автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Влияние импульсов электрического тока на свойства и структуру малоуглеродистых и низколегированных сталей

рг6 од

» 4 дпр та

На правах рукописи

ЕРИЛОВА ТАТЬЯНА ВАСИЛЬЕВНА

Влияние импульсов электрического тока на свойства и структуру малоуглеродистых и низколегированных сталей

Специальность 05.16.01 Металловедение и термическая обработка металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк - 1998

Работа выполнена в Сибирском Государственном индустриальном

университете

Научные руководители: доктор физико-математических наук.

профессор Громов В.Е., кандидат технических наук, доцент Воронов И.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Софрошенков А.Ф., кандидат технических наук, доцент Муратов В.М.

Ведущее предприятие - АО "Кузнецкий металлургический комбинат"

Защита состоится "13 " мая 1998 г. в _ часов на заседании

диссертационного совета Д 063.99.01 при Сибирском Государственном индустриальном университете по адресу:654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42 С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета (СибГИУ). Автореферат разослан °^марта 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кащщцат технических наук, доцент * А.Л. Николаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ КТУАЛЫЮСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В условиях современного производства ак-/алыюй задачей является разработка технологий, при которых достигаются элее благоприятные (экономически и технологически) условия получения магнатов и изделий путем подведения к очагу деформации дополнительной 1српти: тепла, электрического тока, ультразвуковых колебашш и т.д. Примемте импульсного тока позволяет реализовать электростимулировашюе воло-гние (ЭСВ). В результате снижаются силовые параметры волочения, изменятся физико-механические свойства и структура сталей, оставаясь соответст-угощими ГОСТу на проволоку. Эффект максимален при резонансных частотах тедования импульсов тока. Работа выполнена в соответствии с координацион-ым планом НИР программы "Сибирь", межвузовской программой НИР Металл"' раздел 09.16 "Исследование пластической деформации металлов и плавов при волочении с наложештсм электромагнитных полей и УЗК", темой 'ибирского металлургического института "Повышение производительности олочения проволоки го малоуглеродистых и низколегированных сталей за чет электропластического эффекта" N ГР 78056859, грантами Госкомвуза РФ и Министерства общего и профессионального образования по фундаментальным роблемам метатлурпш.

(ЕЛЬ РАБОТЫ: Анализ влияния различной частоты повторения импульсов ока на .механические свойства, макроскопическую и тонкую структуру прово-оки из малоуглеродистых и низколегированных сталей для выбора оптимать-ых условий элекгростимулированного волочения.

Для реализации цели в работе решались следующие задачи: . Выявление связей между частотой импульсов тока и усилием волочения, структурой и физико-механическими свойствами сталей, определяемыми методами современного физического матсриатоведения.

Экспериментальное определение собственных частот колебаний системы при обычном (ОВ) и электростимулированпом (ЭСВ) волочении.

3. Выяснение механизма, ответственного за облегчение пластической деформации при импульсном токовом воздействии. Выбор оптимальных частот ЭСВ НАУЧНАЯ НОВИЗНА: Получены зависимости физико-механических свойст и структуры стальной проволоки от частоты импульсов тока. Максимальны изменения физико-механических свойств, а также усилия волочения наблюдг ются при частотах импульсного тока 700-800 Гц для всех исследованных маро сталей. При частотах 725 и 750 Гц наблюдается структура сталей, соответству ющая меньшей степени деформации: минимальная доля ориентировки плоскс стей (НО) вдоль оси волочения, микродеформации минимальны и равиомерш по глубине образца, размеры ОКР увеличены, металлографическая структур более однородная, равномерная, менее измельченная, чем при ОВ и других час тотах ЭСВ. Эти частоты следует признать оптимальными при ЭСВ на воле чилыюм стане ВСМ 1/550. Установлено, что оптимальные час-юты воздейсгви (700-800 Гц) оказались близкими к третьей гармонике спектра системы. Пре/ ложен резонансный механизм влияния импульсов тока на процесс волочен» проволоки.

Практическая ценность и реализация результатов работы. На о<

новани выполненных исследований разработана и испытана технология элекч ростимулированного волочения проволоки. В цехе производства проволоки метизов ОАО "ЗСМК" проведено экспериментальное волочение проволоки п технологическим маршрутам при токовом воздействии. Обнаружено снижет усилия волочения. Определены экспериментально и расчетным путем основны собственные частоты колебаний проволоки промышленных марок сталей на вс лочильном стане ВСМ 1/550. Установлено, что оптимальными частотами импу льсного воздействия током при ЭСВ оказались частоты вблизи трегьей гарм< ники основной частоты колебаний системы. На каждом переходе следует ищи видуалыю подбирать собственную частоту при ЭСВ.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты, представленные в диссерт; ции докладывались и обсуждались на 16 научно-технических конференция;

4

юещаннях и семинарах, в том числе: Республиканской наушо-тсхиичсскои мференции "Повьтгаеттс эффективности металлургического производства' -овокузнецк, 1985 г.; научно-технической конференции "Интенсификация ме-ллургнческих процессов и повышение качества металла"- Новокузнецк, 1986; г Всесоюзном семинаре "Структура дислокаций и механические свойства ме-ллов и сплавов"- Свердловск, 1987; VII Всесоюзной конференции по свароч->ш материалам - Одесса, 1987; I Всесоюзной конференции "Действие электро-1гнитных полей на пластичность и прочность металлов и сплавов"- Юрмала, >87; Всесоюзном семинаре "Пластическая деформация материалов в условиях гешних энергетических воздействий" - Новокузнецк, 1988; семинаре-совеща-ш исполнительной программы "Сибирь": "Новые металлургические технологи и оборудование"- Новосибирск, ] 988; объединенном заседании трех посто-пгглх Всесоюзных семинаров: "Дифракционные методы исследования искаже-шх структур. Актуальные проблемы прочности. Физико-технические проблем поверхности металлов"- Череповец, 1988; И Всесоюзной конференции Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов" -)рмала, 1990; Всесоюзной научно-технической конференции "Новые материа->i и ресурсосберегающие технологии термической и химико-термической об-1ботки в машиностроении и металлургии" - Новокузнецк, 1991; III, IV Между-фодной конференции "Прочность и пластичность материалов в условиях вне-них энергетических воздействий" - Новокузнецк, .1993, 1995; VI семинаре Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов"- Екаге-шбург, 1993; III, IV Международной конференции "Действие электромагнитах полей на пластичность и прочность материалов" - Воронеж, 1994, 1996.

РЕДМЕТ ЗАЩИТЫ. Основные положения, выносимые на защиту: Закономерности изменения физико-механических свойств сталей от частоты импульсов тока

2. Выбор частот следования импульсов тока, приводящих к оптимально?, набору физико-механических свойств сталей, на основе анализа cneicrj колебаний деформирующей системы.

3. Новые представления о природе токового воздействия на процесс волочеш проволоки.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА состоит в определении физико-механичесю свойств и структуры сталей после ОВ и ЭСВ металлографическими и рентген< дифрактометрическими методами, экспериментальном определении акустич! ских спектров системы при ОВ и ЭСВ, анализе полученных результатов. Публикации. Содержание диссертации изложено в 30 публикациях, в том чта ле 12 статьях в журналах и 18 тезисах докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общи выводов и списка цитируемой литературы. В работе - 117 страниц текста, 5 рисунка и 12 таблиц. Список использованной литературы состоит из 162 н; именований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении представлено обоснование актуальности разработки технолс гии электростимулированного волочения проволоки. Показаны научная нови: на, пракгическая ценность и реализация результатов работы.

В первой главе (литературном обзоре) отмечается, что электростимуш рованнос волочение металлов в некоторых случаях позволяет исключить <ин рации отжига после нескольких переходов, сократить число, переходов, сш зить силовые параметры волочения. В работах по электростимулированной дс формации (ЭСД) рассматриваются различные типы тока (постоянный, перс менный, импульсный). Наибольший эффект в отношении снижения усилия вс лочения наблюдается при применении импульсного тока Это позволяет обес печить высокие плотности тока при одновременном исключении домин ирук щего влияния макроскопического разогрева джоулевым теплом. Интервал it менения параметров рабочего тока, при котором наблюдается электропластине

ciiií эффект, является пороговым. Для каждого вида обработки материала тре-/ется экспериментальное исследование оптимальных условий токового воз-;йствия па различных эт апах деформировшшя.

Импульсный характер многократного воздействия вынуждает обратить шмание на колебательные процессы в деформирующей системе. При дефор-провашш с током отмечаются колебания образца, осцилляции сил трения, пе-иодические уголщения по диаметру проволоки. Проведены расчеты давления i счет тпгч-эффекта импульсного тока, и делается вывод, что этого давления эстаточно, чтобы вызывать упругие колебания проволоки и несколько пони-ать усилие волочишя.

Хотя имеется много работ, посвященных изучению различных типов ко-гбаний и волн на проволоке, неизвестны работы по определению собственных астот колебаний проволоки и стана в целом при ЭСВ.

Обусловленные импульсами тока вынуждетгые колебания уровня наряжений в образце создают эффект, оказывающий на пластическую деформа-ию действие, подобное ультразвуковому. Анализ литературных данных пока->inaer: насколько экспериментаторы единодушны в признании роли техноло-ического аспекта электростимуляции, настолько противоречивы данные о воз-ожных причинах и механизмах ЭСД.

la второй главе приведены материалы, установка и методики псследова-

ия. Для исследований выбраны широко применяемые в промышленности ма-оуглеродистые и низколегированные стали марок: Ст2кп, 10 и 08Г2С. Волоче-ие осуществлялось на опытно-промышленной установке на базе волочильного тана ВСМ 1/550 и генератора импульсов электрического тока с системой то-оподвода. Генератор формирует мощные однополярные импульсы тока с ам-литудой до 12 кА длительностью до 200 мке и частотой воспроизведения до ,2 кГц. Длительность им-пульсов тока и амплитуду регистрировали на осцил-ографе. Электричес-кий ток от генератора импульсов подавали в зону перед чагом деформации, причем полюс (+) присоединен к волоке, а полюс (-) - к

специальному контакту, расположенному перед волокой на расстоянии от 80 Д1 250 мм от первого контакта.

Усилие волочения определялось расчетным путем по электрическим па раметрам работы стана. Интегральная температура разогрева проволоки меж ду скользящим контактом и зоной деформации при ЭСВ определена экспери ментатьно с помощью инфракрасного датчика и в наиболее горячей точке н превышает 220°С.

Характер распространения упругих волн в проволоке изучали на элек тронном анализаторе спектра. Для записи акустического сигнала на неподвиж иуто станину с впрессованной фильерой помещали пьезоэлектрический датчик присоединенный к магнитофону. После возбуждения колебаний проволок! ударом, сигнал с магнитофона подавали на вход анализатора и на экран! наблюдали изменяющийся во времени спектр системы. Эти же исследовании проводились и при воздействии импульсов тока.

Аксиальную текстуру исследовали методом построения и анализа пря мых и обратных полюсных фигур (ППФ и ОПФ). Исследовшш текстуру Ст2к! по дифрактометрическим кривым (по неполным текстурограммам) после ЭСВ различными частотами следования импульсного тока; а для трех образцов: и исходной проволоки (I), после OB (II) и после ЭСВ с f = 750 Гц (III) - по пол ным ППФ. Съемка "на отражение" осуществлялась на дифрактометре ДРОН-2 образующей и с торца образца методом наклона. Для аксиальной текстуры прс водился анализ вероятности совпадения определенных кристаллографически направлений с осью волочения по одной ОПФ. Из рентгенодифрактограмм рас считывали«, также: параметр решетки, размеры областей когерентного рассей ния (ОКР), величины микродеформации и плотность дислокаций.

Методики измерения механических свойств не отличались от стандарт ных. Микротвердость ферритной фазы сталей измеряли на приборе ПМТ-З нагрузкой 0,50 Н на продольных шлифах на расстоянии 0,1 мм от поверхност и в центре образца. Проведена статистическая обработка данных. Микрострут

8

ру исследовали металлографическим и электронно-микроскопическим (peinai) методами на шпсроскопах "Неофот - 21" и УЭМВ-100К. третьей главе представлены результаты обычного и электростимулирован-го волочения стальной проволоки при различных частотах импульсного тока.

В таблице приведены скорости, маршруты, степени деформации и частоты и ЭСВ исследованных марок сталей. При электростнмулированном волоче-и Ст2кп частота следования импульсов тока изменялась в диапазоне от 450 1000 Гц. Длительность, амплитуда, плотность тока, степень деформации, орость волочения оставались постоянными. При волочении сталей 08Г2С-и диапазон изменения частоты импульсов тока расширен от 200 до 1000 Гц. В тервале от 600 до 1000 Гц частоту изменяли через 25 Гц.

Таблица

Режимы ЭСВ исследованных марок сталей

арки Скорость Степень деформации е, % Плотность Диапазон

гали V, м/с Единичная / суммарная тока Частот

j, А/мм2 f, Гц

г2кп 1,79 23/59 1040 450-1000

г2кп 1,79 29/62 1121 450-1000

г2кн 1,79 34/65 1200 450-1000

1Г2С 2,38 15/55 . , 936 200-1000

10 0,34 30/30 602 200-1000 -

;гогое волочения при всех частотах импульсного тока ниже, чем при ОВ. Од-ко имеется нелинейная и немонотонная зависимость усилия волочения от стоты подаваемых импульсов тока. Например, для Ст2кн, если при ОВ уси-е составляет Б = (3,70 ± 0,05) кН, то при ЭСВ усилие волочения меняется от М до 3,37 кН, причем минимальное усилие волочения приходится на частоту 0 Гц и составляет 78 % от усилия при ОВ. Минимальное усилие волочения али 08Г2С (73 % от ОВ) приходится на область частот от 625 до 775 Гц. Сни-

жения усилия наблюдались также при частотах 200, 300 и 1000 Гц (на 20 %) незначительное снижение при частоте 900 Гц (на 4 %). Максимальные сниже ния усилия при ЭСВ для разных сталей приходятся на блшкие частоты: 800 Г (Ст2кп), 700 Гц (сталь 10) и на область частот от 625 до 775 Гц (сталь 08Г2С).

Изменение твердости Ст2кп с частотой носит немонотонный характе (при всех степенях деформациях). Максимальное снижение твердости при ЭС1 составляет 5 - 7 % по сравнению с твердостью при ОВ. Минимальна твердость наблюдается при частотах: 750 и 800 Гц.

Применение импульсного тока приводит к снижению микротвердости ка в центре, так и на поверхности образца. Воздействие импульсного тока снимае наклеп поверхностных слоев, свойственный ОВ, способствует появленш разупрочненных зон. Чаще всего применение импульсного тока различно; частоты при ЭСВ приводит к снижению микротвердости на поверхности сравнении с центральными слоями. Максимальное снижение микротвердост] наблюдаются при следующих частотах: 800 Гц (сталь 08Г2С И Ст2кп) и 750 Г] (сталь 10 и Ст2кп).

Частотные зависимости микротвердости, твердости, временного сопротив лешш разрыву (ов) и относительного сужения (и;) являются нелинейными ] немонотонно изменяются с частотой импульсов. Полученные закономерност) наблюдаются для всех исследованных марок сталей и мало изменяются с< степенью деформации. Установлено, что проволока после электростимулиро ванного волочения удовлетворяет свойствам, соответствующим ГОСТ дд обычного волочения.

В четвертой главе привены результаты рентгенодифрактометрического иссле дования текстуры сталей, параметров тонкой структуры и результаты металло графического анализа структуры сталей. Следует отметить нечеткий, размыты] профиль дифракционных пиков за счет внутренних напряжений и текстурt проволоки на образцах исследуемых марок сталей, прошедших как ОВ, так i ЭСВ с разными частотами импульсного тока. Нет расщепления на дублеты.

ю

Текстура (110), соответствующая a-Fe, была получена при отражении от оскостей (110), (100), (211) в Ст2ки. На текстурограммах (110) имеются мак-мумы при углах наклона а: 0° и 30°. Для текстурного максимума, соответс-ующсго углу наклона a = 30°, определялись значения максимальной интен-вности и ширшш на половине высоты, а также их отношение. Измерялось ношение высоты максимума к его ширине и его изменение с частотой шульсоа тока. Узкий и высокий в исходной проволоке текстурный максимум >и дальнейшем волочении без тока (ОВ) уширяется на 50 % и снижается на i %. При ЭСВ изменение частоты импульсов тока привела к немонотонному ме-нению высоты и ширины пика. При ЭСВ с частотой f = 775 Гц ширина оса самая большая, а максимальная интенсивность пика наменыпая, следова-льно, рассеяние текстуры здесь максимальное. Аналогичные результаты по менению высоты и ширшш максимумов текстурного рассеяния (и их отно-дшя) при различных токовых воздействиях получены и при двух других сте-нях деформации Ст2кп.

Долю ориентировки плоскостей (110) в поверхностных слоях проволоки ссчигывати по неполным ГШФ. С увеличением степени деформации при ОВ 1блюдается усиление доли ориентировки (110). При ОВ (ci = 23 %) доля «ентировки (110) составляет 30 %, а при ЭСВ - изменяется от 35 % (при 450

0 до 10 % (при 850 и. 875 Гц). Воздействие токовых импульсов с определен-шн частотами уменьшает долю ориентировки (110) стали. Мшшмум ориен-ровки приходится на частоты: 750 Гц (et = 23 %), 825 Гц (е2 = 29%) и 850 Гц ; = 34 %). Анализ полных ППФ (110) и ППФ (112) показывает, что в образцах 1еется текстура (110), причем текстура "не острая" - пики сильно размыты и ре-крываются. После ЭСВ, рассеяние текстуры больше, чем после ОВ. Доли тентировки, рассчитанные методом полуколичественной оценки текстуры

1 ППФ, для исходного образца и образцов, протянутых без тока и с током, со-

авляют соответственно: fr = 24,3 %; fn = 28 % и fID = 19 %. Т.е. опять при

льне йн! ем обычном волочении текстура усиливается, а при волочении с то-

11

ком частотой 750 Гц структура менее дефоршгруется и доля ориентировк (110) становится меньше, чем была в исходной проволоке.

Проведен анализ ОПФ (сталь 10) после ЭСВ с различными частотами ил иульсного тока. При всех режимах ЭСВ значения полюсной плотности Pj значительно выше всех других Phy- Это говорит о том, что наблюдается текстз pa (110) как в исходной проволоке, так и при всех режимах ЭСВ. После ЭСВ частотой импульсов тока f = 725 Гц плотность отражений от плоскостей (11( ниже, а от других отражений - выше, чем при других частотах импульсного те ка, т.е. наблюдается тенденция к выравниванию полюсных плотностей, уменг шенгао ориентировки (110), ослаблению текстуры деформации! Из ОПФ был рассчитана величина fUo - доля ориентировки плоскостей (110), как xapaicrepi стыка степени текстурованности проволоки. В исходной проволоке доля opuet тировки (110) составляла 25 %. При ЭСВ доля ориентировки увеличивается л 35 % при всех частотах, исключая частоту тока f =725 Гц. При ЭСВ с oirn мальной частотой импульсного тока (775 Гц) доля ориентировки становик fiio ~ %. При этой оптимальной частоте ЭСВ доля ориентировки (11( уменьшается до уровня ниже, чем была ориентировка в исходной проволоке.

Размеры ОКР (сталь 10) рассчитывались методом гармонического анал за профиля рентгеновских линий (ГАПРЛ). Размеры ОКР при ОВ составлял 27,9 нм. При ЭСВ с ростом частоты импульсов тока размеры ОКР немонотонь изменяются. Максимальные значения ОКР (составлющие 136% от значения nf ОВ) наблюдаются при частотах импульсного тока 300, 600, 725, 750 и 900 Гц.

В исходной проволоке (сталь 08Г2С) размеры ОКР составляют (16,8 ± 2,1 нм. При дальнейшем волочении (ОВ и ЭСВ) размеры ОКР совпадают пределах ошибки эксперимента, несмотря на то, что абсолютные значена размеров ОКР после ЭСВ больше, чем после ОВ. Проволока из стали 08Г2 уже в исходном состоянии характеризовалась размерами блоков мозаш меньшими 0,1 мкм, т.е. была ультрадисперсной, поэтому дальнейшее волочет как ОВ, так и ЭСВ, слабо сказывается на размерах ОКР.

12

При ОВ размеры ОКР уменьшаются в два раза (от 21 до 11 нм) при увели-ии степени суммарной деформации с 30 до 77 % (с 4,6 до 2,64 мм). При этом дня я ошибка измерения размеров ОКР составляет 2 нм. Размеры ОКР при х режимах ОВ и ЭСВ изменяются в стали 08Г2С от 11 до 22 нм, а в стали 10 г 21 до 38 нм, т.е. являются величинами одного порядка. Такие изменения ¡меров ОКР говорят о том, что после ЭСВ с разными частотами импульсов ;а наблюдаются разные степени напряженного состояштя. Размеры ОКР ста-10 выше, чем стали 08Г2С, как и следовало ожидать, т.к. в первом случае гонение происходило с диаметра 5,5 на 4,6 мм, а во втором - с 4 на 3,69 мм. 'кродеформации (сталь 10) определялись двумя методами: аппроксимации и ЛРЛ. Изменения микродеформации в стали 10 происходят в пределах одно-порядка и соответствуют микродеформации стали 08Г2С. Микродеформа-и, рассчитанные по методу аппроксимации, при всех частотах импульсного са имеют величину метшую, чем 0,001 и изменяются незначительно: от ¡0053 до 0,00077. Эти значения совпадают с нижним пределом значений мик-деформаци по методу ГАПРЛ. Области изменения микродеформации немо-гонно изменяются при различных частотах импульсного тока. При частотах ¡действия 725 и 750 Гц микродеформации минимальны и сохраняются таки-по глубине образца. Имеется экстремальное снижение микродеформации и частотах 700-750 и 800 Гц в Ст2кп.

При ЭСВ (с оптимальными частотами следования импульсов тока) значе-я плотности дислокаций примерно на 30 % меньше, чем при обычном воло-иш (при соответствующих скоростях и обжатиях). С увеличением степени формации наблюдается рост плотности дислокаций как при обычном, так и и электростимулированном волочении. При обоих видах волочения увеличе-е скорости приводит к росту плотности дислокащщ, однако, незначигель-му: величины плотности дислокаций во всех образцах изменяются в преде-х одного порядка. Параметр решетки (Ст2кп) не зависит от степени деформа-и и как при ОВ, так и при ЭСВ не изменяется.

Итак, установлено: 1). Воздействие токовых импульсов с определенным частотами уменьшает долю ориентировки (110) сталей. Это обнаружено ра: личными рентгеновскими методами и на сталях разных марок. При частотг 725 и 750 Гц наблюдаются мншшальные доля ориентировки плоскостей (110) микродеформации и максимальные размеры ОКР. 2). Значения размеров ОЮ микродеформации (сталь 10 и Ст2кп) при различных частотах ЭСВ изменяю: ся немонотонно. Такие изменения ОКР и микродеформации свидетельствуют том, что после ЭСВ с различными частотами тока структура как бы соответс вует разным степеням деформации. 3). Величина микродеформации кристалл! ческой решетки, а также плотность дислокаций после ЭСВ меньше, чем поел деформации в обычных условиях (сталь 08Г2С).

Исходная структура сталей имеет неоднородности по размеру зерна виде локальных крупнозернистых фрагментов. Анализ структуры поперечно! сечешш проволоки свидетельствует, что области укрупненных зерен чаше л< кализованы около поверхности, имея клиновидную форму размером до 1 мм обращенную вершиной к центру проволоки. Иногда эти области в виде отдел! пых пятен внутри мелкодисперсной структуры проходят по всему сечению. Эт области имеют в поперечном сечешш перлитное зерно 4-5 балла по стандарт ной шкале зернистости. Эта неоднородность будет сохраняться и при дальне! шем волочении: как OB, так и ЭСВ.

Из сравнения структуры поперечного сечения проволоки после ЭС установлено, что с ростом частоты следования импульсов тока перлитные ферритные зерна меньше деформируются.

Структура продольного сечения изучалась на участках проволоки про* женностью до 30 мм с целью выявления особенностей и нсоднородностей, ci загашх с импульсным характером подачи тока в проволоку в процессе воло> ния. Так как за время действия импульса проволока проходит путь порядка 2 мкм, а между импульсами - порядка 3 мм (при V=2,38 м/с;Г = 725 Гц; Tj=l мке), то при длине шлифа 30 мм (и неоднородной по длине структуре) мож

,шо бы ожидать наличие периодической структуры (до 10 участков повторе-1я). Однако обнаружено, что периодическая картина не наблюдается, следова-льно, условия деформирования при ЭСВ во всех сечениях одинаковы.

При разных режимах ЭСВ наблюдается структура разной дисперсности, ри увеличении частоты следования импульсов тока (в исследованном диаиа-не частот до 1000 Гц) наблюдается менее деформированная структура стали.

Из сопоставления панорам структуры продольного сечения проволоки по-е ОВ и ЭСВ с различными частотами импульсов тока следует, что лишь noie ЭСВ с частотой 725 Гц, близкой к оптимальной, наблюдается самая одно->дная и равномерная структура проволоки. Зерно практически одного доста->чно крупного размера наблюдается вдоль всего диаметра, а также по всей ame проволоки. В продольном направлении размер зерна однородной струк-ры составляет 250 мкм, что совпадает- с размером зоны импульсного воздей-вия тока при ЭСВ. При дальнейшем увеличении частоты тока (до 800 Гц) зер-> оказывается еще крупнее. Однако структура при 700 и 800 Гц неравномер-т, а при оптимальной частоте - менее измельченная и равномерная вдоль все-I сечения проволоки. Увеличение размеров перлитных и ферритных зерен и в юдолыюм, н в поперечном направлениях при ЭСВ происходит одновременно.

Обобщая результаты оптической и электронно-микроскопической метал->графии, можно сделать следующие выводы: Структуры стали после дефор-нрования как ОВ, так и ЭСВ мало отличаются. Наблюдается текстура волоче-1я. Сопоставление размеров зерен в крупнозернистых областях показывают, :о при одинаковой степени деформации после ЭСВ наблюдается зерно менее ¡формированное, чем после ОВ. С ростом частоты подачи импульсов тока в »ну деформирования размеры зерен менее измельчаются. Однако равномерная шородная крупнозернистая структура наблюдается лишь в узкой области час->т воздействия тока При других режимах деформирования (других частотах) руктура неоднородная: выделяются области мелкозернистые и крупнозерни-ые.

В пятой главе проанализированы результаты 3 и 4 глав, рассмотрен акустические спектры при OB и ЭСВ, и выявлен механизм влияния импульа тока на процесс волочения и свойства сталей. Статистическая обработка р зультагов воздействия импульсов тока на процесс волочения показала следу* щее. Для трех марок сталей общее количество исследуемых частотных завис) мостей свойств составляет 31 единицу. Сюда входили: усилие волочения, тве] дость, временное сопротивление разрыву, относительные удлинение и сужени микротвердость поверхностных и центральных слоев, а также характеристш сталей, определяемые реттенодифрактометрическими методами (степень а спальной текстуры, размеры ОКР, микродеформации). В диапазоне частот 1( - 1000 Гц при ЭСВ наблюдается немонотонное изменение усилия волочения других параметров. Имеется ряд частот воздейс-твия импульсами тока, при к< торых отдельные физико-механические свойства статей значительно отличаю' ся от соответствующих при обычном волочении. При этих частотах наблюд ется увеличение пластичности проволоки, снижение деформирующего усили При частоте 700 Гц вероятность появления пластифицирующего эффекта со тав-ляет 50 %. И наоборот, есть частоты, при которых эффект пластификавд не проявляется или понижен (200, 450, 825, 875, и 925 Гц). На этих частотах н целесообразно проводить ЭСВ. При частотах же следо-вания импульсов ток 550, 650, ог 700 до 800 и 1000 Гц - наибольшая вероят-ность проявления пл. стифицирующего воздействия электростимулированного волочения.

Анализ известных механизмов, ответственных за облегчение пластиче кой деформации при токовом воздействии, не позволил объяснить экспериме] талыю наблюдаемое немонотонное изменение свойств стальной проволоки < частоты импульсов тока. Было высказано предположение о влиянии колебаш-проволоки на процесс деформации и наличии резонансных явлений.

Механические колебания деформирующей системы - волочильного стана существуют вследствие естественных причин. Проволока, натянугая меж; волокой и барабаном, является струной, которая испытывает колебания.Са

оцесс волочения также происходит волнообразно и сопровождается эиодическими изменениями величшш продольного тягового усилия.

Определены экспериментально и расчетным путем собственные частоты гебашш проволоки промышленных, марок сталей на волочильном станс ВСМ ■50. Для проволоки диаметром от 2 до 6 мм эти частоты находятся в области 3-300 Гц. Уменьшение диаметра проволоки приводит к увеличению частоты, пример, для проволоки на переходе с диаметра 4 мм на 3,5 мм в акустиче-)м спектре в диапазоне до 2 кГц наблюдаются только четыре значимых лавляющих спектра: 260, 520, 780 и 1040 Гц. Все частоты кратны первой, этому их следует считать гармониками основной частоты 260 Гц. Ка каждом эеходе и стане следует индивидуально подбирать частоту подачи импульсов са при ЭСВ.

Акустический спектр шумив при волочении (как OB, гак и ЗСВ) сплош-EÍ, имеется один luui несколько максимумов. Основная часть спектра лежит в апазоне до 1000 Гц. Частотные диапазоны акустических спектров волочИль-го стана и собственных колебаний проволоки совпадают. Однако амплитуды жтра системы при волочении значительно выше амплитуд колебаний непод-кной проволоки. Изменения в акустической системе (перемещение конггак-5, их тип, толщина проволоки) приводят к смещению максимумов в спектре, и дополнительном механическом воздействии на систему в процессе воло-лт, например, при ударе по проволоке, акустический спектр ввдоизмейяет-появлянл см собственные частоты проволоки. Следует отметить, что основе экспериментальные частоты акустического спектра системы совпадают с ¿считанными частотами колебаний проволоки. Подача импульсов тока в этягиваемую проволоку приводит к изменению спектра колебаний Сложной Лемы, которой является волочильный слан в процессе работы.

Установлено, что акустические спектры при OB и ЭСВ отличаются незна-гелыю, если частота внешнего воздействия далека от собственной частоты, и ЭСВ наблюдается снижение основной частоты системы, отвечающей мак-

«шальной амплитуде спектра на 10-20 Гц, по сравненмо с ОБ. Изменен* диаметра проволоки в процессе ОВ и ЭСВ практически не сказывается на os новной частоте спектра. При ЭСВ на резонансной частоте наблюдается сгг; бильный спектр колеба-ний системы. Можно предположить, что электростим] лированное волочение с частотами, близкими к частотам собственных колеб, ний системы, возбуждает резонансные явления в системе. Амплитуда колеб; юга струны становится дос-гаточной, чтобы снять микроискажения в криста, литах, чтобы разоориенгиро-вать их, увеличить рассеяние, т.е. ослабить текст ру, а также, возможно, чтобы уменьшить трение при входе-выходе проволок из фильеры и облегчить процесс деформирования и повысить производигел1 ность волочильного оборудования.

Согласно существующей в производстве технологии волочение проволок с 5,5 на 2 мм осуществляется за 8 переходов. С учетом собственных чаете (резонансных) колебаний проволоки при ЭСВ удается пластифицироват проволоку на каждом переходе и сократить число переходов до 6.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ:

1. Установлено снижение энергосиловых характеристик, т.е. облегчение технологического процесса волочения при применении импульсного тока. Mai «малыше снижения усилия при ЭСВ для разных сталей приходятся на близкие частоты.

2. Обнаружено немонотонное изменение от частоты подачи импульсс электрического тока всех исследуемых свойств: твердости, временного сопр( тивления разрыву, относительного сужения, микротвердости, степени текст ры, микродеформации и размеров областей когерентного рассеяния. Маки малыше изменения физико-механических свойств наблюдаются при частоте импульсного тока 700-800 Гц для всех исследованных марок сталей. Наиболе отчетливо выражены изменения в усилии волочения, величинах твердост; микротвердости, текстуры и микродеформации. Эти частоты следует признат оптимальными при ЭСВ.

Установлено, что при оптимальном режиме ЭСВ структура сталей со-ветствует меньшей степени деформации: структура является более однородна, равномерной, несколько круннее, чем при ОВ и других частотах ЭСВ, доля иешировки (110) менее выражена, размеры ОКР увеличены, микродеформа-1И минимальны и равномерны.'

Определен экспериментально и расчетным путем спектр собственных стог колебаний стальной проволоки для конкретных степеней деформации и раметров установки.

Установлено, что оптимальными частотами воздействия оказались стоты вблизи третьей гармоники спектра системы (700-800 Гц).

Предложен механизм влияния подачи импульсов тока на процесс воло-ния проволоки. Снижение усилия волочения при импульсном ЭСВ ироисхо-:т за счет изменения напряженного состояния в узле деформирующей систе-.1. Возможными причинами, кроме указанных другими исследователями эф-тагов (пшге-эффект, электронно-пластический эффект, скип-эффект, влияния стопоры при движении дислокации и точечных дефектов, тепловое воздей-вие) - являются механические колебания проволоки, приводящие при часго-х, близких к резонансным, к уменьшению трения в волоке и, соответствешю, лтажению усилий волочения.

Основное содержание работы опубликовано в работах: Оценка мшсротвердости поверхности слоев стальной проволоки после элек-тростимулировагаюго волочения/Громов В.Ё., Михайленко Н.И., Ерилова Т.В., Кузнецов В.А.// Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов: Тез. докл. IV Всесоюз. семинара - Свердловск, 1987. - С.76. Влияние импульсного тока на процесс волочения стальной проволоки/ Громов В.Е., Михайленко Н.И., Ерилова Т.В., Кузнецов В.А.// Изв. вузов. Чер. металлургия. - 1987. -N8. - С. 39-43.

3. Электростимулированиое волочение проволоки из сталей марок Ст2кн 08Г2С / Громов В.Е., Кузнецов В.А., Ерилова Т.В., Псретятько В.Н.// И: вузов. Чер. металлургия. - 1988. -N10. - С. 63-67.

4. Технология электростимулированного волочения стальной проволоки / Гр мов В.Е., Кузнецов В.А., Ерилова Т.В., Королик В.И. // Новые конструкц онные материал!,т и покрытия. - Томск, 1988. - С. 127-134.

5. Рснггено-дифрактометрнческие характеристики проволоки после электр стимулированного волочения,/ Громов В.Е., Ерилова Т.В., Кузнецов В.А. Тез. докл. объедин. заседания трех Всесоюз. семшюров, 13-17 шоля 1988 г Череповец, 1988. - С. 94.

6. Электростимулироватпгос волочение проволоки/ Громов В.Е., Кузнец В.А., Ершова T.B., Дуксин Е.А. // Чер. металлургия: Бюл. НТИ,- 1988. Вып. 5. - С. 52-53.

7. Об изменении текстуры при электростимулированном волочении / Ерило Т.В., Громов В.Е., Кузнецов В.А. //Изв. вузов. Чер. металлургия. - 1989. - N - С. 81-84.

8. Структура проволоки после электростимулированного волочения / Громов

B.Е., Кузнецов В.А., Ерилова Т.В. и др.// Сталь. - 1989. - N8. - С. 87-89.

9. Электростимулированное волочение проволоки из низкоуглеродисгах низколегированных сталей / Громов В.Е., Кузнецов В.А., Ерилова Т.В., Ду сип Е.А.// Научно-технические достижения и передовой произв. опыт в че ной металлургии. - М - ЦНИИТЭИЧМ, 1989. - Вып. 5. - С. 34-49.

10.Изменение прочностных свойств сварочной проволоки после электростим лированного волочения/Громов В.Е., Ерилова Т.В., Целлермаер В.Я. // № вузов. Чер. металлургия. - 1990. - N12. - С.98.

11. Поверхностное разупрочнение сварочной проволоки при волочении в уел виях импульсных энергетических воздействий/Громов В.Е., Ерилова T.I Перстятько В.Н., Кузнецов В.А. // Изв. вузов. Чер. металлургия. -1990.-N2

C. 56-58.

Изменение плотности дислокаций в стали, подвергнутой электростимулиро-ганному волочению/Громов В.Е., Ерилова Т.В., Баранов Ю.В., Зуев Л.Б. // Дзв. вузов. Чер. металургия. -1991. - N7. - С. 70-72.

Роль собственных колебаний проволоки при элсктростимулированном во-точешш/ Ерилова Т.В., Кудрш1 С.Н., Громов В.Е., Зуев Л.Б. //Изв. вузов. Чер. металлургия. - 1994. -N4. - С. 16-17.

Вибростимулирующее влияние импульсов тока при волочении стали'! Ерилова Т.В., Воронов И.Н., Громов В.Е., Целлермаер В.Я. // Изв. вузов. Чер. металлургия. - 1996. - N10. - С. 41-44.

Резонансные явления при электроазастическом волочении сталей/Ерилова Г.В., Воронов И.Н., Целлермаер В.Я., Громов В.Е. // Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов: Тез.докл. IV между-нар.конф.,9-13 июня 1996г,-Воронеж, 1996.-С. 132-133, Воронов И.Н., Прилова Т.В. Структура малоуглеродистых статей после элсктростимулированного дефоршфования // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук. Отделение металлургии. - Новокузнецк, 1996. - Вып. 4. - С. 92-101.

Подписано в печать 18.03.98 г. Формат 60x84 1/16

Усл. печ. л. 1. Уч. изд. л. 1.76. Тираж 100 экз. Заказ 119

Сибирский государственный индустриальный университет, 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42 Издательский центр СибГИУ