Закономерности атермического разупрочнения металла при волочении стальных прутков

Влияние геометрических параметров очага деформации на разрушение проволоки.

Харитонов В.А., Столяров А.Ю.

8. Cockcroft M.J. Ductility and workability of metals / Cockcroft M.J., Latham D.J. // Journal of the institute of metals. 1968. Vol. 96. P. 33-39.

9. Столяров А.Ю., Харитонов B.A. Влияние формы очага деформации и режимов волочения на пластичность высокоуглеродистой проволоки // Обработка сплошных и сложных материалов: межвуз. сб. науч. тр. / под ред. М.В. Чукина. Магнитогорск: МГТУ, Вып. 35. 2008. С. 60-67.

10. Столяров А.Ю., Харитонов В.А. Влияние масштабного фактора на свойства проволоки под металлокорд // Метиз. 2010. №3 С. 15-18.

References

1. Presnyakov A.A. The deformation in metal forming. Alma-Ata: Science. 1988. 136 p.

2. Grudev A.P. Theory rolling: Textbook for Universities. M.: Metallurgy, 1988. 240 p.

3. The technology of metal forming / P.N. Polukhin, A.Henzel, V.P. Polukhin; ed. Polukhina P.N. M.: Metallurgy. 1988. 408 p.

4. Bekofen B. Process of strain. Moscow: Metallurgy, 1977. 288 p.

5. Publications of Laboratory of Computational Mechanics (LCM). [Electronic

resource]. URL: http://home.agh.edu.pl/ ~ milenin / StronaPracowniMilenin / Publications / publMilenin.htm

6. Milenin Andriej. FEM simulation of wire fracture phenomena during multipass drawing / Andriej Milenin, B.P. Gautham, S. Goyal, J. Pilarczyk, Z. Muskalski / / Wire Journal. 2008. October. P. 93-99.

7. Benesova Sonia. Application of Cocksroft-Latham criterion in FEM analysis

of wire fracture in conventional drawing of high carbon steel wires / Sonia Benesova, Jan Krnac, Rafat Wludzik3, Jan W.Pilarczyk [electronic resource]. URL:

http://www.isvav.cz/resultDetail.do;jsessionid=06462BBDED95C2355FE6 6584A878EA04?rowId=RIV%2F49777513%3A23210%2F08%3A4389851 5IRIV12-MSM-23210________

8. Cockcroft M.J. Ductility and workability of metals / Cocksroft MJ, Latham DJ // Journal of the institute of metals. 1968. Vol. 96. P. 33-39.

9. Stolyarov A.Y., Kharitonov V.A. Effect of the deformation zone and modes of drawing on the plasticity of high carbon wire // Processing of continuous and complex materials. №35. Intercollege, Sat. Nauchn. tr. / ed. Prof. M.V. Chukin Magnitogorsk: MGTU, 2008. P. 60-67.

10. Stolyarov A.Y., Kharitonov V.A. Size effect on the properties of the wire for steel cord // Metiz. 2010. №3 P. 15-18.

УДК 621.778:539.4.015.3 Герасимов В.Я., Парышев Д.Н.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ АТЕРМНЧЕСКОГО РАЗУПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ ВОЛОЧЕНИИ СТАЛЬНЫХ ПРУТКОВ

Аннотация. Установлены закономерности атермического разупрочнения металла при изготовлении калиброванной стали. На примере волочения прутков из стали 10кп найдены границы деформирования металла с предельными обжатиями

0,07 и 0,20 и оптимальным обжатием 0,10, что подтверждается изменением плотности, удельного электрического сопротивления и электропроводности.

Ключевые слова: волочение, стальные прутки, обжатие, плотность, удельное электрическое сопротивление, электропроводность.

Gerasimov V.Y., Paryshev D.N.

REGULARITIES OF ATHERMIC METAL WEAKENING DURING DRAGGING OF STEEL RODS

Abstract. Regularities of athermic metal weakening during manufacturing of calibrated steel have been found out.At the example of rods dragging made of 10kp steel there were limits of metal deformation found with limiting drafts of 0,07 and 0,20 and optimal draft of 0,10 that is confirmed with density, specific electric resistivity and electric conductivity changes.

Keywords: dragging, steel rods, draft, density, specific electric resistivity, electric conductivity.

В работе [1] установлены закономерности упрочнения металла при волочении стальных прутков. В работе [2] деформационное разупрочнение металла названо атермическим разупрочнением, которое может проявляться несколько раз при осуществлении непрерывного деформационного процесса.

В работе [3] показано влияние наклепа на изменение деформированного объема и соответственно плотности, а также удельного электрического сопротивления.

В настоящей работе исследованы процессы деформационного упрочнения металла при волочении стальных прутков и проявляющегося атермического разупрочнения на локальном и интегральном уровнях.

На первом этапе определяли физические свойства деформируемого и упрочняемого металла при волочении прутков из отожженной стали 10кп - плотность, удельное электрическое сопротивление и электропроводность.

При проведении экспериментов определяли изменение плотности Аё, %, и удельного электрического сопротивления р/ро в относительных единицах с помо-

щью электроизмерительной установки, собранной по схеме двойного моста Томсона [1] (р0 - удельное электрическое сопротивление для отожженного металла).

Эти параметры характеризуют свойства металла на интегральном уровне (рис. 1), и по их изменению можно установить закономерности атермического разупрочнения при волочении прутков.

Получен экстремальный характер изменения плотности и электрического сопротивления для деформированного металла с двумя максимумами и одним минимумом на графических зависимостях 1 и 2. При этом первый максимум соответствует преимущественному уплотнению и упрочнению металла в периферийной зоне на протянутых прутках при первом предельном обжатии е1 = 0,07 при повышении физических свойств соответственно на 0,8 и 30% при сравнении с отожженным металлом.

Второй максимум на графиках появляется при во -лочении со вторым предельным обжатием е2 = 0,20 и ему соответствует преимущественное и достаточно интенсивное упрочнение металла в центральной зоне вблизи продольной оси протянутых прутков. При

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВДАВЛЕНИЕМ

этом обжатие 8 = 2-Еп ф/ф является определяющим технологическим параметром для процесса волочения (ф и ф - диаметры исходного и протянутого металла).

Д(1,%

0,65

0,52

0,39

0,26

0,13

1 2 2 Г

1 1 \ / - \

\ /А \1

1 г'

1 1

/ X Д- 5 £

1,7

1,6

1,5

1.4

1,3

1,2

М

1,0

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 £

Рис. 1. Изменение плотности (кривая 1) иудельного электрического сопротивления (кривая 2) при волочении прутков из стали 10кп

Минимум для удельного веса и электрического сопротивления соответствует равномерному или однородному упрочнению металла по всему поперечному сечению прутков, что достигается при оптимальном обжатии 80 = 0,10. Этот минимум можно рассматривать как проявление первого атермического разупрочнения металла из-за перераспределения упрочняющего эффекта в поперечном сечении протягиваемых прутков от периферийного слоя к центральной зоне.

При превышении второго предельного обжатия начинается второй цикл атермического разупрочнения, что можно объяснить пластическим разрыхлением металла в центральной зоне. Этот процесс согласуется с представлениями В.В. Новожилова и Ю.И. Кадаше-вича об особенностях разрыхления металла при его холодной деформационной обработке [4].

Дополнительно определяли электропроводность металла на торцах и на цилиндрической поверхности образцов, отрезанных от протянутых прутков (рис. 2). При этом по электропроводности можно оценивать изменения упрочняющего эффекта на локальном уровне без разрушения образцов.

Метод электропроводности базируется на методе вихревых токов, и для его применения требуется генератор высокочастотных электромагнитных колебаний с подключенным к нему рабочим индуктивным датчиком с концентратором магнитного поля в виде ферритового сердечника [5]. При установке датчика нормально к контролируемой поверхности в металле

возникает круговое поле вихревых токов.

Электропроводность оценивается по величине силы тока I (мкА) в регистрирующем приборе - микроамперметре, включенном в электрическую цепь генератора. Изменение силы тока обусловлено изменением индуктивности катушки на рабочем датчике при действии на него поля вихревых токов.

Благодаря высокой частоте генератора (от 15 МГц и выше) и резонансному режиму работы обеспечивается высокая точность контроля свойств упрочненного металла.

Получен также экстремальный характер изменения электропроводности, который согласуется с графическими зависимостями на рис. 1.

Можно также выделить диапазоны экстремального деформирования металла в поперечном сечении протянутых прутков при 81 = 0,07 и е0 = 0,10. При этом не удается выявить второе предельное обжатие вследствие локализованного характера электроиндук-тивного контроля.

В отличие от методов плотности и удельного электрического сопротивления метод электропроводности можно считать универсальным с широкими технологическими возможностями. Это особенно относится к высокой скорости оценки свойств металла (время одного измерения не превышает 2-3 с), что обеспечивает возможность 100%-го контроля как опытных образцов, так и изготовленных изделий.

мкА

46

44

42

40

38

36

34

32

і

д

\\ '

\\ /

А щ

1 \: / ч к

V/ \с>'\

к

мкА

96

94

92

90

86

84

82

О 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 £

Рис. 2. Изменение электропроводности металла на торцах цилиндрических образцов (кривая 1) ина боковой поверхности (кривая 2) при волочении прутков из стали 10кп

Можно применять электроиндуктивный контроль упрочняющего эффекта и его изменения при производстве калиброванной прутковой стали без изготовления опытных образцов. Такой контроль может проводиться непосредственно в цеховых условиях путем

Закономерности атермического разупрочнения металла при волочении.

Герасимов В.Я., ПарышевД.Н.

установки рабочего датчика на цилиндрическую поверхность прутка. Благодаря оперативности контроля можно регулировать величину обжатия с учетом требований заказчика к качеству изготавливаемых стальных прутков. Например, при изготовлении стержневых деталей с резьбовым участком, получаемым непосредственно на заготовках из калиброванного металла, целесообразно назначать обжатие в области второго предельного значения. В этом случае обеспечивается повышенная прочность резьбы благодаря созданию в центральной зоне стержневого изделия сильно упрочненного «стержня», который будет воспринимать наибольшую часть растягивающей нагрузки при затяжке резьбового соединения.

При изготовлении гладких стержневых деталей для пар трения и прессовых посадок наиболее пригоден первый предельный диапазон обжатия, которому будет соответствовать повышенный уровень физических и механических свойств металла в контактном поверхностном слое.

Общий вывод заключается в том, что можно оценивать атермическое разупрочнение металла при его холодной деформационной обработке по схемам волочения, редуцирования, выдавливания и прокатки по изменению физических свойств. Применение металлофизических методов контроля свойств и структурного состояния деформированного металла позволяет значительно снизить трудозатраты и количество раз-

рушающих механических испытаний при изготовлении стальной металлопродукции.

Список литературы

1. Владимиров Ю.В., Герасимов В.Я. Технологические основы холодной высадки стержневых крепежных изделий. М.: Машиностроение, 1984. 120 с.

2. Долматов А.П., Рубанов В.П., Пименов А.Ф. О закономерности проявления атермического разупрочнения металлов // Вестник машиностроения. 2007. № 4. С. 54-57.

3. Лившиц Б.Г., Крапошин B.C., Линецкий ЯЛ. Физические свойства металлов и сплавов / под ред. Б.Г. Лившица. М.: Металлургия, 1980. 320 с.

4. Новожилов В В., Кадашевич Ю И. Микронапряжения в конструкционных материалах. Л.: Машиностроение, 1990. 223 с.

5. А.с. 1837222 СССР. МКИ5 G 01 N 27/90. Устройство для вихретокового контроля / В.Я. Герасимов (СССР). № 4816364/28; заявл. 11.03.90; опубл. 30.08.93, Бюл. №32. 5 с.

6. Герасимов В.Я. Электроиндуктивный контроль деформационного упрочнения калиброванной стали // Сталь. 1993. № 8. С.62.

References

1. Vladimirov Y.V., Gerasimov V.Y. Technological basis of cold upsetting of rod-shaped fasteners. M.: Machinebuilding, 1984. 120 p.

2. Dolmatov A.P., Rubanov V.P., Pimenov A.F. On regularity of revealing of athermic weakening of metals // Bulleting of Machinebuilding. 2007. № 4. p. 54-57.

3. Livshits B.G., Kraposhin V.S., Lynetskiy Y.L. Physical properties of metals and alloys/Edited by Livshits B.G. M.: Metallurgy, 1980. 320 p.

4. Novozhilov V.V., Kadashevich Y.I. Microstress in structural materials. L.: Machinebuilding. 1990. 223 p.

5. A.s. 1837222 USSR.MKI5 G01 N27/90. Device for eddy-current control / V.Y. Gerasimov (USSR). №4816364/28; submitted on 11.03.1990; published on 30.08.1993. Bul. №32. 5 p.

6. Gerasimov V.Y. Electro inductive control of deformation strengthening of calibrated steel // Steel.1993. №8. p. 62.

УДК 621.774

Козлов A.B., Бобылев A.B., Шеркунов В.Г.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК В ЗОНЕ ГИБА

Аннотация. Рассмотрены вопросы влияния нагрева в ходе гибки труб с раскатыванием на структуру материала трубы и приведены результаты моделирования и экспериментов по оценке температуры в зоне раскатывания.

Ключевые слова: гибка труб, раскатывание, пластическая кольцевая зона, температура при раскатывании.

Kozlov A.V., Bobylev A.V., Sherkunov V.G.

RESEARCH OF TEMPERATURE CHARACTERISTICS IN A ZONE FLARING

Abstract. Questions of influence of heating in a course are considered are flexible pipes with a flaring on structure of a material of a pipe and results of modeling and experiments are given according to temperature in a flaring zone.

Keywords: pipe bend, flaring, bending force, temperature at a flaring.

Процесс гибки с раскатыванием (рис. 1) неразрывно связан с выделением тепла в зоне гиба. Причины его возникновения, характер распределения, а также процессы теплообмена между элементами технологической системы в зоне деформаций ещё недостаточно изучены [1].

Как известно, пластическое течение металла при гибке с раскатыванием представляет собой сдвиг одной части кристаллов вещества по отношению к другой, что является основной причиной выделения тепла в зоне гиба [2]. Его распределение - весьма сложный вопрос. Неравномерность распределения тепла по сечению трубы обусловлена как различной интен-

сивностью деформаций в разных участках сечения, так и теплообменом с элементами оснастки станка (раскатным инструментом, роликом-шаблоном и т.д.). Исследование микроструктуры металла в поперечном сечении показало, что металл трубы представляет собой феррит, около 20% перлита плотного строения, в растянутой зоне гиба структура значительно деформирована (рис. 2, 3) [3]. Такое изменение структуры может быть вызвано значительным разогревом поверхности металла, контактирующей с раскатным инструментом. По краю внутренней поверхности имеется оторочка из очень мелкого зерна - мельче 10 баллов по ГОСТ 5639-82, что может быть вызвано