Технические науки/1. Металлургия

Пачурин В.Г., Филиппов А.А., д.т.н. Пачурин Г.В.

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, Россия

Технология подготовки стали 38ХА под высадку болтов

Для изготовления высокопрочного крепежа часто применяют горячекатаный прокат стали 38ХА диаметром 12,0 мм с последующей его переработкой на диаметр 9,65 мм: отжиг на зернистый перлит в камерной печи с выдвижным подом при температуре 750°С (общее время отжига – 24 часа); травление до полного удаления окалины; калибрование 10,20 (степень обжатия -26 %); рекристаллизационный отжиг в колпаковых печах с защитной атмосферой; калибрование на диаметр 9,65 мм (степень обжатия -10,0 %).

При этом калиброванный прокат перед холодной высадкой крепежа должен отвечать требованиям ГОСТ 10702-78: σ_в ≥600 МПа; твердость НВ < 207; величина обезуглероженного слоя < 0,05 мм; качество поверхности должно соответствовать группе Е ГОСТ 14955-77, т.е. допускаются отдельные риски глубиной не больше половины предельного отклонения по диаметру. После этого для высадки ответственного крепежа моторной группы автомобилей производят дорогостоящую обточку поверхности проката для удаления поверхностных дефектов.

Калиброванный прокат стали 38ХА, изготовленный по существующей технологии, имеет σ_в выше 700 МПа (среднее значение σ_в = 790 МПа) и значения σ_0,2> 640 МПа (среднее значение σ_0,2 = 690 МПа), причем разница по σ_0,2 и σ_в при проверке достигает 100-110 МПа; 50% металлопроката имеет твердость выше допустимой ГОСТ 10702-78- НВ>207, а в большинстве случаев Ψ<60%, т.е. ниже допустимой; 20% поставляемого металлопроката имеет обезуглероженный слой величины более 0,05 мм, что превышает норму допустимого значения. Более 50% калиброванного проката по качеству поверхности не отвечает требованиям ГОСТ 14955-77. По микроструктуре только половина металла после отжига на зернистый перлит соответствует требованиям НТД из-за неравномерности прогрева садки металла в рабочем пространстве печи.

В работе исследовался калиброванный прокат стали марки 38ХА из исходного размера горячекатаного проката диаметром 12,0 мм по следующей технологии: травление горячекатаного проката до полного удаления окалины; калибрование проката до диаметра 11,0 мм (степень обжатия 15,9 %); отжиг с нагревом ТВЧ при температуре 760-780°С; травление до полного удаления окалины; калибрование проката до диаметра 9,65 мм (степень обжатия 23 %); отжиг с нагревом ТВЧ при температуре 760-780°С; травление металлопроката до полного удаления окалины; калибрование через фильер диаметром 9,65 мм (в пределах упругой деформации). Суммарное обжатие составляет 38,9 %.

Химический состав стали соответствовал ГОСТ 10702-78. Травление производилось в соляной кислоте при температуре 60-67°С. При этом после отжига с нагревом ТВЧ на поверхности проката окислительный налет имеет очень тонкий слой, который удаляется в растворе серной кислоты в течение двух минут.

Установлено, что горячекатаный прокат 38ХА диаметром 12,0 мм имеет частичное обезуглероживание на поверхности, риски и неравномерные механические свойства.

После отжига с нагревом ТВЧ микроструктура горячекатаного проката становится мелкодисперсной и более равномерной по сравнению с микроструктурой исходного горячекатаного проката. Это приводит к снижению прочностных характеристик, твердости и повышению пластичности. Так, например σ_в снижается на 70-90 МПа, σ_0,2 на 40-70 МПа, а Ψ повышается от 11 до 13%. Твердость НВ снижается на 30-31 единицу.

Такой металлопрокат пригоден для дальнейшего калибрования.

С увеличением количества отжигов с нагревом ТВЧ при температуре 760-780°С после холодной пластической деформации калиброванием наблюдается значительное изменение микроструктурного состояния. Так сорбитообразный перлит становится менее дисперсным, а после отжига на промежуточном размере Ø 11,0 мм появляется мелкозернистый перлит. После четвертого отжига на окончательном размере Ø 9,65 мм достигается формирование равномерной микроструктуры, состоящей из мелкозернистого и точечного перлита а также равномерно распределенного феррита. Твердость калиброванного проката с такой микроструктурой не превышает НВ 195. Изменяются механические свойства калиброванного проката - снижаются прочностные характеристики и возрастает пластичность.

3-х разовое калибрование и отсутствие окалины после отжига с нагревом ТВЧ приводит к значительному повышению качества поверхности калиброванного проката, устранению эллипсности на окончательном размере.

Калиброванный прокат стали 38ХА, подготовленный по предложенной технологии, в отличие от действующей, обладает значительно меньшим сопротивлением пластической деформации, более высокой пластичностью и низкой твердостью. Обезуглероженный слой отсутствует. Способность калиброванного проката к деформированию составляет: σ_0,2/σ_в = 41/68 = 0,6. Такой калиброванный прокат считается пригодным для холодной объемной штамповки.

Таким образом, в работе предложена технология изготовления без обточки калиброванного проката стали 38ХА для холодной объемной штамповки крепежа для двигателей автомобилей. Калиброванный прокат стали 38ХА Ø 9.65 мм, изготовленный по предлагаемой технологии, обладает хорошей способностью к холодной высадке и превосходит калиброванный прокат, изготовленный по действующей технологии по всем показателям.

Данная технология является экологически более чистой. Это связано с тем, что:

- отсутствуют вредные выбросы от печей, где происходит отжиг проката;

- травильные растворы реже освежаются, так как после отжига проката с

нагревом ТВЧ образующаяся на нем пленка окалины очень тонкая.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

1. Пачурин Виктор Германович -

соискатель, Нижегородский государственный технический университет

им. Р.Е. Алексеева (НГТУ),

2. ФИЛИППОВ Алексей Александрович -

аспирант, ассистент каф. «ПБиЭ», НГТУ

3. ПАЧУРИН Герман Васильевич

д.т.н., профессор кафедры "ПБиЭ", НГТУ

Адрес переписки:

603600, ГСП-41. г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24, каф. «ПБиЭ»,

Раб. тел. (831) 436-23-20, дом. тел. (831) 250-26-01.

проф. Пачурину Г.В.

E-mail.:PachurinGV@mail.ru