ПРОВОЛОКА

 Проволока и ее производство занимают  одну из ведущих позиций в метизной отрасли. На долю проволочной отрасли приходится около 60% от общего выпуска метизных изделий. По эксплуатационным характеристикам проволока классифицируется по следующим критериям (ГОСТ 2333-80):

Форма поперечного сечения: круглая, фасонная,      квадратная, прямоугольная, трапециевидная, трехгранная, шестигранная,      овальная, сегментная, зетобразная, иксобразная, клиновидная,      переодического профиля, специального профиля.

  1. Группы размеров, мм:

1-ая

2-ая

3-ая

4-ая

5-ая

6-ая

7-ая

8-ая

9-ая

менее   0,10

0,10-0,20

0,20-0,40

0,40-0,80

0,80-1,60

1,60-4,00

4,00-6,00

6,0-8,0   , вкл

более   8,00

  1. Химический состав стали: – низкоуглеродистая      сталь  с массовой долей углерода до      0,25% включ.; – углеродистая сталь с массовой долей углерода более 0,25%;      – легированная сталь; – высоколегированная сталь; –  сплавы с особыми свойствами      (коррозионно-, жаростойкие и т.п.).
  2. Термическая обработка: – термически обработанная;      – отожженная;  – отпущенная;  – закаленная и отпущенная;   – нормализованная; – патентированная; –      отпущенная под напряжением (стабилизированная); термически необработанная;      холоднотянутая; – холоднокатаная; – горячетянутая (теплотянутая); –      калиброванная.
  3. Вид поверхности: – без дополнительной      отделки поверхности после деформации (в т.ч. проволока с остатками      технологических покрытий – меди, фосфата, буры, нанесенных на поверхность      для подготовки металла к волочению); тянутая после предварительной      шлифовки, обточки

или обдирки на промежуточном размере; – со специальной отделкой поверхности (путем удаления поверхностного слоя): полированная, шлифованная, травленная, покрытая (с металлическим/неметаллическим покрытием); светлая (термически обработанная в защитной атмосфере),  оксидированная (термически обработанная с цветами побежалости); черная (термически обработанная, покрытая окалиной).

  1. Назначение: – общего назначения; – для      армирования железобетонных конструкций; – для армирования предварительно      напряженных железобетонных конструкций; – сварочная; -наплавочная; –      канатная; -спитцевая; – для гибких тяг централизации сигналов и стрелок; –      пружинная; – для армирования резинотехнических изделий; – струнная; – для      пружинных шайб; – для производства сеток; для воздушных линий связи; – для      сердечников проводов; для проводов и кабелей; – для бронирования проводов      и кабелей; – бандажная; – для нагревательных элементов и элементов      сопротивления; – для упругих элементов; – с заданным температурным      коэффициентом линейного расширения;       – для записи гармонических сигналов; – конструкционная различного      назначения; – для подшипников качения; – для крепежных изделий; –      шплинтовая; – полиграфическая; – игольчатая; – гребнечесаная; – бердная; –      карданая; – термизная; – колковая; – увязочная.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРОВОЛОКИ – ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВОЛОЧЕНИЯ

 Получение проволоки основано на принципе волочения (обработка металлов давлением)  – однократном или многократном протягивании заготовки через волоку, выходной размер которой меньше исходного сечения заготовки. Волочение дает возможность получать изделия с высокой точностью размеров поперечного сечения и лучшим качеством поверхности, по сравнению с ковкой или прокаткой, является безотходным (по сравнению с обработкой резанием) производством и, следовательно, очень экономичным процессом. Заготовкой для волочения является продукция прокатного производства – катанка, изготавливаемая посредством проката литых заготовок определенного сечения. Наиболее распространенный размер катанки для дальнейшего волочения –  5,5-6,5 м. Процесс волочения сопровождается как изменением геометрической формы и размеров заготовки, так и существенным изменением физико-механических свойств и структуры обрабатываемого металла. Степень влияния деформации при волочении на физико-механические свойства протягиваемого металла во многом зависит от исходных свойств металла, величины деформации и ряда других причин.

Общие тенденции заключаются в повышении прочностных характеристик (Ϭв, Ϭт, твердость); некотором неравномерном снижении пластических свойств (относительного удлинения – δ, поперечного сужения – ψ, число перегибов и скручиваний); прочность металла повышается, возрастает электросопротивление, коррозионная стойкость уменьшается, изменяются магнитные свойства. Структура металла также претерпевает значительные изменения – зерна вытягиваются по направлению волочения, возрастает число структурных дефектов (дислокаций, вакансий, межузельных атомов), что и приводит в вышеописанному изменению свойств и называется наклепом при волочении. Наклеп снимают различными методами термической обработки: отпуск, нормализация и т.п., в зависимости от условий и марки стали. При термической обработке уменьшается число структурных дефектов, что связано с рекристаллизацией, при этом снижается прочность и твердость, увеличивается пластичность.

Силы трения, возникающие в зоне деформации, оказывают значительное влияние на процесс волочения: усилие, скорость,  удельный расход мощности на волочение, безобрывность процесса волочения, износ инструмента и др. Процесс трения при волочении во многом отличается от обычного трения скольжения и значительно усложняется следующим:

  •  значительные пластические деформации протягиваемого металла;
  • большие удельные давления, затрудняющие подачу смазки в зону деформации;
  • высокие температуры, особенно для труднодеформируемых металлов с предварительным нагревом заготовки перед волочением.

Классификация волочения по термическим условиям деформации:

  • Горячее волочение – при температурах до 900°С для высокопрочных металлов и сплавов, с низкой пластичностью (вольфрам, молибден и т.п.). Нагрев проволоки производится электроконтактным или индукционным методом.
  • Тепловое волочение – при температурах до- или околорекресталлизационного порядка до 500°С (быстрорежущая сталь).
  • Низкотемпературное волочение  – в интервале температур 60-180°С (высоколегированные стали с аустенитной или аустенитно-ферритной структурой).

Способы волочения со сниженным коэффициентом трения:

  • Волочение с противонятяжением.
  • Вибрационное волочение.
  • Волочение через вращающуюся волоку.
  • Волочение проволоки через неприводные роликовые волоки.

 

ТЕРМООБРАБОТКА ПРОВОЛОКИ

 Как известно термообработка стальных материалов зависит от исходного химического состава и в, ряде случаев, применяется после механического воздействия (литье, обработка металлов давлением, механическая обработка, сварка). Цель термической обработки – снятие внутренних напряжений, получение равновесной структуры для обеспечения заданных физико-механических свойств.

Для проволоки из низко-, среднеуглеродистых и легированных сталей применяются операции отжига – процесса, заключающегося в управляемом нагреве и охлаждении проволоки, проводимом в специальных печах. Цель отжига – снятие внутренних напряжений (наклепа), образовавшихся в результате процесса волочения. Структура наклепанной стали – вытянутые в одном направлении зерна и искаженная кристаллическая решетка, для устранения этого используется отжиг при температуре до 1050°С, с заданной выдержкой и охлаждением на воздухе. В результате проведения такой обработки уменьшаются твердость и прочность стали и значительно увеличиваются показатели вязкости и пластичности. Отжиг проводится в печах шахтного типа, печах колпакового типа, а также в линейных печах.

Нормализация проволоки – применяется для средне-, высокоуглеродистых и легированных сталей; проводится с целью получения однородной мелкозернистой структуры, которая обеспечивает повышенную пластичность и ударную вязкость.  При проведении нормализации сталь медленно нагревают до температур на 30-50°С выше точки Асз, после чего подвергают охлаждению на воздухе. Нормализация аналогична отжигу, однако выгоднее его, так как она обеспечивает большую прочность стали, чем отжиг. Нормализация может являться окончательной обработкой, если требования к свойствам умеренные и необязательна закалка с высоким отпуском.

Для проволоки из углеродистых и легированных сталей проводятся операции патентирования –  нагревании в специальных печах (установках для непрерывного патентирования) до температуры 920°С и охлаждении в расплавленном свинце или в расплаве солей (электродные ванны с электромагнитной циркуляцией). Механические свойства проволоки выше при охлаждении в солях, чем в расплаве свинца, т.к. обеспечивается более равномерное охлаждение. Применение солей обеспечивает возможности замены дорогостоящего и неэкологичного свинца. Патентирование применяется как промежуточная операция для восстановления пластичности после волочения, и как конечную операцию термообработки готовой проволоки.

Для высоколегированной проволоки проводится термомеханическая обработка – процесс волочения, совмещенный с термической обработкой, подразделяется на высокотемпературную (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО) обработку. При ВТМО сталь нагревают до температуры более 900°С, в аустенитном состоянии металл подвергают волочению, после чего происходя закалка и отпуск. При этом сталь приобретает повышенную прочность и твердость, благодаря закалке, по сравнению с обычной закалкой, повышается пластичность, выносливость и другие механические свойства стали. При НТМО проволоку нагревают до 800-900°С, в нагретом состоянии она подается в расплав соли или металла при температуре 320-370°С, для обеспечения устойчивой аустенитной структуры. Проволоку со структурой переохлажденного аустенита подвергают волочению, а после выхода из волоки – закалке в воде или масле, далее – отпуску.

Термомеханическую обработку проволоки используют с целью упрочняющего воздействия применительно к пружинам, перед операцией навивки, после которой следует окончательная термическая обработка и отделка изделия.

СПЕЦИАЛЬНАЯ ОТДЕЛКА ПОВЕРХНОСТИ ПРОВОЛОКИ

 Специальной отделкой поверхности проволоки является отделка путем удаления поверхностного слоя: полирование, шлифование, травление (химическая или электролитическая полировка). Специальная отделка поверхности применяется, в основном, при производстве пружинной  проволоки из легированных сталей (ГОСТ 14963-78) и холоднотянутой сварочной проволоки из низкоуглеродистой, легированной и высоколегированных сталей (ГОСТ 2246-70).  Шлифование и полировка проволоки производятся на специализированном оборудовании (ленточно-шлифовальные машины); электролитическое или химическое полирование производится в электролитических или травильных ваннах.

По способу изготовления и качеству отделки  поверхности пружинную проволоку подразделяют на группы в соответствии с ГОСТ 14963-78. Группы маркируются буквенным обозначением  – А, Б, В, Г, Е – со специальной отделкой поверхности путем удаления поверхностного слоя и Н – без специальной отделки поверхности. Как пример, в таблице 1 приведены параметры качества поверхности в зависимости от группы проволоки:

Таблица 1

Группа проволоки

Поверхность

Шероховатость поверхности

по ГОСТ 2789

Rа,   мкм, более/базовая длина l,   мм

Допустимые дефекты

А

Полированная

0,32/0,25

Не допускаются

Б

Шлифованная или полированная

0,63/0,80

В

Шлифованная

1,25/0,80

Г

Шлифованная

2,50/0,80

Е

Тянутая после предварительной шлифовки, обточки или   обдирки

Шероховатость не нормируется и

не проверяется

Отдельные дефекты, механического   происхождения в виде вмятин, забоин, царапин, рисок.

Н

Неполированная и нешлифованная (тянутая)

Химическое и электрохимическое полирование осуществляется погружением обрабатываемого металла в  раствор со специальными активными добавками. Метод химического полирования состоит в погружении проволоки в травильные ванны (емкости с раствором кислот или щелочей), где в результате химической реакции происходит растворение верхних слоем металла, после чего уменьшается или устраняется шероховатость; поверхность проволоки приобретает металлический блеск. Принцип электролитической полировки заключается в том, что обрабатываемая проволока – анод, погружается в ванну с электролитом, вторым электродом служат катоды, изготовленные из различных материалов. На поверхности анода образуется окисная или гидроокисная пленка, равномерно покрывающая проволоку и создаются условия для микрополирования, так как внешняя часть пленки, при создании оптимальных условий, равномерно растворяется в электролите. Электролитической и химической полировке подвергаются различные виды проволоки; например, перед нанесением на проволоку металлических покрытий.

НАНЕСЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Защитные покрытия служат для защиты проволоки от износа, коррозии и повреждений. Для стальной проволоки существует несколько видов нанесения покрытий: омеднение, латунирование, бронзирование, цинкование, плакирование. Металлические покрытия могут изготавливаться путем погружения в расплавленный металл (метод погружения в расплав), путем напыления жидкого металла или путем гальванической металлизации (гальванизации). Наиболее распространенным методом защиты металлических изделий от коррозии и прочих негативных влияний окружающей среды является цинкование. В основе метода – непосредственное нанесение на поверхность изделия слоя цинка. От способа цинкования зависит внешний вид и толщина цинкового слоя на проволоке.

Различают следующие виды цинкования: 1. Холодное. 2. Горячее. 3. Гальваническое.  4. Газотермическое.  5.Термодиффузное.

1. Холодное: Данный вид является самым доступным. Заключается в механическом нанесении огрунтовочных составов, содержащих высокодисперсный цинковый порошок. Покрытие имеет свойства подобные полимерным покрытиям, но при этом сложно добиться равномерной толщины слоя цинкового покрытия.

2. Горячее: По качеству и долговечности данный тип покрытия является на сегодняшний момент одним из лучших. Нанесение цинка осуществляется на обезжиренную, протравленную, промытую, флюсованную и просушенную поверхность. Цинковое покрытие наносится методом протягивания проволоки через ванну с расплавленным цинком. Данная технология обеспечивает высокую производительность при изготовлении оцинкованной проволоки (при применении современного зарубежного оборудования), однако является энергоемким и затратным, требует повышенных мер экологической безопасности.

3. Гальваническое: Заключается в нанесении покрытия при электрохимическом воздействии. Адгезия гальванических покрытий обеспечивается молекулярными силами при взаимодействии молекул цинка и основного металла. Гальваническое покрытие получается более плотным и равномерны, чем покрытие, полученное при горячем оцинковании, что позволяет при сравнительно меньшей толщине цинкового покрытия получать требуемые для изделия антикоррозийные свойства и более привлекательный внешний вид. Технология гальванического оцинкования проволоки менее энерго- и материально затратна, оборудование менее габаритно. Поэтому данная технология оцинкования массово применяется за рубежом.

Современное зарубежное оборудование позволяет гальваническим способом наносить цинковое покрытие на проволоку, с параметрами цинкового покрытия по 2 классу (ГОСТ 3282-74).

 4. Газотермическое: металл покрытия в виде проволоки или порошка расплавляется, и в газовом потоке происходит напыление цинка на металл обрабатываемого изделия. Расплавленные частицы цинка ударяются о поверхность металла и деформируясь, образуют «чешуйчатое» покрытие. Покрытие при этом образуется пористое и, как правило, требует покрытия порозаполнителем в виде лакокрасочного материала.
5. Термодиффузное: метод состоит в образовании на поверхности железа цинкового покрытия за счет перехода атомов цинка при температурах выше 2600°С в паровую фазу и проникновения в железную подложку. Получаемое покрытие ровное, беспористое, имеет высокую адгезию к подложке за счет диффузного слоя. Защитная способность покрытия сравнима с горячецинковыми покрытиями.
Вид и свойства поверхности после цинкования: 1. Холодное – серебристо-белого цвета, низкая стойкость покрытия к механическим повреждениям. 2. Горячее ― белый цвет с возможным переходом в матовый тёмно-серый. 3. Гальваническое ― блестящее равномерное покрытие. 4. Газотермическое ― однородное и равномерное по толщине, с характерным наличием сквозной пористости.
5. Термодиффузное цинкование ― покрытие тёмно-серого цвета без блеска.

Источник: www.prometizy.net