книги / Теория волочения

перед травлением покрыты слоем парафина, а на рис. 197, в — этот же образец после травления. Ввиду того что концы, покры­ тые парафином, не подвергались травлению, их действие можно уподобить действию двух бандажей, надетых на оба конца об­ разца, в результате чего на этом образце появились поперечные и продольные трещины, указывающие на существование в его верхних слоях продольных и окружных растягивающих напря­ жений.

Исследованию остаточных напряжений в трубах после воло­ чения посвящен также ряд других работ, например [16, 171.

Общие меры по уменьшению остаточных напряжений

После окончания процесса волочения и осуществления упру­ гого последействия силы, вызываемые остаточными напряжениями, приходят во временное равновесие. Поэтому в каждом протяну­ том, но дополнительно не обработанном профиле одни участки находятся под напряжениями сжатия, другие — под напряжением растяжения. Механическое испытание такого профиля показы­ вает уменьшение его прочности, так как напряжение от этого испытания обязательно складывается с одноименным остаточным напряжением, а полученные показатели прочности уменьшаются на величину одноименных остаточных напряжений. Упругие деформации переходят в остаточные во времени. Поэтому каждый объем металла, находящийся под действием остаточных напря­ жений, непрерывно изменяет свои размеры, а иногда и форму. Известны, например, случаи появления дополнительного про­ дольного изгиба вольфрамовой проволоки примерно через 1—1,5 года после окончания ее механической обработки. Ранее также было показано, что профили, находящиеся под остаточными на­ пряжениями, хуже сопротивляются газовой коррозии. Поэтому необходимо применять мероприятия для снижения остаточных напряжений. К таким мероприятиям относятся:

1. Уменьшение неравномерности деформации при волочении, достигаемое в результате снижения дробности деформации, сум­ марной деформации (частые отжиги), уменьшения неравномер­ ности деформаций по отдельным участкам поперечного сечения, обеспечения лучшего совпадения направления входа металла в волоку и выхода из нее с осью волочильного канала, возможного уменьшения наклона образующих канала к его оси и снижения трения на контактной поверхности.

2 . Перевод упругих деформаций, вызываемых остаточными напряжениями, в пластические дополнительной обработкой дав­ лением с малыми пластическими деформациями, например правкой круглых профилей, волочением с обжатиями порядка 1—2 %. Эти мероприятия приводят к переходу упругих деформаций по­ верхностных слоев профиля в пластические, в результате чего на профиле образуется замкнутый поверхностный слой со значи-

382

тельно уменьшенными остаточными напряжениями, который не­ много улучшает среднюю прочность профиля и заметно повышает его стойкость против газовой коррозии.

ходит в результате «упругого» возврата и возврата, сопровождаю­ щегося пластической деформацией кристаллита [18]. Все эти явле­ ния могут привести не только к изменению размеров профиля вслед­ ствие уменьшения упругих деформаций, но и к некоторому изме­ нению его формы — «короблению». Положительное действие низ­ котемпературного отпуска подтверждено многочисленными иссле­ дованиями. В настоящее время все профили из сплавов, плохо сопротивляющихся газовой коррозии (например, латунь Л62, ЛС59 и др.), после обработки волочением обязательно подвер­ гают низкотемпературному отпуску. Отжиг почти полностью снимает остаточные напряжения. На рис. 198 приведены под­ тверждающие изложенное результаты исследований остаточных напряжений в подвергнутом волочению прутке диаметром 37 мм из никелевой стали до и после отжига [10 ].

Снятие остаточных напряжений может привести и к улучше­ нию прочностных характеристик. Примером такого процесса служит известное в производстве вольфрамовой проволоки не­ которое повышение предела прочности при низкотемпературном отпуске. Так, проволока диаметром 30 мкм, имевшая после во­ лочения предел прочности 238 кГ/мм2, при нагреве до 400° С показывает увеличение предела прочности до 250—260 кГ/мм2.

383

Для испытаний использовали отожженные прутки диаметром 18,5 мм, а также прутки диаметром 17; 14,5 и 10,5 мм, протяну­ тые с обжатиями соответственно 15,5; 39 и 68% (угол волоки а = = 10°, скорость волочения 15 мм!мин). Результаты их испытаний в виде диаграмм зависимости пре­ дела прочности (<тв) и сужения шейки (я)?) приведены на рис. 201.

Они показывают следующее:

1. ав и i|) у разных слоев прут­ ка неодинаковы. Средние значе­ ния <тв поверхностных слоев не­ сколько выше, чем у центральных слоев.

2. При увеличении обжатия ав в поверхностных и центральных

Рис. 202. Образцы после испытания на изгиб (И. М. Ройтман и Я- Б. Фридман):

а — схема вырезки образцов для испытания на изгиб из прутка после волочения; б —

образец, у которого растягивающие напряжения соответствуют центральной зоне прутка; в — образец, у которого растягивающие напряжения соответствуют поверхностной зоне прутка

дополнительные испытания на изгиб образцов, вырезанных из прутка диаметром 10,5 мм; результаты этих испытаний приведены на рис. 202.

Понижение вязкости в центральных и сохранение вязкости периферийных слоев является дополнительным доказательством

того, что при волочении центральные слои деформируются глав­ ным образом вследствие растягивающих напряжений, а поверх­ ностные слои — в значительной мере в результате сжимающих напряжений, уменьшающих по условию пластичности величину растягивающих напряжений. Этим также подтверждается схема напряженного состояния металла деформационной зоны, описан­

в различных точках поперечного сечения прутка, обжатого на 68%. Эти измерения показали небольшое увеличение твердости от центра (твердость 188) к пери­

wферии (на расстоянии 1 мм от по­ верхности образца твердость 196,5).

Более детально исследовал изменение твердости по сечению прутка после волочения П. И. Минин. Объектом его исследования были подвергнутые волочению прутки диаметром 30 мм из стали марки сталь 45, протянутые с обжатиями в 10, 15 и 20%.

На рис. 203 показана схема расположения точек, в которых была замерена твердость по Роквеллу, а на рис. 204 — распреде­ ление показателей твердости по сечению относительно оси прутка

взависимости от расположения точек и от степени обжатия при

а= 8° ПО].

Результаты этих, а также ранее описанных испытаний пока­ зывают, что твердость по сечению подвергнутого волочению про­ филя неравномерна: она несколько возрастает от центра к пери­ ферии и заметно снижается у самой поверхности. Это объясняется положением поверхностных слоев, не испытывающих достаточных радиальных противодавлений со стороны ненагруженной поверх­ ности профиля во время образования лунки при определении их твердости, а также некоторым уменьшением сопротивления

386

деформации, вызванным нагревом от трансформированной в тепло части работы контактного трения.

Примерно такая же закономерность в изменении твердости получена и Г. И. Погодиным [19].

5. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ВОЛОЧЕНИЯ НА ФИЗИЧЕСКИЕ

И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОДУКТОВ ВОЛОЧЕНИЯ

Характер изменения физических и механических свойств при волочении

Волочение, как всякий процесс пластической деформации, сопровождается изменением физических и механических свойств протягиваемого металла. Так, при холодном волочении увели­ чиваются прочностные характеристики, уменьшаются показатели вязкости и несколько снижается плотность, с чем в некоторой степени связан рост омического сопротивления. В опытах, опи­ санных в работе [20], уменьшение плотности составляло 0,09— 0,25% (табл. 41).

По данным, приведенным в работе [21 ], уменьшение плотности может достигать 2,5% (табл. 42).

Снижение плотности вызывается увеличением количества ми­ кроразрушений, а это в свою очередь уменьшает прочность. Это

подтверждается известным фактом уменьшения прочности про­ дуктов волочения по сравнению с аналогичными продуктами прокатки при прочих возможно одинаковых деформационных условиях [21].

Интенсивность изменения показателей состояния металла при волочении не. всегда одинакова и зависит от условий процесса, которые определяют степень неравномерности деформации и ве­ личину остаточных напряжений, а они влияют на средние зна­ чения показателей механических свойств. К таким условиям отно­ сятся: состояние трущихся поверхностей и смазка, форма и раз­ меры деформационной зоны, величина противонатяжения, дроб­ ность деформации и степень неравномерности свойств заготовки, подвергаемой волочению. Влияние каждого из перечисленных условий на характер изменения основных показателей прочност­ ных и пластических характеристик при волочении рассмотрено ниже. При этом степень неравномерности свойств заготовки, как очень трудно учитываемая, исключается, т. е. принимается, что заготовка хорошо отожжена, однородна по структуре и имеет поперечное сечение в форме точного круга.

Влияние смазки и контактного трения

В гл. V были приведены материалы, указывающие, что влияние смазки может заметно проявиться лишь при малых углах а, так как при больших углах смазка быстро отгоняется и в большей части деформационной зоны деформация идет практически при сухом трении. И. Л. Перлиным были проведены опыты по опре­ делению влияния смазки на механические свойства проволоки,

3,0 и 2,74 мм, а также образцы латунной (Л62) проволоки диа­ метром 2 мм, протянутые на диаметры 1,63; 1,5 и 1,26.мм. Воло­ чение одних и тех же образцов и с одинаковыми переходами было проведено со смазкой твердым мылом и совсем без смазки. Ре­ зультаты этих опытов приведены в табл. 43.

Результаты указывают на тенденцию к уменьшению предела прочности при волочении без смазки, что объясняется оста­ точными напряжениями растяжения в периферийных слоях, уменьшающих дальнейшее сопротивление разрыву. Но, так как при малом а различия в степени деформации центральных и пе­ риферийных слоев незначительны, тенденция эта едва заметна.

Влияние рабочего угла волоки а

С увеличением рабочего угла волоки: а) уменьшается контакт­ ная поверхность и на ней повышаются нормальные напряжения; б) ухудшаются условия смазки в деформационной зоне и воз-

388

Т а б л и ц а 43

Влияние смазки при волочении на механические свойства проволоки

растают напряжения трения; в) увеличиваются и отклоняются в сторону входа металла результирующие напряжения на контакт­

На рис. 206 приведены графики изменения твердости по по­ перечному сечению стального прутка в зависимости от угла волоки [101, подтверждающие изложенные выводы.

390