Удосконалення сорбітізаціі дроту в сипучих середовищах з метою скасування патентирування в розплавах солей
Високоміцний дріт знаходить широке застосування в різних сферах промисловості, у тому числі при виготовленні канатів, пружин, металокорду, арматури для попередньо напруженого залізобетону. Велика частина виготовляються з високоміцного дроту виробів є відповідальними деталями складних машин і конструкцій, тому до них пред'являються високі вимоги щодо якості, які постійно підвищуються в сучасному техногенному світі.
Основною проблемою при виробництві дроту з високовуглецевих марок сталей є отримання граничного комплексу технологічних, фізико-механічних та експлуатаційних властивостей, рішенням якої присвячено багато робіт, але і до сьогоднішнього дня це питання залишається актуальним.
Надійно встановлено, що оптимальні властивості дроту забезпечує структура сорбіту з межпластіночним відстанню у заготівлі 0,2 - 0,4 мкм і мікротвердістю Нμ = 2500-3500 Н/мм2.
Для отримання оптимальної структури катанка піддається патентуванню в солях на сталепроволочно заводах, що є небезпечним, шкідливим і дорогим процесом. Тому до цих пір досить багато уваги приділяється питанням пошуку більш екологічно чистих, безпечних і ресурсозберігаючих способів отримання сорбітних структур у високовуглецевої катанці, призначеної для переділу на високоміцний дріт.
Метою даного дослідження є вивчення умов формування структури сорбіту в високовуглецевої катанці, призначеної для переділу на високоміцний дріт при використанні сипучих середовищ, зокрема, вивчення кінетики процесів, що відбуваються при охолодженні дроту в середовищі сріблястого графіту, як екологічно чистого і менш дорогого середовища в порівнянні з розплавами солей, які застосовуються при термообробці дроту.
Матеріал, методика та обладнання для досліджень.
У процесі досліджень використовували дріт діаметром 2 мм з евтектоїдної сталі (вміст вуглецю 0,8%), яка попередньо була піддана холодної пластичної деформації з різними ступенями деформації: 0%, 27%, 47%, 61%, 69%, 75%.
У першому досліді вивчали впливу умов формування сорбітной структури в високовуглецевої катанці шляхом аустенітизації і наступного охолодження в порошку сипучого графіту.
Для цього було відібрано 6 зразків (l = 30 мм, d = 2 мм) з евтектоїдної стали після ХПД з різними ступенями деформації: 0%, 27%, 47%, 61%, 69%, 75%. Зразки завантажували в нагрівальну електричну піч, попередньо нагріту до температури Т = 800 ± 10°С. Загальний час нагрівання і витримки при даній температурі склало 6 хв. Далі зразки охолоджували в середовищі сипучого графіту дисперсністю - 0,0063 мм при кімнатній температурі.
Експерименти з побудови кінетичної кривої проводили на дротяних зразках з евтектоїдної сталі (0,83% С) розмірами (l = 30 мм, d = 2 мм) з вихідною перлітної структурою.
Зразки завантажували в нагрівальну електричну піч МП-2УМ, попередньо нагріту до температури 900 ± 10°С. Загальний час нагрівання і витримки при даній температурі склало 10 хв.
Після закінчення витримки перший зразок піддавали загартування у воді, а наступні по одному швидко переносили в тигель з сріблястим графітом марки П дисперсністю = 6,5 мкм (Тгр = 25°С), щоб уникнути втрат тепла і витримували протягом 1 - 120 с, а потім різко охолоджували у воді.
Далі зразки монтували в шліфи з подальшим їх травленням. Потім вивчали мікроструктуру поздовжнього і поперечного перерізу зразків на мікроскопі МІМ - 7 з подальшим їх фотографуванням. Визначення дисперсності пластинчастого перліту проводили за допомогою мікроскопа NEOРНOT-21 у трьох різних полях зору при збільшенні в 2000 разів з використанням іммерсійних середовищ.
Також вивчали мікротвердість на мікротвердомірі ПМТ-3 при навантаженні 0,5 Н.
За мікроструктури досліджуваних зразків оцінювали відсоток перетвореного аустеніту за методом перетину границь зерна (ГОСТ 5639-82) і будували кінетичну криву.
Результати експериментів
1.Мікроструктура зразка зі ступенем деформації 47% після сорбітізаціі приведена на рисунку 1.
Рисунок 1 - Мікроструктура зразка зі ступенем деформації 47% після сорбітізаціі (подовжній перетин, * 2000).
2.Мікротвердість зразків після холодної пластичної деформації (ХПД) і термічної обробки наведена на рисунку 2.
Рисунок 2 - Мікротвердість зразків після холодної пластичної деформації (ХПД) і термічної обробки.
Видно, що мікротвердість і мікроструктура зразків відповідає структурі сорбітного типу з особливостями, зумовленими попередньою холодної деформацією.
3.Мікроструктури поздовжнього перерізу зразків після термообробки з витримкою 1, 5, і 10 с представлені на рисунку 3.
Рисунок 3 - Мікроструктури зразків після термообробки з витримкою: а) 1с; б) 5с; в) 10с (подовжній перетин, * 476).
З наведених фотографій видно, що при витримці 1 с структура складається з мартенситу, при витримці 5 с структура частково складається з мартенситу і продуктів перлітного перетворення, а на 10 с - повністю з перліту.
4. Залежність мікротвердості структурних складових зразків від часу ізотермічної витримки в графіті представлена на рисунку 4.
Рисунок 4 - Залежність мікротвердості структурних складових зразків від часу ізотермічної витримки.
З наведеного графіка видно, що в інтервалі 1 - 8 с мікротвердість досить висока і відповідає мікротвердості мартенситу, в інтервалі 5 - 8 с частина структурних складових має мікротвердість, яка відповідає мартенситній, а частина коливається в інтервалі 2000 - 3200 Н/мм2, що відповідає мікротвердості продуктів перлітного перетворення, у т. ч. і сорбіту, після 8 с мікротвердість відповідає мікротвердості перліту.
5. Експериментальна кінетична крива перетворення аустеніту в перліт наведена на рисунку 5. Відсоток перетвореного аустеніту відкладали по осі ординат, по осі абсцис відкладали відповідний час витримки зразка при відповідній температурі Т. Таким чином, отримали кінетичну криву, на якій видно час початку (5% П) і кінця (95% П) перетворення.
Рисунок 5 - Кінетична крива розпаду аустеніту при охолодженні в графіті.
З отриманої кривої видно, що перетворення аустеніту в перліт починається на 4 с і закінчується на 8 с.
Висновки
1. Нагрівання дроту діаметром 2 мм до 800 градусів за Цельсієм і їх подальше охолодження в порошку графіту, що знаходиться при кімнатній температурі, приводять до формування структури сорбіту, що дозволяє замінити сольові ванни в процесі патентування, тим самим призводить до поліпшення умов праці.
2. Експериментальним шляхом отримана кінетична крива перетворення аустеніту в перлітною структури, що визначає можливість подальшої побудови ізотермічних кривих з метою встановлення умов формування сорбітной структури в процесі сорбітізаціі дроту в середовищі графіту.
Перелік посилань
1. Бекенгоф Г. І. Вплив регульованого охолодження на властивості катанки / Г. І. Бекенгоф / / Чорні метали. - 1967. - № 6.
2. Парусов В. В. Формування оптимальної мікроструктури в високовуглецевої катанці / В. В. Парусов, А. Б. Сичков, М. А. Жигарев [та ін] / / Сталь. - 2004. - № 7. - С. 181-183.
3. Вузлів І. Г. Структура і властивості канатної катанки і дроту після регульованого охолодження / І. Г. Вузлів, В. К. Бабич, В. В. Парусов [та ін] / / Сталь. - 1983. - № 11. - С. 77-79.
4. Юхвец І. А. Виробництво високоміцної дротяної арматури / Юхвец І. А. - М.: Металургія, 1973. - 264 с.
5. Стародубов К. Ф. Упрочняющая термічна і термомеханічна обробка прокату / К. Ф. Стародубов. - К.: Укр НІІНТІ, 1968. - С. 41-50.
6. Алімов В.І. Без солі сорбітізація дроту / / Металургія: Зб. науч. праць ДонНТУ / В.І. Алімов. - 1999. - С. 129-138.