RU2434949C1 - Procedure for treatment of hot rolled metal for cold die forging of fasteners - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy. ^ SUBSTANCE: procedure for treatment consists in four-stage annealing with intermediate calibration with different degrees of reduction. ^ EFFECT: facilitation of uniform and optimal mechanical characteristics of calibrated rolled metal. ^ 1 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области механико-термической обработки деталей из хромистых марок сталей и может быть использовано при изготовлении калиброванного проката с техническими требованиями согласно ГОСТ 10702-78 «Сталь качественная конструкционная и легированная для холодного выдавливания и высадки» для болтов, высаживаемых методом холодной штамповки.The invention relates to the field of mechanical-thermal treatment of parts made of chromium steel grades and can be used in the manufacture of calibrated rolled products with technical requirements in accordance with GOST 10702-78 “Structural steel of high quality and alloyed for cold extrusion and upsetting" for bolts planted by cold stamping.

Калиброванный прокат под холодную объемную штамповку ответственных болтов моторной группы автомобиля, изготовленных из хромистых и легированных марок сталей, как правило, изготавливают из горячекатаного проката с последующей термообработкой в печах с защитной атмосферой, калиброванием и дорогостоящей обточкой поверхностных дефектов, что повышает трудоемкость, металлоемкость и энергоемкость процесса.Calibrated steel for cold forging of critical bolts of the motor group of a car made of chrome and alloy steel grades, as a rule, are made of hot-rolled steel with subsequent heat treatment in furnaces with a protective atmosphere, calibration and expensive turning of surface defects, which increases labor intensity, metal consumption and energy consumption process.

В качестве прототипа принят режим изготовления калиброванного проката из сталей марок 10, 20, 20Г2Р и 38ХГНМ (см. журнал «Сталь» №11, 1996 год. стр.54-58, М.В.Бобылев, В.Е.Гринберг, Д.М.Закиров и Ю.А.Лавриненко «Подготовка структуры при электротермообработке сталей, применяемых для высадки высокопрочных крепежных изделий». Этот способ включает отжиг проката индукционным нагревом ТВЧ (токи высокой частоты) и дробную деформацию калиброванием с различными степенями обжатия.As a prototype, the production of calibrated rolled products from steel grades 10, 20, 20G2R and 38KHGNM was adopted (see Steel magazine No. 11, 1996. pp. 54-58, M.V. Bobylev, V.E. Grinberg, D .M. Zakirov and Yu.A. Lavrinenko “Preparation of the structure for the electrothermal treatment of steels used for upsetting high-strength fasteners.” This method includes annealing of rolled products by induction heating of high-frequency currents (high-frequency currents) and fractional deformation by calibration with various compression ratios.

Прутки диаметром 8,0 мм различных марок сталей исследовали при различных степенях предварительной деформации. Зависимости механических и пластических свойств анализировали по калиброванному прокату вышеуказанного размера исследуемых марок сталей, прошедших калибровку по схеме дробной деформации (8,0→7,6→6,88→6,23→5,10→4,39) со степенями деформации 10,0→26,0→39,9→59,9→69,9%. Опробовали режимы сфероидизирующего и рекристаллизационного отжига углеродистых и легированных сталей (10, 20, 20Г2Р, 30Г1Р, 38ХГНМ) с применением нагрева ТВЧ для ускоренного сфероидизирующего отжига (723-750°C). Определили интервалы температур при отжиге на установке ТВЧ. Применение нагрева ТВЧ при отжиге стали наряду с системой контроля и регулирования обеспечивали высокую (±3°C) точность поддержания температурного режима. В результате металлографического анализа структуры исследуемых сталей выявлено, что после отжига с применением ТВЧ по сравнению с традиционным отжигом в колпаковых печах повышается дисперсность структуры и отсутствует обезуглероженный слой. Прочностные и пластические свойства исследуемых марок сталей, отожженных в колпаковой печи и на установке ТВЧ, различаются незначительно. Применение деформации перед отжигом на установке ТВЧ обеспечивает полную сфероидизацию микроструктуры. Нагрев ТВЧ осуществляется в размотанном состоянии, это видно из патента РФ №2037537, С21D 9/60, С21D 1/32. опубл. 19.06.1995 г., авторы М.В.Бобылев, В.Е.Гринберг, являющиеся авторами статьи, принятой за прототип. Размотка проволоки перед нагревом ТВЧ и последующая намотка трудоемка и требует специального оборудования. А нагрев в бунтах не обеспечивает равномерность свойств проката. Поэтому проводился кратковременный сфероидизирующий и рекристаллизационный отжиг в печах после смотки в бунт, что еще более удлиняет процесс и при этом не всегда достигается равномерность свойств по длине и сечению проката.Rods with a diameter of 8.0 mm of various steel grades were investigated at various degrees of preliminary deformation. The dependences of the mechanical and plastic properties were analyzed by calibrated rolled products of the aforementioned size of the studied steel grades calibrated according to the fractional deformation scheme (8.0 → 7.6 → 6.88 → 6.23 → 5.10 → 4.39) with degrees of deformation 10 , 0 → 26.0 → 39.9 → 59.9 → 69.9%. We tested the modes of spheroidizing and recrystallization annealing of carbon and alloy steels (10, 20, 20G2R, 30G1R, 38KHGNM) using high-frequency heating for accelerated spheroidizing annealing (723-750 ° C). The temperature intervals were determined during annealing at the HDTV installation. The use of high-frequency heating during steel annealing along with the control and regulation system provided high (± 3 ° C) accuracy of maintaining the temperature regime. As a result of a metallographic analysis of the structure of the studied steels, it was revealed that after annealing with the use of HDTV compared to traditional annealing in bell-type furnaces, the dispersion of the structure increases and there is no decarburized layer. The strength and plastic properties of the studied steel grades annealed in a bell furnace and at the high-frequency unit differ slightly. The use of deformation before annealing at the HDTV installation ensures complete spheroidization of the microstructure. High-frequency heating is carried out in the unwound state, this can be seen from RF patent No. 2037537, C21D 9/60, C21D 1/32. publ. 06/19/1995, the authors M.V. Bobylev, V.E. Grinberg, who are the authors of the article adopted as a prototype. The unwinding of the wire before heating the HDTV and the subsequent winding is laborious and requires special equipment. And heating in riots does not ensure the uniformity of the properties of the rental. Therefore, short-term spheroidizing and recrystallization annealing was carried out in furnaces after winding into a riot, which further lengthens the process and at the same time, uniformity of properties along the length and section of the rolled products is not always achieved.

Предлагаемым изобретением решается задача создания способа изготовления калиброванного проката с техническими требованиями согласно ГОСТ 10702-78 без сфероидизирующего отжига в печах с защитной атмосферой и без обточки поверхности проката, следовательно, менее энерго- и металлоемкого.The present invention solves the problem of creating a method for manufacturing calibrated rolled products with technical requirements according to GOST 10702-78 without spheroidizing annealing in furnaces with a protective atmosphere and without turning the surface of the rolled products, therefore, less energy and metal-intensive.

Технический результат - получение равномерных и оптимальных механических характеристик калиброванного проката за счет получения равномерной микроструктуры с мелкозернистым перлитом по сечению и длине калиброванного проката с сохранением его пластических свойств перед высадкой, а также получение поверхности проката без дефектов и допустимой величиной обезуглероженного слоя.EFFECT: obtaining uniform and optimal mechanical characteristics of calibrated rolled products by obtaining a uniform microstructure with fine-grained perlite along the cross section and length of calibrated rolled products with preservation of its plastic properties before upsetting, as well as obtaining a rolled surface without defects and an acceptable size of the decarburized layer.

Этот технический результат достигается тем, что в способе обработки горячекатаного проката под холодную объемную штамповку крепежных изделий, включающем отжиг индукционным нагревом ТВЧ и калибрование с различными степенями обжатия, осуществляют четырехкратный отжиг при температуре 760-780°C, после первого отжига ведут первичное калибрование со степенью обжатия 18-20%, после второго и третьего - второе и третье калибрование со степенями обжатия 20-23%, а после четвертого отжига - четвертое калибрование со степенью обжатия 5-6%.This technical result is achieved by the fact that in the method for processing hot-rolled products for cold forging of fasteners, including annealing by induction heating of the high frequency current and calibration with various degrees of compression, they carry out four-fold annealing at a temperature of 760-780 ° C, after the first annealing they are initial calibrated with a degree compression ratio is 18-20%, after the second and third, the second and third calibrations with compression ratios of 20-23%, and after the fourth annealing, the fourth calibration with compression ratio of 5-6%.

Отжиг индукционным нагревом способом ТВЧ позволяет микроструктуру горячекатаного проката перевести из пластинчатого перлита в менее мелкодисперсную и более равномерную по сравнению с микроструктурой исходного горячекатаного проката. Это приводит к снижению прочностных характеристик, твердости и повышению пластичности.Annealing by induction heating using the HDTV method allows the microstructure of hot-rolled steel to be transferred from lamellar perlite to a less finely dispersed and more uniform one compared to the microstructure of the initial hot-rolled steel. This leads to a decrease in strength characteristics, hardness and increase ductility.

С увеличением количества отжигов с применением ТВЧ при температуре 760-780°C после холодной пластической деформации калиброванием наблюдается значительное изменение микроструктурного состояния. Сорбитообразный перлит становится менее дисперсным. А после отжига способом ТВЧ на промежуточном размере калиброванного проката в микроструктуре появляется мелкозернистый перлит.With an increase in the number of anneals using HDTV at a temperature of 760–780 ° C after cold plastic deformation by calibration, a significant change in the microstructural state is observed. Sorbitol-like perlite becomes less dispersed. And after annealing by the HDTV method, fine-grained perlite appears in the microstructure at an intermediate size of calibrated rolled products.

После четвертого отжига индукционным нагревом ТВЧ на окончательном размере калиброванного проката достигается формирование равномерной микроструктуры, состоящей из мелкозернистого и точечного перлита и равномерно распределенного феррита. Твердость калиброванного проката с такой микроструктурой, прочностные и пластические свойства равномерны и соответствуют требованиям ГОСТ 10702-78.After the fourth annealing by induction heating of the HDTV at the final size of the calibrated rolled products, a uniform microstructure is formed consisting of fine-grained and point perlite and uniformly distributed ferrite. The hardness of calibrated rolled products with such a microstructure, strength and plastic properties are uniform and meet the requirements of GOST 10702-78.

Четырехэтапное калибрование и отсутствие окалины на поверхности калиброванного проката после отжига индукционным нагревом ТВЧ обеспечивает получение высокого качества калиброванного проката и не требует обточки поверхностных дефектов. У данного металлопроката отсутствует эллипсность на окончательном размере.Four-stage calibration and the absence of scale on the surface of calibrated rolled products after annealing by induction heating of the high frequency current ensures the production of high quality calibrated rolled products and does not require turning of surface defects. This metal rolling does not have an ellipse on the final size.

Перед окончательным калиброванием не требуется обточка поверхностных дефектов калиброванного проката, а величина обезуглероженного слоя не превышает допустимые значения.Before final calibration, the surface defects of calibrated rolled products are not required to be turned over, and the size of the decarburized layer does not exceed the permissible values.

Окончательное калибрование позволяет получить необходимый окончательный размер калиброванного проката под последующую холодную высадку болтов при необходимой прочности и пластичности с учетом степени обжатия.Final calibration allows you to get the required final size of the calibrated steel for the subsequent cold heading of the bolts with the necessary strength and ductility, taking into account the degree of compression.

Режимы обоснованы экспериментально.Modes justified experimentally.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Проводят отжиг индукционным нагревом ТВЧ исходного горячекатаного проката при температуре 760-780°C в бунтах. Затем проводят первичное калибрование на волочильном стане со степенью обжатия 18-20%, а после первичного калибрования проводят второй отжиг индукционным нагревом ТВЧ калиброванного проката при температуре 760-780°C. Далее проводят вторичное калибрование со степенью обжатия 20-22%. Затем калиброванный прокат в третий раз подвергают отжигу индукционным нагревом ТВЧ при температуре 760-780°C, после чего проводят третье калибрование со степенью обжатия 21-23%. Четвертый отжиг индукционным нагревом ТВЧ проводят при температуре 760-780°C после третьего калибрования, четвертое калибрование со степенью обжатия 5-6%. Затем калиброванный прокат готов под высадку болтов, используемых в силовых узлах и агрегатах, например, моторной группы автомобилей.Annealing is carried out by induction heating of the HDTV of the initial hot-rolled steel at a temperature of 760-780 ° C in revolts. Then, the primary calibration is carried out on a drawing mill with a reduction ratio of 18-20%, and after the initial calibration, a second annealing is carried out by induction heating of high-definition calibrated rolled products at a temperature of 760-780 ° C. Next, secondary calibration is carried out with a compression ratio of 20-22%. Then, the calibrated rolled metal is subjected to a third time annealing by induction heating of the HDTV at a temperature of 760-780 ° C, after which a third calibration is carried out with a reduction ratio of 21-23%. The fourth annealing by induction heating of the HDTV is carried out at a temperature of 760-780 ° C after the third calibration, the fourth calibration with a reduction ratio of 5-6%. Then the calibrated hire is ready for the landing of bolts used in power units and assemblies, for example, a motor group of cars.

Пример осуществления способа.An example implementation of the method.

Обрабатывали горячекатаный прокат в бунтах хромистой марки стали 40Х диаметром 12,0 мм для изготовления калиброванного проката под холодную объемную штамповку ответственных болтов моторной группы автомобиля с техническими требованиями согласно ГОСТ 1072-78 «Сталь качественная конструкционная углеродистая и легированная для холодного выдавливания и высадки». Химический состав стали соответствовал ГОСТ 1072-78. Первый отжиг горячекатаного проката проводили нагревом способом ТВЧ (токи высокой частоты) при температуре 770°C на индукционной установке. Затем осуществляли первичное калибрование на волочильном стане со степенью обжатия 18%. После первичного калибрования проводили второй отжиг калиброванного проката индукционным нагревом способом ТВЧ при температуре 770°C аналогично первому отжигу. Второе калибрование проводили на волочильном стане со степенью обжатия 22%. Третий отжиг калиброванного проката проводили индукционным нагревом способом ТВЧ при температуре 770°C аналогично первому и второму отжигу. Третье калибрование проката проводили на волочильном стане со степенью обжатия 21%. Четвертый отжиг индукционным нагревом ТВЧ проводили при температуре 770°С аналогично первому, второму и третьему отжигу. Последнее четвертое калибрование проводили на волочильном стане со степенью обжатия 6%.Hot rolled products were processed in grades of chrome steel grade 40X steel with a diameter of 12.0 mm for the manufacture of calibrated rolled products for cold forging of critical bolts of the motor group of a car with technical requirements in accordance with GOST 1072-78 “High-quality structural carbon steel and alloyed for cold extrusion and upsetting”. The chemical composition of steel corresponded to GOST 1072-78. The first annealing of hot-rolled steel was carried out by heating by the HDTV method (high frequency currents) at a temperature of 770 ° C in an induction installation. Then, primary calibration was carried out on a drawing mill with a reduction ratio of 18%. After the initial calibration, a second annealing of the calibrated rolled products was carried out by induction heating using the HDTV method at a temperature of 770 ° C, similarly to the first annealing. The second calibration was carried out on a drawing mill with a compression ratio of 22%. The third annealing of calibrated rolled products was carried out by induction heating using the HDTV method at a temperature of 770 ° C, similarly to the first and second annealing. The third rolling calibration was carried out on a drawing mill with a reduction ratio of 21%. The fourth annealing by induction heating of the HDTV was carried out at a temperature of 770 ° С similarly to the first, second, and third annealing. The last fourth calibration was carried out on a drawing mill with a reduction ratio of 6%.

В других примерах меняли температуру отжига индукционным нагревом ТВЧ (740°C, 760°C, 780°C, 800°C). Оптимальной была выявлена температура отжига 760-780°C.In other examples, the annealing temperature was changed by induction heating of the HDTV (740 ° C, 760 ° C, 780 ° C, 800 ° C). The optimal annealing temperature was 760–780 ° C.

При уменьшении температуры отжига (740°C) не весь пластинчатый перлит переходит в мелкозернистый перлит.With a decrease in the annealing temperature (740 ° C), not all lamellar perlite passes into fine-grained perlite.

При увеличении температуры отжига (свыше 800°C) происходит увеличение размеров зерна, а это приводит к снижению пластических свойств проката.With an increase in the annealing temperature (over 800 ° C), an increase in grain size occurs, and this leads to a decrease in the plastic properties of rolled products.

Меняли степень обжатия при первичном калибровании (16%; 18%; 20%; 22%). При первичном калибровании оптимальной была принята степень обжатия проката от 18 до 20%.The degree of compression during the initial calibration was changed (16%; 18%; 20%; 22%). At the initial calibration, the compression ratio of rolled products from 18 to 20% was optimal.

При уменьшении степени обжатия (ниже 18%) появляется неравномерность механических свойств по сечению и длине проката.With a decrease in the degree of reduction (below 18%), uneven mechanical properties appear along the cross-section and length of the rolled product.

При увеличении степени обжатия (более 20%) наблюдается вытянутость зерен, повышение прочности и снижение пластичности калиброванного проката.With an increase in the degree of compression (more than 20%), elongation of grains, an increase in strength, and a decrease in the ductility of calibrated rolled products are observed.

Меняли степень обжатия при втором и третьем калибровании (18%, 20%, 23%, 24%). При средних значениях температуры отжига индукционным нагревом способом ТВЧ для второго и третьего калибрования оптимальной была принята степень обжатия проката от 20 до 23%.The compression ratio was changed at the second and third calibrations (18%, 20%, 23%, 24%). At average values of the annealing temperature by induction heating by the high-frequency method for the second and third calibrations, the compression ratio of rolled products from 20 to 23% was optimal.

При уменьшении степени обжатия (ниже 20%) появляется неравномерность механических свойств по сечению и длине проката.With a decrease in the degree of reduction (below 20%), uneven mechanical properties appear along the cross section and length of the rolled product.

При увеличении степени обжатия (более 23%) наблюдается вытянутость зерен, а это способствует повышению прочности и снижение пластичности калиброванного проката.With an increase in the degree of compression (more than 23%), elongation of the grains is observed, and this contributes to an increase in strength and a decrease in the ductility of calibrated rolled products.

Меняли степень обжатия при окончательном калибровании 3%, 5%, 6%, 8%. При средних значениях температуры отжига индукционным нагревом способом ТВЧ. Оптимальной степенью обжатия калиброванного проката при окончательном калибровании являлась 5-6%.The compression ratio was changed at the final calibration of 3%, 5%, 6%, 8%. At medium annealing temperatures by induction heating, using the high-frequency method. The optimal degree of compression of the calibrated steel at the final calibration was 5-6%.

При уменьшении степени обжатия (ниже 5%) резко повышается износ отверстия калибровочного инструмента.With a decrease in the reduction ratio (below 5%), the wear of the calibration tool hole increases sharply.

При увеличении степени обжатия (свыше 6%) снижаются показатели пластичности и растут прочностные свойства.With an increase in the degree of compression (over 6%), ductility indicators decrease and strength properties increase.

Повторяли эксперименты на горячекатаном прокате сталей марок 38ХА с химическим составом по ГОСТ 10702-78. Сталь марки 38ХА позволяет получать аналогичные результаты с маркой стали 40Х.The experiments were repeated on hot-rolled steel 38KhA with the chemical composition according to GOST 10702-78. Steel grade 38XA allows you to get similar results with the grade of steel 40X.

Твердость определяли на приборе Роквелла по шкале С на параллельно шлифованных лысках, микроструктуру - на поперечных микрошлифах с использованием микроскопа «Неофот-21» при увеличении x500, травление образцов производили в 4% растворе азотной кислоты в этиловом спирте. Механические свойства образцов определяли на разрывной машине ЦДМ-100, шкала 20 кг.The hardness was determined on a Rockwell instrument on a C scale on parallel polished flats, the microstructure was measured on transverse microsections using a Neofot-21 microscope at x500 magnification, and samples were etched in a 4% solution of nitric acid in ethanol. The mechanical properties of the samples were determined on a TsDM-100 tensile testing machine, a scale of 20 kg.

Результаты испытаний приведены в таблице.The test results are shown in the table.

ТаблицаTable Сравнение прочностных и пластических свойств, твердости и глубины безуглероженного слоя на отобранных образцах по длине и сечению калиброванного проката стали марки 40XComparison of strength and plastic properties, hardness and depth of the carbonized layer on selected samples along the length and cross section of calibrated rolled steel 40X Контролируемый параметрControlled parameter Предложенная технологияProposed Technology Требования ГОСТ 10702-78Requirements GOST 10702-78 ТвердостьHardness 193 НВ193 HB Не более 207 НВNo more than 207 HB Временное сопротивление разрыву, σ_в Temporary tear resistance, σ _in 700 МПа700 MPa Не менее 600 МПаNot less than 600 MPa Относительное сужение, ψRelative narrowing, ψ 64%64% Не менее 40%Not less than 40% Общая глубина обезуглероженного слояThe total depth of the decarburized layer Местное частичное 0,02 ммLocal partial 0.02 mm Не более 0,05 ммNo more than 0,05 mm Осадка образцов на исходном размереPrecipitation of samples at the original size 6666 6666 Величина глубины поверхностных дефектовDepth of surface defects ОтсутствуютAre absent Допускаются отдельные риски глубиной не более половины предельного отклонения по диаметруSeparate risks are allowed with a depth of not more than half the maximum deviation in diameter

Claims (1)

Способ обработки горячекатаного проката под холодную объемную штамповку крепежных изделий, включающий отжиг индукционным нагревом токами высокой частоты и калибрование с различными степенями обжатия, отличающийся тем, что осуществляют четырехкратный отжиг при температуре 760-780°С, после первого отжига ведут первичное калибрование со степенью обжатия 18-20%, после второго и третьего - второе и третье калибрование со степенями обжатия 20-23%, а после четвертого отжига - четвертое калибрование со степенью обжатия 5-6%. A method for processing hot-rolled products for cold forging of fasteners, including annealing by induction heating with high-frequency currents and calibration with various degrees of compression, characterized in that they carry out four-fold annealing at a temperature of 760-780 ° C, after the first annealing, primary calibration is carried out with a degree of compression 18 -20%, after the second and third - the second and third calibrations with compression ratios of 20-23%, and after the fourth annealing - the fourth calibration with compression ratios of 5-6%.