Рейтинг пользователей: / 8
ХудшийЛучший 

УДК 629.113:011.5

Филиппов А.А., Пачурин В.Г., Пачурин Г.В.

формирование структуры проката для получения высокопрочного крепежа из стали 38ха

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева

 

Одной из важнейших задач развития современного машиностроительного крепежа является улучшение качества металлопродукции и изготавливаемых из нее деталей, повышение их работоспособности, надежности, с целью доведения эксплуатационных показателей до уровня мировых стандартов, обеспечения конкурентоспособности отечественной продукции, как на внутреннем, так и внешнем рынке.

Безопасность конструкции во многом определяется эксплуатационной надежностью элементов ее составляющих. К числу ответственных и широко распространенных в машиностроении деталей относится автомобильный крепеж, изготавливаемый из углеродистой, высокоуглеродистой и легированной проволоки.

Наиболее распространенным и прогрессивным способом получения метизных изделий является метод холодной штамповки высадкой из калиброванного проката.

На всей территории бывшего СССР львиная доля производства высокопрочного крепежа приходилась на два завода: завод «Автонормаль» (г. Белебей) и завод «Красная Этна» (г. Нижний Новгород). Эти два предприятия были основными поставщиками высокопрочного крепежа (класс прочности 8.8 и выше) для сборочных конвейеров автомобильных заводов.

Определенный вклад в его развитие внесли сотрудники данных предприятий и ученые институтов как, например, Закиров Д.М., Лавриненко Ю.А., Бунатян Г.В., Быкадоров А.Т., Хейфец И.Л. и другие.

Для изготовления высокопрочного крепежа методом холодной штамповки чаще всего используют стали марок 35,35Х, 20Г2Р, 30Г1Р, 38ХА, 40Х и других.

В последние годы широкое распространение получила низкоуглеродистая боросодержащая доэвтектоидная сталь 20Г2Р, которая, несмотря на видимые преимущества, обладает рядом чисто технологических трудностей. К ним относится необходимость предотвращения связывания бора в нитриды при выплавке стали, так как на прокаливаемость стали оказывает влияние не весь присутствующий в стали бор, а только «эффективный» (твердорастворимый, не связанный в нитриды»). Нарушение этого условия приводит к нестабильности их свойств и низкому качеству проката из-за не невозможности получения необходимой твердости после закаливания. Кроме того, многие производители высокопрочного крепежа в России вынуждены закупать горячекатаный прокат из боросодержащих сталей за рубежом, что приводит к удорожанию продукции. С этим может быть связана достаточно низкая доля потребления таких сталей заводами, выпускающими нормали.

В настоящее время в метизном производстве довольно широко распространены стали 35Х, 38ХА и 40Х. Так более 60% крепежа классом прочности 10.9 и выше изготавливают из этих стали с последующим термоулучшением высаженных болтов. Ценовая политика к прокату данных сталей со стороны металлургических комбинатов значительно гибче, чем к боросодержащим сталям. Цена одной тонны горячекатаного проката хромистых сталей, как правило, на 16-20% ниже цены одной тонны боросодержащей стали.

За рубежом крепежные изделия повышенной прочности (класс прочности 8.8 и выше) составляют 90-95% от общего объема производства, в то время как в РФ доля крепежа повышенной прочности составляет 15-18% от общего выпуска. Поэтому расширение производства и применение крепежных изделий повышенной прочности является актуальной задачей отечественной промышленности.

В настоящее время производство крепежа в Российской Федерации сократилось, так как значительная часть объемов данного продукта начала поступать из Китая, Тайваня и др. Также одной из главных причин сокращения производства крепежных изделий явилось уменьшение объемов в машиностроении в целом и в автомобилестроении в частности.

Свойства метизов и их эксплуатационные показатели формируются на всех стадиях металлургического передела, начиная с выбора шихтовых материалов для выплавки металла и заканчивая обработкой готовой проволокой [1,2].

Наряду с применением высокопрочных металлоизделий традиционной формы, внедрением новых прогрессивных конструкций актуальной задачей остается производство крепежных изделий без внутренних дефектов и дефектов поверхности [3]. Для обеспечения изготовления методом холодной объемной штамповки массовых деталей требуется качественный горячекатаный прокат с осадкой до 1/3 первоначальной высоты образца [4], а калиброванный прокат должен выдерживать осадку до 1/4 первоначальной высоты образца [5].

Известно [6,7], что выпуск высококачественной продукции зависит: от качества исходного проката, технологии изготовления изделий, характера нагрузки, степени деформации, от состояния оборудования и квалификации обслуживающего персонала. Материал, применяемый для объемной холодной штамповки метизов, должен обладать достаточной пластичностью, равномерными механическими свойствами и химическим составом, а также не должен иметь поверхностных и внутренних дефектов [8]. Если эти условия выполняются, то применение холодной высадки при производстве крепежных изделий позволяет достичь коэффициента использования металла 95-98% [9].

При уменьшении расхода металла основной фактор – качество исходного проката. Причиной повышенного расхода металла является отбраковка по дефектам «трещины» и «надрывы» горячекатаного проката, поставляемого с металлургических заводов [10]. К поверхностным дефектам относятся такие дефекты, как раскатные 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, задиров, царапин при прокатке, калибровке и холодной высадке [1,6,11]. По своему характеру дефекты на поверхности горячекатаного проката, поступающего с металлургических предприятий, могут быть металлургического (при выплавке и разливке стали, охлаждении слитков), прокатного (при деформации и охлаждении проката) и волочильного (при калибровании проката или волочении проволоки) производства [1,2,12].

Высокотемпературный нагрев металла в металлургических печах перед его нагревом при прокатке вызывает интенсивное развитие газовой коррозии на его поверхности, следствием которой является окалинообразование, обеднение поверхностных слоев углеродом, перераспределение легирующих элементов в этих слоях (угар легкоокисляемых элементов и повышение концентрации относительно инертных к кислороду элементов).

Если на слитке пороки полностью не удалены, то при прокатке они переходят на блюмы (слябы), заготовки, на горячекатаный прокат, на готовый калиброванный прокат и далее на крепежные изделия в процессе холодной объемной штамповки [13].

Основной технический дефект при производстве крепежа связан с высокой степенью деформации (до 88%) в процессе холодной объемной штамповки, т.к. трещины исходного горячекатаного и калиброванного проката, не лежащие на поверхности, распространяются на штампуемом изделии в результате максимальных полных касательных напряжений. Чаще всего трещины, возникающие при холодной штамповке, параллельны оси подката, а трещины, возникающие при отделочных операциях, перпендикулярны его оси.

Согласно [13] даже соблюдение всех технологических требований и рекомендаций по структуре и механическим свойствам исходного горячекатаного и калиброванного проката еще не гарантирует отсутствие брака металлоизделий при обработке давлением.

Наиболее распространенным видом дефектов металлургического происхождения являются неметаллические включения – частицы шлака и огнеупоров. При выпуске расплавленного металла из печи в ковш и из ковша в изложницу шлак механически извлекается струей металла из футеровки печи или изложницы. Таким образом, частицы огнеупорного материала попадают в сталь. При дальнейшей обработке круглого проката холодным пластическим деформированием трещины образуются в местах наибольших скоплений неметаллических включений даже при самых благоприятных для холодной объемной штамповки механических свойствах и микроструктуре.

Поэтому одной из проблем изготовления качественного материала для холодной высадки является обеспечение минимального содержания неметаллических включений. При этом осуществляя входной контроль металлопроката для холодной высадки важно проводить исследование на их наличие [14].

Причиной образования трещин при штамповке со степенью деформации от 40% и более могут также являться дефекты сталеплавильного (при разливке и охлаждении слитков) и прокатного (при деформации и охлаждении проката) происхождения.

Важным условием повышения технологичности производства калиброванного проката и дальнейшей холодной высадки крепежа является наличие однородной структуры и уровня механических свойств по сечению мотков металла [9].

Структура – основное звено, связывающее технологию материала и его поведение в эксплуатации [15]. Для успешного осуществления технологических операций холодной объемной штамповки калиброванный прокат должна иметь оптимальную макро- и микроструктуру. Макроструктура стали должна быть однородной без усадочных рыхлостей, расслоений, неметаллических включений, не иметь пор, пузырей, трещин, ликвационной зоны, флокенов и других дефектов, видимых невооруженным глазом на поперечных темплетах после травления [16]. Площадь ликвационной зоны не должна превышать 40% поперечного сечения заготовки, в противном случае на головках изделий образуются трещины, а при накатывании резьбы – расслоения.

Макроструктура легированной стали должна соответствовать ГОСТ 4543-71. Величина аустенитного зерна в легированной стали должна быть не крупнее номера 5 [17]. Характер микроструктуры, применяющейся для ХОШ, влияет на протекание технологического процесса и качество изделий. Для обеспечения стойкости рабочих деталей штампов, исключения появления трещин, разрывов сталь в состоянии поставки должна иметь однородную микроструктуру, в которой не допускается полосчатость [19], структурно-свободный цементит, расположенный по границам зерен в виде скоплений или сетки. Микроструктура калиброванной стали марки 38ХА не должна иметь грубоплатинчатого перлита, игольчатости и видманштеттовой структуры, поскольку они резко снижают пластичность и ударную вязкость стали [18]. К стали для холодной высадки могут быть предъявлены следующие дополнительные требования: повышенные нормы по поперечному сужению, нормированная макро и микроструктура, размер зерна, глубина обезуглероженного слоя, ограничение содержания кремния.

На штампуемость легированной стали 38ХА большое влияние оказывает размер и ориентировка зерен и структура стали. При значительном размере зерен и резко выраженной их пластичности при холодном выдавливании возможны скалывание и расслоение головки изделия. При очень мелком зерне возрастает усилие деформации. Для этих сталей при высадке изделий наиболее благоприятной является структура, определяемая перлитным числом 70-80, что соответствует процентному содержанию сфероидального цементита в общей массе перлита. Наиболее важной характеристикой поведения металла при холодной объемной штамповки является номер зерна феррита и его твердость. Для достижения оптимального значения по этим показателям необходимо поддерживать химический состав стали в более узких пределах (особенно по углероду). Обычно в структуре малоуглеродистой стали встречается структурно-свободный цементит, который образуется при прокате с последующим замедленным охлаждением или при длительном отжиге стали. Расположение структурно-свободного цементита по границам зерен в виде вкраплений или в виде сетки способствует резкому ухудшению пластичности стали и появлению трещин на изделиях, а также поперечному расслаиванию головок изделий.

Некоторые авторы [5] утверждают, что для холодной высадки необходимо применять только металл с микроструктурой 100% зернистого перлита, так как данная структура способна воспринимать большие пластически сдвиги. Ряд авторов [20] считает, что с увеличением в структуре стали доли пластинчатого и сорбитообразного перлита наблюдается рост сопротивления пластической деформации и снижение пластичности. В то же время авторы [21] указывают, что уже наличие зернистого перлита более 60% обеспечивает требуемую технологическую пластичность.

По-мнению [22,23] наилучшей штампуемостью в холодном состоянии обладают стали со структурой зернистого перлита (не менее 80%) балла 5-7 и относительным сужением не менее 50-60%. Особенно это важно для легированной стали 38ХА. При наличии в микроструктуре указанных сталей менее 80% зернистого перлита они не выдерживают осадки даже 1/3 первоначальной высоты, хотя в производстве крепежных изделий указанная сталь при высадке испытывает деформацию до 75-80%.

Авторы [24,25] рассматривают несколько способов получения зернистого перлита в доэвтоктоидных сталях: нагрев выше критической точки Ас1 (надкритический отжиг); нагрев ниже критической точки Ас1 (субкритический отжиг); отжиг после холодной деформации (рекристализационный); изотермический отжиг; маятниковый отжиг; термоциклический отжиг.

Вопрос получения крепежных изделий с микроструктурой металла - сорбит практически не исследован. Широко используется в производстве получение высоконагартованной проволоки, после операции патентирования и волочения. Патентирование позволяет получать в проволоке сорбитообразную структуру, после чего волочением можно добиться её высоких прочностных и пластических свойств.

Ранее [26-32] нами подробно изучался вопрос разработки рациональной ресурсосберегающей технологии получения упрочненных длинномерных болтов из конструкционной легированной стали 40Х на основе изучения влияния режимов термической (патентирования и изотермической закалки) и пластической (волочением) обработки на структурное состояние и механические свойства проката перед холодной высадкой.

С этой целью были установлены: закономерности влияния структуры и механических свойств горячекатаного проката на качество проката после волочения для различных режимов технологической подготовки; исследовано влияние степени обжатия на структуру и механические свойства проката после волочения; изучено влияние термической (патентирования и изотермической закалки) и пластической обработки на структуру и механические свойства проката горячекатаного и после волочения, и выбраны оптимальные ее режимы перед холодной высадкой крепежных изделий; установлена рациональная технологическая схема подготовки калиброванного проката стали 40Х для дальнейшей высадки упрочненных длинномерных болтов с обрезной головкой.

В настоящей работе предлагается разработанная экологичная и ресурсосберегающая технология подготовки калиброванного проката из стали 38ХА без обточки для холодной объемной штамповки крепежных изделий.

Технология подготовки горячекатаного проката диаметром 9.65 мм к холодной объемной штамповки высокопрочных крепежных изделий из стали 38ХА на предприятиях часто включает в себя: отжиг на зернистый перлит в камерной печи с выдвижным подом при температуре 750°С (24 часа); травление металлопроката до полного удаления окалины, калибрование с диаметра 12,0 мм со степенью обжатия 26 %; рекристаллизационный отжиг в колпаковых печах с защитной атмосферой, калибрование проката с диаметра 10,2 мм со степенью обжатия 10,0 %. При этом перед холодной высадкой калиброванный прокат должен отвечать требованиям ГОСТ 10702-78: иметь σв ≥ 600 МПа; твердость НВ<207; глубину обезуглероженного слоя < 0,05 мм (ГОСТ 10702-78); качество поверхности должно соответствовать группе Е ГОСТ 14955-77 (допускаются отдельные риски глубиной не больше половины предельного отклонения по диаметру).

В процессе подготовки к холодной объемной штамповки ответственного крепежа для удаления поверхностных дефектов часто на производстве приходится выполнять дорогостоящую обточку поверхности проката.

Поверхностные дефекты в исходном горячекатаном прокате, поступающие с металлургических комбинатов, в связи со значительными степенями деформации, возникающими при холодной штамповке крепежных деталей, могут способствовать экономическим потерям на предприятии. Переработка горячекатаного проката с металлургическими дефектами увеличивает количество бракованных крепежных изделий, а, следовательно, приводит к повышенному расходу металла.

Считается [33], что для калиброванного проката под холодную высадку одинаково нежелательно применение твердой (более НВ 260) и мягкой (менее НВ 150) стали. При высадке стали высокой твёрдости резко возрастают удельные усилия на инструмент, снижается его стойкость, появляются трещины на металле, ухудшается заполнение полости матрицы при штамповке на прессах. При высадке «мягкой» стали ухудшается стойкость заготовки, деформирование происходит неравномерно и металл быстро «налипает» на инструмент.

Анализ литературных данных [33,34] позволяет рекомендовать следующие основные показатели штампуемости стали применительно к ХОШ: НВ от 170 до 260; σ0,2 в = 0,5 – 0,65 - данное соотношение зависит от химического состава; Ψ ≥ 0,6 сталь весьма пластична; 0,5 < Ψ < 0,6 – сталь достаточно пластична, Ψ < 0,5 - сталь непригодна к высадке, где Ψ – относительное сужение, а σs - напряжение течения (истинное напряжение) [35].

Отношение σ0,2в в значительной мере зависит от химического состава, режимов термообработки и калибровки. Величина суммарной деформации (калибровка + все переходы) при штамповке на автоматах достигает 85% [33].

По мнению [36] при отношении предела текучести к пределу прочности ~ 0,9 наблюдается наилучшая величина такой важной эксплуатационной характеристики крепежного изделия, как высокая релаксационная стойкость. А величина относительного сужения считается [37,38] основным показателем пластичности штампуемого проката. Наилучшей пластичностью при холодной объемной штамповке обладает калиброванный прокат с относительным сужением 50-60% .

Статистический анализ экспериментальных данных показывает, что калиброванный прокат стали 38ХА, изготовленный по существующей технологии, в абсолютном большинстве случаев имеет σв выше 700 МПа (среднее значение σв = 790 МПа) и значения σ0,2 > 640 МПа (среднее значение σ0,2 = 690 МПа), причем разница по σ0,2 и σв при проверке достигает 100-110 МПа. Половина проверяемого металлопроката имеет твердость выше допустимой ГОСТ 10702-78- НВ>207, а в большинстве случаев Ψ<60%, то есть ниже допустимой, около 20% поставляемого металлопроката имеет обезуглероженный слой величины более 0,05 мм, что превышает норму допустимого значения. Более 50% калиброванного проката по качеству поверхности не отвечает требованиям ГОСТ 14955-77. По микроструктуре только половина металла после отжига на зернистый перлит соответствует требованиям НТД из-за неравномерности прогрева садки металла в рабочем пространстве печи.

С целью исключения вышеназванных недостатков исследовался калиброванный прокат стали марки 38ХА из исходного размера горячекатаного проката диаметром 12,0 мм по следующей технологии:

1 - травление горячекатаного проката диаметром 12,0 мм в соляной кислоте при температуре 60-67°С до полного удаления окалины;

2 - калибрование проката со степенью обжатия 15,9 %;

3 - отжиг с нагревом ТВЧ при температуре 760-780°С;

4 - травление металлопроката до полного удаления окалины;

5 - калибрование проката со степенью обжатия 23 %;

6 - отжиг с нагревом ТВЧ при температуре 760-780°С;

7 - травление металлопроката до полного удаления окалины;

8 - калибрование в пределах упругой деформации через фильер 9,65 мм.

Суммарное обжатие при этом составляет 38,9 %. После отжига с нагревом ТВЧ на поверхности проката слой окислительного налета возникает очень тонкий, и удаляется в растворе серной кислоты в течение всего двух минут.

По вышеуказанной технологии от бунта проката отбиралось по 3 образца:

- для измерения твердости после калибрования с диаметра 12,0 мм на 11,0 мм и с диаметра 11,0 мм на 9,65 мм;

- для измерения твердости, исследования микроструктуры, определения величины обезуглероженного слоя после отжига проката диаметром 9,65 мм с нагревом ТВЧ;

- для измерения твердости, определения механических свойств, измерения величины обезуглероженного слоя и оценки качества поверхности после калибрования через фильер диаметра 9,65 мм.

При проведении исследовательских работ в качестве исходного материала применялась горячекатаная сталь 38ХА Ø 12,0 мм. Химический состав исследуемой марки соответствовал ГОСТ 10702-78 (Содержание элементов в %: С - 0,40; Мn - 0,64; Si - 0,20; Cr - 0,9; S - 0,017; P - 0,026).

Механические свойства, микроструктура, твердость и качество поверхности горячекатаного проката 38ХА показаны в таблицах 1 и 2.

Из таблиц видно, что горячекатаный прокат 38ХА диаметром 12,0мм имеет неравномерные механические свойства, частичное обезуглероживание и риски на поверхности.

Изменение механических свойств и твердости горячекатаного проката Ø 14,0 мм стали 38ХА после отжига с нагревом ТВЧ показаны в таблице 3, а изменение микроструктуры и величины обезуглероженного слоя - в таблице 4.

Анализ результатов эксперимента показывает, что после отжига способом ТВЧ микроструктура горячекатаного проката становится значительно мелкодисперсней и более равномерной по сравнению с микроструктурой исходного горячекатаного проката.

Таблица 1  

Механические свойства и твердость горячекатаного проката стали 38ХА

№№

п/п

Ø проката, мм

Механические свойства

σ0,2,

МПа

σв,

МПа

Ψ,

%

Твердость,

НВ

1

2

3

4

5

12,0

12,0

12,0

12,0

12,0

427

419

441

425

438

806

793

815

807

810

56,6

55,7

54,7

57,4

56,3

229

229

232

231

232

 

п/п

 

Микроструктура

Величина

обезуглероженного

слоя

Качество

поверхности

1

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

4

 

 

 

5

Перлит сорбитообразный и пластинчатый + разорванная сетка феррита

 

Перлит сорбитообразный и пластинчатый + разорванная сетка феррита

 

Перлит сорбитообразный и пластинчатый + разорванная сетка феррита

 

Перлит сорбитообразный и пластинчатый + разорванная сетка феррита

 

Перлит сорбитообразный и пластинчатый + разорванная сетка феррита

Местное, частичное до 0,12 мм

 

 

Нет

 

 

 

Нет

 

 

 

Местное, частичное до 0,1 мм

 

 

Нет

 

Риска глубиной

до 0.1 мм

 

Дефектов нет

 

 

Дефектов нет

 

 

Дефектов нет

 

 

Риска глубиной

до 0.1 мм

Таблица 2 - Микроструктура, величина обезуглероженного слоя и качество поверхности горячекатаного проката Ø12,0 мм стали 38ХА

Таблица 3- Механические свойства и твердость горячекатаного проката стали 38ХА после отжига с нагревом ТВЧ

№№

п/п

Ø проката, мм

Механические свойства

σ0,2 ,

МПа

σв ,

МПа

Ψ,

%

Твердость

НВ

1

2

3

4

5

14,0

14,0

14,0

14,0

14,0

370

367

381

370

377

740

723

745

734

743

69,0

70,0

68,0

70,0

69,0

199

198

200

199

201

 

Таблица 4 - Микроструктура, величина обезуглероженного слоя и качество поверхности горячекатаного проката Ø 14,0 мм стали 38ХА после отжига

п/п

 

Микроструктура

 

Величина

обезуглероженного

слоя

1

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

4

 

 

 

5

 

 

Перлит сорбитообразный мелкодисперсионный и участки мелкопластинчатого перлита + равномерно распределенный феррит

 

Перлит сорбитообразный мелкодисперсионный и участки мелкопластинчатого перлита +

равномерно распределенный феррит

 

Перлит сорбитообразный мелкодисперсионный и участки мелкопластинчатого перлита + равномерно распределенный феррит

 

Перлит сорбитообразный мелкодисперсионный и участки мелкопластинчатого перлита + равномерно распределенный феррит

 

Перлит сорбитообразный мелкодисперсионный и участки мелкопластинчатого перлита + равномерно распределенный феррит

Местное, частичное

до 0,1 мм

 

 

Нет

 

 

 

Местное, частичное

до 0,1 мм

 

 

Местное, частичное до 0,1 мм

 

 

Нет

 

с нагревом ТВЧ

 

Такое изменение структурного состояния приводит к снижению прочностных характеристик, твердости и повышению пластичности:

- σв снижается на 70-90 МПа;

- σ0,2 снижается на 40-70 МПа;

- Ψ повышается от 11 до 13%;

- твердость НВ снижается на 30-31 единицы.

Такой металлопрокат пригоден для дальнейшего калибрования.

Изменение микроструктуры, механических свойств и твердости при изготовлении калиброванного проката 38ХА по различным стадиям передела представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Изменение микроструктуры, механических свойств и твердости при изготовлении калиброванного проката 38ХА по различным стадиям передела

п/п

Состоя-ние и

диаметр

проката, мм

Механические свойства

проката

Микрострук-тура

Твер-дость,

НВ

Величина

обзуглеро-женного слоя,

мм

Поверх-ностные

дефекты

σ0,2 ,

МПа

σв ,

МПа

Ψ,

%

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1.

Калибр.

прокат

Ø12,5 мм

1.1

 

1.2

1.3

 

1.4

1.5

 

 

 

 

840

 

830

850

 

835

845

 

 

 

 

905

 

915

870

 

885

900

 

 

 

 

52

 

54

52

 

53

50

Не контролиро-вался

 

 

 

 

 

 

 

 

225

 

228

223

 

226

221

 

 

 

 

Местн. част. 0,02

Нет

Местн. част. 0,03

Нет

Нет

 

 

 

 

Нет

 

Нет

Нет

 

Нет

Нет

2

Калибр.

прокат

Ø12,5 мм

после отжига ТВЧ

2.1

2.2

2.3

 

2.4

2.5

 

 

 

 

 

 

 

375

355

360

 

365

355

 

 

 

 

 

 

 

735

705

690

 

705

710

 

 

 

 

 

 

 

65

66

66

 

68

64

Перлит сор-битообраз-ный мелко-

дисперсный

и точечный+ равномерно

распределен-ный феррит

 

 

 

 

 

 

 

200

195

197

 

198

196

 

 

 

 

 

 

 

Нет

Нет

Местн. част. 0,03

Нет

Нет

 

 

 

 

 

 

 

Нет

Нет

Нет

 

Нет

Нет

3

Калибр.

прокат Ø11,0 мм

3.1

3.2

 

3.3

3.4

3.5

 

 

 

 

800

810

 

775

790

830

 

 

 

 

885

860

 

845

840

890

 

 

 

 

65

66

 

67

68

64

Не

контролиро-вался

 

 

 

 

217

218

 

220

216

221

 

 

 

 

Нет

Местн. част. 0,02

Нет

Нет

Нет

 

 

 

 

Нет

Нет

 

Нет

Нет

Нет

4

Калибр.

прокат Ø11,0 мм

после отжига ТВЧ

4.1

4.2

4.3

 

4.4

4.5

 

 

 

 

 

 

 

485

500

485

 

470

510

 

 

 

 

 

 

 

715

695

690

 

675

720

 

 

 

 

 

 

 

70

69

72

 

71

69

Перлит то-чечный мел-козернистый

и сорбитооб-разный мел-

кодисперсный+ равномерно-распределен-ный феррит

 

 

 

 

 

 

 

200

202

189

 

187

210

 

 

 

 

 

 

 

Нет

Нет

Местн. част. 0,02

Нет

Нет

 

 

 

 

 

 

 

Нет

Нет

Нет

 

Нет

Нет

5

Калибр.

прокат Ø9,65 мм

5.1

5.2

5.3

 

 

5.4

5.5

 

 

 

 

785

770

795

 

 

770

790

 

 

 

 

880

875

900

 

 

880

870

 

 

 

 

67

69

67

 

 

69

69

Не

контролиро-вался

 

 

 

 

 

 

 

 

232

230

230

 

 

227

229

 

 

 

 

Нет

Нет

Местн. част.

0,02

Нет

Нет

 

 

 

 

Нет

Нет

Нет

 

 

Нет

Нет

6

Калибр.

через фильер прокат Ø9,65 мм

7.1

7.2

7.3

 

 

7.4

7.5

 

 

 

 

 

 

420

415

435

 

 

400

420

 

 

 

 

 

 

690

685

700

 

 

680

685

 

 

 

 

 

 

74

73

70

 

 

75

74

Не

контролиро-вался

 

 

 

 

 

 

195

194

193

 

 

190

191

 

 

 

 

 

 

Нет

Нет

Местн. част.

0,02

Нет

Нет

 

 

 

 

 

 

Нет

Нет

Нет

 

 

Нет

Нет

 

С увеличением количества отжигов с нагревом ТВЧ при температуре 760-780°С после холодной пластической деформации калиброванием наблюдается значительное изменение микроструктурного состояния. Сорбитообразный перлит становится менее дисперсным, а после отжига способом ТВЧ на промежуточном размере Ø 11,0 мм в микроструктуре появляется мелкозернистый перлит. После четвертого отжига способом ТВЧ на окончательном размере Ø 9,65 мм достигается формирование равномерной микроструктуры, состоящей из мелкозернистого и точечного перлита и равномерно распределенного феррита.

Твердость калиброванного проката с такой микроструктурой не превышает НВ 195.

Изменяются механические свойства калиброванного проката. Снижаются прочностные характеристики и возрастает пластичность.

3-х разовое калибрование и отсутствие окалины после отжига способом ТВЧ приводит к тому, что значительно повышается качество поверхности калиброванного проката. Применение данной технологии переработки способствует устранению эллипсности на окончательном размере металлопроката.

Калиброванный прокат стали 38ХА, подготовленный по предложенной технологии, в отличие от действующей технологии, обладает значительно меньшим сопротивлением пластической деформации, более высокой пластичностью и более низкой твердостью. Обезуглероженный слой на данном металлопрокате отсутствует.

Способность калиброванного проката к деформированию составляет:

σ0,2/ σв = 41/68= 0,6 .

Такой калиброванный прокат считается пригодным для холодной объемной штамповки методом высадки.

Сравнение механических свойств, твердости, обезуглероженного слоя и других показателей калиброванного проката подготовленного по действующей и предложенной технологиям приведено в таблице 6.

Таблица 6

Сравнение механических свойств калиброванного проката подготовленного по действующей и предложенной технологиям

Контролируемый

параметр

Предложенная

технология

Действующая

технология

ГОСТ 10702-78

Твердость, НВ

192,6

217

Не более 207

σв , МПа

688

77

Более 60

σ0,2 , МПа

418

66

Не регламентирован

Ψ, %

73,5

59

Не менее 55

Отношение σ0,2/ σв

0,6

0,85

Не регламентировано

Величина обезуглероженного слоя, мм

Местное частич-ное 0,02

0,05

Не более 0,05

 

Выводы

1. Предложена рациональная технология подготовки калиброванного проката стали 38ХА без обточки для холодной объемной штамповки крепежных изделий.

2. Изготовленный по предложенной технологии прокат обладает хорошей способностью к холодной высадке и превосходит по всем показателям изготовленный по действующей технологии.

3. Предлагаемая технология изготовления калиброванного проката 38ХА Ø9.65 мм является ресурсосберегающей и экологически более чистой по отношению к действующей технологии, так как при этом отсутствуют вредные выбросы от печей, где происходит отжиг проката, травильные растворы освежаются реже, так как после отжига проката способом ТВЧ пленка окалины на нем образуется минимальная.

 

Литература:

1. Филиппов А.А., Пачурин Г.В., Гущин А.Н., Пачурин В.Г. Повышение качества поверхности стального проката под калибровку перед высадкой крепежных изделий// журнал Заготовительное производство №3, 2007. С. 51-53.

2. Кулеша В.А. Особенности производства стали для высококачественных метизов / Труды третьего конгресса прокатчиков. – Москва, 2000. С. 543-546.

3. Бобылев М.В. Управление качеством боросодержащих сталей для производства крепежных изделий // Металловедение и термическая обработка металлов, №11, 2001. С. 34.

4. Амиров М.Г. Состояние развития процессов холодной объемной штамповки // Кузнечно-штамповочное производство, 1987, №11. С. 19-21.

5. Быкадоров А.Т., Пахтунов В.В. Технологические процессы изготовления болтов с фланцами на автоматической линии Государственного завода «Красная Этна» // Кузнечно-штамповое производство, 1985, №9. С. 37-38.

6. Рудаков В.П., Пестряков А.П., Кузнецова А.И. Влияние дефектов исходного металлопроката на качество крепежных изделий // Метизы, 2003 г., №1(02). С. 38-43.

7. Филиппов А.А., Пачурин Г.В. Сравнение технологических вариантов подготовки хромистых сталей под холодную высадку // Научный журнал «Успехи современного естествознания», 2007 г., №8. С. 17-22.

8. Пачурин Г.В., Филиппов А.А. Экономичная технология подготовки стали 40Х к холодной высадке крепежных изделий // Вестник машиностроения. 2008. № 7. С. 53-56.

9. Клименко А.П., Карнаух А.И., Величко Л.Ю. и др. Совершенствование технологии производства подката для холодной высадки // Метизы, 2007, №1(14). С. 32-36.

10. Рудаков В.П., Пестряков А.И., Кузнецова А.И. и др. Связь качества штампованных крепежных изделий с состоянием исходного металлопроката. // Производство проката №7, 2003. С. 19-22.

11. Пачурин Г.В., Филиппов А.А. Ресурсосберегающая и экологичная обработка поверхности металлопроката перед холодной высадкой// Экология и промышленность России, 2008 г., август. С. 2-4.

12. Петриков В.Г., Власов А.П. Прогрессивные крепежные изделия. – М.: Машиностроение, 1991. – 256 с.

13. Владимиров Ю.В., Герасимов В.Я. Технологии основы высадки стержневых изделий. – М.: Машиностроение, 1984. 120с.

14. Савченко Е.Ф., Синицын С.И., Масленников В.А. и др. Совершенствование технологии производства подката для холодной высадки и выдавливания // Кузнечно-штамповое производство, 1985, №9. С. 33.

15. Кутяйкин В.Г. Метрологические и структурно-физические аспекты деформирования сталей:монография / - М.: АСМС. 2007. 484с.

16. Филиппов А.А., Пачурин Г.В., Гущин А.Н., Пачурин К.Г. Анализ влияния дефектности заготовок на качество горячекатаного проката для холодной высадки крепежных изделий // Материалы Шестой ежегодной Промышленной конференции с международным участием и блиц-выставки. Славское, Карпаты.20-24 февраля 2006. С. 200-201.

17. Пачурин Г.В., Филиппов А.А. Влияние технологической подготовки стальных прутков на соответствие требованиям для холодной высадки крепежных изделий // Материалы Vİİ Международной молодежной научной конференции «СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ», г.Ухта, 22-24 марта 2006. С. 329-331.

18. Филиппов А.А., Пачурин К.Г., Гущин А.Н., Пачурин Г.В. Анализ дефектности горячекатаного проката для холодной высадки метизов // Фундаментальные исследования, 2006, №4. С. 38-39.

19. Амиров М.Г., Лавриненко А.А. Основы технологии автоматизирования холодновысадочного производства. Учебное пособие –Уфа, УАИ, 1992. 142 с.

20. Хейфец И.Л., Быкадоров А.Т. Подготовка стали 35Х к холодной высадке // Кузнечно-штамповочное производство. 1975. №9. С. 13-14.

21. Трусов В.А., Жадан В.Т., Урусова О.В., Самарыгина И.В., Кузнецов В.А., Волосков А.Д. Разработка производства подката с ТМО для Фасонных профилей высокой точности –М. Труды второго конгресса прокатчиков, 1998. С. 515-522.

22. Пудов Е.А. Пути улучшения качества проката 20Г2Р для холодной объемной штамповки // Производство проката №3, 2001. С. 17-19.

23. Гуляев А.И. Металловедение – М.: Металлургия, 1977. 648 с.

24. Парусов В.В., Прокофьев В.Н., Долженков И.И. и др. Усовершенствование технологии игольчатой проволоки // Сталь. 1980, №12. С. 1090-1092.

25. Долженков И.К., Долженков И.И. Сфероидизация карбидов в стали. М.: Металлургия, 1984. С. 56.

26. Филиппов А.А., Пачурин Г.В. Анализ поверхностных дефектов заготовок горячекатаного проката для холодной высадки метизов / Заготовительные производства в машиностроении. 2008. № 5. С. 35-37.

27. Филиппов А.А., Пачурин Г.В. Выбор температуры изотермической закалки перед калибровкой проката стали 40Х / «Ремонт. Восстановление. Модернизация», 2007, №10. С. 33-35.

28. Филиппов А.А., Пачурин В.Г., Пачурин Г.В. Анализ контроля качества поверхности горячекатаного проката для холодной высадки метизов / Современные наукоемкие технологии, 2010, №12. С. 115-117.

29. Филиппов А.А., Пачурин Г.В. Температура изотермической закалки калиброванного проката из стали 40Х под холодную высадку / Заготовительные производства в машиностроении, 2007, №10. С. 44-46.

30. Пачурин Г.В., Филиппов А.А. Выбор рациональных значений степени обжатия горячекатаной стали 40Х перед холодной высадкой метизов / Известия ВУЗов. Черная металлургия. 2008. № 7. С. 23- 25.

31. Филиппов А.А., Пачурин Г.В. Термическая подготовка калиброванного проката из стали 40Х к холодной высадке высокопрочных крепежных изделий / Метизы, 2010, № 01(22). С. 56-57.

32. Филиппов А.А., Пачурин Г.В. Патент на изобретение «Способ обработки горячекатаного проката под высадку болтов», Патент RU 2380432 С1 С21D 8/06. 2008151317/02; Заявл. 23.12.2008; Опубл. 27.01.2010. Бюл. № 3.

33. Лавриненко Ю.А. Критерий выбора материала для высокопрочных крепежных изделий.// журнал «Метизы», 2008, №3(19). С. 34-36.

34. Скуднов В.А. Предельные пластические деформации металлов / -М.: Металлургия, 1989. 176 с.

35. Москаленко Л.И., Рыбалко В.М. Высокопрочные болты из низкоуглеродистых сталей // Металлургия и коксохимия: Респ. Межвед. Науч.- техн. сб. – Киев: Технiка, 1987 г., вып. 92.

36. Гуль Ю.П. Теоретические и технологические основы термомеханикотермической обработки / Металлургия и коксохимия: Респ. межвед.-техн. сб. Киев, «Texнika», 1987, вып.92. С. 7-13.

37. Соколов А.А., Артюхин В.И. Критерии выбора материала и технологических параметров производства проволоки и изготовления из нее крепежных изделий // Сборник научных трудов «Фазовые и структурные превращения в сталях». Выпуск №3, 2006. С. 483-496.

38. Холодная объемная штамповка под редакцией Г.А. Навроцкого - М.: Машиностроение. 1973. 496 с.