СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ АРМАТУРНОЙ ПРОВОЛОКИ Российский патент 2012 года по МПК B21C1/00 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства высокопрочной проволоки волочением для армирования железобетонных изделий.

Известен способ изготовления проволоки по технологической схеме, включающей термическую обработку катанки путем патентирования и ее последующее волочение через конические волоки, профилирование и стабилизацию.

При деформировании в волочильном инструменте в проволоке возникают одновременно действующие растягивающие и сжимающие напряжения, а также контактные напряжения трения. Растягивающие напряжения приводят к появлению трещин в центре проволоки, а напряжения трения вызывают разрушение поверхности проволоки. Это приводит к снижению физико-механических и эксплуатационных свойств готовой проволоки. Величина напряженного состояния, возникающего в проволоке в очаге деформации, при волочении зависит от значения угла рабочей зоны волоки, степени деформации.

При этом величина контактного трения зависит, прежде всего, от режима возникающего трения, который определяется количеством технологической смазки на поверхности волоки, контактной с проволокой, подвергаемой волочению при прохождении ее через волоку. (См. Перлин И.Л., Ершнок М.З. «Теория волочения». М.: Металлургия, 1971).

Известен способ волочения высокоуглеродистой проволоки, включающий волочение с единичной степенью деформации, определяемой по формуле r=(1-α/1+α)², где

r - единичная степень деформации;

α - полуугол рабочего конуса волоки, рад.

Недостатком данного способа является то, что при волочении не учитывается влияние на процесс волочения величины контактного трения, а рассчитанная но указанной формуле величина обжатия при заданном значении полуугла рабочего конуса волоки обеспечивает деформацию только с полным проникновением деформации сжатия на все сечение проволоки.

Однако такой режим волочения, особенно при получении проволоки больших диаметров (более 3 мм) из высокоуглеродистой стали, требует применение мощного волочильного оборудования, больших энергозатрат. Режим неустойчив, возникает высокая вероятность обрывов проволоки (патент РФ №2183523, МПК B21C 1/00, 2001 г.).

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ волочения изделия, включающий деформацию в конической волоке с углом наклона образующей рабочего канала, определяемым по выражению α_в=arctg0,632√[3√3lnλ(1-2C)×f_тр],

где λ - величина вытяжки при волочении;

с - технологический параметр, характеризующий гидродинамический эффект технологической смазки;

f_тр - коэффициент граничного трения (см. патент №2404873, МПК B21C 1/00).

Недостатком известного способа является то, что при волочении таким способом не учитывается величина распространения деформации сжатия в сечении проволоки перпендикулярно центральной горизонтальной оси. При этом не оценивается глубина распространения деформации сжатия и соответственно сжимающих напряжений. Отсюда высокая вероятность того, что большие объемы металла в центре проволоки подвергаются действию только растягивающих напряжений, что способствует появлению трещин.

Используемый в известном способе технологический параметр, характеризующий гидродинамический эффект смазки, учитывает только свойства смазки, скорость движения протягиваемого изделия через волоку, высоту шероховатостей поверхности, сопротивление деформации материала, протягиваемого изделия, но не учитывает величину длины контакта металл-инструмент и отношение его к величине длины рабочего конуса волоки. Поэтому в процессе деформации проволоки при прохождении ее через волоку по известному способу наблюдается значительное снижение смазочного слоя в месте контакта протягиваемого металла с рабочим участком волоки, на поверхности готового изделия наблюдаются «задиры», царапины и трещины.

Задачей изобретения является повышение качества готового изделия за счет исключения образования в проволоке трещин и разрывов, как поверхностных, так и в центре ее сечения.

Технический эффект, достигаемый предлагаемым техническим решением, заключается в повышении качества проволоки путем минимизации доли растягивающих напряжений в центральной зоне очага деформации при волочении проволоки и обеспечении гидродинамического эффекта технологической смазки на контактной поверхности.

Указанный технический эффект достигается тем, что в известном способе, включающем волочение проволоки через рабочий канал конической монолитной волоки, используют волоку, в которой в зависимости от заданного диаметра готовой проволоки выбирают длину контактной конусной части волоки из соотношения 0,5-1,0 диаметра готовой проволоки и 0,5-0,8 длины ее конической части.

Для обоснования технических преимуществ заявляемого способа были проведены промышленные испытания. Проволоку диаметром 10 мм из патентированной заготовки стали марки 80 диаметром 15,5 мм волочили по маршруту: 15,5^19%/_19%→13,92^17%/_33%→12,65^16%/_44%→11,60^15%/_52%→10,72^13%/_58%→10,00. Затем волоченную проволоку на линии стабилизации подвергали профилированию и отпуску под натяжением.

Волочение осуществляли с применением сухой порошковой смазки на основе натрового мыла. В качества инструмента использовались твердосплавные волоки со значением рабочего конуса волоки, обеспечивающим требуемое соотношение длины контактной поверхности и диаметра готовой проволоки. Длина рабочего конуса волок при изготовлении выбиралась из требуемых соотношений к длине контактной поверхности.

На готовой проволоке известными способами выявлялось наличие центральных и поверхностных трещин. Оценивалась также устойчивость процесса волочения.

Результаты испытаний приведены в таблице

Варианты Номер Прохода показатели 1 2 3 4 5 Примечание 1 L_конт/d₁ 1,0 0,96 0,86 0,78 0,69 Центральные и поверхностные трещины отсутствуют полностью. Процесс волочения устойчив.   L_конт/L_конус 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60   Отношение диаметра центральной зоны растяжения к диаметру готовой проволоки 0 0,09 0,18 0,26 0,35                 2 L_конт/d₁ 0,81 0,72 0,65 0,59 0,52 Трещины отсутствуют как в центре, так и на поверхности проволоки. Процесс волочения устойчив   L_конт/L_конус 0,70 0,70 0,70 0,70 0,70   Отношение диаметра центральной зоны растяжения к диаметру готовой проволоки 0,25 0,33 0,40 0,45 0,52                 3 L_конт/d₁ 0,65 0,58 0,52 0,47 0,41 Выявлено небольшое количество центральных микротрещин. Поверхностные трещины отсутствуют. Наблюдались обрывы проволоки в чистовом проходе.   L_конт/L_конус 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60   Отношение диаметра центральной зоны растяжения к диаметру готовой проволоки 0,41 0,48 0,53 0,57 0,62                 4 L_конт/d₁ 0,54 0,48 0,43 0,39 0,34 Большое количество микротрещин. На поверхности трещины отсутствуют. Обрывность на последних двух проходах   L_конт/L_конус 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65   Отношение диаметра центральной зоны растяжения к диаметру готовой проволоки 0,52 0,57 0,61 0,65 0,69                 5 L_конт/d₁ 0,47 0,41 0,37 0,34 0,30 Большое количество центральных микротрещин, перерастающее в магистральные, выявлены поверх. Обрывы на всех переходах   L_конт/L_конус 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50   Отношение диаметра центральной зоны растяжения к диаметру готовой проволоки 0,59 0,64 0,68 0,71 0,74                 6 L_конт/d₁ 0,41 0,36 0,33 0,29 0,26 Центральные и магистральные трещины. Поверхностных трещин нет. Процесс   L_конт/L_конус 0,70 0,70 0,70 0,70 0,70   Отношение диаметра центральной 0,65 0,69 0,72 0,76 0,78   зоны растяжения к диаметру готовой проволоки           неустойчив. Большое количество обрывов на всех проходах                 7 L_конт/d₁ 1,0 0,96 0,86 0,78 0,69 Центральные трещины отсутствуют. Большое количество поверхностных трещин. Обрывы на всех проходах.   L_конт/L_конус 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40   Отношение диаметра центральной зоны растяжения к диаметру готовой проволоки 0 0,09 0,18 0,26 0,35 8 L_конт/d₁ 0,81 0,72 0,65 0,59 0,52 Центральные трещины не обнаружены. Большое количество поверхностных трещин. Высокая обрывность.   L_конт/L_конус 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90   Отношение диаметра центральной зоны растяжения к диаметру готовой проволоки 0,25 033 0,40 0,45 0,52                 9 L_конт/d₁ 1,0 0,96 0,86 0,78 0,69 Центральные трещины отсутствуют. Отдельные поверхностные микротрещины. Процесс волочения устойчив   L_конт/L_конус 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80   Отношение диаметра центральной зоны растяжения к диаметру готовой проволоки 0 0,09 0,18 0,26 0,35                 10 L_конт/d₁ 0,81 0,72 0,65 0,59 0,52 Центральные трещины отсутствуют. Наблюдается появление небольшого количества микротрещин. Процесс волочения устойчив   L_конт/L_конус 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50   Отношение диаметра центральной зоны растяжения к диаметру готовой проволоки 0,25 0,30 0,40 0,45 0,52                

Из таблицы видно, что при малом значении отношения длины контакта к длине рабочего конуса образуется очень короткая зона деформации, что приводит к интенсивному деформированию поверхностных слоев проволоки, вызывает интенсивный износ волок и высокую концентрацию тепла на этом участке.

В образовавшейся большой зоне смазки снижается нормальное давление, необходимое для нанесения смазки на поверхность проволоки, и создается эффект водоворота, который выталкивает смазку из волоки. Все это приводит к уменьшению смазочного слоя и появлению задиров, царапин и трещин на поверхности проволоки.

Изобретение предназначено для повышения качества высокопрочной проволоки для армирования железобетонных изделий, получаемой волочением. Способ включает волочение проволоки через конический рабочий канал монолитной волоки. Исключение образования в проволоке трещин и разрывов, как поверхностных, так и в центре ее сечения, путем минимизации доли растягивающих напряжений в центральной зоне очага деформации при волочении проволоки и создания гидродинамического эффекта технологической смазки на контактной поверхности обеспечивается за счет того, что используют волоку, в которой в зависимости от заданного диаметра готовой проволоки выбирают длину контактной конусной части волоки из соотношения 0,5-1,0 диаметра готовой проволоки и 0,5-0,8 длины ее конической части. 1 табл.

Способ производства высокопрочной арматурной проволоки, включающий волочение проволоки через конический рабочий канал монолитной волоки, отличающийся тем, что используют волоку, в которой длину контактной части конического рабочего канала выбирают в пределах 0,5-1,0 диаметра готовой проволоки и 0,5-0,8 длины конического рабочего канала.