способ изготовления горячекатаного проката под холодную объемную штамповку крепежных изделий

Формула изобретения

Способ изготовления горячекатаного проката под холодную объемную штамповку крепежных изделий, включающий многократный отжиг проката путем индукционного нагрева ТВЧ при t=760-780°C в мотках и многократное волочение на волочильном стане с различными степенями обжатия, отличающийся тем, что осуществляют двукратный отжиг, первое волочение осуществляют перед первым отжигом с диаметра 12,0 мм на диаметр 11,0 мм со степенью обжатия 15-16%, второе волочение проводят после первого отжига с диаметра 11,0 мм на диаметр 9,80 мм со степенью обжатия 20-21%, а третье волочение - после второго отжига через фильеру с диаметра 9,8 мм на диаметр 9,65 мм со степенью обжатия 2-3%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области термомеханической обработки горячекатаного проката из конструкционной легированной стали перлитного класса и может быть использовано при изготовлении из него крепежных изделий. Горячекатаный прокат, изготовленный из конструкционной легированной стали перлитного класса, используемый для холодной объемной штамповки крепежных изделий, изготавливают с применением отжига индукционным нагревом токами высокой частоты и волочением с различными степенями обжатия. Применяют два отжига при температуре 760-780°C и трехкратное волочение проката с различными степенями обжатия, что снижает энергоемкость и трудоемкость процесса.

В качестве прототипа принят способ обработки горячекатаного проката под высадку болтов (патент на изобретение № 2434949, C21D 1/78, C21D 8/06, опубл. 27.11.2011).

Способ обработки проката включает его отжиг индукционным нагревом ТВЧ и волочение с различными степенями обжатия. Осуществляют четырехкратный отжиг при температуре 760-780°C. После первого отжига индукционным нагревом ТВЧ ведут первичное волочение со степенью обжатия 18-20%, после второго и третьего отжига способом ТВЧ - второе и третье волочение со степенями обжатия 20-23%, а после четвертого отжига способом ТВЧ - четвертое волочение со степенями обжатия 5-6%. Механические характеристики исследуемых сталей, которые отжигались на структуру зернистый перлит в колпаковых печах и на установке ТВЧ, практически не различаются. Однако применение четырехкратного отжига и четырехкратного волочения удлиняют технологический процесс подготовки проката. У данного способа присутствуют недостатки подготовки калиброванного проката, такие как длительный технологический процесс подготовки проката, повышенный расход электроэнергии, а следовательно, и завышенная трудоемкость процесса. Многократное травление может способствовать появлению на поверхности готового проката различных дефектов.

Предлагаемым изобретением решается задача создания способа изготовления калиброванного проката без отжига на структуру зернистый перлит в печах с защитной атмосферой, применением меньшего количества операций отжига индукционным нагревом ТВЧ и волочения проката, следовательно, менее энерго-трудоемкого.

Технический результат - получение механических характеристик калиброванного проката за счет структуры с мелкозернистым перлитом по сечению и длине проката с сохранением прочности и пластичности перед высадкой крепежных изделий.

Этот технический результат достигается тем, что осуществляют двукратный отжиг, первое волочение осуществляют перед первым отжигом с 12,0 мм на 11,0 мм со степенью обжатия 15-16%, второе волочение проводят после первого отжига с 11,0 мм на 9,80 мм со степенью обжатия 20-21%, а третье волочение - после второго отжига через фильеру с 9,8 мм на 9,65 мм со степенью обжатия 2-3%.

Отжиг индукционным нагревом ТВЧ позволяет перевести структуру пластинчатый перлит в менее мелкодисперсную и более равномерную по сравнению с исходной микроструктурой горячекатаного проката. Это обусловливает снижение прочностных свойств и твердости и повышение пластических свойства, т.е. их улучшение.

С применением двух отжигов индукционным нагревом ТВЧ при температуре 760-780°C после волочения наблюдается изменение микроструктурного состояния. Сорбитообразный перлит становится менее дисперсным. После второго отжига в калиброванном прокате появляется равномерная структура, составляющая от 70 до 80% мелкозернистого перлита.

Трехкратное волочение и отсутствие окалины на поверхности калиброванного проката после отжига индукционным нагревом ТВЧ обеспечивает получение необходимого качества поверхности калиброванного проката. Кроме того, у такого калиброванного проката отсутствует эллипсность на конечном размере.

Окончательное волочение позволяет получать требуемое по геометрическим размерам сечение калиброванного проката под последующую холодную объемную штамповку крепежа при достаточных прочностных и пластических характеристиках с учетом степени обжатия.

Режимы обоснованы экспериментально.

Способ осуществляют следующим образом.

Проводят первичное волочение исходного горячекатаного проката на волочильном стане со степенями обжатия 15-16%, затем проводят отжиг калиброванного проката индукционным нагревом ТВЧ при температуре 760-780°C в мотках. После отжига индукционным нагревом ТВЧ прокат подвергают вторичному волочению на волочильном стане со степенями обжатия 20-21%. Далее проводят второй отжиг индукционным нагревом ТВЧ при температуре 760-780°C в мотках. После второго отжига калиброванный прокат повергают волочению на волочильном стане через фильеру со степенью обжатия 2-3%. После выполнения всех технологических операций калиброванный прокат может быть использован под холодную высадку крепежных изделий, используемых в агрегатах автомобильной и тракторной техники.

Пример осуществления способа.

Обрабатывали горячекатаный прокат в мотках конструкционной легированной стали 38ХА диаметром 12,0 мм для дальнейшего изготовления из него калиброванного проката под холодную высадку крепежа силовых оснований в агрегатах автомобильной и тракторной техники с техническими требованиями согласно ГОСТ 10702-78 «Сталь качественная конструкционная углеродистая и легированная для холодного выдавливания и высадки». Химический состав стали 38ХА соответствовал ГОСТ 10702-78. Первичное волочение исходного горячекатаного проката проводили на волочильном стане со степенью обжатия 15,9%. Затем проводили отжиг калиброванного проката индукционным нагревом ТВЧ при температуре 770°C в мотках. После отжига индукционным нагревом ТВЧ проводили вторичное волочение проката на волочильном стане со степенью обжатия 20,6%. Второй отжиг калиброванного проката проводили индукционным нагревом ТВЧ при температуре 770°C аналогично первому. Третье волочение проката проводили на волочильном стане через фильеру со степенью обжатия 3%.

В других случаях меняли степень обжатия при первичном волочении проката (13%; 14%; 15%; 16%; 17%; 18%). Оптимальной была выявлена степень обжатия 15-16%.

При уменьшении степени обжатия (ниже 15%) получали неравномерные и заниженные механические характеристики по сечению и длине проката перед первичным отжигом индукционным нагревом ТВЧ.

При увеличении степени обжатия (выше 16%) получали завышенные по сравнению с ГОСТ 10702-78 «Сталь качественная конструкционная углеродистая и легированная для холодного выдавливания и высадки» механические характеристики проката перед первичным отжигом индукционным нагревом ТВЧ.

Меняли температуру первичного отжига индукционным нагревом ТВЧ (740°C; 760°C; 780°C; 800°C). Оптимальной была выявлена температура отжига 760-780°C.

При уменьшении температуры отжига (740°C) увеличивается время и уменьшатся скорость превращения пластинчатого перлита в мелкозернистый перлит.

При увеличении температуры отжига (800°C) происходит увеличение зерна аустенита и снижение механических характеристик проката перед вторичным волочением.

Затем меняли степень обжатия при вторичном волочении проката (18%; 19%; 20%; 21%; 22%; 23%). Оптимальной была выявлена степень обжатия 20-21%.

При уменьшении степени обжатия (ниже 20%) получали недостаточные и заниженные механические характеристики по сечению и длине проката перед вторым отжигом индукционным нагревом ТВЧ.

При увеличении степени обжатия (выше 21%) наблюдалась вытянутость зерен, а это способствует завышенным прочностным и заниженным пластическим характеристикам проката перед вторичным отжигом индукционным нагревом ТВЧ.

Меняли температуру вторичного отжига индукционным нагревом ТВЧ (740°C; 760°C; 780°C; 800°C). Оптимальной была выявлена температура отжига 760-780°C.

При уменьшении температуры отжига (740°C) увеличивается время перехода пластинчатого перлита в мелкозернистый перлит и уменьшатся скорость превращения пластинчатого перлита в мелкозернистый перлит, механические характеристики проката получали неудовлетворительные (прочность завышена, а пластичность занижена).

При увеличении температуры отжига (800°C) наблюдается рост зерна и происходит снижение механических характеристик проката перед вторичным волочением (прочностные характеристики занижены при достаточно высоких пластических характеристиках).

Меняли технологию обжатия при третьем волочении на готовом размере проката (1%; 2%; 3%; 4%; 5%). Оптимальной была принята технология волочения через фильеру со степенью обжатия 3%.

При уменьшении степени обжатия (ниже 2%) получали заниженные механические характеристики по сечению и длине проката, повышается износ отверстия фильера.

При увеличении степени обжатия (выше 3%) наблюдались завышенные прочностные и заниженные пластические характеристики проката перед высадкой крепежных изделий.

Повторяли эксперименты на горячекатаном прокате сталей марок 40Х с химическим составом по ГОСТ 10702-78. Сталь марки 40Х позволяет получать аналогичные результаты с маркой стали 38ХА.

Твердость определяли на приборе Роквелла по шкале С на параллельно шлифовальных лысках - на поперечных микрошлифах с использованием микроскопа «Неофот-21» при увеличении ×500, травление образцов производили в 4% растворе азотной кислоты в этиловом спирте. Результаты приведены в таблице.

Таблица
Механические характеристики проката по предложенной технологии и ГОСТ 10702-78
№ п/п	Контролируемые параметры	Предложенная технология	Прототип	Требования ГОСТ 10702-78
1	Твердость, НВ	194	193	Не более 207
2	Временное сопротивление разрыву, В (МПа)	740	700	Не менее 600
3	Относительное сужение, %	65	64	Не менее 40
4	Общая глубина обезуглероженного слоя, мм	Местное частичное 0,03	Местное частичное 0,03	Не более 0,05
5	Осадка образцов в исходном состоянии (группа осадки)	66	66	66
6	Величина глубины поверхностных дефектов	Отсутствуют	Отсутствуют	Допускаются отдельные мелкие риски не более половины предельного отклонения по диаметру