4307685413

16 Prace IMŻ 1 (2011)

róbki plastycznej w zakresie konstrukcji i wytworzenia wyrobów i narzędzi do ich produkcji.

DOBÓR MATERIAŁU I PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ DO WYTWARZANIA ŁUSEK

Technologia produkcji seryjnej łusek stalowych oraz końcowe właściwości wyrobu, zmienne na długości płaszcza łuski, wymagają zastosowania do ich wytwarzania stali średniowęglowej niestopowej w postaci pręta ciągnionego o średnicy 46 mm. Pręt walcowany na gorąco o średnicy około 50 mm stanowiący wsad do ciągnienia powinien być wykonany z wlewka ciągłego o przekroju poprzecznym minimum 140x 140 mm (preferowany 160x 160 mm), aby zapewnić odpowiednio duży stopień przerobu plastycznego.

W stanie dostawy należy poddać kontroli: skład chemiczny, twardość, właściwości mechaniczne, głębokość odwęglenia, mikrostrukturę. Pręt w stanie dostawy należy dostarczyć po obróbce cieplnej zmiękczającej na twardość poniżej 140 HB. Mikrostruktura powinna być równomierna na przekroju poprzecznym i składać się z ferrytu i skoagulowanych węglików. Taki stan materiału zapewnia podatność do obróbki plastycznej metodą wyciskania i dalszego wyciągania ścianki na zimno. W trakcie wyciągania ścianki na zimno stosuje się wyżarzanie międzyoperacyjne, zapewniające uzyskanie optymalnej twardości i równomierność mikrostruktury niezbędne do realizacji kolejnych ciągów w celu otrzymania ścianki o grubości poniżej 1 mm.

Zgodnie z opracowanymi wytycznymi w zakresie składu chemicznego i formatu wlewków przemysłowych oraz uwzględniając dostępność tego typu asortymentu półwyrobów na krąjowym rynku wytwórców wlewków ciągłych, do produkcji łuski kalibru 30 mm zmodyfikowano skład stali w gatunku C35 i wytypowano format wlewków kw. 160 mm. W stosunku do stali standardowo wytwarzanego gatunku C35 uwzględniono dodatkowe wymagania dotyczące stali do ciągnienia na zimno wyrobów o małej grubości ścianki. Wymagania te są związane z zawartością takich pierwiastków jak: Si, P, S, Cu, Sn. Zawartość C i Mn ustalono na poziomie, któiy zapewnił uzyskanie wymaganych właściwości mechanicznych wyrobów po obróbce cieplnej.

OBRÓBKA CIEPLNA ŁUSEK

Obróbka cieplna stosowana w technologii wytwarzania łusek obejmuje kilka etapów. Pierwszy etap jest związany z wyżarzaniem międzyoperacyjnym zmiękczającym, stosowanym po kolejnych ciągach realizowanych na zimno. Następnie obszar płaszcza łuski jest poddawany hartowaniu, które jest realizowane przez indukcyjne nagrzewanie strefowe i bezpośrednie chłodzenie natryskowe wodne. Kolejnym zabiegiem jest odpuszczanie płaszcza łuski w piecu komorowym. Po odpuszczaniu obszar płaszcza łuski w jego górnej części jest miejscowo i chwilowo nagrzewany do zakresu austenitu i poddawany swobodnemu studzeniu w powietrzu. Ma to na celu zmiękczenie tej strefy przed kształtowaniem szyjki łuski na zimno. Odkształcenie szyjki łuski nadaje kształt końcowy wyrobu oraz wymagane właściwości mechaniczne w obszarze górnym.

Pręt ciągniony po wyżarzaniu zmiękczającym o twardości poniżej 140 HB(HV) stanowi materiał wsadowy do produkcji łusek. Operacje wyżarzania zmiękczającego są wykonywane każdorazowo po kolejnych etapach wyciągania ścianki łuski. Na skutek kilkukrotnego wyżarzania w obszarze ścianki łuski powstaje mikrostruktura o osnowie równoosiowych ziam ferrytu z równomiernie rozłożonymi i globulamymi (skoagu-lowanymi) węglikami. Parametry wyżarzania zmiękczającego są następujące: temperatura 690-700°C, czas 1-2 godziny. W celu powtarzalnego uzyskiwania w stanie zmiękczonym twardości niższej od 140 HB/ HV dla różnych wytopów stali C35, należy zastosować temperaturę z zakresu 690-r700°C i odpowiednio długi czas wyżarzania dobrany eksperymentalnie. Stosowanie temperatury wyższej niż 700°C nie jest zalecane, gdyż na skutek niedokładności w uzyskaniu rzeczywistej temperatury materiału może nastąpić przekroczenie temperatury Ac₃ i reaustenityzacja, prowadząca po ochłodzeniu do wzrostu twardości.

Hartowanie płaszcza łuski jest realizowane po operacji drugiego zawężania. Materiał wyjściowy do hartowania charakteryzuje struktura nieznacznie odkształconego ferrytu i globulamych węglików powstała w wyniku kilkukrotnego wyżarzania zmiękczającego i odkształcenia w trakcie zawężania. Hartowanie jest realizowane przez strefowe nagrzewanie indukcyjne i intensywne chłodzenie natryskowe wodne. Proces hartowania jest w pełni zautomatyzowany w zakresie prędkości przesuwu cewki nagrzewającej i chłodzącej oraz mocy generatora uwzględniających zmienną grubość ścianki łuski. Temperatura nagrzewania ze względu na krótki czas powinna być wyższa od 950°C. W warunkach nagrzewania indukcyjnego ze względu na krótki czas procesu nie występuje zagrożenie rozrostu ziarna austenitu oraz znacznego odwęglenia i/lub utlenienia w przypowierzchniowej warstwie płaszcza półwyrobu. Poprawność procesu hartowania należy potwierdzić przez pomiary twardości płaszcza łuski. Twardość powinna wynosić 600±20 HV i być równomierna na przekroju niezależnie od grubości ścianki.

Odpuszczanie płaszcza łuski jest istotnym etapem technologii wytwarzania, w którym kształtowane są finalne właściwości tego obszaru wyrobu. Na podstawie badań laboratoryjnych oraz przemysłowych eksperymentów wytwarzania partii modelowej łusek ustalono temperaturę odpuszczania 450°C oraz czas odpuszczania 120 minut. Twardość płaszcza łusek wynosi po odpuszczaniu od 310 do 350 HV i jest zgodna z założonymi wymaganiami. W tym obszarze łusek wykonuje się również badania właściwości mechanicznych. W obszarze płaszcza łusek materiał posiada najwyższą wytrzymałość R_m > 900 MPa i A₅ > 4%.

Operacja zmiękczania przed kształtowaniem szyjki łuski ma na celu umożliwienie prawidłowego przeprowadzenia operacji nadania kształtu w tym obszarze łuski metodą odkształcenia na zimno oraz jednoczesne nadanie wymaganych właściwości (twardości). Zabieg ten jest realizowany przez strefowe i chwilowe nagrzewanie indukcyjne do zakresu austenitu (powyżej 900°C) i swobodne chłodzenie w powietrzu. Twardość po obróbce zmiękczającej w rejonie szyjki łuski wynosi od 200-240 HV i nieznacznie wzrasta na skutek zabiegu kształtowania, ze względu na wielkość stosowanych w tej operacji odkształceń. Uzyskany poziom twardości gwarantuje prawidłowe parametry wyrobu w zakresie siły rozcalania pocisku z łuską, co jest przedmiotem badań odbiorowych.