СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГОРЯЧЕКАТАНОГО ПРОКАТА ПОД ХОЛОДНУЮ ОБЪЕМНУЮ ШТАМПОВКУ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD OF PRODUCING THE HOT-ROLLED STOCK FOR COLD DIE FORGING OF FASTENERS

Изобретение относится к области термомеханической обработки горячекатаного проката из конструкционной легированной стали перлитного класса и может быть использовано при изготовлении из него крепежных изделий. Горячекатаный прокат, изготовленный из конструкционной легированной стали перлитного класса, используемый для холодной объемной штамповки крепежных изделий, изготавливают с применением отжига индукционным нагревом токами высокой частоты и волочением с различными степенями обжатия. Применяют два отжига при температуре 760-780°C и трехкратное волочение проката с различными степенями обжатия, что снижает энергоемкость и трудоемкость процесса.
В качестве прототипа принят способ обработки горячекатаного проката под высадку болтов (патент на изобретение №2434949, C21D 1/78, C21D 8/06, опубл. 27.11.2011).
Способ обработки проката включает его отжиг индукционным нагревом ТВЧ и волочение с различными степенями обжатия. Осуществляют четырехкратный отжиг при температуре 760-780°C. После первого отжига индукционным нагревом ТВЧ ведут первичное волочение со степенью обжатия 18-20%, после второго и третьего отжига способом ТВЧ - второе и третье волочение со степенями обжатия 20-23%, а после четвертого отжига способом ТВЧ - четвертое волочение со степенями обжатия 5-6%. Механические характеристики исследуемых сталей, которые отжигались на структуру зернистый перлит в колпаковых печах и на установке ТВЧ, практически не различаются. Однако применение четырехкратного отжига и четырехкратного волочения удлиняют технологический процесс подготовки проката. У данного способа присутствуют недостатки подготовки калиброванного проката, такие как длительный технологический процесс подготовки проката, повышенный расход электроэнергии, а следовательно, и завышенная трудоемкость процесса. Многократное травление может способствовать появлению на поверхности готового проката различных дефектов.
Предлагаемым изобретением решается задача создания способа изготовления калиброванного проката без отжига на структуру зернистый перлит в печах с защитной атмосферой, применением меньшего количества операций отжига индукционным нагревом ТВЧ и волочения проката, следовательно, менее энерго-трудоемкого.
Технический результат - получение механических характеристик калиброванного проката за счет структуры с мелкозернистым перлитом по сечению и длине проката с сохранением прочности и пластичности перед высадкой крепежных изделий.
Этот технический результат достигается тем, что осуществляют двукратный отжиг, первое волочение осуществляют перед первым отжигом с ⌀ 12,0 мм на ⌀ 11,0 мм со степенью обжатия 15-16%, второе волочение проводят после первого отжига с ⌀ 11,0 мм на ⌀ 9,80 мм со степенью обжатия 20-21%, а третье волочение - после второго отжига через фильеру с ⌀ 9,8 мм на ⌀ 9,65 мм со степенью обжатия 2-3%.
Отжиг индукционным нагревом ТВЧ позволяет перевести структуру пластинчатый перлит в менее мелкодисперсную и более равномерную по сравнению с исходной микроструктурой горячекатаного проката. Это обусловливает снижение прочностных свойств и твердости и повышение пластических свойства, т.е. их улучшение.
С применением двух отжигов индукционным нагревом ТВЧ при температуре 760-780°C после волочения наблюдается изменение микроструктурного состояния. Сорбитообразный перлит становится менее дисперсным. После второго отжига в калиброванном прокате появляется равномерная структура, составляющая от 70 до 80% мелкозернистого перлита.
Трехкратное волочение и отсутствие окалины на поверхности калиброванного проката после отжига индукционным нагревом ТВЧ обеспечивает получение необходимого качества поверхности калиброванного проката. Кроме того, у такого калиброванного проката отсутствует эллипсность на конечном размере.
Окончательное волочение позволяет получать требуемое по геометрическим размерам сечение калиброванного проката под последующую холодную объемную штамповку крепежа при достаточных прочностных и пластических характеристиках с учетом степени обжатия.
Режимы обоснованы экспериментально.
Способ осуществляют следующим образом.
Проводят первичное волочение исходного горячекатаного проката на волочильном стане со степенями обжатия 15-16%, затем проводят отжиг калиброванного проката индукционным нагревом ТВЧ при температуре 760-780°C в мотках. После отжига индукционным нагревом ТВЧ прокат подвергают вторичному волочению на волочильном стане со степенями обжатия 20-21%. Далее проводят второй отжиг индукционным нагревом ТВЧ при температуре 760-780°C в мотках. После второго отжига калиброванный прокат повергают волочению на волочильном стане через фильеру со степенью обжатия 2-3%. После выполнения всех технологических операций калиброванный прокат может быть использован под холодную высадку крепежных изделий, используемых в агрегатах автомобильной и тракторной техники.
Пример осуществления способа.
Обрабатывали горячекатаный прокат в мотках конструкционной легированной стали 38ХА диаметром 12,0 мм для дальнейшего изготовления из него калиброванного проката под холодную высадку крепежа силовых оснований в агрегатах автомобильной и тракторной техники с техническими требованиями согласно ГОСТ 10702-78 «Сталь качественная конструкционная углеродистая и легированная для холодного выдавливания и высадки». Химический состав стали 38ХА соответствовал ГОСТ 10702-78. Первичное волочение исходного горячекатаного проката проводили на волочильном стане со степенью обжатия 15,9%. Затем проводили отжиг калиброванного проката индукционным нагревом ТВЧ при температуре 770°C в мотках. После отжига индукционным нагревом ТВЧ проводили вторичное волочение проката на волочильном стане со степенью обжатия 20,6%. Второй отжиг калиброванного проката проводили индукционным нагревом ТВЧ при температуре 770°C аналогично первому. Третье волочение проката проводили на волочильном стане через фильеру со степенью обжатия 3%.
В других случаях меняли степень обжатия при первичном волочении проката (13%; 14%; 15%; 16%; 17%; 18%). Оптимальной была выявлена степень обжатия 15-16%.
При уменьшении степени обжатия (ниже 15%) получали неравномерные и заниженные механические характеристики по сечению и длине проката перед первичным отжигом индукционным нагревом ТВЧ.
При увеличении степени обжатия (выше 16%) получали завышенные по сравнению с ГОСТ 10702-78 «Сталь качественная конструкционная углеродистая и легированная для холодного выдавливания и высадки» механические характеристики проката перед первичным отжигом индукционным нагревом ТВЧ.
Меняли температуру первичного отжига индукционным нагревом ТВЧ (740°C; 760°C; 780°C; 800°C). Оптимальной была выявлена температура отжига 760-780°C.
При уменьшении температуры отжига (740°C) увеличивается время и уменьшатся скорость превращения пластинчатого перлита в мелкозернистый перлит.
При увеличении температуры отжига (800°C) происходит увеличение зерна аустенита и снижение механических характеристик проката перед вторичным волочением.
Затем меняли степень обжатия при вторичном волочении проката (18%; 19%; 20%; 21%; 22%; 23%). Оптимальной была выявлена степень обжатия 20-21%.
При уменьшении степени обжатия (ниже 20%) получали недостаточные и заниженные механические характеристики по сечению и длине проката перед вторым отжигом индукционным нагревом ТВЧ.
При увеличении степени обжатия (выше 21%) наблюдалась вытянутость зерен, а это способствует завышенным прочностным и заниженным пластическим характеристикам проката перед вторичным отжигом индукционным нагревом ТВЧ.
Меняли температуру вторичного отжига индукционным нагревом ТВЧ (740°C; 760°C; 780°C; 800°C). Оптимальной была выявлена температура отжига 760-780°C.
При уменьшении температуры отжига (740°C) увеличивается время перехода пластинчатого перлита в мелкозернистый перлит и уменьшатся скорость превращения пластинчатого перлита в мелкозернистый перлит, механические характеристики проката получали неудовлетворительные (прочность завышена, а пластичность занижена).
При увеличении температуры отжига (800°C) наблюдается рост зерна и происходит снижение механических характеристик проката перед вторичным волочением (прочностные характеристики занижены при достаточно высоких пластических характеристиках).
Меняли технологию обжатия при третьем волочении на готовом размере проката (1%; 2%; 3%; 4%; 5%). Оптимальной была принята технология волочения через фильеру со степенью обжатия 3%.
При уменьшении степени обжатия (ниже 2%) получали заниженные механические характеристики по сечению и длине проката, повышается износ отверстия фильера.
При увеличении степени обжатия (выше 3%) наблюдались завышенные прочностные и заниженные пластические характеристики проката перед высадкой крепежных изделий.
Повторяли эксперименты на горячекатаном прокате сталей марок 40Х с химическим составом по ГОСТ 10702-78. Сталь марки 40Х позволяет получать аналогичные результаты с маркой стали 38ХА.
Твердость определяли на приборе Роквелла по шкале С на параллельно шлифовальных лысках - на поперечных микрошлифах с использованием микроскопа «Неофот-21» при увеличении ×500, травление образцов производили в 4% растворе азотной кислоты в этиловом спирте. Результаты приведены в таблице.
Таблица
Механические характеристики проката по предложенной технологии и ГОСТ 10702-78
№ п/п
Контролируемые параметры
Предложенная технология
Прототип
Требования ГОСТ 10702-78
1
Твердость, НВ
194
193
Не более 207
2
Временное сопротивление разрыву, σ<sub>В</sub> (МПа)
740
700
Не менее 600
3
Относительное сужение, ψ%
65
64
Не менее 40
4
Общая глубина обезуглероженного слоя, мм
Местное частичное 0,03
Местное частичное 0,03
Не более 0,05
5
Осадка образцов в исходном состоянии (группа осадки)
66
66
66
6
Величина глубины поверхностных дефектов
Отсутствуют
Отсутствуют
Допускаются отдельные мелкие риски не более половины предельного отклонения по диаметру