Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia drutu stalowego, korzystnie ze stali weglowej, za pomoca operacji zmniejszania przekroju, ko¬ rzystnie obróbki plastycznej w postaci walcowa¬ nia, ciagnienia, a zwlaszcza, choc nie wylacznie, przeciagania drutu stosowanego do wzmacniania opon.Obróbke plastyczna stali mozna przeprowadzac na goraco i na zimno. Obróbke plastyczna na go¬ raco wykonuje sie w temperaturze,, w której stal sie Trekrystalizuje. Taka obróbka daje moznosc znacznych odksztalcen, jednak wytrzymalosc obro¬ bionych w ten sposób stali jest mniejsza, niz sta¬ li obrabianych w temperaturze otoczenia.Strukture równowagi w stali twardej i pól- twardej o zawartosci wegla wiekszej od 0,4J°/o, two¬ rzy z jednej strony perlit uksztaltowany z ply-. tek cementu w postaci weglika zelaza bardzo twardego i kruchego, w osnowie z ferrytu eute- ktoidalnego stanowiacego prawie czyste, bardzo ciagliwe zelazo, a z drugiej strony, ferryt dru- gorzedowy w ilosciach zmiennych, w zaleznosci od obróbki cieplnej i skladu stali, a zwlaszcza jej za¬ wartosci wegla. Najlepiej nadajaca sie do ciag¬ nienia struktura jest bardzo drobny perlit. Taka strukture uzyskuje sie najlepiej, poddajac drut pa¬ tentowaniu w olowiu.Patentowanie polega na ogrzaniu stali do tem¬ peratury 900°C—1000°C, w której wegiel rozpu¬ szcza sie calkowicie. Taka faze stali nazywamy 10 15 austenitem. Nastepnie hartuje sie stal w olowiu o temperaturze 500°C—600°C. Cementyt wytraca sie wówczas w postaci bardzo drobnych plytek, o tak malych odstepach miedzy nami, ze" nie dadza sie one stwierdzic za pomoca mikroskopu opty¬ cznego. Stal patentowana mozna obrabiac na zim¬ no, na przyklad przez walcowanie lub ciagnie¬ nie.Jaikakolwiek by jednak byla jakosc struktury po¬ czatkowej, nie mozna operacji zwezania przekro¬ ju powtarzac w nieskonczonosc. Istnieje granica obróbki na zimno, zalezna w pewnym stopniu od smarowania, powyzej której nie mozna juz dru¬ tu dalej ciagnac. Dla przykladu, stal zawierajaca 0,7*/o wegla trzeba patentowac dwukrotnie, aby zejsc ze srednicy 5,5 mm do srednicy 0,25 mm.Utwardzenie stali podczas obróbki na zimno moz¬ na krótko wyjasnic w ten sposób, ze w czasie odksztalcania materialu nastepuja w nim prze¬ mieszczenia liniowe czyli dyslokacje, które prze¬ ciwstawiaja sie dalszemu odksztalceniu. Cementyt bierze udzial w deformacji, lamiac sie i uklada¬ jac w kierunku odksztalcenia.Jest zrozumiale, ze po osiagnieciu pewnej ge¬ stosci przemieszczen, dalsze odksztalcanie staje sie niemozliwe, doprowadza bowiem do rys i pekniec.Aby wiec zawezic przekrój drutu stalowego ze srednicy- 5,5 mm do przekroju o srednicy 0,25 mm, na przyklad przekroju drutu stosowanego w opo¬ nach, trzeba dwukrotnie przeprowadzac patento- 124 0753 wanie. Znaczy to, ze trzeba dwa razy ogrzac drut do temperatury 900°C—1000°C i dwa razy harto¬ wac go w olowiu o temperaturze 500°C—600°C.Proces taki trwa dosc dlugo. Szukano wobec te- go sposobu, który by caly proces obróbki drutu na ^z^mfig Mfr^;zt&§tentowaniem, luD 3eS° czesc za- l stapil procesem prostszym. t We francuskim opisie patentowym nr 2 078 026 i- oplsaribr spsse^w^twarzania drutu stalowego o ma- ; JSjftlir2btacoJu.^X- duzej wytrzymalosci, sluzacego do wzmacniania opon. Sposób ten pozwala uni¬ knac , patentowania. W tym celu zastapiono twar¬ da stal weglowa stala stopowa o niewielkiej zawar¬ tosci wegla. Sposób obróbki obejmuje nastepujace kolejne fazy: ciagnienie na zimno przez kilka cia¬ gadel, obróbka cieplna przez wyzarzanie w tem¬ peraturze 400°C—650° i ciagnienie w tejze tempe¬ raturze, ewentualnie w ciagu kilku cykli opera¬ cyjnych, po kilka przepustów kazdy, az do uzyska¬ nia ostatecznej srednicy. W ten sposób wyelimi¬ nowano patentowanie, zmieniajac jednak gatunek stali.Chodzi tu o stal specjalna, a wiec droga. Jed¬ noczesnie ciagnienia nie dokonuje sie na zimno, lecz na pólgoraco, ryzykujac spowodowanie zmian w charakterystyce powierzchni, która staje sie zbyt chropowata. Otóz mosiadzowanie, konieczne dla uzyskania przyczepnosci drutu stalowego do kauczuku, trzeba przeprowadzac na powierzchni gladkiej. W tym punkcie powstaja z pewnoscia trudnosci, o których wymieniony dokument pa¬ tentowy nie wspomina. Poza tym w podanych tem¬ peraturach przeciagania zachodzi niebezpiieczen- stow rozkladu smarów ciagowych.We francuskim opisie patentowym nr 1 495 846 opisano sposób obróbki drutu ze stali weglowej.W sposobie wytwarzania drutu cienkiego opera¬ cja patentowania i przeciagania na zimno zosta¬ la zastapiona przeciaganiem na pól-goraco w tem¬ peraturze miedzy temperatura otoczenia i tempe¬ ratura rekrystalizacji.W podanym przykladzie materialem wyjscio¬ wym jest drut patentowany, który przeciaga sie w kilku przepustach, az do osiagniecia przezen granicy ciagliwosci. Nastepnie drut rozgrzewa sie indukcyjnie do temperatury miedzy 100°C i 500°C.Walcuje sie go w tej temperaturze, a nastepnie ochladza. Drut moze byc ewentualnie przeciagnie¬ ty w dalszej kolejnosci na zimno. Ten sposób jest kompromisem miedzy ciagnieniem na zimno i ciagnieniem na goraco, ma jednak wady.Z jednej strony w temperaturach obróbki zmniej¬ sza sie lepkosc smarów ciagowych, przy czym za¬ chodzi mozliwosc ich rozkladu, z drugiej zas stro¬ ny pnzy przleciaganiu w tych temperaturach po¬ garsza sie powierzchnia drutu i staje sie chropo¬ wata, a to uniemozliwia jego mosiadzowanie i wyklucza stosowanie do wzmacniania opon. Spo¬ sobem tym mozna wytwarzac drut nadajacy sie na sprezyny lub elementy zbrojeniowe do beto¬ nu sprezonego, ale nie drut do wzmacniania opon.W patencie francuskim nr 2 053 414 jest opisany sposób wytwarzania drutu stalowego o -wysokiej wytrzymalosci na zerwanie polegajacy na tym, ze walcowany drut stalowy zostaje kolejno przecia- 4 075 4 gniety kilkakrotnie na zimno, poddany wyzarza¬ niu sferoidyzacyjnemu, ochlodzony, do temperatu¬ ry wlasciwej dla dokonania ciagnienia ostatecz¬ nego i przeciagniety ponownie na zimno. Wyza- 5 rzanie sferoidyzacyjne doprowadza do uksztalto¬ wania sie cementytu kulkowego.Tymczasem w metalurgii wiadomo, ze struktu¬ ra stali pod postacia cementytu kulkowego jest bardzo szkodliwa dla jej wlasnosci mechanicz- io nych. Taka struktura zle sie nadaje do dalszego ciagnienia. Nalezy w zwiazku z tym spodziewac sie powyzszych trudnosci przy przeprowadzaniu drugiego szeregu operacji ciagnienia drutu.Celem wynalazku jest uzyskanie drutu o wy- 15 sokich wlasnosciach mechanicznych za pomoca ob¬ róbki na zimno.Sposób wytwarzania drutu ze stali weglowej o wysokiej wytrzymalosci za pomoca obróbki pla¬ stycznej, zgodnie z wynalazkiem polega na tym, 20 ze drut poddaje sie pierwszej operacji zmniejsza¬ nia przekroju w temperaturze otoczenia w przy¬ blizj.iu do granicy ciagliwosci, nastepnie podgrze¬ wa sie do temperatury zawartej miedzy 400°C i 600°C, w czasie trwajacym od ulamka sekundy do 25 kilku minut, tak aby material odzyskal swoja cia¬ gli wosc, z uniknieciem stieroidyzacji cementytu, po¬ tem chlodzi sie go w temperaturze otoczenia i po¬ nownie poddaje sie operacji zmniejszania prze¬ kroju, wykonywanej w temperaturze otoczenia. 30 Korzystnie obróbke cieplna, chlodzenie i druga operacje zmniejszania przekroju dokonuje sie w jednym ciagu. Operacje te przebiegaja z duza predkoscia, która moze osiagac 1000 metrów na mi¬ nute i wiecej. Temperatura obróbki cieplnej, niz- 35 sza od temperatury sferoidyzacji cementytu mie¬ sci sie w granicach miedzy. 400°C i 600°C.Czas trwania obróbki cieplnej powinien byc wy¬ starczajacy, aby doprowadzic rdzen drutu do wy¬ maganej temperatury, zawartej miedzy 400°C i 40 600°C. Czas ten jest funkcja mocy srodka grzej¬ nego, predkosci, z która material jest ciagniony oraz wielkosci jego przekroju. Na ogól czas trwania obróbki cieplnej miesci sie miedzy ulam¬ kiem sekundy i kilkoma minutami. Utrzymanie 45 temperatury podczas kiifcidziesieciu sekund, na¬ wet jezeli nie jest niezbedne, to nie jest w kaz¬ dym razie szkodliwe.Chlodzenie odbywa sie zwyczajnie na powie¬ trzu. Jezeli nastepujace po obróbce cieplnej ope- 50 racje maja charakter ciagly, chlodzenie to musi przebiegac wystarczajaco szybko, aby material wy¬ dluzany w chwili wchodzenia do pierwszego cia¬ gadla powrócil do temperatury otoczenia.Po drugiej operacji zmniejszania przekroju, prze- 55 prowadzonej w temperaturze otoczenia, mozna z powodzeniem wykonac patentowanie, chlodzenie droga obróbki powierzchniowej na przyklad przez mosiadzowanie, oraz operacje zmniejszenia prze¬ kroju w temperaturze otoczenia, w celu uzyska¬ no nia wymaganego przekroju i pozadanych wlasno¬ sci mechanicznych.Jednak po drugiej operacji zmniejszania prze¬ kroju w temperaturze otoczenia mozna równiez dokonac obróbki cieplnej w temperaturze otocze- 65 nia miedzy 4Ó0°C i 600°C, ochlodzic material do y124 075 6 temperatury otoczenia i przeprowadzic po raz trzeci operacje zmniejszania przekroju w tempe¬ raturze otoczenia.Stosuje sie tutaj stal o zawartosci miedzy 0,4*Va i 0,8P/oi wegla z ewentualnym dodatkiem pierwia¬ stków, wchodzacych zazwyczaj w sklad tego ro¬ dzaju stali, jak mangan i krzem.Sposób wedlug wynalazku nadaje sie szczegól¬ nie do wytwarzania drutu stosowanego do wzmac¬ niania opon. W tym wypadku materialem wyj¬ sciowym jest drut zwany drutem maszynowym.Jest to drut przeznaczony do ciagnienia, dostar¬ czany ze stalowni. Zgodnie ze zwyczajowym wy¬ konczeniem drut taki zostal ozendrowany, wy¬ trawiony, oplukany i pokryty powloka wapna, bo¬ raksu lub fosfatu, ulatwiajaca przeciaganie.Obróbka mechaniczna i cieplna wedlug wyna¬ lazku umozliwia usuniecie w stosunkowo niskiej temperaturze, dyslokacji i przywrócenie metalo¬ wi zdolnosci odksztalcania sie.Taka obróbka cieplna umozliwia unikniecie dy¬ fuzji atomów zelaza, która spowodowalaby sfe- roidyzacje cementytu, bardzo szkodliwa dla wlas¬ nosci mechanicznych, gdyz cementyt sferoidyzo- wany nie bierze juz udzialu w odksztalcaniu, a wlasnosci mechaniczne sa wówczas takie, jak wlas¬ nosci osnowy ferrytycznej, czyli bardzo slabe.Obróbka wedlug wynalazku pozwala usunac w znacznym stopniu dotychczasowe wady i uniknac sferoidyzacji Cementytu.Po obróbce cieplnej w temperaturze 400°C— 600°C drut wydluzany mozna ewentualnie wy¬ trawic w kwasie. Równiez przed kazda operacja zwezania przekroju mozna go powlec odpowiednia powloka na przyklad mydlem, fosiatami, boraksem.Jednak sposób wytwarzania wedlug wynalazku da¬ je moznosc zrezygnowania z operacji dotrawiania i pokrywania materialu wydluzanego powloka po obróbce cieplnej. Obróbka cieplna w temperatu¬ rze miedzy 400°C i 600°C nie niszczy ani po¬ wierzchni, ani powlok. Dajie to duza korzysc, umo¬ zliwiajac pominiecie w linii produkcyjnej dotra- wiania i pokrywania powloka, a to znacznie upra¬ szcza cykl produkcyjny.Korzystne jest ogrzewanie drutu do temperatu¬ ry miedzy 400°C i 600°C przez kilka sekund, np. za pomoca wzbudnika wielkiej czestotliwosci, urza¬ dzenia grzejnego Joule'a lub palników gazowych.Stosujac sposób wytwarzania drutu wedlug wy¬ nalazku, uzyskuje sie drut o znacznie lepszych wlasnosciach mechanicznych niz drut wykonany znanym sposobem z zastosowaniem patentowania.Jego wytrzymalosc na rozciaganie jest znacznie wyzsza, podobnie jak jego twardosc. Taki drut jest wartosciowym wyrobem, mogacym znalezc zasto¬ sowanie w produkcji kabli podmorskich, sprezyn, lin nosnych i transportowych. Natomiast po osta¬ tecznym patentowaniu i przeciagnieciu drutu na¬ daje sie on doskonale do wzmacniania opon. Ma wówczas takie same wlasnosci mechaniczne jak drut uzyskiwany sposobem tradycyjnym, obejmu¬ jacym dwukrotna operacje patentowania, jest zas bardziej odporny na zmeczenie.Wynalazek mozna jednak lepiej zrozumiec w oparciu o podany w dalszym ciagu przyklad, któ- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ry ilustruje sposób wytwarzania, jednak nie ogra¬ nicza go. Przyklad dotyczy wytwarzania drutu sto¬ sowanego do wzmacniania opon.Materialem wyjsciowym jest stalowy drut wal¬ cowany o srednicy 5,5 mm, zawierajacy 0,7P/o we¬ gla, dostarczany ze stalowni, poddany regulowa¬ nemu chlodzeniu. Drut ten, przeznaczony do cia¬ gnienia, zostaje przede wszystkim ozendrowany, dotrawiony, oplukany i pokryty fosfatem lub bo¬ raksem. Nastepnie ciagnie sie ten drut na zimno siedmiokrotnie do wymiaru 3 mm.Zgodnie z wynalazkiem drut zostaje wówczas poddany przez kilka sekund obróbce cieplnej w temperaturze 400°C za pomoca wzbudnika wiel¬ kiej czestotliwosci polaczonego z pirometrem, dzie¬ ki czemu odzyskuje ponownie swa ciagliwosc. Po obróbce cieplnej drut zostaje w jednym ciagu ochlodzony do temperatury otoczenia i dalej w jednym ciagu przeciagniety w temperaturze oto¬ czenia. Po przepuszczeniu drutu 9 razy, jego sred¬ nica zmniejsza sie z 3 mm do 1,25 mm.Nastepnie drut uklada sie na stojaku. Drut o srednicy 1,25 mm zostaje poddany tradycyjnej ope¬ racji patentowania, w której odzyskuje ciagliwosc, po czym dotrawia sie go w kapieli z kwasu, oplu- kuje w wodzie, a nastepnie pokrywa warstwa mosiadzu w procesie elektrolitycznym. Drut o sred¬ nicy 1,25 mm, pomiedziowany, oplukany i osu¬ szony zostaje poddany ostatniej' operacji ciagnie¬ nia, w której po 19-krotnym przeciagnieciu otrzy¬ muje sie drut o srednicy 0,25 mm. Taki drut nadaje sie do operacji wykonczeniowych tego ro¬ dzaju, jak skrecanie i zwijanie lin.W tablicy 1 podano dane porównawcze, doty¬ czace róznych faz obróbki drutu uzyskanego me¬ toda tradycyjna i drutu otrzymanego sposobem wedlug wynalazku.Srednica drutu w mm 0 5,5 1 0 3-ciagniony wstepnie 1 0 3-obrobiony cieplnie 0 — 1,25-cia- gniony 0 1,25-patento- walny mosiadzowany 0 0,25 Tabl Wlas¬ nosci RT (AU !Str RT Ali RT AU Str ET AU RT /AU RT Ali 1 ic a 1 Drut normalny opatento¬ wany Drut obrobiony wedlug wynalazku 1040 MPa 10P/o 40»/o | 1510 3,4 | 1180 9,3 55 1785 .3 1205 : 9,5 2760 2,10 | 1345 1 12,7 43 | 2273 3,2 1200 9,10 2780 2,05 | 65 gdzie: RT — wytrzymalosc na rozciaganie w megapas- kalach7 124 075 8 Ali = wydluzenie calkowite w °/o mierzone na dlugosci 50 cm Str = przewezenie Mozna stwierdzic, ze drut gotowy o srednicy 0,25 mm otrzymany sposobem wedlug wynalazku i drut uzyskany metoda tradycyjna maja jedna¬ kowe wlasnosci mechaniczne to jest wytrzyma¬ losc na rozciaganie i wydluzenie. Inne wlasnosci, jak wytrzymalosc na skrecanie lub na zginanie sa równiez jednakowe, zas wytrzymalosc liny na zmeczenie jest wieksza.Jednak wyrób posredni np. drut ciagniony o srednicy 1,25 mm otrzymany sposobem wedlug wynalazku wykazuje wyraznie lepsze wlasnosci mechaniczne, niz drut uzyskany sposobem zna¬ nym. Te wlasnosci sa wyjatkowe dla drutu sta¬ lowego o przekroju 1,25 mm i zawartosci 0,7P/o wegla, wykonanego z materialu wyjsciowego o srednicy 5,5 mm, przy chlodzeniu regulowanym w stalowni. Drut taki znajduje zastosowanie do wytwarzania kabli podmorskich i sprezyn. Tylko sposób wedlug wynalazku pozwala uzyskac bez¬ posrednio taki wynik.Wynalazek daje liczne korzysci, gdyz zastepu¬ je patentowanie procesem prostszym i latwiej¬ szym w realizacji, przy uzyciu materialu zwykle¬ go, a wiec tanszego, nie niszczy powierzchni,* nie niszczy powlok, dzieki czemu mozna sie obyc bez dotrawiania i pokrywania powierzchni po obrób¬ ce cieplnej przed drugim ciagnieniem, a to daje oszczednosci w sprzecie, surowcach i energii, po¬ nadto umozliwia prowadzenie, poczynajac od ob¬ róbki cieplnej, pracy ciaglej przy duzych pred¬ kosciach do 1000 metrów na minute i wiekszych, oraz daje wyrób o lepszych wlasnosciach mecha¬ nicznych, niz wyroby uzyskane sposobem trady¬ cyjnym, który mozna traktowac jako wyrób go¬ towy do uzycia lub jako pólprodukt. W tym dru¬ gim przypadku material sluzy do wykonania wy¬ robu gotowego, np. drutu do opon o takich sa¬ mych wlasnosciach, co wyrób otrzymany sposo¬ bem tradycyjnym.Te wyniki uzyskuje sie przy zastosowaniu po¬ wszechnie uzywanego gatunku stali weglowej.Oczywiscie wynalazek nie ogranicza sie do przy¬ toczonego wyzej przypadku. Znajduje on zasto¬ sowanie we wszelkich rodzajach obróbki plasty¬ cznej materialów wydluzanych, takich jak walco¬ wanie ksztaltowników i ciagnienie drutu.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania drutu stalowego o za¬ wartosci wegla nie mniejszej od 0,4%, majacego podwyzszane wlasnosci mechaniczne uzyskane w operacji zgniatania, znamienny tym, ze drut pod¬ daje sie pierwszej operacji zmniejszania przekro¬ ju w temperaturze otoczenia, w przyblizeniu do granicy ciagliwosci, nastepnie podgrzewa sie go do temperatury zawartej miedzy 400°C i 600°C, w czasie trwajacym od ulamka sekundy do kilku minut, tak aby material odzyskal swoja ciagli- wosc z uniknieciem steroidyzacji cementytu, po¬ tem chlodzi sie go w temperaturze otoczenia i ponownie poddaje sie operacji zmniejszania prze¬ kroju, wykonywanej w temperaturze otoczenia* 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze obróbke cieplna, chlodzenia i druga operacje zmniejszania przekroju prowadzi sie w jednym ciagu. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze obróbke cieplna, chlodzenie i druga operacje zmniejszania przekroju przeprowadza sie z pred¬ koscia co najmniej 1000 metrów na minute. 4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze po drugiej operacji zmniejszania przekroju wyko¬ nuje sie patentowanie, a po nim zas trzecia ope¬ racje zmniejszania przekroju w temperaturze po¬ kojowej. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze po drugiej operacji zmniejszania przekroju doko¬ nuje sie drugiego podgrzewania do temperatury zawartej miedzy 400°C i 600°C oraz przeprowadza sie trzecia operacje zmniejszenia przekroju w tem¬ peraturze otoczenia. 10 13 20 25 30 35 Dn-3, z. 226/84 Cena 100 zl PL PL PL