Технология изготовления волоки из сплава ВК8

Задание на проектирование.

       Задание на курсовое проектирование по дисциплине «Металлы и неметаллические неорганические материалы» на тему: «Выбор материала и разработка технологии упрочняющей термической обработки фильеры для протяжки металлической проволоки» .

      Выдано студенту группы ПКМ-91 Зенкову П.Ю. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      

Содержание

1 Литературный обзор………………………………………………….………..4

1.1 Назначение и условия работы фильер………..………….…………………4

1.2 Материалы, применяемые для изготовления фильер………..……………7

1.3 Вывод из литературного обзора…………………………………………...11

2 Технология  изготовления волоки из сплава  ВК8 ………………….………12

2.1 Получение порошка карбида вольфрама ……………………………….. 12

2.2 Получение  порошка кобальта ….………………………………………….12

2.3 Приготовление  смеси порошков.………………………....……………….12

2.4 Прессование  и спекание………………………………………………….. 13

2.5 Упрочняющая  обработка ……………………………………….……..…..14

2.5.1 Ультразвуковая  обработка сплава…………………………….………....14

Заключение………………………………………..…………………………….15

Список  используемой литературы……………………………………...…......16 
 
 
 
 

1 Литературный обзор 
1.1 Назначение и условия работы фильеры

      Волочение  проволоки  состоит в том, что предварительно прокатанные до 5 мм прутки большой длины протягивают через фильеры – отверстия волочильной доски рисунок 1, переходя последовательно от наибольшего отверстия к наименьшему. При этом проволока постепенно доводится до требуемого диаметра [4,10].

    Волока  – инструмент волочильных станов, в котором осуществляется обжатие металла при его обработке волочением. Основная часть волоки – волочильный глазок (или матрица), представляющий рабочее отверстие постепенно уменьшающегося сечения, через которое протягивается обрабатываемый металл. Волока с одним волочильным глазком называется также фильером (фр. filière, от fil – волокно, нить, проволока), а с несколькими – волочильной доской [2]. 

    Рисунок 1 – Волочильная доска 

    Наиболее  удобная форма фильера показана в продольном разрезе на рисунке 2. Фильер выполнен в виде двух конусов, обращенных один к другому вершинами. При протяжке сечение проволоки уменьшается в необходимой степени, как показано на рисунке 3 и в то же время сильно снижается сила трения. Уменьшить трение можно также смазкой фильера [2]. 
 
 
 

 

    Рисунок 2 – Формы волочильных отверстий согласно ГОСТ 9453–75, где а – профиль фильер  стальной доски, б – профиль фильер из твердого сплава

   

 

    Рисунок 3 – Схема волочения проволоки согласно ГОСТ 9453–75, где

1 – заготовка, 2 – фильера 

        Волоки – заготовки  изготавливаются исходя из ГОСТ 9453–75, где изложены основные типоразмеры, формы, геометрия фильер и возможные сечения отверстий.

    На  рисунке 4 показаны различные виды волок  и геометрия канала инструмента.

    Рисунок 4 – Виды волок и геометрия канала инструмента, где а – монолитная с коническим профилем канала; б – монолитная с радиальным профилем канала; 1 – входная зона; 2 – рабочая (смазочная) зона; 3 – калибрующая зона; 4 – выходная зона 

       В обобщенном виде характеристики волочильного инструмента можно определить следующим образом:

- прочность на сжатие и жесткость;

-  твердость и износостойкость;

-  качество рабочей поверхности, контактирующей с проволокой [3].    

     Фильеры для волочения проволоки можно оценить по качеству проволоки, изготовленной при помощи конкретного волочильного инструмента.

      Также качество волочильного инструмента определяется по следующим критериям от которых зависит эффективность фильер в волочильной машине:

- выбранный материал фильеры (износостойкость);

- точность проточки профиля фильеры и полировки ее поверхности;

- количество повторных обработок после выявления первоначального изноа;

- полученное количество готовой проволоки (в тоннах).

- чистота и твердость материала проволоки;

- качество сварных соединений в проволоке, подвергаемой волочению;

- скорость волочения;

- температура волочения (при «мокром» волочении около 40–50 °С);

- тип и состояние смазки (значения рН, плотности и т.д.) [3].

   В процессе волочения формообразующий  инструмент испытывает механические и термические нагрузки, что приводит к значительному износу, который сопровождается явлением адгезии, усталости и абразивного воздействия на волоки [7].

    Главная характеристика сопротивляемость изнашиванию определяется твердостью материала. К таким материалам, устойчивым при работе в условиях больших давлений и сжимающих нагрузок, предъявляются следующие требования к характеристике микроструктуры: чем меньше размер изготовляемой проволоки, тем более твердым и мелкозернистым (лучше поддающимся полировке) должен быть материал фильеры, пористость по шкале А+В, не более 0,1 %, форма заготовок цилиндрическая, механические свойства перечисленные в таблице 1 [10]. 

Таблица 1 – Основные требования к материалу  для изготовления волок [10]

  

1.2 Материалы, применяемые для изготовления волок.

    С учетом условий эксплуатации волок, а также необходимости получения изделий высокой  точности, материал должен обладать высоким уровнем следующих свойств: теплостойкостью (способностью сохранять высокие прочностные характеристики при температурах  эксплуатации); вязкостью, необходимой для предупреждения поломок и выкрашивания; разгаростойкостью (сопротивлением термической и механической усталости при действии высоких нагрузок); сопротивлением абразивному износу; прокаливаемостью, обеспечивающей заданные механические свойства в результате термообработки; жаростойкостью (устойчивостью против окисления при высоких температурах); теплопроводностью, необходимой для уменьшения нагрева и разупрочнения за счет быстрого отвода тепла от рабочих поверхностей [10].

    Основными причинами износа волок являются растекание и хрупкое разрушение. Поэтому материал для изготовления волок должен обладать  высокой прочностью и твердостью, повышенным сопротивлением абразивному износу и уменьшенной склонностью к налипанию [5].

    Чтобы экономить дорогостоящий материал, волочильные доски часто изготовляют из обыкновенной углеродистой стали, а фильеры из высококачественной легированной стали рисунок 5 или из твердого сплава. При этом фильеры делают вставными, что позволяет заменять их при износе [5].

    Для получения весьма малой по диаметру наитончайшей проволоки применяют алмазные фильеры в металлической оправке [2]. 

    Рисунок 5 – Фильеры из легированной стали

      

    Карбид  вольфрама. Твердость может достигать значения, в три раза превышающего значение твердости стали. В настоящее время фильеры из карбида вольфрама применяются главным образом для волочения проволоки из черных металлов, но также частично и для волочения изделий больших диаметров, а также при волочении небольших партий проволоки и частом изменении диаметров изделий [5].

    Натуральный алмаз. Кроме карбида вольфрама для изготовления волочильного инструмента использовались натуральные алмазы, обладающие необычайно высокой твердостью и износостойкостью. Как и натуральный алмаз, он используется в основном для изготовления фильер с небольшим диаметром волоки и фильер для чистового волочения [5]. 

     Синтетический поликристаллический  алмаз. В настоящее время вряд ли какой-либо волочильный стан или даже кабельный завод в целом мог бы успешно функционировать без применения волочильного инструмента из синтетических поликристаллических алмазов, имеющего различные модели и различное назначение, начиная с волочения катанки и заканчивая тонким волочением проволоки. Фильеры из поликристаллических алмазов чаще всего применяются для волочения проволоки из всех видов цветных металлов, но также и для волочения проволоки из нержавеющей стали, а кроме того (в условиях температурной стабильности) даже для волочения тугоплавких и других материалов [5].

    Исходя  из представленной зависимости рисунок 6 и необходимой износостойкости и вязкости заготовок получаем, что основными материалами для большинства фильер являются твердые сплавы, отталкиваясь от соотношения цены и соответствия необходимым параметрам [3].

    Рисунок 6 – График зависимости между  износостойкостью и вязкостью материалов, применяемых для изготовления волок-заготовок.  

    Стальной  волочильный инструмент применяют редко, главным образом в виде втулок и оправок для протяжки изделий крупного поперечного сечения:  прутков и труб, а также проволоки фасонного сечения в тех случаях, когда объем заказа невелик и большие затраты на изготовление инструмента из твердого сплава экономически нецелесообразны [5].

    Их недостаток – низкая износостойкость и повышенная склонность к налипанию [10]. 

    Волочильный инструмент изготавливают из высокопрочных сталей.

Это стали трех групп:

    1) 0,7–0,8 % углерода – марки У7, У7А,  У8А;

    2) 1,2–1,3 % углерода – марки У12, У12А,  У13, У13А;

    3) 2 % углерода и 12 % хрома – марки  X12 и Х12М,

    (с  небольшой добавкой молибдена  – 0,5–0,8 %) [3]. 

    Таблица 3. Химический состав сталей марок У7,У12, Х12 [11]