Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

Filippov A.A. Pachurin G.V.

Улучшение качества исходной металло­продукции и изготавливаемых из нее деталей, повышение их работоспособности, надежности, долговечности, а также доведение этих показа­телей до мировых уровней с целью обеспечения конкурентоспособности российской продукции на мировом рынке является в настоящее время важнейшей задачей современного этапа разви­тия промышленного производства.

К числу наиболее ответственных в маши­ностроении деталей относится автомобильный крепеж, изготавливаемый холодной высадкой из калиброванного металлопроката.

Для изготовления крепежа методом хо­лодной высадки используются конструкцион­ные углеродистые стали с содержанием углеро­да не выше 0,5%. Марки, химический состав и другие свойства сталей, предназначенных для холодной штамповки, регламентирует ГОСТ 1070278. Оптимальный химический состав ста­лей в этом стандарте установлен на основе обоб­щения имеющего опыта по их выплавке и при­менению в производстве крепежных изделий и тщательного изучения влияния отдельных эле­ментов в них (углерода, кремния, фосфора, мар­ганца, алюминия, хрома) на способность метал­ла к холодной и горячей штамповке.

Углеродистые и низколегированные ста­ли изготавливаются мартеновским и конвер­терным способом, среднелегированные - мар­теновским и электровыплавкой. Для холодной высадки крепежных изделий используют кипя­щие, полуспокойные и спокойные стали с со­держанием углерода до 0,24%. Стали с большим содержанием углерода и легирующих элемен­тов выплавляются только спокойными. Спокой­ные стали, раскисленные алюминием, характе­ризуются повышенной пластичностью, что яв­ляется важнейшим фактором при изготовлении крепежных изделий методом холодной деформа­ции. Такие стали практически не склонны к трещинообразованию, обладают пластичностью, высоким сопротивлением напряжению изгиба, малой склонностью к растрескиванию при на­греве и резком охлаждении, низкой способно­стью к обезуглероживанию, а также повышен­ной деформируемостью в холодном состоянии.

В последние годы для изготовления кре­пежа начали широко использоваться боросодержащие стали типа 20Г2Р и ЗОГ1Р. Особен­ностью этих сталей является сочетание высокой технологической пластичности с хорошей прокаливаемостью. По сравнению с традиционны­ми хромистыми сталями (например, 35Х, 38ХА, 40Х), боросодержащие обладают меньшим со­противлением деформированию при холодной штамповке, что обеспечивает хорошую штампуемость и увеличивает стойкость холодновысадочного инструмента ~ на 5%.

Все физикомеханические, химические и металлографические характеристики горячека­таного проката для производства крепежа жест­ко контролируются и регламентируются. Метал­лопрокат должен обладать технологичностью при переработке, например, легко удаляемой окалиной с минимальной массой, отсутствием поверхностных дефектов и др.

Основными механическими характери­стиками проката являются временное сопротив­ление разрыву и сужение поперечного сечения при испытании на растяжение, отражающее воз­можность упрочнения при калибровании. Жест­ко нормируется диаметр, овальность и осадка. Прокат должен иметь однородную структуру, по­этому не допускается разнозернистость, выделе­ние цементита и феррита по границам зерен, на­личие мартенситных структур, регламентирует­ся доля зернистого перлита и величина обезуглероженного слоя на поверхности проката.

Большое влияние на способность к де­формации проката оказывает структура метал­ла. Микроструктура должна быть однородной, ликвационная зона не должна превышать 25% сечения металла и не должна выходить на по­верхностный слой. Для холодной высадки необходимо иметь микроструктуру исходного метал­ла после отжига 80100% зернистого перлита.

К технологическим свойствам металла, подвергаемого высадке, относятся его способ­ность выдерживать без разрушения (без появ­ления трещин и надрывов поверхности) испы­тание на осадку под воздействием деформируе­мого инструмента, имеющего плоскую поверх­ность. При этом усилие осадки и скорость де­формирования должны быть по возможности постоянными. Такими испытаниями определя­ют как деформируемость металла, так и нали­чие поверхностных и внутренних дефектов. Со­гласно ГОСТ 1070268, стали, предназначен­ные для холодной высадки, по величине дефор­мации при холодной осадке подразделяются на группы. Их обозначают следующим образом: до 1/2h, до 1 /3h и до 1/4h, а образцы, которые подвергались сфероидизирующему отжигу, до 1/3h66 И. Наилучшая способность сталей к хо­лодной высадке практически обеспечивается в том случае, если образец выдерживает испыта­ние на осадку до l/3h и более. Недостатком ис­пытания на осадку является то, что получен­ные результаты будут не полностью характери­зовать всю партию и даже отдельный бунт контролируемого металла. Это объясняется невоз­можностью обеспечения контроля всей партии металла и неравномерностью распределения де­фектов по всей длине бунта при установленных стандартами нормах отбора образцов.

К поверхностным дефектам горячекатано­го и калиброванного проката относятся раскат­ные газовые пузыри, волосовые трещины, рва­нины, закаты. Основными причинами их возник­новения являются дефекты металлургического производства. Неизменным дефектом поверхно­сти металлопроката является образование обезуглероженного слоя вследствие выгорания ча­сти углерода при нагреве металла, как на стадии прокатки, так и при термической обработке пе­ред калибровкой. Обезуглероживание и окалинообразование существенно снижают механические свойства в поверхностных слоях металло­проката. Поверхность становится восприимчи­вой к образованию рисок, задиров, царапин при прокатке, калибровке и холодной высадке.

На ОАО «Завод Красная Этна» проведена работа по выявлению поверхностных дефектов заготовок для дальнейшего переката из сталей марок Юкп, 30, 35Х и 38ХА на качество поверх­ности готового горячекатаного проката. Прове­ден статистический анализ результатов контро­ля качества заготовок для переката и горячека­таного проката, полученного после проката этих заготовок. Заготовка для переката поставляется по ТУ 1414492 с категорией поверхности 2(П) размером 125 мм><25 мм><420 мм, и не проходит сплошную зачистку на металлургических комби­натах. Контроль качества поверхности и макро­структуры заготовок, выше перечисленных ма­рок сталей, проводился на темплетах (попереч­ных макрошлифах), протравленных при темпе­ратуре 6070°С в 50%ном водном растворе соля­ной кислоты. Результаты контроля представлены в таблице. Выявлено, что на всех исследованных темплетах обнаружены раскатанные газовые пу­зыри глубиной от 0,5 мм до 2,0 мм, макрострук­тура плотная, однородная, удовлетворительная.

Контроль качества поверхности горяче­катаного проката, полученного из заготовки для переката, осуществлялся на образцах, отобран­ных с одного конца мотка каждой партии ка­танки. После травления, промывки и сушки они осматривались визуально и в местах расположе­ния дефектов вырезались микрошлифы для вы­явления характера и замера глубины дефектов на оптическом микроскопе при увеличении хЮО.

Характеристика дефектов поверхности представлена в соответствии с ГОСТ 2101488 «Прокат черных металлов. Термины и определе­ния дефектов поверхности». Всего было прове­рено 1312 образцов. Результаты проверки каче­ства поверхности горячекатаного проката приведены в таблице.

Установлено, что основным видом дефек­тов на катанке являются закаты. На одном образ­це из стали 3 8Х А, на 2х образцах из стали Юкп и на 2х образцах из стали 30 обнаружены рас­катанные газовые пузыри, на 10ти образцах - риски. В четырех партиях катанки - сталь Юкп, дефектов не выявлено.

Обнаруженные на образцах горячеката­ного проката поверхностные дефекты - зака­ты, получаются в процессе прокатки заготовок от вкатанного уса, подреза, грубых следов за­чистки поверхности заготовки, а также в резуль­тате проката газовых пузырей, имевшихся на поверхности заготовки.

Причиной того, что выявленные на поверх­ности темплетов раскатанные газовые пузыри со­ставляют лишь незначительный процент (0,36%) от количества дефектов поверхности, обнаружен­ных на горячекатаном прокате, является их пре­рывистость по длине заготовки для переката.

В связи с повышенными требованиями к калиброванному прокату, предназначенному для дальнейшего изготовления из него деталей холодной высадкой, задача исключения в исхо­дном горячекатаном прокате дефектов метал­лургического и прокатного производства явля­ется весьма актуальной.

Выводы

1)  установлено, что основным видом по­верхностных дефектов на катанке являются зака­ты и раскатанные газовые пузыри, которые образовались в результате недостаточно подготовлен­ной поверхности металлургической заготовки.

2)  металлургическая заготовка для про­изводства горячекатаного проката под холод­ную высадку должна проходить качественную сплошную зачистку ее поверхности.

3)  с целью выявления браковочных при­знаков и определения соответствия требовани­ям нормативнотехнической документации в процессе производства горячекатаного прока­та рекомендуется проводить тщательный кон­троль технических характеристик, макро и ми­кроструктуры с наружного и внутреннего кон­цов бунта. Это будет способствовать выявлению основных дефектов на начальном этапе перера­ботки горячекатаного проката и позволит сокра­тить расход металла при изготовлении метизов.