Сборник научных трудов ДонНТУ - 2012. Серия: металлургия
  Публикация №19

К вопросу оценки качества проволочной заготовки с помощью функции желательности

В.И. АЛИМОВ ( д-ртехн.наук, проф.), О.В. ПУШКИНА
Донецкий национальный технический университет, Донецк

УДК 679.7.025.7

Наиболее полная и информативная оценка общего комплекса свойств проволоки и передельной заготовки, предназначенной для холодной высадки, катанку для которой подвергали различным режимам термообработки, может быть произведена с помощью обобщённого критерия Харрингтона. С помощью этого критерия установлено, что наиболее высокие свойства холодновысадочной проволоки достигаются при полном и высокотемпературном отжиге.

Ключевые слова: проволока, отжиг, комплекс свойств, критерий Харрингтона.

Постановка проблемы

Установление режимов термической обработки заготовок, в том числе проволочных, для холодновысаживаемого крепежа является актуальным в связи с совершенствованием парка холодновысадочных скоростных автоматов и возрастанием требований как к технологичности передела заготовки, так и требований к качеству крепёжных изделий, оцениваемому по отсутствию трещин при их глубокой высадке и уровню механических свойств. Это может быть обеспечено не только химсоставом исходного металла, но и его структурным состоянием – типом структурных составляющих, их долевым соотношением, размером элементов зёренной структуры и особенно размером зерна.

Включение в технологическую цепь производства катанки на прокатных станах её ускоренного охлаждения с прокатного нагрева приводит не только к измельчению зерна и иногда типа структурных составляющих, но и к изменениям тонкой кристаллической структуры и эти изменения в силу металлогенетической наследственности передаются в последующих поколениях переработки этой катанки в проволочную заготовку и крепёжные изделия из неё, что зачастую снижает технологичность и качество крепёжных изделий, прежде всего способность к осадке без растрескивания.

Совокупное качество катанки и волоченной проволочной заготовки может быть достигнуто варьированием режимов термообработки с интегральной оценкой этого качества с помощью обобщающих критериев.

Анализ последних исследований и публикаций

Интерес к проволоке и изделиям из неё усиливается во всем мире [1], что в полной мере типично и для высадочной проволоки, используемой для изготовления крепёжных изделий (болтов, винтов и т.п.), которые используются повсеместно во многих видах механизмов и машин.

В большинстве исследований в различных областях техники, в т.ч. металлургической [2-4] оценивают исследуемый объект отдельно по каждому изученному параметру, что затрудняет, а в некоторых случаях делает невозможным обобщенную оценку и сравнение преимуществ и недостатков различных способов повышения качества продукции, поэтому представляет интерес использование обобщённого критерия, учитывающего различные характеристики, для анализа влияния режимов обработки в целом на свойства готовых металлопродуктов.

В большинстве случаев оценивают механические свойства заготовки [5], другие – акцентируют внимание на осадке, но механические свойства при этом не учитываются [6]. Некоторые зарубежные исследователи главным считают формоизменение цементита и его определяющее влияние на конечные свойства [2-3]. В тоже время необходима интегральная оценка свойств, как проволоки, так и проволочной заготовки.

Цель (задачи) исследования

В связи с этим, целью настоящей работы является обоснование выбора критерия, который мог бы обеспечить интегральную оценку качества проволочной заготовки и проволоки для крепёжных изделий, получаемых методом холодной осадки-высадки.

Основной материал исследования

Для исследований использовали катанку диаметром 6,5 мм из стали 10 (% масс.: 0,09 С, 0,47 Mn, 0,4 Si, 0,027 S, 0,032 P, 0,18 Ni). Часть образцов использовали в исходном горячекатаном состоянии (режим 1). Другие образцы катанки подвергали перекристаллизационному отжигу (режим 2), обычному полному (режим 3) и высокотемпературному полному (режим 4) отжигу. Отжиг выполняли в печах типа СНОЛ – 4x6/10. Температура нагрева при отжигах образцов вариантов 2, 3 и 4 составляла соответственно 760, 920 и 1000oС. При температуре нагрева образцы выдерживали 2 ч., а затем охлаждали с печью. Частичную защиту поверхности образцов от интенсивного окисления и обезуглероживания осуществляли с применением засыпки из использованного для цементации древесного угля. После подготовки поверхности образцы катанки всех 4-х режимов протягивали вхолодную в режиме однократного волочения на заготовки диаметром 5 мм с суммарным обжатием 41 % (далее – ЗХД). Холоднотянутые заготовки отжигали по режиму: посадка в печь с температурой 300°С, нагрев до 760°С в течение 2 ч., выдержка в течение 2,5 ч., замедленное охлаждение (далее – ЗО.)с печью – этот режим близок к применяемому в производственных условиях в промышленных колпаковых печах. Отожжённые заготовки диаметром 5 мм затем калибровали вхолодную на проволоку диаметром 4,5 мм с одноразовым обжатием 19 % [7].

Интегральную оценку качества проволоки и передельной заготовки для неё производили при помощи функции желательности или критерия Харрингтона, который рассчитывается по формуле [8,9]:

Таблица 1 – Свойства катанки, заготовки и проволоки для холодновысадочного крепежа

Свойства катанки, заготовки и проволоки для холодновысадочного крепежа

Принято считать, что значения желательности от 0 до 0,2 соответствуют "очень плохому" уровню свойств; 0,2…0,37 – "плохому"; 0,37…0,63 – "удовлетворительному"; 0,63…0,8 – "хорошему" и 0,8…1 – "очень хорошему" уровню свойств.

Реперные точки для установления связи между yi и y'i (y'i – безразмерная величина, линейно связанная с yi) приведены в таблице 2.

График для перевода свойств холодновысадочной проволоки в частные функции желательности

Рисунок 1 – График для перевода свойств холодновысадочной проволоки в частные функции желательности: 1 – кривая желательности; 2 – временное сопротивление разрыву; 3 – относительное удлинение; 4 – относительное сужение; 5 – осадка

Таблица 2 – Реперные точки для перевода механических свойств.

Реперные точки для перевода механических свойств

При их определении предполагали, что минимальному удовлетворительному уровню свойств соответствуют требования ГОСТ 5663 [11], а максимальному хорошему уровню – среднее арифметическое полученных экспериментальных результатов.

Рассчитанные значения функции Харрингтона для проволоки на всех стадиях изготовления приведены в таблице 3 и показаны в виде гистограммы распределения на рисунке 2.

Таблица 3 – Критерий Харрингтона (D) для проволоки, заготовки для которой подвергнуты различным режимам перекристаллизационного отжига, на всех этапах изготовления.

Критерий Харрингтона (D) для проволоки, заготовки для которой подвергнуты различным режимам перекристаллизационного отжига, на всех этапах изготовления

Полученный критерий Харрингтона подтверждает тот факт, что все режимы отжига заготовки для холодновысадочной проволоки приводят к получению хорошего и очень хорошего уровня свойств готовой проволоки, при этом максимальный комплекс свойств для передельной заготовки достигается после проведения полного и высокотемпературного полного отжигов, а для готовой проволоки наиболее благоприятен неполный отжиг. Наиболее низкий комплекс свойств во всех изученных случаях получен на изделиях, заготовки для которых не подвергали отжигу после горячей прокатки с ускоренным охлаждением, хотя он также входит в интервал "хороших".

1

Рисунок 2 – Критерий Харрингтона на всех этапах изготовления проволоки в зависимости от режима предварительной обработки катанки.

Выводы

  • Изученные при помощи обобщённой функции желательности свойства холодновысадочной проволоки и заготовок для неё свидетельствуют о том, что максимальный уровень свойств относительно требований ГОСТ достигается при использовании горячекатаной заготовки после полного и высокотемпературного отжигов.
  • Получение минимального значения функции желательности в случае катанки, не подвергнутой отжигу после прокатки, подтверждает гипотезу, что ускоренное охлаждение катанки с прокатного нагрева, несмотря на экономию из-за уменьшения количества металла, теряемого с окалиной, приводит к ухудшению структуры и свойств заготовки. Последующие переделы заготовки до готовой проволоки не могут нивелировать эффект наследственного влияния, что и приводит к ухудшению комплекса свойств.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  • 1. Алимов В.И. Фазовые и структурные превращения при деформационно-термической обработке проволоки / В.И. Алимов, О.В. Пушкина. – Донецк: Донбасс, 2012. – 242 с.
  • 2. Samuel E.I. Accelerated spheroidisation induced by high intensity electric pulse in a severely deformed eutectoid steel / E.I. Samuel, A. Bhowmik, R.S. Qin // Journal of Materials Research. – 2010. – Vol. 25. – №6. – Р. 1020-1024.
  • 3. Qin R.S. Electropulse-induced cementite nanoparticle formation in deformed pearlitic steels / R.S. Qin, E.I. Samuel, A. Bhowmik // Journal of Materials Science. – 2011. – №46. – P. 2838-2842.
  • 4. Teruyuki Murai. Direct Heat Treatment Technique for High-Strength, Large-Diameter PC Steel Bars with Pearlite Microstructure / Murai Teruyuki // Sei Technical Review. – 2011. – №73. – P.31-34.
  • 5. Долженков И.Е. Сфероидизация карбидов в стали / И.Е. Долженков, И.И. Долженков. – М.: Металлургия, 1984. – 143с.
  • 6. Экспериментальное исследование условий получения проволоки и заготовок болтов на сопротивление деформации стали / Д.М. Закиров, A.B. Сабадаш, С.С. Скворцова и др. // Производство проката. – 2006. – № 6. – С. 58-65.
  • 7. Алимов В.И. К вопросу повышения технологической пластичности холоднодеформируемой стали перекристаллизационным отжигом / В.И. Алимов, О.В. Олейникова (Пушкина) // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Збірник наукових праць. – Луганськ: ВНУ ім. Даля, 2011. – С. 66-71.
  • 8. Новик Ф.С. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов / Ф.С. Новик, Я.Б. Арсов. – М.: Машиностроение, 1980. – 304с.
  • 9. Сухариков А.Е. Исследование влияния режима отпуска на качество патентированной заготовки / А.Е. Сухариков // МиТОМ. – 1986. – №1. – С. 20-22.
  • 10. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна:ГОСТ 5639-82. – [Действующий от 1983-01-01]. – М.: Издательство стандартов, 1982. – 23 с.
  • 11. Проволока стальная углеродистая для холодной высадки. Технические условия:ДСТУ ГОСТ 5663-79. – [Действующий от 1980-01-01]. – М.: Издательство стандартов, 1979. – 6 с.
  Публикация №19
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ