Упрочнение при холодной деформации

Одним из наиболее распространенных методов получения изделий с высокой (более 1600 – 2000 МПа) прочностью является холодное волочение проволоки с содержанием 0,8 – 0,9 % С. При этом для получения больших степеней обжатия структура стали должна представлять феррито – карбидную смесь тонкопластинчатого строения. Такая структура может быть получена при помощи патентирования или термообработки.

Холоднодеформированная патентированная проволока широко используется для изготовления пружин, в которых применяют деформационное старение для повышения предела текучести и релаксационной стойкости.

Проволока особо высокой прочности (более 3500 МПа) применяется для изготовления тросов, прядей и других изделий, работающих в основном при осевых нагрузках.

Прочность холоднодеформированной проволоки со структурой тонкопластинчатого сорбита определяется содержанием углерода и азота, а также степенью деформации при волочении.

Существует формула, связывающая временное сопротивление проволоки с содержанием углерода, азота и степенью деформации:

s_в = 315 + 720(С) + 17,68 ´ 10³ (N) + 176 lne

Где:

e - истинная деформация проволоки при волочении.

Для получения проволоки сверхвысокой прочности необходимо применение при волочении очень больших деформаций (98 – 99 % и выше). Такая степень деформации может быть получена только на проволоке диаметром 0,1 мм и меньше.

Содержание углерода в сверхвысокопрочной проволоке должно быть максимально возможным, при этом в структуре не должно быть обрывов цементитной сетки. Таким образом, оптимальное содержание углерода в такой проволоке близко к эвтектоидному (0,80 – 0,95 %).

Для получения сверхвысокопрочной проволоки применяют особо чистые по неметаллическим включениям, примесям и газам стали, в том числе полученные вакуумным способом выплавки. Шихтовые материалы для производства подобного вида проволоки должны обладать повышенной чистотой. Также положительное влияние повышенной чистоты стали проявляется в возможности получения больших степеней обжатия при волочении и, соответственно более высокого временного сопротивления по сравнению со сталями обычного способа выплавки. Прирост временного сопротивления холоднотянутой проволоки из сталей повышенной чистоты по сравнению с обычными сталями может достигать 1000 МПа. На холоднотянутой проволоке из сталей повышенной чистоты на диаметре заготовки 0,08 – 0,10 мм достигнут s_в = 4800 – 5000 МПа. При этом пластические свойства остаются на достаточно высоком уровне.

Дополнительное деформационное старение при 150 – 200 ^оС практически не изменяет временного сопротивления сверхвысокопрочной проволоки, но при этом повышается предел текучести и снижается пластичность.

Легирующие элементы, за исключением кобальта и никеля, понижают пластичность холоднотянутой патентированной проволоки и поэтому для ее производства нежелательны. Легирование кобальтом в количестве 2,0 – 4,0 % ускоряет распад переохлажденного аустенита при патентировании и увеличивает пластичность проволоки. Более высокие содержания кобальта могут вызывать графитизацию стали и падение прочностных свойств холоднотянутой проволоки.

Временное сопротивление холоднотянутой сверхпрочной проволоки снижается при дополнительной деформации другого вида (кручение, изгиб). При этом падение временного сопротивления может составлять от 5 до 20 %.

Получение тонкопластинчатой феррито – карбидной структуры возможно и при скоростном отпуске (электроотпуске) закаленной стали. При скоростном отпуске закаленной стали в интервале 500 – 650 ^оС можно получить пластинчатые выделения цементита, такая структура обладает хорошей пластичностью и значительно упрочняется при волочении. Достоинством такого метода является возможность получения высокопрочной проволоки из легированных сталей типа 30ХГСА, 38ХА, 15ХА. При этом проволока выдерживает высокие степени обжатия (более 80 %) и дает s_В > 2000 МПа на диаметре 1,2 мм при достаточно высокой пластичности.