RU2498870C1 - Способ получения из высокоуглеродистой стали проволоки с наноструктурой - Google Patents
Способ получения из высокоуглеродистой стали проволоки с наноструктурой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2498870C1 RU2498870C1 RU2012128910/02A RU2012128910A RU2498870C1 RU 2498870 C1 RU2498870 C1 RU 2498870C1 RU 2012128910/02 A RU2012128910/02 A RU 2012128910/02A RU 2012128910 A RU2012128910 A RU 2012128910A RU 2498870 C1 RU2498870 C1 RU 2498870C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wire
- rotation
- deformation
- angle
- elevation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Metal Extraction Processes (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для снижения себестоимости арматурной высокопрочной проволоки. Способ включает деформацию заготовки путем приложения тянущей силы с одновременным приложением дополнительной деформации сдвига вращением. Снижение затрат на производство проволоки с повышенными физико-механическими свойствами посредством повышения величины накопленной деформации обеспечивается за счет того, что величину деформации сдвига устанавливают регламентированным изменением величины угла подъема винтовой линии вращения, причем величину угла подъема винтовой линии вращения за один проход устанавливают в пределах 2-10° при суммарном угле подъема не более 50°. 1 табл.
Description
Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для изготовления преимущественно арматурной высокопрочной проволоки 9 группы (диаметров более 8,0 мм).
Известно, что высокими конструкционными, функциональными и технологичными свойствами обладают металлы с наноструктурой (НС), размером зерен менее 100 нм. (Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные материалы: получение, структура и свойства. - М.: ИКЦ: «Академкнига», 2007. -398 с.).
Известно, что изготовление проволоки из высокоуглеродистой стали, волочением в монолитной волоке производят из катанки, имеющей мелкопластинчатую феррито-цементитного структуру (сорбит). В ходе процесса расстояние между пластинами цементита (межпластинчатое расстояние), характеризующее размер зерна, уменьшается непрерывно при увеличении накопленной степени деформации и определяется соотношением:
где S0 - межпластинчатое расстояние при начальном диаметре проволоки d0;
S - межпластинчатое расстояние на конечном диаметре проволоки d;
ε - накопленная степень деформации.
С учетом квазимонотонного характера течения металла при волочении в монолитной волоке, это соотношение выражается в следующем виде
т.е. при волочении в монолитной волоке межпластинчатое расстояние пропорционально отношению диаметров проволоки до и после волочения.
При волочении в монолитной волоке деформация пластин цементита по сравнению с ферритом незначительна и пластинчатая структура сохраняется после обработки. (Битков В.В. Технология и машины для производства проволоки. Екатеринбург. УрО РАН, 2004. - 343 с.).
Однако для получения готовой проволоки с наноструктурой из сорбитизированной катанки путем постепенного изменения соотношений диаметров проволоки до и после волочения, необходимо обеспечить получение очень высоких степеней деформации.
Так, например, для получения из катанки с размером зерна 150 нм проволоки диаметром 10,00 мм с размером зерна 60 нм, необходимо обеспечить накопленную степень деформации ε=1,8. Для этого необходима катанка диаметром 25,00 мм.
Переработка такой катанки связана с большими затратами, т.к. для ее переработки необходимы значительные усилия волочения. При этом, в процессе волочения из-за неравномерности распределения деформации по сечению проволоки возможно появление трещин в центре и на поверхности проволоки, что снижает ее качество и вызывает повышенную обрывность. Кроме того, для реализации данного процесса необходимо многократное дорогостоящее волочильное оборудование большой мощности.
Для снижения усилия волочения обычно используют прием волочения через вращающиеся волоки. Так, например, известен способ волочения заготовок круглого поперечного сечения путем протягивания заготовки через ряд расположенных последовательно волок с одновременным вращением одной или нескольких волок. При данном известном способе совмещают операции тепловой и деформационной обработки. (Пат. РФ №2252091, МПК В21С 1/00).
Однако задачей данного известного способа является снижение усилия волочения за счет увеличения пластичности заготовки в нагретом состоянии и снижение за счет этого затрат на производство.
Недостатком данного способа является то, что он не позволяет увеличить степень накопленной деформации за один цикл обработки и является неэффективным при получении ультрамелкозернистых (наноструктурных) материалов, поэтому известный способ не может обеспечить получение поволоки диаметром 10,00 мм с размером зерна 60 нм из высокоуглеродистой стали волочением в монолитной волоке из катанки, имеющей мелкопластинчатую феррито-цементитного структуру (сорбит).
Известен способ получения ультрамелкозернистых заготовок в пересекающихся каналах, целью которого является упрочнение металлов в процессе обработки. Способ включает деформацию заготовки из пластического материала в вертикальном и горизонтальных каналах с перемещением заготовки в последнем с подпором. При этом изменение сопротивления деформированию пластичного материала осуществляют также нагреванием и охлаждением (См. патент РФ №2277991, МПК В21 J 5/00).
Известный способ из-за технических сложностей не может быть использован для получения длинномерных наноструктурных материалов, например, проволоки диаметром 10,0 мм с размером зерна 60 нм. из высокоуглеродистой стали волочением в монолитной волоке из катанки, имеющей мелкопластинчатую феррито-цементитную структуру (сорбит).
Наиболее близким способом к заявленному изобретению является способ волочения ультрамелкозернистых полуфабрикатов волочением со сдвигом в двух конических волоках с вращением одной из них. (Патент РФ №2347633, МПК В21С 1/00).
В соответствии с этим способом для получения требуемой структуры осуществляют волочение в двух последовательно расположенных монолитных волоках. В первой неподвижной волоке осуществляется деформация с изменением диаметра проволоки, а во вращающейся второй волоке обеспечивается дополнительная деформация сдвига. При этом накопленная величина деформации за один цикл обработки в двух волоках достигает 1,5, что обеспечивает измельчение структуры.
Однако данный способ неприемлем для получения проволоки с пластинчатой феррито-цементитной структурой, так как из-за большой сдвиговой деформации происходит разрушение цементитных пластин, что вызывает охрупчивание проволоки и снижение ее физико-механических свойств.
Кроме того, во вращающейся волоке со смещенным конусом наблюдается высокая дополнительная неравномерность деформации, в связи с чем появляется вероятность среза проволоки в месте стыка волок и растет усилие волочения.
При этом технологическая схема для осуществления способа по прототипу сложна. Все это делает предложенный процесс малотехнологичным и сложным при промышленном производстве проволоки.
Задачей изобретения является повышение физико-механических свойств проволоки путем получения наноструктурного состояния, при одновременном снижении затрат на ее производство.
Поставленная задача достигается тем, что при получении из высокоуглеродистой стали проволоки с наноструктурой путем деформации заготовки приложением тянущей силы с одновременным приложением дополнительной деформации сдвига вращением, величину деформации сдвига устанавливают изменением величины угла подъема винтовой линии вращения, которую определяют по формуле:
где γ - величина угла подъема винтовой линии вращения;
S0 - межпластинчатое расстояние в заготовке;
d0 - диаметр заготовки;
S - межпластинчатое расстояние в готовой проволоке после обработки;
d - диаметр готовой проволоки после обработки,
причем величину угла подъема винтовой линии вращения за один проход устанавливают в пределах 2-10° при суммарном угле подъема не более 50.
Предлагаемый способ волочения проволоки путем деформации с приложением тянущей силы в сочетании с одновременным приложением деформации сдвигом позволяет получить проволоку с наноструктурой. Выбранные пределы величины угла подъема винтовой линии вращения обеспечивают необходимую величину накопленной деформации и соответственно получение в проволоке наноструктурного состояния, при одновременном снижении затрат на ее производство.
Пример конкретного выполнения способа.
По заказу ОАО «ММК-МЕТИЗ» был проведен сравнительный анализ заявляемого способа и способа получения проволоки с применением монолитных волок.
Заготовку из катанки, имеющей сорбитную структуру с размером зерна 180 нм., обрабатывали по маршруту:
16,00→14,25→12,85→11,73→10,80→10.00.
В процессе технологии была получена готовая проволока с размером зерна 112 нм. При этом суммарное усилие волочения составило 3550 Н, а накопленная степень деформации 0,94.
По этому же маршруту при волочении проволоки из катанки, имеющей сорбитную структуру с размером зерна 180 нм, в роликовых волоках с применением предлагаемого способа, при среднем угле подъема винтовой линии вращения за один проход 9 градусов, была получена проволока с размером зерна 80 нм. При этом цементитные пластины не разрушились и приобрели форму вытянутой спирали. Суммарное усилие волочения составило 1400 Н, а степень накопленной деформации 3,1.
При волочении проволоки по этому же маршруту известным способом в монолитной волоке из катанки с межпластинчатым расстоянием 100 нм, была получена проволока с межпластинчатым расстоянием 62 нм, усилие волочения составило 3550 Н, а при волочении с применением предлагаемого способа при угле подъема винтовой линии вращения за один проход 9 градусов была получена проволока с межпластинчатым расстоянием 45 нм, при этом суммарное усилие волочения составило 1400 Н, а степень накопленной деформации 3,1.
При волочении с углом подъема винтовой линии вращения за один проход 10 градусов, из катанки диаметром 15,00 мм с межпластинчатым расстоянием 180 нм за четыре прохода была получена проволока диаметром 10,00 мм с межпластинчатым расстоянием 80 нм.
Результаты испытаний приведены в таблице.
Значение угла у | S межпластинчатое расстояние в готовой проволоке, нм | Суммарно е усилие волочения за передел, Н | ε - накопленная степень деформации. | Примечание | |||
за проход | Запередел (суммарное) | вытяжки | кручения | общая | |||
1 | 5 | 113,00 | 1400 | 0,94 | 1,11 | 2,05 | Крупное зерно |
2 | 10 | 92,7 | 1400 | 0,94 | 1,29 | 2,23 | Нанозерно, пластинчатый цементит |
4 | 20 | 76,6 | 1400 | 0,94 | 1,67 | 2,61 | Нанозерно, пластинчатый цементит |
8 | 40 | 48,9 | 1400 | 0,94 | 2,57 | 3,51 | Нанозерно, пластинчатый цементит |
10 | 50 | 37,2 | 1400 | 0,94 | 3,11 | 4,05 | Нанозерно, пластинчатый цементит |
11 | 55 | Не определяется | 1400 | 0,94 | 3,42 | 4,36 | Пластины цементита разрушены |
Из приведенных данных таблицы видно, что оптимальное значение угла подъема винтовой линии вращения за проход для получения наноструктурного состояния проволоки и исключения разрушения пластин цементита находится в пределах 2-10° при суммарном его значении не более 50, энергозатраты на получение проволоки предлагаемым способом снижены по сравнению с процессом волочения в монолитной волоке примерно в 2,5 раза.
Claims (1)
- Способ получения проволоки из высокоуглеродистой стали с наноструктурой, включающий деформацию заготовки путем приложения тянущего усилия с одновременным приложением дополнительной деформации сдвига вращением, отличающийся тем, что величину деформации сдвига вращением устанавливают посредством изменения величины угла подъема винтовой линии вращения, величину которого определяют по формуле:
где γ - величина угла подъема винтовой линии вращения;
S0 - расстояние между пластинами цементита в стали заготовки;
d0 - диаметр заготовки;
S - расстояние между пластинами цементита в стали готовой проволоки;
d - диаметр готовой проволоки, причем величину угла подъема винтовой линии вращения за один проход устанавливают в пределах 2-10° при суммарном угле подъема не более 50°.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012128910/02A RU2498870C1 (ru) | 2012-07-06 | 2012-07-06 | Способ получения из высокоуглеродистой стали проволоки с наноструктурой |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012128910/02A RU2498870C1 (ru) | 2012-07-06 | 2012-07-06 | Способ получения из высокоуглеродистой стали проволоки с наноструктурой |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2498870C1 true RU2498870C1 (ru) | 2013-11-20 |
Family
ID=49710080
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012128910/02A RU2498870C1 (ru) | 2012-07-06 | 2012-07-06 | Способ получения из высокоуглеродистой стали проволоки с наноструктурой |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2498870C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649610C1 (ru) * | 2017-04-17 | 2018-04-04 | Денис Эдуардович Галлямов | Способ изготовления круглой проволоки из углеродистой стали волочением |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002081762A2 (fr) * | 2001-04-04 | 2002-10-17 | Dmitry Evgenievich Glukhov | Procede de production d'ebauches ayant une structure a grains fins |
RU2347633C1 (ru) * | 2007-11-12 | 2009-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет | Способ получения ультрамелкозернистых полуфабрикатов волочением со сдвигом |
RU2010121631A (ru) * | 2010-05-27 | 2011-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинская государственная авиационная технологич | Способ пластического структурообразования материала длинномерных заготовок и устройство для его реализации |
RU2446027C2 (ru) * | 2010-05-31 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" | Способ получения длинномерных заготовок круглого поперечного сечения с ультрамелкозернистой структурой |
-
2012
- 2012-07-06 RU RU2012128910/02A patent/RU2498870C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002081762A2 (fr) * | 2001-04-04 | 2002-10-17 | Dmitry Evgenievich Glukhov | Procede de production d'ebauches ayant une structure a grains fins |
RU2347633C1 (ru) * | 2007-11-12 | 2009-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет | Способ получения ультрамелкозернистых полуфабрикатов волочением со сдвигом |
RU2010121631A (ru) * | 2010-05-27 | 2011-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинская государственная авиационная технологич | Способ пластического структурообразования материала длинномерных заготовок и устройство для его реализации |
RU2446027C2 (ru) * | 2010-05-31 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" | Способ получения длинномерных заготовок круглого поперечного сечения с ультрамелкозернистой структурой |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649610C1 (ru) * | 2017-04-17 | 2018-04-04 | Денис Эдуардович Галлямов | Способ изготовления круглой проволоки из углеродистой стали волочением |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Shahbaz et al. | A novel single pass severe plastic deformation technique: Vortex extrusion | |
Thangapandian et al. | Effects of die profile on grain refinement in Al–Mg alloy processed by repetitive corrugation and straightening | |
Ebrahimi et al. | Experimental and numerical analyses of pure copper during ECFE process as a novel severe plastic deformation method | |
Rudskoi et al. | On the development of the new technology of severe plastic deformation in metal forming | |
Lee et al. | The effect of the multi-pass non-circular drawing sequence on mechanical properties and microstructure evolution of low-carbon steel | |
Hwang et al. | The effect of microstructure and texture evolution on mechanical properties of low-carbon steel processed by the continuous hybrid process | |
RU2498870C1 (ru) | Способ получения из высокоуглеродистой стали проволоки с наноструктурой | |
EP2754511A1 (en) | Method and arrangement for manufacturing a steel wire mesh, and its use | |
Kashi et al. | Microstructure and mechanical properties of the ultrafine-grained copper tube produced by severe plastic deformation | |
WO2010049950A1 (en) | Production of ultra-fine grains in interstitial free (if) steels by equal channel angular extrusion (ecae) | |
Pesin et al. | Finite element modeling of shear strain in rolling with velocity asymmetry in multi-roll calibers | |
Rocha et al. | Changes in the axial residual stresses in AISI 1045 steel bars resulting from a combined drawing process chain | |
CN104833331B (zh) | 轿车等速万向传动中间旋锻轴毛坯的内外径尺寸确定方法 | |
RU2709554C1 (ru) | Способ упрочнения пластической деформацией проволоки | |
US2361318A (en) | Tube product | |
RU2560474C2 (ru) | Способ непрерывного равноканального углового прессования металлических заготовок в виде прутка | |
Raab et al. | Investigation of a new shear deformation method for the production of nanostructures in low-carbon steel | |
RU2446027C2 (ru) | Способ получения длинномерных заготовок круглого поперечного сечения с ультрамелкозернистой структурой | |
RU2368448C1 (ru) | Способ изготовления изделий типа ступенчатых валов поперечно-клиновой прокаткой | |
CN106825091A (zh) | 一种连续大塑性变形的方法及所用设备其应用 | |
RU2570268C1 (ru) | Способ пластического структурообразования металла | |
Raab et al. | Combined and consecutive SPD processing techniques | |
RU2631574C1 (ru) | Способ получения сортового проката сплавов магния системы Mg-Al | |
CN1891365A (zh) | 金属管的冷轧方法 | |
RU2580263C2 (ru) | Способ многократного пластического деформирования осесимметричных прутковых и проволочных металлоизделий |