Влияние волок со сдвигом на особенности структуры и свойств малоуглеродистой проволоки
Изучены изменения структуры и свойств низкоуглеродистой проволоки в процессе волочения со сдвигом. Показано, что основной особенностью при использовании сдвиговых волок является наличие тенденции к разупрочнению проволоки с ростом степени обжатия, в то время как при классическом волочении через круг...
Gespeichert in:
| Datum: | 2015 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2015
|
| Schriftenreihe: | Физика и техника высоких давлений |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/107390 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние волок со сдвигом на особенности структуры и свойств малоуглеродистой проволоки / Е.Г. Пашинская, А.В. Завдовеев, А.А. Максакова, В.Н. Варюхин, А.А. Толпа, В.М. Ткаченко // Физика и техника высоких давлений. — 2015. — Т. 25, № 1-2. — С. 107-121. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-107390 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1073902016-10-20T03:02:27Z Влияние волок со сдвигом на особенности структуры и свойств малоуглеродистой проволоки Пашинская, Е.Г. Завдовеев, А.В. Максакова, А.А. Варюхин, В.Н. Толпа, А.А. Ткаченко, В.М. Изучены изменения структуры и свойств низкоуглеродистой проволоки в процессе волочения со сдвигом. Показано, что основной особенностью при использовании сдвиговых волок является наличие тенденции к разупрочнению проволоки с ростом степени обжатия, в то время как при классическом волочении через круглые волоки прочностные свойства растут, а пластические – ухудшаются. Установлено, что применение волок со сдвигом дает возможность залечивать поры, варьировать размер зерна и получать проволоку требуемого диаметра с высоким уровнем прочностных и пластических свойств. Обнаруженные эффекты позволили предположить высокотехнологичный способ волочения проволоки без промежуточного отжига. Вивчено зміни структури та властивостей низьковуглецевого дроту в процесі волочіння зі зрушенням. Показано, що основною особливістю при застосуванні зсувних волок є наявність тенденції до знеміцнення дроту зі зростанням ступеню обтиснення, в той час як при класичному волочінні через круглі волоки властивості міцності зростають, а пластичні – погіршуються. Встановлено, що застосування волок зі зсувом надає можливість заліковувати пори, варіювати розмір зерна й отримувати дріт необхідного діаметру з високим рівнем міцності та пластичних властивостей. Виявлені ефекти дозволили запропонувати високотехнологічний спосіб волочіння дроту без проміжного відпалу. The changes in the structure and the properties of low-carbon wire in the course of drawing with shear have been studied. It is demonstrated that the main specific feature of the application of the shear drawing dies is the tendency to softening of the wire when the reduction ratio increases. In the course of the classical drawing through the round dies, the strength properties are enhanced contrary to the plastic ones. It has been found that the application of the dies with shear allows pore healing, grain size variation and obtaining the wire of the set diameter characterized by a high level of the strength and plasticity. The found effects formed the basis of a suggested high-tech method of wire drawing without an interpass annealing. 2015 Article Влияние волок со сдвигом на особенности структуры и свойств малоуглеродистой проволоки / Е.Г. Пашинская, А.В. Завдовеев, А.А. Максакова, В.Н. Варюхин, А.А. Толпа, В.М. Ткаченко // Физика и техника высоких давлений. — 2015. — Т. 25, № 1-2. — С. 107-121. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 61.66.–f, 62.20.–x http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/107390 ru Физика и техника высоких давлений Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Изучены изменения структуры и свойств низкоуглеродистой проволоки в процессе волочения со сдвигом. Показано, что основной особенностью при использовании сдвиговых волок является наличие тенденции к разупрочнению проволоки с ростом степени обжатия, в то время как при классическом волочении через круглые волоки прочностные свойства растут, а пластические – ухудшаются. Установлено, что применение волок со сдвигом дает возможность залечивать поры, варьировать размер зерна и получать проволоку требуемого диаметра с высоким уровнем прочностных и пластических свойств. Обнаруженные эффекты позволили предположить высокотехнологичный способ волочения проволоки без промежуточного отжига. |
| format |
Article |
| author |
Пашинская, Е.Г. Завдовеев, А.В. Максакова, А.А. Варюхин, В.Н. Толпа, А.А. Ткаченко, В.М. |
| spellingShingle |
Пашинская, Е.Г. Завдовеев, А.В. Максакова, А.А. Варюхин, В.Н. Толпа, А.А. Ткаченко, В.М. Влияние волок со сдвигом на особенности структуры и свойств малоуглеродистой проволоки Физика и техника высоких давлений |
| author_facet |
Пашинская, Е.Г. Завдовеев, А.В. Максакова, А.А. Варюхин, В.Н. Толпа, А.А. Ткаченко, В.М. |
| author_sort |
Пашинская, Е.Г. |
| title |
Влияние волок со сдвигом на особенности структуры и свойств малоуглеродистой проволоки |
| title_short |
Влияние волок со сдвигом на особенности структуры и свойств малоуглеродистой проволоки |
| title_full |
Влияние волок со сдвигом на особенности структуры и свойств малоуглеродистой проволоки |
| title_fullStr |
Влияние волок со сдвигом на особенности структуры и свойств малоуглеродистой проволоки |
| title_full_unstemmed |
Влияние волок со сдвигом на особенности структуры и свойств малоуглеродистой проволоки |
| title_sort |
влияние волок со сдвигом на особенности структуры и свойств малоуглеродистой проволоки |
| publisher |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| publishDate |
2015 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/107390 |
| citation_txt |
Влияние волок со сдвигом на особенности структуры и свойств малоуглеродистой проволоки / Е.Г. Пашинская, А.В. Завдовеев, А.А. Максакова, В.Н. Варюхин, А.А. Толпа, В.М. Ткаченко // Физика и техника высоких давлений. — 2015. — Т. 25, № 1-2. — С. 107-121. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Физика и техника высоких давлений |
| work_keys_str_mv |
AT pašinskaâeg vliânievoloksosdvigomnaosobennostistrukturyisvojstvmalouglerodistojprovoloki AT zavdoveevav vliânievoloksosdvigomnaosobennostistrukturyisvojstvmalouglerodistojprovoloki AT maksakovaaa vliânievoloksosdvigomnaosobennostistrukturyisvojstvmalouglerodistojprovoloki AT varûhinvn vliânievoloksosdvigomnaosobennostistrukturyisvojstvmalouglerodistojprovoloki AT tolpaaa vliânievoloksosdvigomnaosobennostistrukturyisvojstvmalouglerodistojprovoloki AT tkačenkovm vliânievoloksosdvigomnaosobennostistrukturyisvojstvmalouglerodistojprovoloki |
| first_indexed |
2025-07-07T19:53:43Z |
| last_indexed |
2025-07-07T19:53:43Z |
| _version_ |
1837019196636004352 |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 1–2
© Е.Г. Пашинская, А.В. Завдовеев, А.А. Максакова, В.Н. Варюхин, А.А. Толпа, В.М. Ткаченко, 2015
PACS: 61.66.–f, 62.20.–x
Е.Г. Пашинская, А.В. Завдовеев, А.А. Максакова, В.Н. Варюхин,
А.А. Толпа, В.М. Ткаченко
ВЛИЯНИЕ ВОЛОК СО СДВИГОМ НА ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ
И СВОЙСТВ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ ПРОВОЛОКИ
Статья поступила в редакцию 7 апреля 2015 года
Изучены изменения структуры и свойств низкоуглеродистой проволоки в процессе
волочения со сдвигом. Показано, что основной особенностью при использовании сдви-
говых волок является наличие тенденции к разупрочнению проволоки с ростом степе-
ни обжатия, в то время как при классическом волочении через круглые волоки прочно-
стные свойства растут, а пластические – ухудшаются. Установлено, что примене-
ние волок со сдвигом дает возможность залечивать поры, варьировать размер зерна
и получать проволоку требуемого диаметра с высоким уровнем прочностных и пла-
стических свойств. Обнаруженные эффекты позволили предположить высокотехно-
логичный способ волочения проволоки без промежуточного отжига.
Ключевые слова: малоуглеродистая сталь, волочение со сдвигом, прочность, пла-
стичность
Вивчено зміни структури та властивостей низьковуглецевого дроту в процесі во-
лочіння зі зрушенням. Показано, що основною особливістю при застосуванні зсув-
них волок є наявність тенденції до знеміцнення дроту зі зростанням ступеню об-
тиснення, в той час як при класичному волочінні через круглі волоки властивості
міцності зростають, а пластичні – погіршуються. Встановлено, що застосування
волок зі зсувом надає можливість заліковувати пори, варіювати розмір зерна й
отримувати дріт необхідного діаметру з високим рівнем міцності та пластичних
властивостей. Виявлені ефекти дозволили запропонувати високотехнологічний
спосіб волочіння дроту без проміжного відпалу.
Ключові слова: маловуглецева сталь, волочіння зі зрушенням, міцність, пла-
стичність
Для получения материалов с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой
используются различные методы интенсивной пластической деформации
(ИПД) со сдвигом как в горячем, так и в холодном состояниях: равнока-
нальное угловое прессование, винтовая экструзия, а также комбинации этих
методов с последующей прокаткой, осадкой, волочением и др. Применение
их позволяет значительно повысить прочность материала при сохранении
определенного запаса пластичности.
Однако указанные комбинации методов нельзя реализовать для массовых
волочильных производств, тогда как последние весьма заинтересованы в
Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 1–2
108
получении новых технологических и эксплуатационных характеристик в
длинномерных проволочных изделиях [1,2]. Одним из ограничений при из-
готовлении проволоки с УМЗ-структурой является то, что объемы материа-
лов, полученных с помощью вышеперечисленных методов ИПД, исчисля-
ются десятками килограммов и тоннами, в то время как требуемая произво-
дительность волочильного производства составляет сотни тысяч тонн.
Решение указанной проблемы может заключаться в использовании воло-
чения со сдвигом. Для катанки и проволоки повышение запаса пластичности
предположительно позволит удешевить и упростить технологию производ-
ства за счет упразднения процесса промежуточного отжига.
В работах [1–6] описаны различные методы ИПД для металлических
длинномерных изделий различных конфигураций. Наибольший интерес для
нас представляют работы [5,6]. Так, авторы [5] рассматривают применение
знакопеременного изгиба на холоднотянутой арматуре без дополнительного
нагрева. Основными преимуществами такого метода являются его непре-
рывность и возможность использовать для получения длинномерных изде-
лий с повышенными механическими свойствами. Главный его недостаток –
сложность деформирующего узла.
В работе [6] описан способ пластического структурообразования мате-
риала длинномерных заготовок и представлено устройство для его реализа-
ции, основанное на знакопеременной деформации в пересекающихся кана-
лах. Очаг деформации заготовки при этом образуется за счет смещения осей
симметрии каналов с одноосным растяжением. Данный способ прерывный,
позволяет изготавливать длинномерные изделия с конечной длиной порядка
нескольких метров. Его преимуществом является формирование мелкозер-
нистой структуры. Однако деформирующий блок конструктивно еще более
сложный, чем в работе [5]. Оба способа [5,6] не позволяют изготавливать
проволоку малых диаметров.
Цель данной статьи – представить разработанную технологию волочения
со сдвигом для повышения технологической пластичности низкоуглероди-
стых сталей без применения термической обработки. Эта технология должна
обеспечивать определенные физико-механические свойства проволоки, а
также быть дешевой, простой и надежной при эксплуатации.
Для проведения исследований по волочению со сдвигом использовали
прокат из стали 08Г2С. Химический состав обрабатываемого материала
приведен в табл. 1.
Таблица 1
Химический состав проволоки из стали Св-08Г2С, %
C Mn Si S P Cr Ni Cu N
0.071 1.98 0.84 0.015 0.018 0.015 0.009 0.016 0.0055
Ti As B Al V Mo W Co
< 0.005 < 0.005 < 0.0005 0.005 0.006 < 0.01 0.024 0.01
Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 1–2
109
Волочение осуществляли на стане АЗТМ 7000/1 по новой эксперимен-
тальной технологии со сдвиговыми волоками и по классической технологии
со стандартными круглыми волоками.
На полученных образцах измеряли механические свойства, в частности пре-
дел прочности и относительное сужение. Механические испытания на проч-
ность выполняли на машине УММ-50 при температуре 293 K и скорости на-
гружения 10 mm/min согласно ГОСТу 25.601–80.
Микроструктуру отожженного и деформированных образцов изучали при
увеличениях 100–1000 на приборе «Neophot-32» после многократной полиров-
ки и травления на границы зерен (состав травителя: 4% азотной кислоты, 97%
спирта). Фотографирование осуществляли на оптическом микроскопе Axiovert
40 MAT с помощью программного обеспечения Axiovision 4.6. Для оценки ка-
чества проволоки была изучена структура в поперечном и продольном сечени-
ях проволоки. Также проводили количественную оценку размеров зерен и их
фрагментов в поперечном и продольном направлениях сечений образцов. По
каждой фотографии выполняли 100 измерений. Осуществляли измерение мик-
ротвердости Hμ (нагрузка 100 g). Погрешность измерений составляла ±5%.
Коэффициент вытяжки рассчитывали по формуле
k = D1/D2, (1)
где D1, D2 – длина зерна соответственно по направлению вытяжки зерен и
перпендикулярно ей в продольном сечении образца, mm.
Для оценки дефектности структуры металла определяли плотность образ-
цов методом гидростатического взвешивания на весах SHIMADZU. Для это-
го отбирали образцы длиной по 10 mm каждого диаметра, измерения прово-
дили по шесть раз для каждого образца. Смазку подсыпали на каждом этапе
волочения, скорость волочения 1.1 m/s.
Расчет плотности осуществляли по формуле
1
0
1 2
c сω
=
ω −ω
, g/cm3 (2)
где ω1, ω2 – вес пробы соответственно в воздухе и жидкости, g; с0 – плот-
ность жидкости при данной температуре, g/cm3.
Маршруты волочения приведены на рис. 1. Эксперимент был построен
следующим образом:
1. Из катанки ∅6.5∗ осуществляли волочение обычным способом для по-
лучения круглых диаметров: 5.57, 5.35, 5.1.
2. Полученные образцы отжигали при 650°C и 30-минутной выдержке,
охлаждение проводили на воздухе.
3. Все три типоразмера волочили через волоку со сдвигом ∅4.65.
∗ Величины диаметров в статье приведены в mm.
Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 1–2
110
4. Каждый из трех типоразмеров разделили на три части и проволочили
через круглую волоку диаметрами: 4.65, 4.46, 4.28. Это дало 9 вариантов со-
стояний с разными частичными обжатиями на переходах: «обычная волока–
волока со сдвигом» и «волока со сдвигом–обычная волока».
5. После этого проведены испытания на разрыв, исследования плотности
и микроструктуры.
Рис. 1. Схема волочения (в процентах приведены разовые обжатия)
При больших обжатиях абсолютные значения предела прочности выше в
проволоке, полученной волокой со сдвигом (рис. 2), в сравнении с проволо-
кой, полученной по стандартной технологии. Однако при больших обжатиях
волока со сдвигом в сравнении с круглой волокой приводит к меньшему уп-
рочнению проволоки (рис. 3). С увеличением степени обжатия волокой со
сдвигом снижается прирост предела прочности. Это необычное явление, так
как повышение степени деформации (обжатия) должно приводить к боль-
шему росту прочности.
При этом с увеличением степени обжатия сдвиговой волокой относительное
удлинение δ падает для всех обжатий до одного и того же уровня, т.е. величина
δ не зависит от степени обжатия сдвиговой волокой. Отсюда следует вывод о
том, что при разработке новой технологии волочения со сдвигом нецелесооб-
разно использовать величину δ в качестве контрольного параметра.
Применение сдвиговой волоки приводит к росту относительного сужения
для всех вариантов обжатий. Относительное сужение ψ с ростом степени
обжатия сдвиговой волокой существенно (на 19–25%) увеличивается,
Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 1–2
111
причем, чем больше обжатие сдвиговой волокой, тем значительнее повы-
шение ψ. Это благоприятный факт, так как относительное сужение обычно
тесно связано с технической пластичностью проволоки во время волочения
и в рассматриваемой разработке новой технологии волочения со сдвигом
ψ может быть использовано как контрольный параметр.
а б
Рис. 2. Механические свойства проволоки при разных степенях обжатия при пере-
ходе с круглой волоки (∅5.1, 5.35, 5.57) на волоку со сдвигом (∅4.65): а – предел
прочности, б – относительное сужение
а б
в
Рис. 3. Предел прочности проволоки
при разных степенях обжатия обычным
волочением после обжатия волокой со
сдвигом, %: а – 8, б – 16.6, в – 23
Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 1–2
112
Для уточнения природы роста относительного сужения с увеличением сте-
пени деформации были проведены измерения плотности. При обжатии сдвиго-
вой волокой плотность в пределах погрешности не меняется (рис. 4). При по-
следующем обжатии круглой волокой (режим «сдвиговая волока + круглая во-
лока») плотность для всех случаев обжатий растет. Это означает, что смена
сдвиговой волоки на круглую приводит к залечиванию пор за счет изменения
направления течения металла. Данное явление служит дополнительным благо-
приятным фактором для повышения технологической пластичности при воло-
чении со сдвигом. Дальнейшее увеличение частичных обжатий при использо-
вании круглых волок приводит к классической картине понижения плотности.
Исключение составляет режим волочения «сдвиговая волока (23%) + круглая
волока (23%)», для которого значения плотности растут с повышением степени
деформации. Уменьшение плотности может привести к падению микротвердо-
сти при обжатии 8 и 16.6%, однако не определяет ее роста при обжатии 23%.
Объяснение такого поведения микротвердости может состоять в том фак-
те, что при комбинации сдвиговых обжатий с большими обжатиями обыч-
ным волочением активно развиваются релаксационные процессы, способст-
вующие стоку точечных дефектов и уменьшению количества микропор.
а б
в
Рис. 4. Результаты измерения плотности
при разных степенях обжатия обычным
волочением после обжатия волокой со
сдвигом, %: а – 8, б – 16.6, в – 23
Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 1–2
113
В пользу последнего соображения свидетельствует увеличение поперечного
размера зерна на 20% при обжатиях в 23 + 23 = 46% по сравнению с обжатиями
23 + 17 = 40% (табл. 2). Примечательно, что при этом наблюдается не уменьше-
ние, а увеличение продольного размера зерна. Также следует отметить распреде-
ление (дробление) перлитных колоний в ферритном зерне и их более равномер-
ное распределение по ферриту. В то же время при меньших обжатиях релакса-
ционные процессы либо не развиваются, либо развиваются в меньшей степени.
Применение сдвиговой волоки приводит к росту микротвердости (рис. 5).
С увеличением степени обжатия сдвиговой волокой наблюдается тенденция
к уменьшению анизотропии микротвердости (значения в продольном и по-
перечном сечениях). Это, безусловно, положительное явление, поскольку
вызывает повышение ресурса пластичности проволоки.
⊥ || ⊥ || ⊥ || ⊥ || ⊥ || ⊥ ||
а б в
Рис. 5. Микротвердость проволоки в поперечном (⊥) и продольном (‖) сечениях
при переходе с круглой волоки (∅5.1, 5.35, 5.57) на волоку со сдвигом (∅4.65) при
разных степенях обжатия волокой со сдвигом, %: а – 8, б – 16.6, в – 23
При этом обжатия сдвиговой волокой в 23% приводят к несколько мень-
шим значениям микротвердости, чем в случае 16.6%, что обусловлено осо-
бенностями структуры, а именно ростом ферритных зерен и переориенти-
ровкой (поворотом) перлитных включений относительно оси волочения.
Рассмотрим более подробно изменения зеренной структуры при разных
режимах деформации. С ростом степени обжатия при волочении сдвиговой
волокой микроструктура становится более мелкой: ферритные зерна умень-
шаются, размер перлитных колоний сокращается в 1.5% раза, цементитные
пластины раздроблены и однороднее распределены по ферриту внутри пер-
литных колоний. Такое изменение структуры является ожидаемым, посколь-
ку большие частичные обжатия сдвиговой волокой и должны приводить
Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 1–2
114
Та
бл
иц
а
2
О
пт
ич
ес
ка
я
м
ик
ро
ск
оп
ия
п
ро
во
ло
ки
п
ос
ле
о
бж
ат
ия
с
дв
иг
ов
ой
в
ол
ок
ой
п
ри
у
ве
ли
че
ни
и
ст
еп
ен
и
де
ф
ор
м
ац
ии
о
бы
чн
ы
м
во
ло
че
ни
ем
(п
ро
до
ль
но
е
се
че
ни
е,
ц
ен
тр
, у
ве
ли
че
ни
е
×5
00
)
В
ид
в
ол
ок
и
С
хе
ма
во
ло
че
ни
я
(с
м.
р
ис
. 1
)
кр
уг
ла
я
сд
ви
го
ва
я
кр
уг
ла
я
Ре
ж
им
1
∅
5.
57
, 0
%
∅
4.
65
, 2
3%
∅
4.
65
, (
23
+
9
.3
)%
∅
4.
46
, (
23
+
1
6.
6)
%
Ø
4.
28
, (
23
+
2
3)
%
Ре
ж
им
2
∅
5.
35
, 0
%
∅
4.
65
, 1
6.
6%
∅
4.
65
, (
16
.6
+
9
.3
)%
∅
4.
46
, (
16
.6
+
1
6.
6)
%
∅
4.
28
, (
17
+
2
3)
%
Ре
ж
им
3
∅
5.
1,
0
%
∅
4.
65
, 8
%
∅
4.
65
, (
8
+
9)
%
∅
4.
46
, (
8
+
16
.6
)%
∅
4.
28
, (
8
+
23
)%
Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 1–2
115
к измельчению структуры. Наиболее мелкая и однородная структура возни-
кает тогда, когда обжатия составляют 17 + 23 = 40% или 23 + 17 = 40% (см.
табл. 2). Причем при этих обжатиях не только измельчается само зерно, но и
внутри него формируется большая плотность субграниц. Этим фактом объ-
ясняется высокая микротвердость рассматриваемых образцов.
Исключение составляет режим волочения «сдвиговая волока (8%) + круг-
лая волока (23%)». При сочетании «сдвиговая волока (23%) + круглая волока
(23%)» в пределах погрешности плотность вырастает. Примечателен тот факт,
что при этом наблюдается не уменьшение размера зерна, а увеличение. Также
наблюдается распределение (дробление) перлитных колоний в ферритном
зерне (табл. 3). Это явление приводит к перераспределению перлита по объе-
му зерна феррита. Кроме того, обнаружен эффект дробления цементитных
пластин, что хорошо видно при рассмотрении продольного сечения проволо-
ки. После сдвиговой волоки ориентировка цементита вдоль оси волочения не
наблюдается, а сами пластины крошатся и превращаются в глобули.
Данные факты являются важным доказательством того, что волочение со
сдвигом может приводить не только к последовательному уменьшению раз-
мера зерен и, как следствие, к росту прочности с падением пластичности, но и
к увеличению роста зерна и снижению темпа повышения прочности с ростом
пластичности. Следует учесть, что ранее также был обнаружен рост феррит-
ных зерен и переориентировка (поворот) перлитных включений относительно
оси волочения. Эти три фактора (увеличение плотности и размера зерна,
меньший прирост микротвердости) позволяют обоснованно предположить,
что все вышеперечисленные явления объясняются развитием динамической
полигонизации, что приводит и к росту зерен, и к снижению пористости
вследствие перемещения границ зерен и аннигиляции пор. С практической
точки зрения этот факт интересен, поскольку процесс волочения проволоки
можно не прекращать ввиду отсутствия порывов вследствие формирования
пор. Данные эффекты позволяют реализовать повышение пластичности про-
волоки без отжига в процессе волочения до технически необходимого уровня.
С увеличением степени обжатия круглой волокой после предварительно-
го применения сдвиговой волоки наблюдается тенденция к разупрочнению.
Большие обжатия сдвиговой волокой приводят к большим значениям проч-
ности. Следует отметить, что сочетание «сдвиговая волоки (23%) + круглая
волока (23%)» приводит к несколько большему разупрочнению, однако дос-
тигнутый уровень предела прочности в этом случае все равно выше, чем при
меньших обжатиях.
После применения круглых волок вслед за сдвиговой волокой пластичность
ведет себя традиционным образом, т.е. падает с ростом степени деформации.
Наблюдается тенденция к увеличению относительного сужения с повы-
шением степени обжатия круглой волокой после сдвиговой волоки. При
этом большие обжатия сдвиговой волокой приводят к большим значениям
ψ. Нужно отметить ту особенность, что применение круглой волоки после
сдвиговой вызывает падение относительного удлинения, однако последующее
Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 1–2
116
Та
бл
иц
а
3
Ра
ст
ро
ва
я
м
ик
ро
ск
оп
ия
п
ро
во
ло
к
в
по
пе
ре
чн
ом
и
п
ро
до
ль
но
м
с
еч
ен
ия
х
по
сл
е
об
ж
ат
ия
2
3%
с
дв
иг
ов
ой
в
ол
ок
ой
пр
и
ув
ел
ич
ен
ии
с
те
пе
ни
д
еф
ор
м
ац
ии
о
бы
чн
ы
м
в
ол
оч
ен
ие
м
У
ве
ли
че
ни
е
В
ид
в
ол
ок
и,
д
иа
ме
тр
пр
ов
ол
ок
и,
ч
ас
ти
чн
ы
е
об
ж
ат
ия
в
%
С
еч
ен
ие
×5
00
0
×1
00
00
×2
00
00
1
2
3
4
5
П
оп
ер
еч
но
е
К
ру
гл
ая
, ∅
5.
57
, 0
%
П
ро
до
ль
но
е
Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 1–2
117
П
ро
до
лж
ен
ие
т
аб
ли
цы
3
1
2
3
4
5
П
оп
ер
еч
но
е
С
дв
иг
ов
ая
, ∅
4.
65
, 2
3%
П
ро
до
ль
но
е
П
оп
ер
еч
но
е
С
дв
иг
ов
ая
в
к
ру
гл
ую
,
∅
4.
65
в
∅
4.
65
,
(2
3
+
9)
%
П
ро
до
ль
но
е
Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 1–2
118
П
ро
до
лж
ен
ие
т
аб
ли
цы
3
1
2
3
4
5
С
дв
иг
ов
ая
в
к
ру
гл
ую
,
∅
4.
65
в
∅
4.
46
,
(2
3
+
17
)%
П
оп
ер
еч
но
е
С
дв
иг
ов
ая
в
к
ру
гл
ую
,
∅
4.
65
в
∅
4.
46
,
(8
+
1
7)
%
П
ро
до
ль
но
е
С
дв
иг
ов
ая
в
к
ру
гл
ую
,
∅
4.
65
в
∅
4.
28
,
(8
+2
3)
%
П
оп
ер
еч
но
е
П
ро
до
ль
но
е
Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 1–2
119
использование круглой волоки приводит к увеличению относительного су-
жения. Такое нетрадиционное поведение ψ говорит о наследовании структу-
ры, сформированной сдвиговой волокой, а само явление может быть ис-
пользовано при создании новой технологии волочения со сдвигом для уве-
личения пластичности проволоки.
Выводы
1. С увеличением степени обжатия сдвиговой волокой снижается прирост
прочности, т.е. сдвиговая волока при больших обжатиях в сравнении с круг-
лой волокой приводит к меньшему упрочнению проволоки.
2. С увеличением степени обжатия сдвиговой волокой относительное уд-
линение δ падает до одного и того же уровня для всех обжатий, т.е. удлине-
ние δ не зависит от степени обжатия сдвиговой волокой. Поэтому величину
δ нецелесообразно использовать в качестве контрольного параметра при раз-
работке новой технологии волочения со сдвигом.
3. Применение сдвиговой волоки приводит к росту относительного суже-
ния для всех вариантов обжатий. Относительное сужение ψ с ростом степе-
ни обжатия сдвиговой волокой существенно (на 19–25%) увеличивается,
причем, чем больше обжатие сдвиговой волокой, тем больше повышение
уровня. Это благоприятный факт, поскольку относительное сужение обычно
тесно связано с технической пластичностью проволоки во время волочения
и в рассматриваемом случае разработки новой технологии волочения со
сдвигом ψ также может быть использовано как контрольный параметр.
4. Обжатие сдвиговой волокой вызывает рост микротвердости. С увели-
чением степени обжатия наблюдается тенденция к уменьшению анизотро-
пии микротвердости (значения в продольном и поперечном сечениях). Это,
безусловно, положительное явление, т.к. вызывает увеличение ресурса пла-
стичности проволоки. При этом обжатия сдвиговой волокой в 23% приводят
к несколько меньшим значениям микротвердости, чем в случае обжатия в
16.6%, что обусловлено особенностями структуры, а именно ростом фер-
ритных зерен и переориентировкой (поворотом) перлитных включений от-
носительно оси волочения. Данный факт является важным доказательством
того, что волочение со сдвигом может приводить не только к последова-
тельному уменьшению размера зерен и, как следствие, к росту прочности с
падением пластичности, но и к увеличению роста зерна и снижению темпа
роста прочности с ростом пластичности. Это отличие от классических схем
волочения и является тем физическим процессом, который позволяет реали-
зовать повышение пластичности проволоки без отжига в процессе волоче-
ния до технически необходимого уровня.
5. С ростом степени обжатия при волочении сдвиговой волокой микрострук-
тура становится более мелкой: ферритные зерна уменьшаются, перлитные ко-
лонии имеют в 1.5% раза меньший размер, цементитные пластины раздробле-
ны и однороднее распределены по ферриту внутри перлитных колоний. Это
Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 1–2
120
изменение структуры является ожидаемым, так как большие частичные обжа-
тия сдвиговой волокой и должны приводить к измельчению структуры.
6. При обжатии сдвиговой волокой плотность в пределах погрешности не
меняется. При последующем обжатии круглой волокой («сдвиговая волока +
+ круглая волока») плотность для всех случаев обжатий увеличивается. Это
означает, что смена сдвиговой волоки на круглую приводит к залечиванию
пор за счет изменения направления течения металла. Данное явление служит
дополнительным благоприятным фактором для повышения технологической
пластичности при волочении со сдвигом. Дальнейшее увеличение обжатий
при использовании круглых волок приводит к классической картине пони-
жения плотности с ростом частичного обжатия. Исключение составляет ре-
жим волочения «сдвиговая волока (8%) + круглая волока (23.2%)». При со-
четании «сдвиговая волока (23%) + круглая волока (23%)» в пределах по-
грешности плотность вырастает. Примечателен тот факт, что при этом на-
блюдается не уменьшение размера зерна, а увеличение. Также наблюдается
распределение (дробление) перлитных колоний в ферритном зерне. Это яв-
ление можно образно назвать «растягиванием перлита по зерну феррита».
Следует учесть, что ранее также был обнаружен эффект меньшего повы-
шения микротвердости, связанный с ростом ферритных зерен и переориен-
тировкой (поворотом) перлитных включений относительно оси волочения.
Эти три факта (увеличение плотности и размера зерна, меньший прирост
микротвердости) позволяют обоснованно предположить, что все вышепере-
численные явления объясняются развитием динамической полигонизации,
что приводит и к росту зерен, и к снижению пористости в результате пере-
мещения границ зерен и аннигиляции пор. С практической точки зрения
этот факт также интересен, поскольку достоверно показано, что процесс во-
лочения проволоки, как правило, прекращают из-за многочисленных поры-
вов вследствие формирования пор.
7. Наблюдается тенденция к разупрочнению с увеличением степени об-
жатия круглой волокой после предварительного применения сдвиговой во-
локи. Большие обжатия сдвиговой волокой приводят к высоким значениям
прочности. Следует отметить, что сочетание «сдвиговая волока (23%) +
+ круглая волока (23%)» приводит к несколько большему разупрочнению,
однако достигнутый уровень предела прочности в этом случае все равно
выше, чем при меньших обжатиях.
8. После применения круглых волок вслед за сдвиговой пластичность ве-
дет себя традиционным образом, т.е. падает с ростом степени деформации.
9. Наблюдается тенденция к увеличению относительного сужения с по-
вышением степени обжатия круглой волокой после сдвиговой волоки. При
этом большие обжатия сдвиговой волокой приводят к высоким значениям ψ.
Нужно отметить ту особенность, что применение круглой волоки после
сдвиговой вызывает падение относительного удлинения, однако последую-
щее использование круглой волоки приводит к увеличению ψ. Такое нетра-
диционное поведение относительного сужения свидетельствует о наследо-
Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 1–2
121
вании структуры, сформированной сдвиговой волокой, а само явление мо-
жет быть использовано при создании новой технологии волочения со сдви-
гом для увеличения пластичности проволоки.
1. Е.М. Киреев, М.Н. Щуляк, А.В. Столяров, Сталь № 3, 56 (2009).
2. Патент РФ № 2347633, Способ получения ультрамелкозернистых полуфабри-
катов волочением со сдвигом, Г.И. Рааб, А.Г. Рааб, Заявка № 2007141899/02,
12.11.2007.
3. Krzysztof Muszka, Lukasz Madej, Janusz Majta, Mater. Sci. Eng. A574, 68 (2013).
4. М.В. Чукин, А.Г. Рааб, В.И. Семенов, Вестник Магнитогорского государствен-
ного технического университета № 4, 33 (2012).
5. Sun Kwang Hwanga, Hyun Moo Baeka, Il-Heon Sonb, Yong-Taek Ima, Chul Min
Baeb, Mater. Sci. Eng. A579, 118 (2013).
6. Jung Wan Leea, Hyun Moo Baeka, Sun Kwang Hwanga, Il-Heon Sonb, Chul Min
Baeb, Yong-Taek Ima, Materials & Design 55, 898 (2014).
E.H. Pashinskaya, A.V. Zavdoveev, A.A. Maksakovа, V.N. Varyukhin, A.A. Tolpa,
V.M. Tkachenko
EFFECT OF DRAWING DIES WITH SHEAR ON THE STRUCTURE
AND THE PROPERTIES OF LOW-CARBON STEEL
The changes in the structure and the properties of low-carbon wire in the course of draw-
ing with shear have been studied. It is demonstrated that the main specific feature of the
application of the shear drawing dies is the tendency to softening of the wire when the
reduction ratio increases. In the course of the classical drawing through the round dies,
the strength properties are enhanced contrary to the plastic ones. It has been found that
the application of the dies with shear allows pore healing, grain size variation and ob-
taining the wire of the set diameter characterized by a high level of the strength and plas-
ticity. The found effects formed the basis of a suggested high-tech method of wire draw-
ing without an interpass annealing.
Keywords: low-carbon steel, drawing with shear, strength, plasticity
Fig. 1. Drawing scheme (percentage of pass reduction is marked)
Fig. 2. Mechanical properties of the wire at varied reduction when a round die (∅5.1,
5.35, 5.57) is followed by a shear die (∅4.65): а – yield strength, б – contraction ratio
Fig. 3. Yield strength of the wire at varied reduction by the conventional drawing after
the reduction in the shear die, %: а – 8, б – 16.6, в – 23
Fig. 4. The results of the density measurements at varied reduction by the conventional
drawing after the reduction in the shear die, %: а – 8, б – 16.6, в – 23
Fig. 5. Microhardness of the wire in the transversal section (⊥) and in the longitudinal
sections (‖) when a round die (∅5.1, 5.35, 5.57) is followed by the shear die (∅4.65) at
varied reduction by the shear die, %: а – 8, б – 16.6, в – 23
|