RU2044781C1

RU2044781C1 - Method of electric resistance heating of blanks

Info

Publication number: RU2044781C1
Application number: RU92000520A
Authority: RU
Inventors: В.И. Сташенко; М.М. Моисеенко
Original assignee: Институт машиноведения им.А.А.Благонравова РАН
Priority date: 1992-10-14
Filing date: 1992-10-14
Publication date: 1995-09-27

Abstract

FIELD: heat treatment of metals and alloys, for example in machine engineering, for increasing ductility of steel blanks with keeping their strength properties after electrothermal treatment, namely of medium-carbon steel wire. SUBSTANCE: method of electric resistance heating of blanks of medium-carbon steel comprises steps of heating wire of medium-carbon steel by passing an electric current through it over a predetermined time period, the current having a predetermined density value. EFFECT: enhanced properties of medium-carbon steel wire. 1 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано в машиностроении для повышения пластичности стальных заготовок при сохранении их прочностных свойств после электротермической обработки, в частности, проволоки из среднеуглеродистой стали. The invention relates to the heat treatment of metals and alloys and can be used in mechanical engineering to increase the ductility of steel billets while maintaining their strength properties after electrothermal treatment, in particular, medium carbon steel wire.

Известен способ термической обработки металлической заготовки, включающий электроконтактный нагрев с заданной плотностью тока в процессе перемещения зоны нагрева по заготовке с заданной скоростью (см. авт. св. СССР N 259101, кл. C 21 D 1/40, 1970). A known method of heat treatment of a metal billet, including electric contact heating with a given current density in the process of moving the heating zone along the billet with a given speed (see ed. St. USSR N 259101, class C 21 D 1/40, 1970).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относится то, что известный способ возможно использовать в сравнительно ограниченной области для термообработки тонкостенных металлических изделий. The reasons that impede the achievement of the desired technical result when using the known method include the fact that the known method can be used in a relatively limited area for heat treatment of thin-walled metal products.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является способ электротермической обработки металлической заготовки, преимущественно из среднеуглеродистых сталей, включающий позонный нагрев заготовки электрическим током с заданной плотностью тока в течении определенного времени с перемещением зоны нагрева по длине заготовки (см. авт. св. СССР N. кл. C 21 D 1/40, 1988, решение о выдаче от 11.04.89, по заявке N 4601452/02), принят за прототип. The closest method of the same purpose to the claimed object according to the totality of features is the method of electrothermal treatment of a metal billet, mainly from medium-carbon steels, including the zone heating of the billet by electric current with a given current density for a certain time with the heating zone moving along the length of the billet (see ed. St. USSR N. CL C 21 D 1/40, 1988, the decision on extradition from 11.04.89, according to the application N 4601452/02), adopted as a prototype.

В известном способе нагрев производят током высокой плотности величиной 35 380 А/мм при определенной плотности мощности, а зону нагрева перемещают со скоростью 0,7-268 см/мин. In the known method, heating is carried out by a high-density current of 35 380 A / mm at a certain power density, and the heating zone is moved at a speed of 0.7-268 cm / min.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что известный способ не позволяет вести обработку давлением стальной длинномерной заготовки (проволоки), не обеспечивает сохранение ее высокой прочности при одновременном повышении пластичности готового изделия, интенсифицировать процесс термообработки, снизить энергозатраты. The reasons that impede the achievement of the required technical result when using the known method adopted for the prototype include the fact that the known method does not allow pressure treatment of steel long workpieces (wire), does not ensure its high strength while increasing the ductility of the finished product, to intensify the process heat treatment, reduce energy consumption.

Что касается диапазонов величин плотности тока (35 380 А/мм²), скорости перемещения зоны нагрева (0,7 268 см/мин), известных из прототипа, то при термообработке проволоки в указанных диапазонах не достигается требуемый технический результат, изложенный ниже, и не выполняется поставленная задача, что подтверждается сведениями, приведенными в настоящем описании заявки, в частности, результатами проведенных исследований (см. таблицу).As for the ranges of current density (35 380 A / mm ² ), the speed of movement of the heating zone (0.7 268 cm / min), known from the prototype, then when the heat treatment of the wire in these ranges does not achieve the required technical result, described below, and the task is not performed, which is confirmed by the information given in the present description of the application, in particular, the results of the studies (see table).

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в обеспечении возможности регулирования физико-механических характеристик проволоки, интенсификации процесса термообработки, снижении энергозарат. The problem to which the claimed invention is directed is to provide the ability to control the physicomechanical characteristics of the wire, intensify the heat treatment process, and reduce energy consumption.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в сохранении высокой прочности проволоки при одновременном повышении пластичности готового изделия. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to maintain high wire strength while increasing the ductility of the finished product.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе электротермической обработки металлической заготовки, преимущественно из среднеуглеродистых сталей, включающий позонный нагрев заготовки электрическим током с заданной плотностью тока в течение определенного времени с перемещением зоны нагрева по длине заготовки, позонный нагрев проводят током с плотностью 49 103 А/мм² в течение времени 0,5 1,6 с.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known method of electrothermal treatment of a metal billet, mainly from medium-carbon steels, including pre-heating the workpiece by electric current with a given current density for a certain time with moving the heating zone along the length of the workpiece, the heating is carried out by current with a density of 49 103 A / mm ² for a time of 0.5 1.6 s.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. An analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention, and the definition from the list identified analogues of the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue revealed a set of essential in relation to mu applicant technical result in the distinguishing features of the claimed subject set out in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under applicable law.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, в заявленном изобретении не предусматриваются следующие преобразования:
дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
исключение какой-либо части средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;
увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;
создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого объекта и связей между ними.To verify the conformity of the claimed invention to the requirements of the inventive step, the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify signs that match the distinctive features of the claimed invention, the results of which show that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art, since the level the technique defined by the applicant has not revealed the effect provided for by the essential features of the claimed invention transformed REPRESENTATIONS to achieve a technical result, in particular, not in the claimed invention provides for the following transformation:
the addition of a known means by any known part, attached to it according to known rules, to achieve a technical result, in respect of which the influence of such additions is established;
the replacement of any part of the known means with another known part to achieve a technical result, in respect of which the effect of such a replacement is established;
the exclusion of any part of the funds with the simultaneous exclusion of the function due to its presence and the achievement of the usual result for such exclusion;
the increase in the number of elements of the same type to enhance the technical result due to the presence in the tool of just such elements;
the implementation of a known tool or part thereof from a known material to achieve a technical result due to the known properties of the material;
the creation of a tool consisting of known parts, the choice of which and the relationship between them are based on known rules, and the technical result achieved in this case is due only to the known properties of the parts of this object and the relationships between them.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретальский уровень" по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step" under applicable law.

На чертеже изображена схема устройства для осуществления способа. The drawing shows a diagram of a device for implementing the method.

Позициями обозначены: 1 скользящие твердосплавные волоки с токоподводом; 2 рабочая зона; 3 проволока из среднеуглеродистой стали; 4 металлические обоймы для волок; 5 токопроводы. Обоймы 4 имеют опорный поясок для проволочки. В каждой обойме 4 можно разместить до двух волок 1 для увеличения контактной поверхности. Positions marked: 1 sliding carbide die with current lead; 2 working area; 3 medium carbon steel wire; 4 metal clips for dies; 5 conductors. The clips 4 have a support belt for wire. In each cage 4 can be placed up to two dies 1 to increase the contact surface.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. Information confirming the possibility of carrying out the invention to obtain the above technical result are as follows.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Проволоку 3 диаметром, например, d 3 мм из среднеуглеродистой стали марки Ст.80, полученной, например, холодным волочением, протягивают через волоки 1 со скоростью V, изменяющейся от 0,1 м/с до 4,6 м/с. A wire 3 with a diameter, for example, d 3 mm, of medium-carbon steel grade St. 80, obtained, for example, by cold drawing, is pulled through the dies 1 with a speed V varying from 0.1 m / s to 4.6 m / s.

Через рабочую зону длиной, например, равной 80 мм пропускают электрический ток высокой плотности (ТВП) величиной 49 103 А/мм³ промышленной частоты. При этом в процессе последовательной протяжки проволоки каждая ее зона нагрева находится под действием тока при заданной скорости и длине базы в течение 0,5 1,6 с. Ток нагревает проволоку до температуры порядка 450 550^оС, которую контролируют, например, с помощью термопар.A high-density electric current (TVP) of 49,103 A / mm3 ^of industrial frequency is passed through a working zone with a length, for example, equal to 80 mm. Moreover, in the process of sequential drawing of the wire, each of its heating zones is under the action of current at a given speed and base length for 0.5 1.6 s. The current heats the wire to a temperature of the order of 450 550 ^about C, which is controlled, for example, using thermocouples.

В таблице приведены обобщенные данные результатов проведенных заявителем многократных исследований прочностных и пластических свойствах проволоки после ее обработки по предложенному способу, проведенных заявителем. The table summarizes the results of the applicant conducted multiple studies of the strength and plastic properties of the wire after processing it by the proposed method, conducted by the applicant.

Как видно из приведенных результатов испытаний, начиная с времени t 0,5 с и до t 1,6 с при пропускании электрического тока высокой плотности (ТВП) величиной 49 103 А/мм², пластичность проволоки, прошедшей указанную термообработку (bТ), возрастает примерно в два раза по отношению к пластичности проволоки, не прошедшей указанную обработку (bнт). При этом сохраняется достигнутый предел прочности G. При времени t 0,5 с он равен практически пределу прочности исходной проволоки и при t 1,6 с незначительно снижается на 2,5%
Устойчивость температурного режима нагрева, а, следовательно, и равномерность механических свойств электротермообработанной заготовки зависит в частности, от устойчивости переходных контактных сопротивлений токоподводящих устройств. Надежный контакт обеспечивает контактное давление не менее 20 МПа. В процессе электронагрева происходило увеличение диаметра проволоки за счет теплового расширения. Это приводит к появлению небольшого обжатия до 1% В обоих контактирующих фильерах и соответственно к образованию надежного электрического контакта без искрения. Для исключения местного перегрева металла и обрыва проволоки устройство позволяло при повышенных плотностях тока использовать спаренные волоки. При этом площадь контакта увеличивалась в два раза.As can be seen from the test results, starting from a time of t 0.5 s and up to t 1.6 s when passing a high-density electric current (TVP) of 49 103 A / mm ² , the ductility of the wire that has passed the specified heat treatment (bT) increases approximately two times in relation to the ductility of the wire that did not pass the specified processing (bnt). At the same time, the achieved ultimate strength G. is maintained. At a time of t 0.5 s, it is almost equal to the ultimate strength of the initial wire and at t 1.6 s it slightly decreases by 2.5%
The stability of the temperature regime of heating, and, consequently, the uniformity of the mechanical properties of the electrothermally processed workpiece depends, in particular, on the stability of the transient contact resistances of the current-carrying devices. Reliable contact provides contact pressure of at least 20 MPa. During electric heating, an increase in wire diameter occurred due to thermal expansion. This leads to the appearance of a slight reduction to 1% in both contacting dies and, accordingly, to the formation of a reliable electrical contact without sparking. To exclude local overheating of the metal and wire breakage, the device allowed the use of paired dies at high current densities. In this case, the contact area doubled.

Оптимальная скорость нагрева составляет величину 440 550^oC/c. Температуру проволоки при волочении можно изменять подбором ступеней напряжения U и величиной базы нагрева. Однако, при больших базах нагрева более 250 мм возникают затруднения в подготовке концов проволоки и ее заправки в фильеры.The optimal heating rate is 440 550 ^o C / s. The temperature of the wire during drawing can be changed by the selection of voltage steps U and the value of the heating base. However, with large heating bases of more than 250 mm, difficulties arise in preparing the ends of the wire and its filling in the spinnerets.

Проведенные многократные испытания позволили установить, что указанный временной интервал является оптимальным. За это время успевают пройти диффузионные процессы по обеднению ферритовых зерен углеродом, что связано с увеличением пластичности стали марок Ст.70, Ст.80. В то же время механизмы, ответственные за понижение прочности, за этот период времени не успевают срабатывать. Conducted multiple tests have established that the specified time interval is optimal. During this time, diffusion processes of carbon depletion of grains have time to go through, which is associated with an increase in the ductility of steel grades St.70, St.80. At the same time, the mechanisms responsible for the decrease in strength do not have time to operate during this period of time.

П р и м е р 1. Проволоку (сталь 80) диаметром d 3 мм протягивали через две волоки-контакты со скоростью 1,4 м/с. Расстояние между центрами парных волок было 2,24 м. Диаметр волок равнялся 3 мм. Во время протяжки через рабочую зону пропускали электрический ток промышленной частоты плотностью 49 А/мм². При заданной скорости протяжки каждый участок проволоки длиной 2,24 м находился под действием тока в течение 1,6 с. Проведенные затем физико-механические исследования обработанной проволоки показали, что по предлагаемому способу при одинаковой прочности пластичность стальной проволоки выше, чем при термообработке в известном режиме в 2,1 раза.EXAMPLE 1. A wire (steel 80) with a diameter of d 3 mm was pulled through two die-contacts at a speed of 1.4 m / s. The distance between the centers of the pair of dies was 2.24 m. The diameter of the dies was 3 mm. During the pull through the working area passed electric current of industrial frequency with a density of 49 A / mm ² . At a given drawing speed, each wire section 2.24 m long was exposed to current for 1.6 s. Then, physical and mechanical studies of the treated wire showed that according to the proposed method, with the same strength, the ductility of the steel wire is 2.1 times higher than during heat treatment in the known mode.

П р и м е р 2. Проволоку (сталь 70) d3 мм протягивали через две волоки-контакты со скоростью 4,0 м/с. Расстояние между центрами парных волок было 2 м. Диаметр волок равнялся 3 мм. Во время протяжки через рабочую зону пропускали электрический ток промышленной частоты плотностью 103 А/мм². При заданной скорости протяжки 4,0 м/см каждый участок проволоки длиной 2 м находился под действием тока в течение 0,5 с. Проведенные затем физико-механические исследования обработанной проволоки показали, что по предлагаемому способу при одинаковой прочности пластичность стальной проволоки выше, чем при термообработке в известном режиме в 1,9 раза.PRI me R 2. A wire (steel 70) d3 mm was pulled through two die-contacts at a speed of 4.0 m / s. The distance between the centers of the pair of dies was 2 m. The diameter of the dies was 3 mm. During the drive through the working area passed electric current of industrial frequency with a density of 103 A / mm ² . At a given broaching speed of 4.0 m / cm, each section of wire 2 m long was exposed to current for 0.5 s. Then, physical and mechanical studies of the treated wire showed that according to the proposed method, with the same strength, the ductility of the steel wire is 1.9 times higher than during heat treatment in the known mode.

Из зависимости, отраженной в таблице, следует, что в интервале времени электротермообработки t 0,5-1,6 c прочность стабилизируется, а пластичность близка к максимальной величине. При значении времени электротермообpаботки t < 0,5 c пластичность не достигает максимальной величины, а при t > 1,6 с прочность материала проволоки резко уменьшается. По полученным данным легко выбрать время нагрева в указанном интервале времени, когда при той же прочности пластичность материала проволоки (среднеуглеродистая сталь) увеличивается почти в 2 раза при стабильных показателях прочности проволоки. From the dependence reflected in the table, it follows that in the time interval of the electrothermal treatment t 0.5-1.6 s, the strength is stabilized and the ductility is close to the maximum value. When the value of the electrothermal treatment time is t <0.5 s, the ductility does not reach the maximum value, and at t> 1.6 s, the strength of the wire material sharply decreases. According to the data obtained, it is easy to choose the heating time in the indicated time interval, when, at the same strength, the ductility of the wire material (mild steel) increases almost 2 times with stable indicators of wire strength.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, именно, в машиностроении, для повышения пластичности стальных заготовок при сохранении их прочностных свойств в процессе электротермической обработки, в частности, проволоки из среднеуглеродистой стали;
для заявленного изобретения в том виде, как оно характеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed invention:
the tool embodying the claimed invention in its implementation is intended for use in industry, namely, in mechanical engineering, to increase the ductility of steel billets while maintaining their strength properties in the process of electrothermal processing, in particular, medium-carbon steel wire;
for the claimed invention as described in the independent clause of the claims below, the possibility of its implementation using the means and methods described above or known prior to the priority date is confirmed;
means embodying the claimed invention in its implementation, is capable of achieving the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "industrial applicability" under applicable law.

Claims

METHOD OF ELECTRIC CONTACT HEATING OF PREPARATIONS, including post-heating a workpiece by passing a current of a given density for a predetermined time with the heating zone moving along the length of the workpiece, characterized in that the heating is carried out by a current with a density of 49-103 A / mm ² for 0.5-1, 6 sec