ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОЛОКИ ИЗ СТАЛИ 10

Термоциклическая деформация (ТЦД), основанная на совместном воздействии температуры и деформации в области температур фазовых превращений или переменной растворимости элементов в твердых растворах, довольно часто применяется как упрочняющая обработка для различных металлов и сплавов [1,2,5-7,10]. В последние годы возрос интерес к ТЦД как к механизму, с помощью которого можно воздействовать не только на механические характеристики металлов и сплавов, но и на их тепловые, магнитные, электрические, а также эксплуатационные и другие свойства [3,4,8]. Причем, зачастую, это воздействие проявляется значительно интенсивнее после проведения последующей термической или термоциклической обработки материалов [4,7-8]. Поэтому в работе были исследованы свойства проволоки из низкоуглеродистой стали 10, изготовленной с использованием предварительной термоциклической ковки заготовок, и воздействие последующей термической обработки на ее удельное электрическое сопротивление.

В качестве материала исследования была взята низкоуглеродистая качественная сталь 10, выплавленная в ОАО «НКМК» (г. Новокузнецк). Химический состав стали, определенный на эмиссионном спектрометре ARL 4460, приведен в таблице.

Таблица – Химический состав обрабатываемой стали 10

На стадии переработки сляба в заготовку под прокат проводили деформационную термоциклическую обработку стали (ДТЦО). Обработка заключалась в термоциклической ковке на гидравлическом прессе в условиях кузнечно-термического цеха ОАО ЗСМК (г. Новокузнецк) по схеме однопроходной протяжки со степенью деформации 6-8 % в цикле. Количество циклов 10, температура ковки 1250-1300ºС. Более подробно технология ДТЦО приведена в работе [9]. В дальнейшем из стальной заготовки прокатывали катанку  диаметром 80 мм на площадке строительного проката, из которой на проволочном стане 250-1 сталепрокатного производства в ОАО ЗСМК изготавливали проволоку диаметром 3 мм. Отжиг и нормализацию образцов проводили в электрических печах типа СНОЛ. Для измерения электрического сопротивления образцов применяли двойной мост Томсона. Образцы имели следующие размеры 3×240 мм. Ошибка измерения сопротивления составляла 0,05·10-8 Ом.

Микроструктура проволоки из стали 10, изготовленной с использованием предварительной циклической ковки, состоит из равномерно распределенных, зерен феррита и небольшого количества колоний перлита, расположенных по границам зерен, как и для листового проката [2]. Средний размер зерна феррита в среднем составляет 6 мкм. Определение механических свойств проволоки из стали, изготовленной с ДТЦО, показало величину временного сопротивления разрыву σв=320 МПа, а относительное удлинение δ=33 %. Удельное электрическое сопротивление составляет 18,7·10-8 Ом·м.

Для определения возможности снижения удельного сопротивления проволоки из стали 10 в работе было исследовано влияние температуры и времени последующей нормализации и отжига на его величину. Температуру нормализации и отжига изменяли от 100 до 900 °С через 100 °С. Результаты определения удельного электрического сопротивления образцов после термической обработки в течение 1 ч при различных температурах приведены на рисунке 1. Из анализа кривых «удельное электрическое сопротивление (ρ) – температура обработки» для нормализации и отжига проволочных образцов из стали 10, изготовленной с ДТЦО, видно, что оба вида обработки снижают удельное электросопротивление стали. Причем наиболее существенное снижение величины удельного сопротивления начинается с 500 °С (4-5 %).

Рисунок 1 – Влияние температуры нормализации и отжига (время выдержки 1 ч) на удельное электрическое сопротивление (ρ) проволоки из стали 10, изготовленной с использованием ДТЦО.

Рисунок 2 – Влияние времени нормализации и отжига при 700 °С на удельное электрическое сопротивление (ρ) проволоки из стали 10, изготовленной с использованием ДТЦО.

Такое снижение удельного сопротивления стали связано со снятием наклепа образцов, уменьшением количества дефектов кристаллического строения и внутренних напряжений, а также объемной доли перлита в структуре металла после обработки. Минимальное значение ρ для образцов из стали после обработки в течение 1 ч при различных температурах отмечается после отжига при 700 °С и составляет 17,6·10-8 Ом·м. При дальнейшем увеличении температуры термической обработки до 900 °С происходит резкое повышение величины удельного электрического сопротивления стали, что, по-видимому, объясняется увеличением зерна феррита и образованием частично видманштеттовой структуры. Для определения оптимального режима термической обработки проволоки из стали 10, было исследована зависимость удельного сопротивления от времени выдержки отжига и нормализации при 700 °С. Полученные результаты приведены на рисунке 2. Видно, что с увеличением времени выдержки при термической обработке проволочных образцов из стали 10 величина удельного сопротивления снижается как при нормализации, так и при отжиге. Однако уровень снижения удельного сопротивления стали после отжига выше вследствие более низкой скорости охлаждения образцов с печью. Наименьшее значение ρ равное 17, 13 10-8 Ом·м соответствует режиму отжига: 700°С, время выдержки 5 ч. Эта величина на 8 % ниже удельного сопротивления проволочных стальных образцов без термической обработки.

Таким образом, исследовано влияние предварительной термоциклической ковки при производстве проволоки из стали 10 и последующей термической обработки на ее свойства. Показана возможность снижения удельного электрического сопротивления проволоки из стали 10, изготовленной с ДТЦО, на 8 % за счет последующего отпуска при 700 °С в течение 5 ч.

Список литературы

1.    Prudnikov A.N. Deformable heatproof tanseutectic sillumin for pistons // A.N. Prudnikov // Steel in Translation. – 2009.- T. 39. – № 6. – С. 456-459.

2.   Prudnikov A.N. Hardening low carbon steel 10 by using of thermalcyclic deformation and subseauent heat treatment// A.N. Prudnikov, V.A. Prudnikov // Materials science. Noneguilibrium pahse transformations. – 2016. – №4. – pp. 10-13.

3.    Прудников А.Н. Влияние термоциклической ковки и последующего отжига на коэрцитивную силу и линейное расширение стали 10 /.А.Н. Прудников, В.А. Прудников // Актуальные проблемы в машиностроении: – 2016.– № 3.– С. 451-456.

4.   Прудников А.Н. Влияние термической обработки на электрические свойства низкоуглеродистой стали, изготовленной с использованием ДТЦО / А.Н. Прудников, В.А. Прудников // Инновации в машиностроении: Сб. материалов VII Межд. науч.-практ. конф.– Кемерово: КГТУ, 2015.– С. 377- 380.

5.   Прудников А.Н. Поршневые деформируемые заэвтектические силумины // Технология металлов. – 2014. – № 2.– С. 8 - 11.

6.    Прудников А.Н. Структурно-технологические основы разработки прецизионных силуминов с регламентированным содержанием водорода / Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук: 05.16.09 / НГТУ, Новосибирск, 2013. – 40 с.

7.      Прудников А.Н Совершенствование термической обработки поршневых деформируемых силуминов с добавками фосфора и водорода / А.Н. Прудников / Обработка металлов (технология, обработка, инструменты). – 2009.–№1.– С. 8-11.

8.       Прудников А.Н. Оценка воздействия термоциклической деформации и последующей термической обработки на электрофизические свойства низкоуглеродистой стали / А.Н. Прудников, В.А. Прудников и др. // Актуальные проблемы в машиностроении: – 2015.– №2.– С. 396-400.

9.   Прудников А.Н. Оценка структуры, свойств и загрязненности неметаллическими включениями деформационно-термоциклически обработанной стали 10 / А.Н. Прудников, В.А. Прудников и др. // Металлургия: технологии, инновации, качество: Сб. материалов XIX Международной научно- практич. конф.– Новокузнецк: СибГИУ, 2015.– С. 35-39.

10.    Федюкин В.К. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин / В.К. Федюкин, М.Е. Смагоринский – Л. :Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989.– 255 с.