Волочение

Волочение

ВОЛОЧЕНИЕ, род холодной обработки проволоки, при которой форма ее меняется путем протяжки через конический глазок волочильной доски. Волочильные доски изготовляются из специальной стали, а для самых тонких размеров проволоки употребляются также алмазные плашки. Процесс волочения схематически представлен на фиг. 1. Цель волочения заключается в последовательном уменьшении сечения проволоки и придании ей заданной формы. Процесс волочения совершается за счет вытягивающего усилия. При волочении часть проволоки, находящаяся между клещами и волочильной доской, подвергается растягивающему усилию, часть же, проходящая через глазок волочильной доски, сжимается, причем в последнем случае материал на поверхности приводится в пластическое состояние и испытывает напряжение, соответствующее давлению истечения металла.

Процесс волочения

Волочение применяется в технике: а) для изготовления проволоки как готового изделия (например, телеграфная, упаковочная, печная, бутылочная и пр. виды проволоки); б) для получения проволоки как полуфабриката при изготовлении строительных и сапожных гвоздей, сеток, плетенок, шурупов по дереву, винтов по металлу, закрепок, цепей, булавок, канатов, колючей проволоки и подобных изделий; в) для изготовления точно калибрированной круглой или фасонного профиля проволоки (квадратной, полукруглой и прочих профилей). Для специальных нужд протянутую проволоку подвергают отделочным операциям: цинкованию, лужению, бронзированию, олифовке и т. д.

Полный технологический процесс получения проволоки посредством волочения состоит из следующих производственных операций (в зависимости от назначения проволоки некоторые операции м. б. выпущены): 1) очищение поверхности проволоки от окалины путем травления в растворе кислоты; 2) промывка после травления; 3) желтение, т. е. получение тонкого налета окисла железа, способствующего дальнейшему В.; 4) нейтрализация в известковой ванне оставшейся кислоты на поверхности проволоки; 5) «отдых» проволоки и сушка, необходимые для удаления водорода, проникающего при травлении из кислоты в железо и придающего ему хрупкость; сушка имеет значение, кроме того, при волочении через мыло; 6) заострение конца проволоки, необходимое для затягивания ее через волочильную доску; 7) собственно процесс волочения через конический глазок волочильной доски, происходящий последовательно, в зависимости от допустимых коэффициентов обжатия до требуемого диаметра; 8) отжиг проволоки, восстанавливающий утрачиваемую в результате многократного волочения первоначальную вязкость и мягкость металла; после отжига, перед последующей протяжкой, необходимо протравить проволоку для удаления слоя окалины, получающейся при отжиге; 9) отделочные операции: а) перемотка проволоки в круги определенного диаметра и веса и вязка их, б) лакировка и олифовка проволоки, в) цинкование или лужение, г) разрезание проволоки на заготовки определенной длины и рихтовка их.

Волочение железной проволоки.

Сырьем при волочении железной проволоки служит прокатанная заготовка диаметром от 5 до 15 мм, с временным сопротивлением на разрыв ~38 кг/мм2 и минимальным удлинением в 16%. Заготовка с диаметром меньше 5 мм обычно не прокатывается в виду получающейся в катанке неравномерности материала по сечению.

1. Травление. Получаемая с прокатного стана проволока покрыта тонким слоем окалины, которая вредит волочению. Наиболее распространенным способом очищения от окалины является травление в растворе серной кислоты. Травление в соляной кислоте и бисульфате, а также механический способ очищения окалины не получили распространения как нерентабельные. Окалина, состоящая из магнитной окиси железа Fe3О4, мало растворима в растворе серной кислоты. Процесс химического травления заключается в том, что кислота воздействует на железо под окалиной. При этом из кислоты освобождается водород, который скапливается под давлением между металлом и слоем окалины и механически отделяет ее. Травление производится в деревянных баках, выложенных 4—5-мм свинцом. Обычно баки имеют размеры: 2500 х 2000 мм в свету и 2000 мм в глубину. В последнее время получают распространение ванны из железобетона со свинцовой выкладкой, а за границей применяются также ванны, изготовленные из цельного кислотоупорного камня.

Проволока в мотках нанизывается на центральный брус рамы и подается посредством крана в травильную ванну. Большинство заводов работает на травильном растворе с содержанием от 1,5 до 3% (по весу) серной кислоты 60° Вѐ. При подогреве раствора паром до 60—70° продолжительность травления доходит до 2 ч., при расходе кислоты в 4—4,5% и угаре в 1,5—2% от веса проволоки. В настоящее время начинает распространяться новый способ ускоренного травления, давший вполне удовлетворительные результаты. По этому способу вновь заправленная ванна содержит 9% серной кислоты по весу и подогревается паром до 45°. Ванна работает, пока содержание свободной серной кислоты не дойдет до 3%; при этом температура постепенно повышают до 70°. Использованный раствор перекачивается в купоросную ванну для отделения купороса; остающийся маточный раствор идет на новую заправку в травильную ванну. Продолжительность процесса при этом способе понижается до 10—15 минут, а расход кислоты до 2,5%. В результате процесса травления в ванне образуется раствор железного купороса, избыток которого откладывается в виде кристаллов на проволоке и впоследствии препятствует волочению. Поэтому на растворе с содержанием больше 100—110 г Fe на 1 л не рекомендуется дальше травить. Для правильного ведения травильного процесса необходимо установить систематический контроль за содержимым травильных ванн. Для этой цели в Германии выпущены специальные приборы - кислотомеры: a) «Beizprufer»—фирмы Ing. Chem. Ph. Еуег (Halberstadt) и б) «Beizbadanalysator»— фирмы Strohlein & С° (Dusseldorf).

Из отработанной травильной жидкости получается железный купорос, путем концентрации выпариванием и последующей кристаллизации. На 1000 кг израсходованной серной кислоты получается 1500—2000 кг железного купороса. На выпаривание 1000 кг купороса требуется 2300—2800 кг пара.

2. Промывка. После травления раму с мотками проволоки опускают для промывки в ванну с нагретой водой. Воду полезно механически перемешивать, так как тогда она лучше смывает с проволоки остатки окалины и лучше растворяет кристаллы железного купороса.

3. Желтение. При вынимании рамы из промывочной ванны проволоку обрызгивают дождем холодной воды и выдерживают до покрытия тончайшим слоем окисла железа - происходит процесс «желтения»; получаемый при этом покров способствует процессу волочения проволоки.

4. Нейтрализация. После желтения необходимо нейтрализовать последние следы кислоты, что достигается погружением проволоки в кипящую известковую ванну. При этом проволока покрывается тонкой пленкой, также способствующей волочению. Если проволока должна волочиться всухую (например, через мыльный порошок), то она должна после известкования пройти через сушильные камеры.

5. «Отдых» проволоки и сушка ее. Сушка производится при 75—100° в продолжение 30—60 мин. Отопление камер производится б. ч. отходящими газами. Для правильной работы камеры необходима достаточная вентиляция. Мотки проволоки поступают в сушильные камеры на вагонетках. Операция сушки способствует удалению из проволоки приобретенного ею при травлении водорода, придающего ей хрупкость. С этой же целью оставляют проволоку «отдыхать» в течение 24 час. перед волочением. С 1918 года в Германии начали применять патентованный препарат доктора Фогеля. Действие препарата состоит в том, что он препятствует непосредственному воздействию кислоты на железо. При этом исключается возможность перетравить железо, т. е. получить проволоку с наружным слоем из содержащего водород железа.

6. Заострение конца проволоки. Чтобы завести конец мотка в волочильную доску, необходимо его заострить. Для проволоки более толстых размеров заострение производится на вальцах, где конец, расплющиваясь, оттягивается. На фиг. 2 представлен такой станок. Для средне- и мелкосортного волочения конец оттягивается вручную ударами молотка и зачищается напильником.

Станок для заострения конца проволоки

7. Процесс волочения. Протравленная и нейтрализованная в известковой ванне проволока подается в цех для волочения. Назначение волочильной доски заключается в калибровке проволоки по форме. Колебание диаметра проволоки по длине мотка допускается в зависимости от назначения проволоки от 0,01 до 0,10 мм. Для того чтобы противостоять истиранию во время волочения, доска д. б. достаточно твердой; но не всегда твердая волочильная доска является лучшей, так как доска должна допускать заправку глазка в холодном состоянии. Волочильные доски бывают: английские, немецкие и венские.

Английские доски

Английские доски (фиг. 3) имеют обычно небольшое число дыр, не более 18. Данные фирмы Krefelder Stahlwerk A. G. приведены в табл. 1.

Английские волочильные доски

Химический состав этих досок характеризуется содержанием С от 0,7 до 2,5% и Сr от 2,0 до 4,0%. Для досок, предназначаемых для волочения твердой проволоки, содержание Сr возрастает до 12—13%. Эдем в качестве типичного приводит следующий анализ: 2,65% С, 0,042% Si, 0,30% Мn, следы S, 0,022% Р, 14,27% Сr, 3,8% W.

Немецкие доски изготовляются б. ч. сварными; состав их в рабочей части от 0,6 до 0,8% С, нерабочая часть доски - из мягкой стали с содержанием до 0,20% С. Солиман приводит следующий характерный анализ: 0,70% С, 0,3—0,5 % Мn, 0,04—0,07% Si, 0,02—0,06% Р, 0,02—0,06% S. В табл. 2 приведены размеры этих волочильных досок по данным фирмы Gebruder Geek, Altena (Westf.).

Размеры немецких волочильных досок по данным фирмы Gebruder Geek, Altena (Westf.)

Заправка волочильной доски заключается в том, что после протяжки мотка глазок суживают ударами молотка вхолодную, а затем, при помощи набора конических пробойников, дыру расправляют до требуемого диаметра. После четырех-пяти протяжек металл вокруг глазка становится жестким и хрупким и при волочении задирает поверхность проволоки. Поэтому является необходимость провести заново операцию сужения глазка в горячем состоянии. Горячее заклепывание глазка волочильной доски производят на небольшом быстроходном пружинном молоте (300—350 ударов в мин). По мере износа приходится глазок переводить на больший диаметр. Английская волочильная доска позволяет протянуть через каждый глазок в среднем 160 кг проволоки от одного горячего заклепывания до другого. Волочильная доска выдерживает от 150 до 200 заклепываний в горячем состоянии.

Достоинства английских досок следующие: а) требуется менее высоко квалифицированная рабочая сила; б) доска благодаря своей толщине дает одинаковую по диаметру проволоку и благодаря химическому составу отличается высокой прочностью, что особенно важно при крупносортном волочении через масло. Недостатки английских досок: а) вследствие высокого содержания Сr доска трудно поддается обработке; б) доска имеет по своей площади мало глазков и потому обходится дороже других.

Немецкая доска, требуя более высоко квалифицированной рабочей силы, менее прочна, чем английская. Вследствие недостаточной толщины доски глазок изнашивается быстрее, и перезаправлять его на более толстый диаметр приходится раньше. Достоинства немецкой доски в том, что в холодном состоянии она легче поддается обработке, число дыр по сравнении с площадью в ней больше, чем в английской, и доски эти стоят дешевле других. В последнее время начали выпускать волочильные доски с содержанием 1,9—2,0% С (в СССР - на заводе «Электросталь»). При достаточной толщине (40—45 мм для толстых размеров) доски эти хороши в работе. Эдем в качестве типичного приводит следующий анализ: 1,92—1,97% С, 0,12% Si, 0,36—0,40% Мn, 0,009% S, 0,014—0,019% Р.

Для мелкосортного волочения часто применяются т. н. венские доски. Они очень тверды, трудно поддаются обработке, но дают точную по диаметру проволоку. Эти достоинства очень важны при производстве тонкой проволоки, которая имеет значительную длину в одном мотке и повышенную твердость вследствие предыдущих многократных протяжек. Химических состав этих досок: 3,0—3,5% С, 1% Мn, 0,5% Si. Самые тонкие размеры проволоки, особенно при работе на машинах многократной протяжки, волочатся через алмазы (фиг. 4).

Самые тонкие размеры проволоки, особенно при работе на машинах многократной протяжки, волочатся через алмазы

Цена алмазной плашки возрастает с укрупнением алмаза непропорционально увеличению диаметра протягиваемой проволоки; поэтому выше определенного диаметра (обычно 0,80 мм) волочение через алмазы становится экономически невыгодным. Достоинства волочения через алмазы: а) алмазы очень долговечны и по мере износа располировываются на больший диаметр; б) проволока получается весьма гладкой, без царапин и точно выдержанной по диаметру; в) уменьшается простой машин из-за заправки волочильных досок и других подсобных операций. Известную трудность в производстве представляют рассверловка и заполировка глазка алмазной плашки, которые производятся на специальных быстроходных сверлильных станках (2000—3000 об/мин.) посредством алмазной пыли. Различные фирмы за границей вели опыты изготовления искусственных камней для волочения проволоки. В результате опытов был найден материал в виде карбида вольфрама, который обладает чрезвычайно высокой твердостью, достигающей по шкале Мооса 9,8. Состав искусственных камней: 60% W, 36% Fe, 4%.С. Иногда вместо части Fe вводят 6%Ti. Помимо химического состава качество волочильной доски зависит от формы глазка. Основное требование, предъявляемое глазку, сводится к тому, чтобы он имел геометрически правильную форму, так как отклонение от этого условия ведет к неравномерным напряжениям в поверхностном слое проволоки и дает плохие результаты. Обычно форму глазка получают просверливанием доски уступами и затем развертыванием коническими развертками.

Окончательную отделку производят коническими пробойниками с убывающей конусностью. Последняя операция уплотняет стенки глазка и придает ему форму конуса в пересечении с цилиндрической частью, которая расправляется последним цилиндрическим пробойником-калибром по размеру протягиваемой проволоки. Папье рекомендует брать конусность от 1/6 до 1/8, а для мягкой проволоки до 1/10; Солиман рекомендует 1/10; по Эдему, конусность колеблется от 1/6 до 1/12; по наблюдениям Бюро научной организации труда Приокского горного округа конусность колеблется от 1/11 до 1/8, причем конусность уменьшается для протяжки более тонкой проволоки. Важное значение для правильной заправки глазка имеет точное изготовление пробойников, которые изготовляются на специальных шлифовальных станках под любым углом конусности.

Работа на волочильном барабане состоит в следующем. Моток проволоки накладывают на свободно вращающуюся фигурку и конец проволоки заводят через глазок волочильной доски. Барабаны, предназначенные для волочения проволоки толстых размеров, имеют прикрепленные к низу клещи, которыми захватывают конец проволоки, продетой через глазок (фиг. 5).

Барабаны, предназначенные для волочения проволоки

Барабан сидит на вертикальной оси и посредством ножной педали может сцепляться с ней. Вертикальная ось барабана приводится в движение коническими шестернями от центрального горизонтального вала, проходящего под столом волочильного стана. Барабан вращается и протягивает при этом проволоку через волочильную доску, а проволока наматывается на барабан. В табл. 3 приведены данные фирмы Malmedie & С° (Dusseldorf) относительно главных размеров волочильных барабанов в зависимости от диаметра протягиваемой проволоки.

Размеры волочильных барабанов

Для плавного включения их барабаны снабжаются специальным приспособлением для фрикционного сцепления, благодаря которому затяжка производится без ударов, при постепенном повышении числа оборотов барабана до нормального (фиг. 6).

Для плавного включения их барабаны снабжаются специальным приспособлением для фрикционного сцепления

В последнее время в Америке строятся волочильные барабаны для крупносортного волочения, снабженные отдельным электромотором. В случае волочения толстой проволоки (от 8 мм и выше) целесообразно устраивать горизонтально расположенный волочильный барабан, что облегчает снятие мотка с барабана. Сам барабан выполняется коническим, с уклоном в 1/20—1/30 (по Папье), для облегчения снимания с него мотков проволоки. Обычное число барабанов, обслуживаемых одним рабочим: на крупносортном волочении 1, на среднесортном 2, на волочении тонкой проволоки 6—8, на волочении тончайшей проволоки 10—15.

При процессе волочения, в отношении выбора коэффициента обжатия, существуют довольно узкие пределы, т. к. вытягивающее усилие всегда д. б. меньше разрывающей силы. Коэффициент обжатия по диаметру колеблется от 0,10 до 1,20. Поэтому при волочении тонких размеров проволоки является необходимость в последовательной протяжке через глазки с промежуточными диаметрами. Для средних и тонких размеров строят машины многократного волочения. Американская практика работы на многократных машинах показывает возможность увеличить производительность труда на 60% за счет уменьшения непродуктивных операций после каждого прохода, как то: накладка на фигурку, заострение конца и снимание мотка. Машины многократного волочения производят сразу от 4 до 12 протяжек.

Многократная машина американской фирмы Waterbury Machine С°

На фиг. 7 представлена многократная машина американской фирмы Waterbury Machine С°, на фиг. 8 - немецкой фирмы W. Gerhardi. Так как разрыв проволоки на многократных машинах сильно понижает выпуск всей машины, то обращается особое внимание на качество волочильных досок для них.

Многократная машина немецкой фирмы W. Gerhardi

В результате последовательного волочения проволока становится жесткой, и допустимые коэффициенты обжатия уменьшаются. Чрезмерно малые коэффициенты обжатия также недопустимы на практике, так как в этом случае проволока не получает остаточной деформации и будет стремиться вернуться к первоначальному диаметру. В этом случае сила трения в цилиндрической части будет значительная, и поэтому будет иметь место повышенный износ волочильной доски. На фиг. 9 показана зависимость коэффициента обжатия по диаметру от степени волочения проволоки, а также указаны пределы максимума и минимума для этого коэффициента.

Зависимость коэффициента обжатия по диаметру от степени волочения проволоки

Назначение смазки заключается в уменьшении трения во время волочения и в устранении возможности задирания поверхности проволоки. Смазка д. б. настолько густой, чтобы ее не выдавило во время волочения. Распространенным составом является смесь сурепного масла и гашеной извести в пропорции 1 : 5. По мере высыхания смазки при волочении добавляется масло. На 1 т проволоки в две протяжки требуется 900 г масла и 1 кг извести; иногда к этому составу прибавляется животное сало. За границей и в СССР получил распространение в качестве смазки мыльный порошок, которого требуется ≈1 кг на 1 т протянутой в 3 глазка проволоки. Волочение через мыло и масло позволяет давать большие коэффициенты обжатия и большие скорости. Недостаток масляной смазки заключается в том, что при волочении диаметр проволоки постепенно возрастает к заднему концу мотка. Недостаток мыльной смазки - в том, что проволока получает желтовато-шоколадный цвет вместо светлого. Проволока, протянутая через масло, трудно поддается ржавлению. До сих пор еще распространены кислотные смазки; они состоят из растворимого жира и кислотной добавки. Растворимый жир получается растоплением сала с добавкой серной кислоты и затем эмульгированием в воде. Кислотная смазка имеет следующий состав: растворимого жира 10 л, медного купороса 2 л, серной кислоты 54° Вѐ 1,5 л и воды 200 л. В этот раствор мотки погружаются на короткое время, от 3 до 10 м. Расход медного купороса колеблется в пределах от 500 до 750 г на 1 т протянутой в три прохода проволоки. Достоинство этого способа заключается в том, что тонкий покров меди закрывает все царапины на поверхности, и проволока получается гладкой и блестящей. Недостатки - в том, что допустимый коэффициент обжатия уменьшается, проволока становится жесткой и легче ржавеет. Для волочения проволоки тонких размеров (ниже 2 мм) употребляют в качестве смазки т. н. «суп», имеющий в своем составе мыло, ржаную муку, медный купорос и серную кислоту. По мере последовательной протяжки содержание кислоты уменьшается. После каждой протяжки проволока подвергается измерению, которое производится калибром (фиг. 10) или, для более точных работ, микрометром.

После каждой протяжки проволока подвергается измерению, которое производится калибром

Скорость волочения зависит гл. обр. от качества материала проволоки, от волочильной доски и рода смазок. Из всех произведенных по этому вопросу исследований можно вывести заключение, основанное на изучении изменения структуры, которому подвергается проволока в процессе волочения. При первых протяжках частицы металла стремятся вытянуться по направлению волочения, причем это происходит неравномерно по сечению, снаружи больше, чем к середине. Для начала этой структурной перегруппировки требуется замедленная скорость волочения. При следующих 1—2 протяжках достигается максимум скорости, а далее идет понижение скорости волочения, вследствие того, что проволока под влиянием последовательных протяжек становится жесткой. На фиг. 11 представлены скорости волочения в зависимости от диаметра проволоки и смазки.

Скорости волочения в зависимости от диаметра проволоки и смазки

Вопрос о расходе энергии на процесс волочения еще окончательно не разрешен. Профессор А. П. Гавриленко дает формулу:

Volochenie 15

где v - скорость волочения в м/сек и Р - вытягивающее усилие в кг. Р определяется из формулы:

Volochenie 16

где d и d1 - начальный и конечный диаметры проволоки, f - коэффициент трения между проволокой и волочильной доской, α - угол конусности, D - давление истечения металла; величина D зависит от свойств металла и является его материальной константой. Экспериментальное определение этой величины весьма затруднительно, и потому применение формулы А. П. Гавриленко дает приближенные результаты. Для определения потребной мощности в л. с. служит также следующая формула:

Volochenie 17

где Кz - временное сопротивление на разрыв до протяжки в кг/мм2, (Q—q) - разность сечений до и после волочения в мм2, v - скорость волочения в м/сек, F - переменный фактор, зависящий от величины обжатия и изменяющийся от 1,25 до 3,0. Учитывая работу трения между проволокой и барабаном, следует ввести еще коэффициент 1,5. Можно считать, что расход энергии на волочение 1 т проволоки через 1 дыру составляет, в среднем, от 7 до 12 kWh.

Процесс волочения производит перегруппировку в строении металла. Волочение вызывает неравномерную вытяжку частиц по периферии и в центре. Это обстоятельство обусловливает неравномерность свойств проволоки от краев к середине. Наряду с происходящей вытяжкой, при волочении происходит, по мнению Альтпетера, понижение плотности материала, что ведет к повышению растворимости проволоки в разбавленной серной кислоте. Твердость проволоки возрастает в зависимости от числа протяжек; твердость неоднородна в сечении проволоки, и повышение ее идет от периферии к центру. Общее разрывающее усилие для проволоки следует рассматривать как интеграл сопротивлений на разрыв отдельных элементарных площадок по сечению проволоки. В результате многократного волочения разрывающее усилие последовательно увеличивается. Испытанием установлено, что число возможных загибов под влиянием волочения уменьшается при прочих равных условиях. Уменьшение диаметра проволоки и увеличение радиуса кривизны изгиба увеличивают число загибов до разрушения.

Влияние последовательного волочения на твердость и предел упругости

На диаграмме (фиг. 12) представлено влияние последовательного волочения на твердость и предел упругости.

На диаграмме (фиг. 13) показано влияние волочения на разрывающее усилие и удлинение для проволоки с различным содержанием С. В табл. 4 приведены результаты испытаний на загиб, по Альтпетеру.

Влияние волочения на разрывающее усилие и удлинение для проволоки с различным содержанием С

Результаты испытаний на загиб, по Альтпетеру

8. Отжиг. Отжиг проволоки имеет задачей устранение вредных напряжений, возникающих в проволоке под влиянием волочения. После отжига твердость и временное сопротивление на разрыв уменьшаются, число загибов, удлинение и скручивание увеличиваются. Для отжига проволоку помещают в стальные или чугунные горшки, которые закрывают одной или двумя крышками для уменьшения возможности окисления проволоки. Размеры горшка следующие: диаметр ~ 900 мм, высота - 1600—1800 мм. Стальные горшки выдерживают 300—400 нагревов. Горшки вставляют в печь сверху. Продолжительность процесса - 4 часа и более, в зависимости от рода горючего. После отжига горшок выдерживают некоторое время в печи и затем перемещают краном в канаву, где происходит остывание и выгрузка проволоки. Отжигательные печи в последнее время строят по типу муфельных; проволока непрерывно протягивается через нагреваемый муфель. Температура отжига зависит от состава проволоки: для очень мягкого железа (временное сопротивление на разрыв 35—40 кг/мм2) температура ~925°, для мягкого железа (временное сопротивление на разрыв 45—55 кг/мм2) ~900° и для полукрепкого (55—65 кг/мм2) ~850°.

9. Отделочные операции. Цинкование. Из отделочных операций наибольшее распространение имеет цинкование проволоки. Железная и стальная проволока получают после волочения красивый блестящий вид, но от пребывания на воздухе проволока тускнеет. Для сохранения блестящего вида и для предохранения от ржавления проволоку покрывают тонким слоем цинка или олова. Существуют два способа цинкования: горячий и гальванический. Первый способ состоит в том, что железо, с химической чистой поверхностью, погружают в расплавленный цинк. Второй способ основан на электролизе и выполняется при обычной температуре. Цинк, служащий анодом, переходит в раствор и осаждается на проволоке, которая служит катодом и которую медленно протягивают через ванну. Для травления проволоки, предназначенной к цинкованию, употребляют холодный 5%-ный (по объему) раствор соляной кислоты; последняя подготовляет проволоку к цинкованию. Светлая проволока пребывает в кислотной ванне несколько минут для растворения оставшихся на ее поверхности смазочных веществ; отожженная проволока - до исчезновения окисленного покрова. При прибавлении Аl консистенция ванны получается более жидкой, и уменьшается расход цинка. Аl прибавляют в виде сплава с низкой температурой плавления следующего состава: 2 ч. Zn и 8 ч. Аl; присаживают 0,6—0,7% этого сплава. После ванны с расплавленным цинком проволока проходит через охладитель, приобретая блестящую поверхность. Процессы цинкования и лужения происходят непрерывно путем протягивания проволоки через кислотную ванну и ванну с расплавленным металлом. Скорость прохождения проволоки 50—70 м в минуту, причем одновременно протягивается от 12 до 48 проволок. Цинкование ухудшает механического свойства проволоки: сопротивление на разрыв уменьшается ~ на 10%, предел упругости и удлинение уменьшаются ~ на 15%. Цинкование производится еще нагревом в цинковой пыли (способ Шерарда) или обрызгиванием (способ Шоопа).

Лужение. Протравленную в соляной кислоте проволоку вводят сначала в раствор хлористого цинка, а затем в ванну с расплавленным оловом. Для удаления излишков олова проволока, перед тем как покинуть ванну, пропускается через асбестовые пластинки, а для получения хорошего блеска, после лужения, подвергается быстрому охлаждению; температура ванны 245—250°. Процесс ведут непрерывно. Проволока сматывается с фигурки и, пройдя через кислотную ванну и ванну с расплавленным оловом, наматывается на барабаны. Нормальные скорости прохождения проволоки при ее лужении зависят от ее диаметра:

Volochenie 21

Лакирование. Мотки проволоки предварительно слегка подогревают, а затем при помощи крана погружают в бак с жидким быстро высыхающим асфальтовым лаком. Время пребывания в баке 5—10 минут. Затем мотки подвешивают приблизительно на 3 часа для сушки, причем излишек лака стекает по желобу обратно в бак. Расход лака на 1 тонну проволоки диаметром в 5 мм составляет 5 кг.

Олифовка производится в горячей олифе, причем олифовке подвергается обычно отожженная проволока. К олифе в качестве сикатива прибавляют свинцовый глет.

Волочение стальной проволоки.

Исходным сырьем для изготовления стальной проволоки служит сталь с различным содержанием С. Табл. 5 показывает зависимость между содержанием С и временным сопротивлением на разрыв (по Альтпетеру).

Зависимость между содержанием С и временным сопротивлением на разрыв (по Альтпетеру)

Стальная проволока по своему назначению бывает: 1) не требующая обработки, мягкая стальная проволока, 2) твердая, обработанная стальная проволока.

Мягкая стальная проволока находит применение при изготовлении разных сортов игл, булавок, рыболовных крючков и прочих мелких проволочных изделий, выпускаемых в закаленном виде, Твердая стальная проволока применяется главным образом для изготовления канатов и пружин. Мягкая стальная проволока изготовляется из сырья с содержанием от 0,85 до 1,30% С с временным сопротивлением на разрыв от 50 до 90 кг/мм2. Твердая стальная проволока изготовляется из сырья с содержанием от 0,40 до 0,85% С; временное сопротивление на разрыв в протянутом виде колеблется между 120 и 180 кг/мм2 и в исключительных случаях (например, в рояльной и пружинной проволоках) достигает 360 кг/мм2. Мягкая стальная проволока должна легко поддаваться обработке с большим числом последовательных механических операций (при изготовлении, например, машинных игл). В то же время изделия из мягкой проволоки после закалки д. б. тверды и выдерживать, не ломаясь, загибы до 90° (например, иглы для чулочновязальных машин и вязальные спицы). Мягкая стальная проволока изготовляется обычным путем, подвергаясь при этом многократным отжигам. Твердая стальная проволока, помимо очень высокой прочности на разрыв, должна обладать достаточной вязкостью, чтобы сохранить остающиеся деформации, получающиеся при свивке стальных канатов. Кроме того проволока должна выдерживать десятки тысяч изгибов (в канатах во время их работы) и обладать способностью наматываться вокруг самой себя как стержня (в рояльных струнах).

Твердая стальная проволока проходит дополнительную операцию - патентирование, т. е. комбинированный способ закалки с одновременным отпуском в свинцовой ванне. Наиболее совершенный способ патентирования стальной проволоки состоит в протягивании ее через трубки муфельной печи и затем непосредственно через свинцовую ванну, расположенную за печью. Процесс патентирования идет непрерывно. Для удешевления этого процесса одновременно протягивают 20 и более проволок. Нормальные скорости протягивания проволоки через печь для патентирования:

Volochenie 23

Температура нагрева при патентировании проволоки с содержанием 0,9—1,0%С ~800°, а с содержанием 0,4% С ~900°. Температура свинцовой ванны колеблется между 430 и 520°. Для получения стальной проволоки с повышенным временным сопротивлением на разрыв ее следует пропускать через свинцовую ванну с более низкой температурой, и наоборот.

Влияние патентирования и последующих протяжек на сопротивление на разрыв

На фиг. 14 показано, как влияют патентирование и последующие протяжки на сопротивление на разрыв: кривая 1 соответствует четырем протяжкам, 2 - трем протяжкам, 3 - двум протяжкам, 4 - одной протяжке, 5 - после патентирования и 6 - дает разрывающее усилие для катанки. Сорбитовая структура стали придает проволоке следующее ценное свойство: способность значительного увеличения числа возможных загибов и скручиваний.

Характеристику изменения структуры в зависимости от термических операций и последующего волочения дают приводимые микрофотографии шлифов (фиг. 1, 2 и 3 вкладки).

Характеристика изменения структуры в зависимости от термических операций и последующего волочения

Характеристика изменения структуры в зависимости от термических операций и последующего волочения

В зависимости от того, на каком диаметре проволока подвергается патентированию или сколько протяжек следует за патентированием, изменяются механического свойства готовой стальной проволоки. В табл. 6. приведено содержание С в стали для получения канатной проволоки ходовых размеров.

Содержание С в стали для получения канатной проволоки ходовых размеров

Общая распланировка цехов для производства стальной проволоки показана на фиг. 15.

Общая распланировка цехов для производства стальной проволоки

Волочение нежелезной проволоки.

Исходным материалом для изготовления медной проволоки служат медные вайербapсы (Wirebars - болванки для проволоки). Вайербарсы весом около 80 кг прокатывают на прокатном стане на проволоку, диаметром 6—7 мм. Катаную проволоку травят в подогретом слабом растворе серной кислоты (крепостью около 4° Вѐ), промывают водой из брандспойта и погружают в горячую мыльную воду для нейтрализации остатков кислоты. Процесс волочения медной проволоки мало отличается от волочения железной проволоки. При волочении медной проволоки применяется преимущественно способ многократного волочения. При помощи многократного волочения тянется вся проволока тоньше 3,5 мм. Благодаря высокой тягучести имеется возможность протягивать медную проволоку сразу через большое число волочильных глазков. На фиг. 16 представлен современный станок многократного волочения сразу на 22 протяжки.

Станок многократного волочения сразу на 22 протяжки

Скорости волочения меди значительно превышают допустимые скорости для волочения железа. Скорости волочения возрастают по мере уменьшения диаметра проволоки, от 1 до 5 м/сек, а в новейших машинах фирмы Kratos-Werke скорости доходят до 12—22 м/сек. Смазкой при волочении служит вода с растворимым жиром (до 5%) и мылом (до 1%). Волочение медной проволоки производится через стальные волочильные доски с высоким содержанием хрома или через алмазные плашки. Средний коэффициент обжатия (по диаметру) для медной проволоки при стальной волочильной доске колеблется между 1,15 и 1,20. Для алмазных плашек коэффициент обжатия д. б. взят не более 1,10, так как при больших обжатиях алмазы лопаются.

Холодное волочение медной проволоки вызывает повышение твердости и уменьшение вязкости. Постепенное изменение механических свойств медной проволоки под влиянием холодного волочения показано на фиг. 17.

Постепенное изменение механических свойств медной проволоки под влиянием холодного волочения

Из диаграммы видно, что при холодном волочении проволоки с диаметра 6,5 мм на диаметр 1,5 мм временное сопротивление вначале возрастает быстро, а к концу - медленно. Вместе с тем удлинение после 1—2 протяжек сильно уменьшается и дальше уже почти не изменяется. Восстановление свойств тягучести достигается отжигом при 400—650° в зависимости от толщины проволоки и, следовательно, скорости ее прогревания. На фиг. 18 показано влияние температуры отжига на механические свойства металла.

Влияние температуры отжига на механические свойства металла

Описанное изменение механических свойств проволоки связано с изменением ее структуры. На фиг. 4 вкладки показана микроструктура протянутой медной проволоки. Волокна металла явно вытянуты по направлению волочения, и поэтому проволока имеет неоднородные свойства по сечению. На фиг. 5 вкладки показана структура медной проволоки, которая подверглась отжигу при 600°. В случае отжига проволоки при 850° (фиг. 6 вкладки) кристаллы сильно вырастают и окисляются по краям. На фотографии это можно заметить по черным границам между кристаллами. Проволока эта пережжена и для дальнейшей обработки непригодна.

На современных заводах отжиг медной проволоки производится в т. н. ретортных печах с гидравлическим затвором. Схематически такая печь представлена на фиг. 19.

Ретортная печь с гидравлическим затвором

Бесконечная цепь, приводимая особым механизмом в постоянное движение (около 7,5 м/ч), протаскивает через водяной затвор и нагретую чугунную реторту уложенную на цепь проволоку, которая при этом нагревается до температуры отжига. Водяные ванны-затворы преграждают воздуху доступ в реторту. Этим предотвращается окисление отжигаемой проволоки, и она выходит из печи с совершенно чистой глянцевой поверхностью. Попадая из реторты в холодную воду, медь не меняет своих механических свойств. Прохождение проволоки через печь продолжается около 1,5 часов, из которых лишь половина приходится на пребывание в реторте.

Применение медной проволоки растет с общим развитием электротехники. Медная проволока идет главным образом на изготовление электрических проводов, кабелей, машин и аппаратов. Предназначенная для этих целей проволока должна иметь максимальную проводимость электрического тока и высокие механические свойства. Примеси других металлов сильно ухудшают электропроводимость и механические свойства проволоки. Присутствие 0,3% свинца и 0,5% сурьмы приближает металл к красноломкости. Небольшие примеси висмута уже вызывают хладно- и красноломкость. Прибавление фосфора содействует лучшей тягучести металла.

Медная проволока, предназначаемая для покрытия резиновой изоляцией, обязательно предварительно лудится, так как в невулканизированной резине находится сера в свободном состоянии, которая разъедает поверхность проволоки, образуя черно-бурый налет сернистой меди (CuS). Для лужения проволоку пропускают через ванны: 1) с раствором хлористого цинка, 2) с расплавленным чистым оловом (примесь свинца недопустима) и 3) с водой, для охлаждения вылуженной проволоки. Скорость протяжки через эту установку колеблется от 1 до 4 м/сек в зависимости от толщины проволоки.

На практике имеет большое значение также проволока из сплавов меди с Zn, Sn, Pb, Р (латунь, томпак, фосфористая бронза). Латунная проволока обладает хорошей тягучестью, как в горячем, так и в холодном состояниях и поэтому поддается вытягиванию до самых тонких размеров. Однако прокатка этого сплава на ручьевых станках в катанку затруднительна, так как латунь при такой прокатке дает поверхностные трещины и при обжатии быстро теряет вязкость, становясь очень хрупкой. Поэтому исходная заготовка производится либо выдавливанием на гидравлических прессах из цилиндрических слитков, предварительно нагретых до температуры размягчения, либо разрезыванием по спирали плоских латунных кругов, предварительно раскатанных в горячем состоянии на прокатном стане. В последнем случае получившаяся лента прямоугольного сечения перед поступлением на барабан пропускается один раз в холодном состоянии через специальные ручьевые вальцы, слегка округляющие края ленты и этим придающие ей форму, удобную для дальнейшего волочения. Станок для такой разрезки и способ ее выполнения видны на фиг. 20.

Станок для разрезки и способ ее выполнения

Латунная проволока при волочении нуждается в довольно частых отжигах и за один проход допускает обжатие не более 10—15% (по диаметру). Так же, как и проволоки других металлов, латунная проволока при волочении теряет свою вязкость за счет увеличения твердости. Уменьшение в сплаве %-ного содержания меди ведет к уменьшению удлинения. Получение латунной проволоки выдавливанием прессом Дика повышает временное сопротивление на разрыв (табл. 7).

Получение латунной проволоки выдавливанием прессом Дика повышает временное сопротивление на разрыв

Сплавы никеля с медью и цинком или только с медью также употребляются для вытяжки проволоки. Проволоки из этих сплавов трудно окисляются, имеют красивую серебристую поверхность и повышенное электрическое сопротивление. Процентное содержание составляющих металлов колеблется в зависимости от назначения проволоки. Сплавы, называемые никелинами (15—30% Ni, 65—55% Сu, 20—15% Zn), горячей обработке не поддаются из-за присутствия цинка. Изготовление проволоки ведется разрезанием предварительно раскатанных кругов на ленты, обрабатываемые далее подобно лентам из латуни.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 4 - 1928 г.