Х, При этом нужно учитывать, что величина суммарной деформации (воло чение + все переходы) при ХОШ на автоматах достигает 85% [13, 75, 76].

Авторы [27, 75] считают, что для холодной высадки крепежных изделий одинаково нежелательно применение твердого (более НВ 290) и мягкого (менее НВ 160) калиброванного проката. При изготовлении болтов из проката высо кой твёрдости резко возрастают удельные усилия на инструмент, снижается его стойкость, появляются трещины на металле, ухудшается заполнение полости матрицы при ХОШ на прессах. При высадке болтовых изделий из «мягкого»

проката ухудшается стойкость заготовки длинномерного болта, деформирова ние происходит неравномерно и металл быстро «налипает» на инструмент.

Анализ литературных данных [27, 75, 77, 78,] позволяет рекомендовать следующие основные показатели калиброванного проката для дальнейшего из готовления из него метизов методом холодной штамповки:

1. НВ от 170 до 290.

2. 0,2 /в = 0,6 – 0,72 – данное соотношение зависит от химического состава.

3. 60% – прокат весьма пластичен;

50% 60% – прокат достаточ но пластичен, 50% – прокат непригоден для изготовления болтов методом ХОШ [79].

Отношение 0,2/в в значительной мере зависит от химического состава, режимов термообработки и волочения. Есть мнение авторов [80], что при от ношении предела текучести к пределу прочности в прокате, равное числу 0,9, наблюдается наилучшая величина такой важной эксплуатационной характери стики болтового изделия, как высокая релаксационная стойкость.

Величина относительного сужения проката считается [10, 73] основным показателем при дальнейшем деформировании. Наилучшей пластичностью при холодной объемной штамповке обладает калиброванный прокат с относитель ным сужением 50–60%.

1.2.4. Влияние термической обработки на свойства проката Для получения требуемой структуры, оптимальных прочностных показа телей, повышения пластичности проката до величин, при которых обеспечи ваются стабильная работа без перегрузок, высокая стойкость инструмента, применяют термическую обработку. Выбор режима термообработки опреде ляются химическим составом и структурой обрабатываемого проката, требова ниями холодной штамповки и эксплуатационными требованиями к болтовым изделиям. Функциональным назначением термической обработки является достижение требуемых потребительских свойств калиброванного проката:

служебных (проявляющихся в эксплуатации готовых болтовых изделий) и тех нологических, необходимых для получения изделия с минимальными затрата ми [81]. Термическая обработка – самый распространенный в современной технике способ изменения свойств металлов и сплавов [38, 82].

Температуру нагрева и время выдержки проката следует принимать наи меньшими при условии стабильного получения заданных структур и свойств. С возрастанием этих параметров различные физико-химические явления на поверх ности раздела проката и атмосферы, в том числе окисление, обезуглероживание, насыщение водородом, отрицательно отражающиеся на процессе последующей пластической деформации и снижающие качество болтовых изделий, проходят ин тенсивнее. Атмосфера или среда, в которой происходит термообработка, не долж ны взаимодействовать с прокатом, а в случае взаимодействия (например, окисле ния) его характер должен сочетаться с принятым циклом обработки, требованиям к болтам. Термообработка делится на предварительную, промежуточную (между операциями волочения для снятия наклепа) и окончательную (для получения за данных механических характеристик и структуры проката).

Горячекатаный прокат без дополнительной термообработки имеет неод нородную структуру, прочностные и пластические характеристики его неста бильны. Прокат после горячей прокатки (на металлургическом заводе) имеет заметные следы упрочнения. Применение проката без дополнительной терми ческой обработки при волочении и высадке болтов приводит к повышению удельных нагрузок на 15-20%, а это значительно ограничивает возможности изготовления из него длинномерных болтов. Обычно для сложных по форме болтов практикуется проводить термообработку калиброванного проката с це лью получения необходимой пластичности и снижения удельных усилий.

Предварительная термообработка горячекатаного проката может прово диться на металлургических заводах или метизных предприятиях, занимающихся изготовлением крепежа методом холодной высадки. Наибольшее снижение удельных усилий при высадке достигается при получении крупнозернистой структуры. Однако пластичность с увеличением размера зерна уменьшается. При отжиге после волочения в области критических степеней деформации у низкоуг леродистых сталей происходит интенсивный рост зерна в поверхностном слое.

Применение индукционного нагрева калиброванного проката из низкоуг леродистых и микролегированных бором сталей позволяет получать комплекс свойств, соответствующих термоупрочненным легированным сталям, что не возможно при печном нагреве, и обеспечивать высокую точность поддержания температурного режима, а, следовательно, однородную микроструктуру и оп тимальные механические свойства [83].

Термическая обработка, осуществляемая после холодной деформации, не всегда приводит к полному устранению дефектов структуры. При значительных степенях деформации возможно возникновение энергетически устойчивых дефек тов структуры стали, не залечивающихся при восстановительном отжиге [9, 31].

Обезуглероживание при нагреве происходит в результате взаимодействия окисляющих газов с углеродом, который находится в виде твердого раствора или карбида железа Fe3C.


Скорость обезуглероживания определяется главным образом процессом двусторонней диффузии, происходящей под воздействием разности концентраций сред. С одной стороны, обезуглероживающие газы диф фундируют к поверхностному слою стали, а с другой, – образующиеся газообраз ные продукты движутся в обратном направлении. Помимо этого, углерод из внут ренних слоев металла перемещается в поверхностный слой [22]. Обезуглерожива ние и окалинообразование существенно снижают механические свойства в по верхностных слоях проката, а это приводит к срыву резьбы при механических ис пытаниях болтовых изделий. Остаточная окалина из-за недостаточно качествен ного ее удаления приводит к быстрому износу инструмента, снижению блеска и увеличению шероховатости поверхности проволоки [84].

В качестве термической обработки при изготовлении холоднотянутой проволоки применяют изотермическую обработку, которая получила название патентирование. Основы патентирования были разработаны С.С. Штейнбергом и его сотрудниками. Данный вид термической обработки заключается в нагреве стали выше Аs на 100–250С, переохлаждении аустенита до температуры 400–600С в селитровой ванне и последующем охлаждении на воздухе. Эти операции могут осуществляться при непрерывном прохождении калиброванно го проката через нагревательную печь и ванну с расплавом соли.

В результате проведения операция патентирования структура проката представляет собой однородную смесь высокодисперсного цементита в форме пластинок (стали). После патентирования и последующего волочения калибро ванный прокат имеет высокую прочность при достаточном уровне пластично сти [85]. На метизных предприятиях находит распространение способ обработ ки проката в псевдосжиженном слое, который целесообразно применять для стали с содержанием углерода 0,4–0,85%, когда необходимо получить равно мерную структуру тонкопластинчатого перлита (сорбита).

1.3. Назначение и методы получения высокопрочного крепежа класса прочности 8.8 и выше 1.3.1. Назначение крепежа класса прочности 8.8 и выше Преимущества использования высокопрочного крепежа:

• выдерживает разрушающее воздействие нагрузки в два-три раза выше, по сравнению с классом прочности 4.8;

• удобно применять крепеж меньшего размера при тех же нагрузках;

• сокращается металлоемкость крепежа и, соответственно, цена снижается на 15–25% [86].

Основные требования к применению данного вида крепежа: наличие вы соких разрывных усилий, повышенные статистические и динамические нагруз ки. Высокопрочный крепеж – наиболее массовый вид деталей машин.

По действующей международной классификации к высокопрочному кре пежу относятся изделия, у которых временное сопротивление разрыву больше или равно 800 МПа. Исходя из этого параметра, классы прочности для высоко прочного крепежа начинаются для болтов с класса 8.8 и заканчиваются классом прочности 12.9. [87]. Прочностные характеристики болтовых изделий опреде ляются выбором соответствующей марки стали и технологией изготовления.

Высокопрочный крепеж изготавливают методом ХОШ из сталей марок 35,35Х, 20Г2Р, 30Г1Р, 38ХА, 40Х и других [88, 89, 90]. С конца 80-х годов XX столетия для изготовления высокопрочного крепежа используют низкоуглеродистую борсодержащую доэвтектоидную сталь 20Г2Р [47, 52].

Данная марка стали имеет видимые преимущества перед другими - высо кая пластичность и достаточная прокаливаемость. Использование в массовом производстве борсодержащих сталей отечественного металлургического произ водства (ОАО «Северсталь, ОАО «Ижсталь», ОАО «Волгоградский металлур гический завод») показало, что прокат имеет нестабильную прокаливаемость по длине и сечению мотка. Состояние горячекатаного проката не гарантирует по лучения качественных высокопрочных болтов. Это связано с тем, что на прока ливаемость проката стали 20Г2Р оказывает влияние не весь присутствующий в стали, а только эффективный (твердорастворимый, не связанный в нитриды) бор [12, 76]. Нарушение этого условия приводит к нестабильности свойств бор содержащих сталей. Как правило, сталь 20Г2Р используется для изготовления болтов класса прочности 8.8 и не более. Для изготовления болтовых изделий классов прочности 9.8 и 10.9 предлагается использовать борсодержащую сталь 30Г1Р. Этим, по-видимому, объясняется факт невысокой доли потребления проката из борсодержащей стали изготовителями нормалей [47. 83], к тому же качество проката при этом оставляет желать лучшего [41].

Российские производители высокопрочного крепежа вынуждены заку пать горячекатаный прокат из борсодержащих сталей за рубежом (например, в фирме «Овако» Финляндия), что приводит к удорожанию продукции. Опыт ря да отечественных заводов позволил сформулировать общие рекомендации по применению унифицированного ряда борсодержащих сталей 12Г1Р, 20Г2Р, 30Г1Р для изделий классов прочности 6.8, 8.8, 9.8 и 10.9 диаметром до 24 мм [91]. Для изготовления болтов больших диаметров на заводах нашей страны применяют конструкционную легированную сталь 40Х [75]. Цена одной тонны горячекатаного проката стали марки 40Х, как правило, ниже, чем у стали 20Г2Р и 30Г1Р. Разница в стоимости одной тонны проката борсодержащей ста ли импортного производства и одной тонны проката стали 40Х отечественного производства составляет 15–20%.

Ранее было показано [5, 47, 48, 49, 51], что удовлетворительной микро структурой проката, предназначенного для дальнейшей изготовления болтов методом холодной высадки, является зернистый перлит. Однако болтовые из делия с такой микроструктурой не соответствуют требованиям ГОСТ Р 52627 2006 (ИСО 898-1:1999) и должны быть подвержены объемной закалке и отпус ку, чтобы обеспечить необходимые механические характеристики, которые со ответствуют классу прочности 8.8 и более [17]. В этом случае крепеж приобре тает необходимые твердость и прочность. Однако в результате закалки могут возникнуть [48] обезуглероживание поверхности, коробление, деформации и трещины, что снижает качество и повышает отбраковку длинномерных болтов.

Особенно это касается длинномерных болтов длиной более 70 мм. Для термо обработки высокопрочных болтов в соляных ваннах и проходных печах требу ется дорогостоящая оснастка и, как правило, последующие сортировка и рих товка длинномерных болтов.

1.3.2. Технологические схемы подготовки проката для изготовления болтов. Методы получения высокопрочного крепежа Горячекатаный прокат, поступающий на метизные заводы с металлурги ческих комбинатов, нельзя без предварительной технологической обработки запускать под изготовление болтов методом холодной высадки. Поскольку та кой прокат по точности размера профиля и качеству поверхности не отвечает требованиям калиброванного проката, то его подвергают волочению [18, 92].

Все отечественные металлургические заводы изготавливают горячекатаный прокат в основном по геометрическим параметрам согласно ГОСТ 2590- «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент» обычной точности про катки «В». Данный стандарт регламентирует отклонение по обычной точности прокатки «В» в пределах +0,3…-0,5 мм от номинального диаметра, овальность проката не должна превышать 50% предельных отклонений по диаметру. Это одна из причин невозможности использования данного проката без предвари тельной технологической переработки под изготовление болтов.

Другой причиной невозможности использования горячекатаного проката без переработки под ХОШ являются структурное состояние и качество его поверхности.

Длительная выдержка металла при горячей прокатке на прокатном стане способст вует интенсивному образованию окалины, которая не только снижает выход годно го, но и усложняет процесс переработки проката. Максимальное значение на струк туру оказывает скорость охлаждения горячекатаного проката перед его смоткой в компактный бунт. Практически при смотке в бунт условия охлаждения отдельных витков резко различаются. Это различие заключается прежде всего в разной скоро сти охлаждения витков, а это, в свою очередь, определяет структуру стали.

В настоящее время на ряде металлургических комбинатов, таких как ОАО «Белорецкий металлургический комбинат» и ОАО «Оскольский электро металлургический комбинат», прокатные станы оснащены линией двухстадий ного охлаждения горячекатаного проката, что исключает закаливание его по верхности. Применение данного вида проката позволяет исключить термообра ботку при дальнейшем технологическом переделе проката, улучшить его меха нические свойства [36, 91, 92]. При этом, по мнению авторов [32-36], получает ся горячекатаный прокат с мелкодисперсной псевдосфероидизированной структурой. По прочностным и пластическим характеристикам он не отличает ся от металлопроката, повергнутого традиционному печному сфероидизирую щему отжигу [36].

Криворожский металлургический комбинат «Криворожсталь» производит горячекатаный прокат диаметром от 5,5 до 12,0 мм в бунтах массой 2000 кг со смягчающей сфероидизирующей обработкой. Технология изготовления проката включает ускоренное охлаждение металла перед намоткой в бунт и сфероиди зирующий отжиг в проходных роликовых печах с фазовой перекристаллизаци ей. Разработанные режимы термической обработки горячекатаного проката обеспечивают получение однородной структуры по всей длине бунта. По мне нию металлургов «Криворожсталь», для стали 40Х температура окончания ус коренного охлаждения находится в пределах 700–750С [1].

В развитых индустриальных странах также постоянно идут поиски полу чения в горячекатаном прокате структуры, оптимальной для волочения, непо средственно после металлургического передела [53]. Основные направления развития производства горячекатаного проката связаны с повышением точно сти размеров, получением необходимой структуры и свойств в линии прокат ных станов без последующей термообработки проката, уменьшением градиента прокатываемых размеров до 1 мм, а перспективе до 0,1 мм, и реализацией сво бодных программ прокатки для ускорения выполнения заказов [93, 94].


Волочение является основным видом деформации при подготовке прока та для изготовления крепежа методом холодной объемной штамповки [95]. При подготовке проката к ХОШ крепежных болтовых изделий применяют различ ные технологические схемы [27, 72, 96, 97, 98]. Достаточно разнообразные схе мы пластической и термической обработки проката под холодную высадку ме тизов показаны в работе [99]. Например, технология подготовки калиброванно го проката стали марки 20Г2Р включает операции волочения проката со степе нями обжатия ~ 11–13%, сфероидизирующего отжига и последующего волоче ния [47]. Выбор технологии подготовки поверхности проката является одним из решающих факторов, определяющих условия работы инструмента и его износ, качество и трудоемкость производства болтов.

Одним из недостатков традиционных способов подготовки калиброван ного проката при отжиге в колпаковых печах и термоупрочнение болтов в про ходных печах с защитной атмосферой или закалочных ваннах является необ ходимость выполнения правки и рихтовки данных болтов [88]. Упрочненное состояние может быть создано путем холодной пластической деформации, ле гирования, термической обработкой и др. Сократить производственные затраты при изготовлении высокопрочных длинномерных стержневых болтовых изде лий можно путем применения технологических решений, обеспечивающих по лучение указанных болтов из предварительно упрочненного калиброванного проката за счет деформационного упрочнения. Термоупрочнение проката по зволяет максимально снизить производственные расходы за счет обеспечения заданной микроструктуры уже в процессе подготовки горячекатаного проката, однако в этом случае возникает необходимость расширения марочного и раз мерного сортамента металлопроката с учетом конкретных требований заводов потребителей [100]. Все перечисленное делает оценку энергозатрат, особенно в производственных условиях, достаточно сложной. Этим, вероятнее всего, объ ясняется относительно небольшое количество публикаций по вопросам ресур сосбережения при производстве калиброванного проката.

Наиболее перспективными в данном направлении являются:

• термоулучшение калиброванного проката перед высадкой [101];

• патентирование проволоки [102];

• объемная закалка на двухфазную ферритно-мартенситную и ферритно бейнитную структуру [103–105].

Однако применение печного нагрева и термоулучшение горячекатаного проката не позволяет обеспечить высокую однородность и равномерность механических свойств калиброванного проката для изготовления болтовых изделий [40].

Высокопрочные крепежные изделия, изготовленные из проката, должны быть одновременно высокого качества, прочными, надежными и долговечными [59, 106]. Основными показателями механических характеристик для болтов, винтов и шпилек по ГОСТ Р 52627-2006 (ИСО 898-1:1999), влияющими на вы бор стали, являются требования по твердости, пределу прочности, относитель ному сужению и относительному удлинению при разрыве, прочности соедине ния головки со стержнем. Данный стандарт не содержит так называемых реко мендованных технологических процессов изготовления крепежных изделий из нелегированных и легированных сталей и марки сталей как противоречащих ИСО 898-1, а также препятствующих применению прогрессивных марок сталей и их унификации.

Как правило, необходимые прочностные характеристики достигаются уже после деформирования за счет термической обработки – улучшения [75].

Достижение твердости крепежного болтового изделия имеет важное значение для того или иного класса прочности в зависимости от диаметра изделия.

Во многих фирмах, в том числе на АвтоВАЗе, в ЦНИИЧермете, ОАО «Автонормаль» (г.Белебей), проводились научные исследования по разработке новых материалов и способов достижения механических свойств высокопроч ных изделий за счет деформационного упрочнения проката, позволяющего ис ключить заключительную термическую обработку высаженных болтовых изде лий. Был разработан ряд микролегированных сталей, стали ДФМС [107 - 109].

Кафедрой термической обработки металлов НМетАУ разработан способ получения высокопрочных болтов из нелегированных низкоуглеродистых ста лей [110], основанный на принципе термомеханической обработки – ТМО [80].

По мнению автора [80], такие болты имеют, по сравнению с болтами, изготов ленными по заводской технологии, более высокие прочностные характеристики и ударную вязкость. Микроструктура таких болтов характеризуется большой дисперсностью. Получение калиброванным прокатом высоких значений харак теристик сопротивления пластической деформации и хрупкому разрушению объясняется созданием при ТМО благоприятной дислокационной субструктуры с низким уровнем микронапряжений и сравнительно равномерным распределе нием цементита в виде глобулей по объему матрицы.

Способ, изложенный работе [79], имеет ряд преимуществ перед традици онными видами обработки, одно из важных при производстве упрочненного крепежа – сохранение геометрии, так как готовое изделие подвергают только отпуску и исключается закалка. Но авторы [100] утверждают, что при исполь зовании нелегированных низкоуглеродистых сталей для изготовления упроч ненного крепежа обеспечивается лишь нижний предел прочности. Это не га рантирует постоянного получения прочностных и пластических характеристик готовых крепежных изделий в рамках существующих стандартов.

На ОАО «Автонормаль» применен метод индукционного нагрева калиб рованного проката [111, 112]. Это, с одной стороны, позволяет получать прокат из низкоуглеродистых или микролегированных бором сталей, обеспечивающих комплекс свойств, соответствующих термоупрочненным легированным сталям, что невозможно при печном нагреве, а с другой стороны, обеспечивает высо кую однородность структуры и свойств изделия. Испытан процесс закалки из межкритического интервала температур проката сталей марок 10, 20 и 38ХА с целью получения из него шпилек высокопрочных (в 800 МПа).

Испытания показали, что шпильки стали марок 10 и 20, полученные из калиброванного проката данным способом, имеют недостаточный запас пла стичности. Только при температуре отпуска 200С шпильки, полученные из ка либрованного проката, деформированного и закаленного в межкритическом ин тервале температур, получили повышенные пластические свойства без сущест венного снижения прочностных характеристик [83, 97. 103]. Шпильки стали марки 38ХА, полученные данным способом, также имеют недостаточный запас пластичности. Низкотемпературный отпуск шпилек, полученных из калибро ванного проката стали 38ХА, деформированного и закаленного в межкритиче ском интервале температур, привел к снижению предельной разрушающей на грузки [100].

ЦНИИчермет совместно с заводом «Автонормаль» предложил использо вать для изготовления высокопрочных изделий двухфазную феррито мартенситную сталь 06ХГР [113, 114], применение которой обеспечивает тре буемый уровень прочности только за счет деформационного упрочнения в про цессе изготовления деталей (ХОШ) [115]. Калиброванную проволоку данной марки стали нагревали в проходной патентировочной печи до 760-790С [116].

После выхода из печи и подстуживания проволоки до 660-720С в ней умень шалась концентрация растворенных в феррите примесей внедрения, а после дующая закалка в воду обеспечивала получение ферритно-мартенситной струк туры. В процессе холодной деформации на 17–24% при волочении проката под технологический размер заготовки значения в повышались на 120–200 МПа, что существенно выше упрочнения, присущего углеродистым сталям [117].

Высаженные шпильки подвергались низкотемпературному отпуску при 170–200С. Это привело к небольшому разупрочнению (на 20–40 МПа) при су щественном повышении вязкости. Калиброванный прокат, изготовленный из двухфазных феррито-мартенситных сталей, обеспечивает необходимую надеж ность при изготовлении болтов классом прочности 8.8 после поверхностного пластического упрочнения.

1.4. Прогнозирование качества калиброванного проката Качество проката в разных структурных состояниях оценивается с помо щью стандартных характеристик прочности и пластичности: предела прочности в и предела текучести т, относительного сужения и относительного удлине ния, степени деформации при осадке, характера и глубины поверхностных дефектов. Однако значения этих характеристик в ГОСТах и ТУ приводятся только для одного состояния материала, что не всегда достаточно для оценки его возможностей при других комбинациях структур, схемах деформации и на пряжений, которые вместе взятые влияют на его напряженное состояние, опре деляющее ресурс пластичности калиброванного проката.

Таким образом, стандартных механических характеристик проката недос таточно для оценки возможностей стали к холодному деформированию [118].

По мнению проф. И.А. Воробъева [119], повышение выхода бездефект ных крепежных изделий, получаемых из калиброванного проката, и обеспече ние заданной долговечности работы крепежа зависят от наличия поверхностных дефектов, роль которых в разрушении материалов, находящихся в различном структурном состоянии, еще не получила должной оценки. В своих работах он проанализировал все существующие поверхностные дефекты, исследовал их про явления, выявил безопасные размеры поверхностных дефектов при их производ стве без снижения требований к эксплуатационным характеристикам.

Риски, закаты, волосовины, царапины на поверхности проката являются наиболее опасными, так как в технологических процессах схема главных де формаций и напряжений способствует раскрытию поверхностных дефектов.

Поперечные дефекты (следы проточки, кольцевые риски и т.п.) поверхности проката для объемного пластического деформирования менее опасны. Однако, по мнению авторов [120], при снятии недопустимых дефектов на поверхности проката путем операции обточки возникают и другие нежелательные дефекты поверхности. Так, при проточке поверхности возникают высокие температуры и упрочнение в тонком поверхностном слое с образованием трещин в прокате.

Наличие поверхностного дефекта на прокате приводит к значительной концентрации напряжений. Расчет величины технического коэффициента кон центрации напряжений в реальных твердых телах предложен в работе [121]. В работе [119] рассчитаны значения технического коэффициента концентрации напряжений К* от поверхностных дефектов для различного проката многих ма рок сталей. Методика оценки пригодности материалов для холодного пластиче ского деформирования, предложенная И.А. Воробъевым, дает возможность объективно оценить их уровень для изготовления бездефектной продукции с учетом схемы деформированного и напряженного состояния, оценить ресурс пластичности материала.

Авторы работы [122] считают, что определять значение предельной пла стичности необходимо с помощью диаграмм предельной пластичности. При этом каждый материал, независимо от состояния, имеет свою зависимость пре дельной пластичности от показателя напряженного состояния.

В последние годы среди исследователей, занимающихся вопросами раз рушения металлов, усилился интерес к энергетическим критериям разрушения [123, 124, 125]. В статьях [123, 125, 126] анализируется развитая Л. Жильмо [124] концепция предельной удельной энергии деформации (энергоемкости), величина которой, наряду с критическим коэффициентом интенсивности на пряжений в вершине трещины, является фундаментальной характеристикой со противления металла разрушению. Профессор В.А.Скуднов рассчитал и пред ставил зависимости предельной удельной энергии деформации (Wc) от пропор ционального твердости показателя структурно-энергетического состояния (Пcэc) для сталей десяти структурных классов [127, 128].

Критерии синергетики более объективны, а поэтому необходимы для практики при оценке работоспособности и надежности калиброванного проката для изготовления болтовых изделий. Они дополняют в оценках работоспособ ности и трещиностойкости стандартные механические характеристики проката, кроме того, они нетрудоемки в расчетах.

Выводы по главе 1. Поверхностные дефекты проката способствуют экономическим поте рям на предприятии. Риски, закаты, волосовины, царапины являются опасными при производстве болтовых изделий. Переработка проката с металлургически ми дефектами увеличивает отбраковку изделий и приводит к повышенному расходу металла.

2. Считается, что основной причиной образования дефектов на стержне вых изделиях является переработка проката по всей технологической цепочке.

Необходимо использовать для производства крепежа прокат, который способен выдерживать деформации до 75% без разрушения его поверхности и тела.

3. Практически 60% крепежа класса прочности 9.8, 10.9 и выше изготав ливают из проката стали 40Х. Основным способом получения высокопрочных болтов является высадка из проката, имеющего микроструктуру зернистый перлит. Болты подвергают закалке и отпуску. Закалка может способствовать образованию микротрещин и обезуглероженного слоя. Если вопрос подготовки проката для ХОШ с микроструктурой 80–100% зернистого перлита изучен дос таточно глубоко, то использованию проката, имеющего в структуре стали сор бит патентирования, из-за роста сопротивления пластической деформации уде ляется недостаточное внимание.

4. Общим недостатком термически обработанного проката в действую щих технологиях является локальная неоднородность механических свойств, наблюдающаяся на соседних участках небольшой протяженности и по всей длине мотка. Требует исследования вопрос получения длинномерных болтов, упрочненных до класса прочности 9.8, из проката с прочностными и пластиче скими характеристиками, отвечающими требованиям ГОСТ 1759.04-87 «Болты, винты и гайки. Технические условия», без последующей их закалки и отпуска.

5. Вопрос о комплексном влиянии обжатия на механические характери стики до и после патентирования проката научной литературе освещен недос таточно, поэтому требует более детального изучения.

6. В условиях производства недостаточно используются критерии раз рушения стали, которые позволяют реально количественно оценить обратное влияние процесса разрушения на процесс упрочнения проката. Требуется про извести сравнение работоспособности проката стали 40Х, используемого для производства длинномерных болтов, изготовленного по действующей техноло гии подготовки и предлагаемой.

2. МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ОБРАЗЦОВ Выбор марки стали проката для производства крепежных изделий произво дился в соответствии с техническими требованиями стандарта ГОСТ 10702- «Сталь качественная конструкционная углеродистая и легированная для холод ного выдавливания и высадки». В случае отсутствия технических требований предварительный вывод о возможности использования стали для холодной объемной штамповки можно сделать, анализируя химический состав, механи ческие свойства и состояние поверхности, изложенные в стандартах на горяче катаный или калиброванный прокат.

Марки сталей крепежных изделий определены как рекомендуемые стан дартами ГОСТ 1759.4-87, ГОСТ 1759.5-87, DIN267.4, ISO 898 часть 2, ГОСТ Р 52627-2006 (ИСО 898-1:1999) и другие. Технические требования, химический состав и механические свойства горячекатаного и калиброванного проката оп ределялись по ГОСТ 10702-78, ГОСТ 1050-88, ГОСТ 4543-71 и техническими условиями. Калиброванный прокат, предназначенный для изготовления длин номерных болтов методом холодной объемной штамповки, должен:

1. Обеспечить получение изделия требуемой формы и размеров с мини мально допустимым количеством поверхностных дефектов.

2. Обеспечить получение требуемых прочностных и пластических ха рактеристик.

3. Иметь высокую общую энергоемкость, чем обеспечить исключение за рождения и распространению в нем трещин.

4. Быть технологичным по переделам при производстве длинномерных болтовых изделий.

Основными факторами, влияющими на соблюдение требований к горяче катаному и калиброванному прокату, используемого для производства болтов, являются способ производства и химический состав, которые во многом оп ределяют способность проката подвергаться холодной деформации.

Для исследования в работе была выбрана широко применяемая в метиз ном производстве сталь 40Х. Её химический состав соответствовал ГОСТ 10702-78. Горячекатаный прокат диаметром 11,0 и 13,0 мм по геометрическим параметрам соответствовал ГОСТ 2590-88 «Прокат стальной горячекатаный круглый» обычной точности прокатки «В».

Металлопрокат из мотка выпрямлялся на станке «Шустер» и нарезались образцы длиной 300 мм, по 8 образцов на указанные далее размеры исследуе мой конструкционной легированной стали 40Х.

Образцы готовились по методике, предложенной авторами И.Л. Хейфе цом, М.П Рахмановой и В.А. Скудновым [72]. Для исключения масштабного фактора, поверхностных дефектов и обезуглероженного слоя образцы каждой марки сталей для механических испытаний предварительно протачивались:

• с диаметра 13,0 на диаметры 8,25;

8,50;

9,00;

9,60;

10,40;

11,40, 12,70 мм, после чего их волочили на диаметр 8,00 мм со степенями обжатия 5, 10, 20, 30, 40, 60% соответственно, затем проводилось патентирование при температуре 370, 400, 425, 450, 500, 550°С;

• с диаметра 13,0 на диаметры 8,25;

8,50;

9,00;

9,60;

10,40;

11,40, 12,70 мм, затем проводилось патентирование при температурах 370, 400, 425, 450, 500, 550°С, после чего образцы подвергали волочению, каждый на диа метр 8,00 мм со степенями обжатия 5, 10, 20, 30, 40, 60% соответственно.

Отжиг горячекатаного проката стали 40Х на микроструктуру – зернистый перлит производился в камерной печи с выдвижным подом.

Очистка поверхности термически обработанного проката от окалины производилась в маточном растворе серной кислоты в соотношении H2SO4 25%, остальное железный купорос (Fe2SO4 +H2). Затем прокат промывали в проточной воде.

Волочение проката с диаметров 8,25;

8,50;

9,00;

9,60;

10,40;

11,40, 12, на диаметр 8,00 мм производилось на однократном волочильном стане ВС/1 750 со степенями обжатия 5, 10, 20, 30, 40, 60% соответственно. В качестве тех нологической смазки использовалась мыльная стружка.

Степень обжатия при волочении проката q (%) определялась:

q =100 (d02 - d12)/(d0)2, (2.1) где d0 – диаметр образца проката до волочения, мм;

d1 – диаметр образца проката после волочения, мм.

Половина образцов проката после волочения подвергалась патентированию, другая половина образцов после патентирования подвергалась волочению. Темпе ратура при патентировании и степень обжатия при волочении варьировались в за висимости от задачи исследования. Важным фактором, формирующим окончатель ную микроструктуру, является гомогенность аустенита. Исходя из этого, темпера тура нагрева перед патентированием принималась 880С. Образцы проката подвер гались нагреву в соляной ванне (78% ВаСL + 22% NaСL) в течение 3 мин. Затем образцы переносились в селитровую ванну (50% NaNO3 + 50% KNO3) и осущест влялась операция патентирования при температурах 370, 400, 425, 450, 500, 550С с выдержкой 5 мин Далее охлаждение образцов проводилось на воздухе в течение мин, затем они охлаждались в воде. Точность регулирования температуры в ванне при патентировании составляла ±5С. Последующую подготовку поверхности (сня тие окисного слоя) изотермически обработанного проката производили в маточном растворе серной кислоты (H2SO4 – 25%, остальное железный купорос – Fe2SO4). За тем прокат промывался в проточной воде.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.