2. Выбор маршрута  волочения

 

Процесс волочения  осуществляют обычно в несколько  переходов, т.е. применяется дробный  процесс пластической деформации. Осуществить всю деформацию в один переход в большинстве случаев не удается по многим причинам: требуются чрезмерно большие усилия волочения, возникают обрывы проволоки и т.д. Поэтому, важное значение имеет распределение единичных деформаций по маршруту волочения, поскольку от этого зависит стабильность процесса (отсутствие обрывов), энергозатраты, а также формирование заданных физико-механических свойств.

2.1. Определение размера  исходной заготовки  для волочения

 

Выбор размера проволоки (заготовки) или прутков, предназначенных для волочения, сводится к определению их диаметра и является ответственной задачей   при   построении технологического процесса их производства. Во многих случаях необходимо знать, какие свойства должен иметь металл заготовки после волочения. Диаметр   заготовки   для получения проволоки или прутков, которые будут протягиваться на меньший диаметр после промежуточной термической обработки или подвергаться окончательной термической обработке в готовом состоянии (в этих случаях после волочения  не  требуется   иметь   строго   ограниченные физико-механические    свойства),   всецело    определяется пластичностью металла,   его   способностью   протягиваться через волоку. 
 

Задается:  C = 0,35÷1,0% - содержание углерода в стали.

                   Q = 80÷95 % - суммарное обжатие.

                   δ  = 20÷30% – единичное обжатие. 

Задаем: С=0,5%;   Q=80%;   δ =28%. 

Расчет  диаметра заготовки:

   

2.2. Расчет маршрута  волочения

 

       Выбирая ряд последовательных, весьма малых  единичных обжатий неблагоприятно отражается на равномерность течения металла и однородность деформаций по его сечению, а так же снижается производительность и повышаются энергозатраты.

       Принимая  ряд последовательных, больших единичных  обжатий, заметно снижается пластичность и допустимое суммарное обжатие.

       Наиболее  эффективен маршрут, при котором  первое единичное обжатие дается пониженным для того чтобы обеспечить лучшее слоя смазки на протягиваемом обжатии, затем в зоне высокой пластичности металла.  

Расчет числа  протяжек:

Тогда маршрут  волочения будет следующий:

Рисунок 1 – График маршрута волочения. 

Расчет диаметров проволоки:

, где 

Расчет суммарного обжатия:

 

Расчет среднего единичного обжатия 

 

Определим оставшиеся диаметры

 

Определение технологической вытяжки:

 

;   ;    ;

Определим суммарную деформацию: 

        

       

 

3. Расчет энергосиловых  параметров при  волочении

3.1 Определение свойств исходной заготовки и их изменение в процессе волочения

 
 

Временное сопротивление  разрыву проволоки:

- временное сопротивление разрыву  заготовки;

- прирост предела прочности;

=(100∙C+53-d_заг)∙10=(100∙0,5+53-4,02)∙10=989,8 МПа 

Находим прирост  предела прочности в результате волочения: 

 

 

Прирост предела  прочности за одну протяжку:

 

Определим предел прочности

 

3.2 Определение силы волочения:

3.3 Определение скорости волочения:

3.4 Расчет напряжений волочения

 
 

;

3.5 Расчет мощности волочения

 

, где 

     
 
 
 
 

                                                  Результаты расчетов сведем в таблицу 1

4. Патентирование заготовки.

 

          Патентирование - термообработка, применяемая  для получения высокопрочной   проволоки. Проволоку нагревают в проходной печи до температур на 150-200 градусов выше Ас₃ , пропускают через свинцовую или соляную ванну при температур(450-550 ⁰С) и наматывают на приводной барабан.  

           Патентирование -изотермическое превращение переохлажденного аустенита в так называемой первой степени, когда происходит непосредственный распад аустенита на смесь, состоящую из феррита и цементита. Так же представляет собой превращение  аустенита в области температур (450….550 ⁰С) охлаждающей среды.

             Высокая температура нагрева необходима для гомогенизации  аустенита. Скорость движения проволоки должна быть такой, чтобы время пребывания в ванне было несколько больше времени окончания перлитного превращения. Иначе, при выходе проволоки из ванны аустенит, не успевший претерпеть перлитный распад, превращается в нижний бейнит или мартенсит и пластические свойства проволоки резко снижаются. 

        При этом температуры между началом и концом превращения и температурой охлаждающей среды меньше, а распределение ферритоцементитных составляющих тем равномернее, чем тоньше патентируемая проволока при прочих равных условиях

            При выходе из ванны проволока имеет ферритно-цементитную структуру с очень малым межпластинчатым расстоянием и отсутствием зерен избыточного феррита. Благодаря этому проволока  способна выдерживать большие обжатия при холодной протяжке без обрывов.

       Увеличение  концентрации углерода ускоряет процесс преобразования аустенита с уменьшением содержания углерода следует повышать температуру нагрева, так как в этом случае уменьшается скорость превращения перлита в аустенит, повышается температура превращения Fe₂ в Fe, снижается склонность стали к обезуглероживанию и отслоению.

       При увеличении диаметра проволоки так  же необходимо повышать температуру  нагрева, так как это улучшает свойства проволоки после волочения  и создает предпосылки для увеличения скорости патентирования. Даже в том случае, если температура нагрева достаточна, нельзя допустить, чтобы было увеличение потому что процессы связанные превращением сопровождаются в полной мере.

       Эти процессы также завися от продолжительности  пребывания проволоки в печи при  заданной температуре и технологии нагрева. Процесс патентирования протекает в зоне температур перлитного превращения в довольно узком интервале температур 420  --540 ⁰С. В процессе патентирования в производственных условиях проволока под действием различных причин соверщает некоторое движение. Характер микроструктуры патентирования проволоки определяют скоростью охлаждения, устойчивость аустенита и температурой охлаждающей среды.

       .

1. Минимальная  температура нагрева проволоки, 

СО:t_н=900∙50∙С+10∙D_к=900-50∙0,6+10∙4,38=826,2 ⁰C.

2. Время пребывания в печи:

     t_min = 30 + 5∙ D²_к=30+5∙4,38²=2,09 часа.

3. Средняя  температура охлаждающей среды

    Т_в = 490 + 60∙С - 15∙D = 490 + 60∙0,85 - 15∙ 4,38 = 491,50 С.

5. Подготовка поверхности металла к волочению

5.1 Строение и количество окалины

 

Окалина, образующаяся при обычном нагреве, горячем деформировании и охлаждении стального изделия, а также при его термической обработке, представляет собой комплекс химических соединений железа и других элементов с кислородом (оксидов, гидратов, силикатов, сульфидов, карбидов и др.).

Основными составляющими структуры окалины  являются оксиды железа; доля других элементов, а также их более сложных соединений незначительна и зависит главным образом от марки стали и способа ее раскисления.

В начальной  стадии окисления металла протекает химическая реакция его с окисляющим газом, при этом на поверхности металла образуется тончайший слой оксидов. Дальнейшее окисление происходит путем реакционной диффузии ионов кислорода и металла навстречу друг другу сквозь непрерывно утолщающийся слой окалины.

В окалине  присутствуют также сложные соединения других элементов, которые попадают в сталь при раскислении (например, алюминия, кремния, марганца) или при легировании (например, хрома, марганца, никеля, вольфрама и др.)- Эти соединения образуют промежуточный слой, располагающийся между основным металлом и окалиной.

Окалина углеродистой стали, образующаяся при  температурах выше 600 °С, состоит из оксидов железа FeO (вюстит), Fe₃O₄ (магнетит) и Fe₂O₃ (гематит). Оксиды располагаются слоями в соответствии с уменьшением содержания кислорода в направлении от наружного слоя к внутреннему (рис.21).

Вюстит (FeO) —наиболее мягкая и рыхлая составная часть окалины с небольшой абразивностью. Он хорошо растворяется в кислотах и полностью может быть удален механическим путем. Поэтому окалина в виде вюстита предпочтительнее других оксидов.