Нефть и песок О стали Компрессор - подбор и ошибки Из истории стандартизации резьб Соперник ксерокса - гектограф Новые технологии производства стали Экспорт проволоки из России Прогрессивная технологическая оснастка Цитадель сварки с полувековой историей Упрочнение пружин Способы обогрева Назначение, структура, характеристики анализаторов Промышленные пылесосы Штампованные гайки из пружинной стали Консервация САУ Стандарты и качество Технология производства Водород Выбор материала для крепежных деталей Токарный резец в миниатюре Производство проволоки Адгезия резины к металлокорду Электролитическое фосфатирование проволоки Восстановление корпусных деталей двигателей Новая бескислотная технология производства проката Синие кристаллы Автоклав Нормирование шумов связи Газосварочный аппарат для тугоплавких припоев

О стали

В. Амбражей М. Ю. Мачуская Н. Д., Кокашинская Г. В., Национальная металлургическая академия Украины, Коваленко В. Ф., Васильев В. М., ОАО «Днепрометиз»

Использование в машиностроении и других отраслях промышленности высокопрочного крепежа класса прочности 8.8 вместо классов 5.6-6.8 позволит повысить надежность машин и конструкций, а также снизить вес используемого крепежа на 15-25%.

Для получения высокопрочного крепежа (классов прочности 8.

Среднеуглеродистые и легированные стали хотя и обладают хорошей прокаливаемостью, но имеют серьезные ограничения по технологической пластичности и требуют обязательного сфероидизирующего отжига исходной заготовки перед высадкой крепежных изделий.

В то же время борсодержащие стали со значительно меньшим содержанием углерода и легирующих элементов и обладающие близким со среднелегированными сталями уровнем потребительских свойств готовых изделий имеют более высокую технологическую пластичность, благоприятное соотношение прочностных и пластических свойств в отожженном и термоупрочненном состояниях, высокий уровень прокаливаемости при значительно меньшем, чем у легированных сталей, уровне закаливаемости.

Однако, несмотря на видимые преимущества, внедрение в массовое производство борсодержащих сталей сдерживается рядом чисто технологических трудностей, к числу которых относится необходимость предотвращения связывания бора в нитриды при выплавке стали.

Нарушение этого условия приводит к нестабильности свойств борсодержащих сталей. Этим, по-видимому, объясняется факт достаточно низкой доли производства и потребления борсодержащих сталей металлургическими и метизными предприятиями Украины.

Поэтому заинтересованному производителю высокопрочного крепежа приходится закупать заготовку (катанку) из борсодержащих сталей за рубежом, что приводит к удорожанию продукции.

При этом гарантированно получают болты Мб, М8, М10 и М12 класса прочности 8.8 без проведения дополнительного полного цикла термической обработки (закалка + отпуск) готового крепежа.



Анализ состояния вопроса показал, что при производстве крепежа (болтов, шпилек, гаек и др.) классов прочности 8.8 и выше, прочностные свойства которых обычно достигаются закалкой и отпуском после холодной высадки, более эффективным способом достижения высокопрочного состояния представляется использование заготовки из низкоуглеродистых [2] и низколегированных сталей [3], в том числе и с предварительной термической обработкой [4, 5].

Сопоставление затрат на проведение предварительной термической обработки заготовки (катанки) в процессе ее производства с нагрева под прокатку с затратами на термическую обработку готового крепежа с отдельного нагрева подтверждает актуальность разрабатываемого направления [6, 7].

В данной работе изучали возможность получения высокопрочного крепежа класса 8.8 и выше из катанки [8], подвергнутой термомеханическому упрочнению в потоке прокатного стана в процессе ее производства на металлургическом переделе.

В качестве сырья для производства высокопрочных болтов использовали катанку диаметром 12 мм двух марок сталей СтЗпс и 20Г2, подвергнутую термомеханическому упрочнению по технологии прерванной закалки с самоотпуском на уровень исходной прочности по ат равный 300 и 450 Н/мм2.

Опытную партию катанки перерабатывали в условиях крепежного цеха в соответствии с действующей на предприятии технологией.

Перед волочением катанку подвергали травлению и фосфатированию.

При калибровке заготовки на волочильном стане АЗТМ 1/750 на размеры, необходимые для изготовления болтов М12 и М10, использовали однократное волочение на диаметр 11,5 мм (степень деформации 8,2%) и трехкратное на диаметр 9,5 мм (степень деформации 37,3%).

Изготовление болтов М12х70 и М 10x70 по ГОСТ 7798-70 проводили на холодновысадочном автомате АВ 1921. Последующую термическую обработку готовых болтов проводили путем нагрева до температуры 300°С и выдержки в течение 1 часа, а для болтов М10х70 из стали 20Г2 - путем нагрева в интервале температур от 180 до 500°С с аналогичной выдержкой.

Перечисленные выше технологические операции, включающие предварительное термомеханическое упрочнение катанки, последующее волочение ее на круглую заготовку, изготовление болтов холодной высадкой и нагрев готовых болтов, полностью соответствуют схеме [1] производства высокопрочного крепежа по технологии ТМТО.

Состояние поверхности (визуальная оценка) готовых болтов -удовлетворительное.

Геометрические параметры - в соответствии с нормативной документацией.

Анализ полученных результатов показывает, что комплекс механических свойств крепежных изделий формируется благодаря деформационному упрочнению материала заготовки и уровню исходных прочностных свойств самой заготовки, который сформирован на металлургическом переделе при ее изготовлении. В данном случае путем термомеханического упрочнения.

Так, изготовленные по одинаковой технологии болты из катанки стали марки СтЗпс, различающейся по своей исходной прочности (с ат = 300 и 450 Н/мм2), имеют различные механические свойства.

При использовании катанки с ат = 450 Н/мм2 для изготовления болтов М10 практически удается достичь класса прочности 8.8.

При использовании для изготовления болтов М12 катанки повышенной прочности из стали 20Г2 с ат = 450 Н/мм2 даже при малой степени деформации заготовки (8,2%) достигается уровень свойств класса 8.8.

При большей степени деформации заготовки (37,3%) механические свойства болтов М10 превосходят требования к классу прочности 8.8.

Полученные болты размером М 10x70 из стали 20Г2 подвергли дополнительному нагреву до температур 180°С, 220°С, 250°С, 300°С, 350°С, 450°С, и 500°С и выдержке в течение 1 часа.



Указанный интервал температур соответствует интервалу современных технологий нанесения на крепеж декоративно-защитных покрытий.

Полученные результаты указывают на то, что класс прочности болтов 8.8 из стали 20Г2 сохраняется при нагреве вплоть до температуры 500°С, а дополнительный нагрев в интервале температур 180-300°С обеспечивает получение крепежа класса прочности 9.8.

Исследовали макро- и микроструктуру заготовки и готовых крепежных изделий (болтов) из катанки, подвергнутой предварительному термомеханическому упрочнению.



Макроструктура стали 20Г2 состоит из двух структурных зон. Макроструктура стали СтЗпс - из трех структурных зон.

Микроструктура поверхности заготовки из стали 20Г2 состоит из отпущенного мартенсита , а основную центральную зону заготовки составляет структура, состоящая из феррита и перлита .

В заготовке из стали СтЗпс наружная зона состоит из отпущенного мартенсита . Структура центральной зоны профиля состоит из феррита и перлита .

Структура переходной зоны состоит из перлитных колоний и отпущенного бейнита .

Микроструктура отпущенного бейнита и мартенсита обладает повышенной прочностью по сравнению с ферритоперлитной структурой, а наличие зернистых карбидов в структурах отпущенного бейнита и мартенсита повышает пластичность металла при последующей холодной высадке крепежа.

Анализ изменения макроструктуры заготовки СтЗпс в процессе высадки болтов показывает, что слои отпущенного мартенсита с Бенито-мартенситной структурой занимает большую долю площади сечения круглого профиля. Соответственно, часть этого слоя может сохраниться после вырубки головки болта, а резьба гарантированно выполняется в пределах этого слоя. Наличие в поверхностном слое крепежа структур повышенной прочности и пластичности способствует повышению надежности соединений в процессе их эксплуатации.

Проведенные исследования показали возможность производства высокопрочного крепежа класса 8.8 без проведения отдельной технологической операции - термического упрочнения готового крепежа.

Литература

1. Гуль Ю. П., Колпак В. П., Ивченко А. В. С. 56-58.

2. Гуль Ю. П. Теоретические и технологические основы термомеханикотермической обработки //«Металлургия и коксохимия» 1986, вып. 92. С. 7-13

3. Калмыков В. В., Воловик Н. Г., Грачев В. И. и др. Высокопрочный строительный крепеж из кремнемарганцовистой стали // «Металлургическая и горнорудная промышленность», 1994, №3. С. 40-42.

4. Спектор Я. И., Яценко Ю. В. Применение термоупрочненного проката для изготовления высокопрочного крепежа // «Металл и литье Украины», 1995, № 6. С. 20-23.

5. Колпак В. П., Ивченко А. В., Кокашинский В. А и др. К вопросу о возможности получения крепежа класса прочности 8.8 без термического упрочнения из передельного проката повышенной прочности //«Метизы», 2006, № 9. С.26-27.

6. Бобылев М. В., Столяров В. В., Закиров Д. М. Современные подходы к производству высокопрочного крепежа // «Метизы», 2002, №0(01). С. 65-67.

7. Семенов А. А. Конкурирующие технологии // «Метизы», 2009, №2. С. 58-61.

8. Ивченко А. В., Лясов В. Г., Амбражей М. Ю. и др. Расширение сортамента проволочных станов за счет производства катанки с различным количеством окалины и уровнем механических свойств // «Метизы», 2009, №2. С. 39-43.