Способ получения ультрамелкозернистых полуфабрикатов волочением с кручением

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении полуфабрикатов или прутков и проволоки с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой. Способ включает деформацию длинномерного металла волочением через две, последовательно соосно расположенные и неподвижно закрепленные, конусные волоки с дополнительным деформационным воздействием сдвигом за счет одновременного знакопеременного изгиба металла и его кручения вокруг своей продольной оси в зоне между волоками, при этом скорости перемещения металла в осевом направлении и его вращения вокруг своей продольной оси поддерживают постоянными. Осуществление деформационного процесса расширяет возможности обработки длинномерных полуфабрикатов с ультрамелкозернистой структурой с получением повышенных физико-механических свойств за счет применения комбинированной сложной схемы напряженного состояния, что позволяет получать изделия широкого размерно-марочного сортамента. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении полуфабрикатов или прутков и проволоки с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой и повышенными физико-механическими свойствами металлических материалов за счет комбинированой деформационной обработки.

Известны способы производства ультрамелкозернистых (УМЗ) заготовок, включающие деформирование материала в пересекающихся каналах методами интенсивной пластической деформации (ИПД). Наибольшее распространение получили ИПД путем равноканального углового прессования (РКУП) заготовки без изменения ее поперечного сечения, включающие продавливание заготовки через два пересекающихся канала с одинаковым поперечным сечением, в которых за счет пластического структурообразования материалов обеспечивается повышение физико-механических свойств заготовки. При этом возможно вращение заготовки, либо обрабатывающего инструмента вокруг своей оси или оси заготовки (В.М.Сегал, В.И.Копылов, В.И.Резников. Процессы пластического структурообразования металлов. Минск: Наука и техника, 1994, с.26; Патент РФ №2021064, Патент РФ №2188091, Патент РФ №2268100).

Недостатками известных способов является сложность в обеспечении целостности заготовки в процессе ее обработки при повышенных пластических деформациях, а также невозможность обработки длинномерных изделий с УМЗ структурой.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ получения УМЗ полуфабрикатов волочением со сдвигом, включающий деформацию металла за счет приложения тянущей силы через две расположенные последовательно конические волоки с одновременным вращением одной из волок с обеспечением дополнительной деформации сдвигом посредством заданного относительно оси вращения эксцентриситета, образованного за счет конусного канала волок (Патент РФ №2347633).

Недостатками известного способа является ограниченный уровень деформационного воздействия за цикл обработки, не позволяющий обеспечить значительные суммарные деформации, а соответственно, сужающий возможности формирования УМЗ структуры материала.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является расширение возможностей деформационной обработки длинномерных УМЗ полуфабрикатов за счет дополнительного знакопеременного изгиба с вращением металла в зоне между очагами деформации.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения ультрамелкозернистых полуфабрикатов волочением со сдвигом, включающем деформацию металла за счет приложения тянущей силы через две последовательно расположенные конические волоки, согласно изобретению деформацию металла производят последовательно в соосно неподвижно закрепленных первой и второй волоках, при этом дополнительную деформацию сдвигом обеспечивают в зоне между волоками одновременным знакопеременным изгибом и вращением металла вокруг своей продольной оси, при этом скорости перемещения металла в осевом направлении и его вращения вокруг своей продольной оси поддерживают постоянными.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Пример осуществления способа.

Стальная проволока с начальным диаметром d₀ заправляется в первую по ходу ее движения неподвижно закрепленную коническую волоку и далее направляется, например, в систему роликов, обеспечивающую знакопеременный изгиб проволоки. Далее она, имеющая после первой волоки диаметр d₁<d₀, поступает во вторую неподвижно закрепленную расположенную соосно с первой коническую волоку меньшего диаметра, после которой проволока имеет диаметр d₂ с последующим закреплением ее переднего конца в намоточном устройстве. После этого осуществляется процесс последовательной комбинированной деформации металла волочением в конусных соосно расположенных и неподвижно закрепленных первой и второй волоках за счет тянущего усилия, создаваемого вращением намоточного устройства. При этом одновременно с деформацией волочением в зоне между волоками производят дополнительную деформацию сдвигом, например, за счет вращения системы роликов вокруг продольной оси металла, обеспечивающей совместный знакопеременный изгиб металла и его вращение вокруг своей продольной оси. Причем в процессе последовательной деформации металла скорости его перемещения в осевом направлении и вращения вокруг своей продольной оси поддерживают постоянными.

В результате деформационной обработки проволоки по заявленной технологии в проволоке увеличиваются как прочностные, так и пластические характеристики. При этом средний уровень повышения свойств металла по сравнению с известным способом деформационной обработки составляет 19-34%.

Режимы обработки, по которым осуществлялось волочение проволоки с ее знакопеременным изгибом, и вращением вокруг своей продольной оси, а также полученные результаты представлены в таблице.

Таблица
Диаметр проволоки, исходный, d0, мм	Диаметр проволоки, после первой волоки, d1, мм	Диаметр проволоки, после второй волоки, d2, мм	Марка стали	Суммарное обжатие, ε, %	Скорость вращения проволоки, об/мин	Скорость волочения, м/мин	Механические свойства
σт, МПа	σв, МПа	δ100, %
3,5*	3,00	2,70	сталь 20	23	-	140	647	990	2,6
3,0**	2,70	2,42		19	6	160	823	1520	1,9
3,5**	3,10	2,77	21	8	140	846	1580	1,5
* - волочение без знакопеременного изгиба и вращения металла
** - волочение со знакопеременным изгибом и вращением металла

Заявленный способ комбинированной деформации длинномерных заготовок за счет одновременного знакопеременного изгиба металла и его вращения вокруг своей продольной оси в зоне между волоками позволяет обеспечить за цикл обработки значительные суммарные деформации. При этом, благодаря большим сдвиговым деформациям в обрабатываемом металле формируется ультрамелкозернистая (УМЗ) структура с повышенными физико-механическими свойствами, что существенно расширяет возможности комбинированной деформационной обработки. На основании вышеизложенного, можно сделать вывод, что заявляемый способ работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе.

Способ получения полуфабрикатов с ультрамелкозернистой структурой волочением со сдвигом, включающий деформацию металла за счет приложения тянущей силы через две последовательно расположенные конические волоки, отличающийся тем, что деформацию металла производят последовательно в соосно неподвижно закрепленных первой и второй волоках, при этом дополнительную деформацию сдвигом обеспечивают в зоне между волоками одновременным знакопеременным изгибом и вращением металла вокруг своей продольной оси, при этом скорости перемещения металла в осевом направлении и его вращения вокруг своей продольной оси поддерживают постоянными.