Усовершенствование сорбитизации проволоки в сыпучих средах с целью упразднения патентирования в расплавах солей
Высокопрочная проволока находит широкое применение в различных сферах промышленности, в том числе при изготовлении канатов, пружин, металлокорда, арматуры для предварительно напряженного железобетона. Большая часть изготавливаемых из высокопрочной проволоки изделий являются ответственными деталями сложных машин и конструкций, поэтому к ним предъявляются высокие требования по качеству, которые постоянно повышаются в современном техногенном мире.
Основной проблемой при производстве проволоки из высокоуглеродистых марок сталей является получение предельного комплекса технологических, физико-механических и эксплуатационных свойств, решению которой посвящено много работ, но и до сегодняшнего дня этот вопрос остается актуальным.
Надёжно установлено, что оптимальные свойства проволоки обеспечивает структура сорбита с межпластиночным расстоянием в заготовке 0,2 – 0,4 мкм и микротвёрдостью Нμ = 2500-3500 Н/мм2.
Для получения оптимальной структуры катанка подвергается патентированию в солях на сталепроволочных заводах, что является опасным, вредным и дорогостоящим процессом. Поэтому до сих пор достаточно много внимания уделяется вопросам поиска более экологически чистых, безопасных и ресурсосберегающих способов получения сорбитных структур в высокоуглеродистой катанке, предназначенной для передела на высокопрочную проволоку.
Целью данного исследования является изучение условий формирования структуры сорбита в высокоуглеродистой катанке, предназначенной для передела на высокопрочную проволоку при использовании сыпучих сред, в частности, изучение кинетики процессов, происходящих при охлаждении проволоки в среде серебристого графита, как экологически чистой и менее дорогостоящей среды по сравнению с расплавами солей, применяемыми при термообработке проволоки.
Материал, методика и оборудование для исследований
В процессе исследований использовали проволоку диаметром 2 мм из эвтектоидной стали (содержание углерода 0,8 %), которая предварительно была подвергнута холодной пластической деформации с разными степенями деформации: 0%, 27%, 47%, 61%, 69%, 75%.
В первом опыте изучали влияния условий формирования сорбитной структуры в высокоуглеродистой катанке путем аустенитизации и последующего охлаждения в порошке сыпучего графита.
Для этого было отобрано 6 образцов (l = 30 мм, d = 2 мм) из эвтектоидной стали после ХПД с разными степенями деформации: 0%, 27%, 47%, 61%, 69%, 75%. Образцы загружали в нагревательную электрическую печь, предварительно нагретую до температуры Т = 800 ± 10°С. Общее время нагрева и выдержки при данной температуре составило 6 мин. Далее образцы охлаждали в среде сыпучего графита дисперсностью – 0,0063 мм при комнатной температуре.
Эксперименты по построению кинетической кривой проводили на проволочных образцах из эвтектоидной стали (0,83% С) размерами (l = 30 мм, d = 2 мм) с исходной перлитной структурой.
Образцы загружали в нагревательную электрическую печь МП-2УМ, предварительно нагретую до температуры 900 ± 10°С. Общее время нагрева и выдержки при данной температуре составило 10 мин.
После окончания выдержки первый образец подвергали закалке в воде, а последующие по одному быстро переносили в тигель с серебристым графитом марки П дисперсностью 6,5 мкм (Тгр = 25°С) во избежание потерь тепла и выдерживали в течение 1 – 120 с, а затем резко охлаждали в воде.
Далее образцы монтировали в шлифы с последующим их травлением. Затем изучали микроструктуру продольного и поперечного сечения образцов на микроскопе МИМ – 7 с последующим их фотографированием. Определение дисперсности пластинчатого перлита проводили с помощью микроскопа NEOРНOT-21 в трех разных полях зрения при увеличении в 2000 раз с использованием иммерсионных сред.
Также изучали микротвердость на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 0,5 Н.
По микроструктурам исследуемых образцов оценивали процент превращённого аустенита по методу пересечения границ зерна (ГОСТ 5639-82) и строили кинетическую кривую.
Результаты экспериментов
1.Микроструктура образца со степенью деформации 47% после сорбитизации риведена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Микроструктура образца со степенью деформации 47% после сорбитизации (продольное сечение, *2000 ).
2.Микротвёрдость образцов после холодной пластической деформации (ХПД) и термической обработки приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Микротвёрдость образцов после холодной пластической деформации (ХПД) и термической обработки.
Видно, что микротвердость и микроструктура образцов соответствует структуре сорбитного типа с особенностями, обусловленными предварительной холодной деформацией.
3.Микроструктуры продольного сечения образцов после термообработки с выдержкой 1, 5, и 10 с представлены на рисунке 3.
Рисунок 3 – Микроструктуры образцов после термообработки с выдержкой: а) 1с; б) 5с; в) 10с (продольное сечение, *476 ).
Из приведенных фотографий видно, что при выдержке 1 с структура состоит из мартенсита, при выдержке 5 с структура частично состоит из мартенсита и продуктов перлитного превращения, а на 10 с – полностью из перлита.
4. Зависимость микротвёрдости структурных составляющих образцов от времени изотермической выдержки в графите представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 - Зависимость микротвёрдости структурных составляющих образцов от времени изотермической выдержки.
Из приведенного графика видно, что в интервале 1 – 8 с микротвёрдость достаточно высокая и соответствует микротвёрдости мартенсита, в интервале 5 – 8 с часть структурных составляющих имеет микротвёрдость, соответствующую мартенситной, а часть колеблется в интервале 2000 – 3200 Н/мм2, что соответствует микротвёрдости продуктов перлитного превращения, в т. ч. и сорбита, после 8 с микротвёрдость соответствует микротвёрдости перлита.
5. Экспериментальная кинетическая кривая превращения аустенита в перлит приведена на рисунке 5. Процент превращённого аустенита откладывали по оси ординат, по оси абсцисс откладывали соответствующее время выдержки образца при соответствующей температуре Т. Таким образом, получили кинетическую кривую, на которой видно время начала (5% П) и конца (95% П) превращения.
Рисунок 5 – Кинетическая кривая распада аустенита при охлаждении в графите.
Из полученной кривой видно, что превращение аустенита > перлит начинается на 4 с и заканчивается на 8 с.
Выводы
1. Нагрев проволоки диаметром 2 мм до 800 градусов по Цельсию и их последующее охлаждение в порошке графита, находящегося при комнатной температуре, приводят к формированию структуры сорбита, что позволяет заменить солевые ванны в процессе патентирования, тем самым приводит к улучшению условий труда.
2. Экспериментальным путём получена кинетическая кривая превращения аустенита в перлитные структуры, что определяет возможность дальнейшего построения изотермических кривых с целью установления условий формирования сорбитной структуры в процессе сорбитизации проволоки в среде графита.
Перечень ссылок
1. Бекенгоф Г. И. Влияние регулируемого охлаждения на свойства катанки / Г. И. Бекенгоф // Черные металлы. – 1967. - №6.
2. Парусов В. В. Формирование оптимальной микроструктуры в высокоуглеродистой катанке / В. В. Парусов, А. Б. Сычков, М. А. Жигарев [и др.] // Сталь. – 2004. - № 7. – С. 181-183.
3. Узлов И. Г. Структура и свойства канатной катанки и проволоки после регулируемого охлаждения / И. Г. Узлов, В. К. Бабич, В. В. Парусов [и др.] // Сталь. – 1983. – №11.- С. 77-79.
4. Юхвец И. А. Производство высокопрочной проволочной арматуры / Юхвец И. А. – М.: Металлургия, 1973. – 264 с.
5. Стародубов К. Ф. Упрочняющая термическая и термомеханическая обработка проката / К. Ф. Стародубов. - К.: Укр НИИНТИ, 1968. – С. 41-50.
6. Алимов В.И. Бессолевая сорбитизация проволоки // Металлургия: Сб. науч. трудов ДонНТУ / В.И. Алимов. - 1999. – С. 129-138.