Vlečenje žice iz orodnega jekla Č. 4650
UDK: 669.15-194.3:669-124.4 ASM/SLA: TS, F28
Arzenšek B., Kosec L., Kos I., Godec A.
Ugotavljali smo preoblikovalne sposobnosti jekla Č.4650 z namenom, da bi ugotovili, ali ga lahko vlečemo v obliki žice. Njegovo preoblikovalnost smo preizkušali s stiskanjem valjčkov in vlečenjem žice. Ugotavljali smo vpliv temperature, priprave površine žice in mazivne prevleke.
1. UVOD
Uporaba orodnih jekel v tankih dimenzijah, premera pod 8 mm, je velika, zato si vsak proizvajalec jekel želi, da bi jih izdeloval tudi v tankih dimenzijah. Najprimernejši način izdelave tankih dimenzij jekla je vlečenje žice.
Eno od takih jekel je jeklo Č.4650, ki ga poznamo tudi pod oznako OCR 12 sp. V svoji sestavi ima predvsem 2,1 %C, 11,5 % Cr in 0,70 % W, uporabljamo pa ga za izdelavo kvalitetnih orodij z visoko obrabno obstojnostjo in dobrimi rezilnimi sposobnostmi. Značilno zanj je, da ima zelo slabe preoblikovalne sposobnosti, zato ga pri sobni temperaturi ne moremo vleči. Zaradi svojih slabih preoblikovalnih sposobnosti se pri vlečenju v hladnem pretrga že pri majhnih deformacijah. Vzrok za njegovo slabo preoblikovalnost so veliki poli-gonalni primarni karbidi v feritni matici z drobnimi karbidi, ki med preoblikovanjem pokajo. Pokanje karbidov povzroča nastanek mikro razpok, ki so vidne na mikro posnetku preizkušanega jekla na sliki 1.
Omenjene mikro razpoke pri nadaljnjem hladnem preoblikovanju naraščajo do pretrga žice, ker jih feritna matica zaradi svojih preslabih preoblikovalnih sposobnosti med nadaljnjim preoblikovanjem ne zapolnjuje.
Slika 1
Mikrostruktura jekla Č.4650 po vlečenju v hladnem stanju
Fig. 1
Microstructure of Č.4650 steel, as cold dravvn.
Preoblikovalne sposobnosti feritne matice, in s tem tudi jekla, se z naraščajočo temperaturo preoblikovanja precej izboljšajo, zato smo preoblikovalne sposobnosti jekla ugotavljali pri povišanih temperaturah.
Cilj raziskave je bil, da bi ugotovili, pri katerih temperaturah ima jeklo dovolj dobre preoblikovalne sposobnosti za vlečenje žice. Da bi to ugotovili, smo jeklo preizkušali pri različnih temperaturah, od sobne do 750° C:
—	s stiskanjem valjčkov in
—	z vlečenjem žice.
2. PREIZKUSI STISKANJA
Vpliv temperature na preoblikovalne sposobnosti jekla smo ugotavljali s krivuljami tečenja in iz oblike valjčkov po stiskanju.
Preizkuse stiskanja smo naredili na valjčkih, višine 12 in premera 10 mm, na preizkuševalnem stroju In-stron. Hitrost preizkušanja je bila 200 mm/min., temperature stiskanja pa 20, 150, 300, 450, 600 in 700° C. Ogrevanje valjčkov je bilo induktivno. Vse valjčke smo
Slika 2
Deformacijske trdnosti jekla Č.4650 pri različnih temperaturah
Fig. 2
Deformation strength of Č.4650 steel at various temperatures.
stiskali približno do enakih deformacij, do logaritmične deformacije <p= 1,1 (do višine 4 mm), kar ustreza vlečenju žice iz premera 8 do 4,6 mm. Med stiskanjem smo registrirali sile stiskanja, iz njih pa izračunali deforma-cijske trdnosti — kf. Primeri deformacijskih trdnosti — krivulje tečenja-jekla pri različnih temperaturah stiskanja so prikazane na sliki 2.
Iz višin deformacijskih trdnosti vidimo, da so preoblikovalne napetosti za omenjeno jeklo pri temperaturi 700° C skoraj štirikrat manjše kot pri temperaturi 20° C. Ker iz poteka krivulj tečenja ne moremo ugotoviti, kako velike deformacije prenese jeklo brez porušitve pri posameznih temperaturah stiskanja, smo pregledali tudi površine valjčkov po stiskanju, ki so prikazane na sliki 3.
Temperatura v °C
20 150 300 450 600 700 ^^^^^^ ^^
Slika 3
Površine valjčkov iz jekla Č.4650 po stiskanju pri različnih temperaturah
Fig. 3
Surface of cylinders of Č.4650 steel after compression at various temperatures.
Pri pregledu površin valjčkov po stiskanju smo ugotovili, da je jeklo med stiskanjem pokalo pri vseh temperaturah pod 700° C. Pri temperaturi 600° C je bilo razpok malo, bile pa so zelo izrazite. Pri nižjih temperaturah so bile manj izrazite, po številu pa jih je bilo več. Drugače je bilo pri temperaturi 700° C, kjer površine valjčkov niso razpokale.
Iz površin valjčkov po stiskanju smo ugotovili, da jeklo C.4650 ne prenese večjih deformacij pri preoblikovanju do temperature 600° C, pri temperaturi 700° C pa ima dobre preoblikovalne sposobnosti.
Iz površin vačljkov po stiskanju in deformacijskih trdnosti smo ugotovili, da temperatura preoblikovanja jekla zelo vpliva na preoblikovalne sposobnosti jekla ter da so temperature, kjer lahko pričakujemo uspešno vlečenje žice, okoli 700° C.
3. PREIZKUSI VLEČENJA ŽICE
S preizkusi vlečenja smo ugotavljali vpliv temperature, mazivne prevleke in priprave površine žice pred vlečenjem na sposobnosti vlečenja preizkušanega jekla.
Preizkuse vlečenja smo naredili pri sobni temperaturi in temperaturah 400, 600, 700 in 750° C. Kot mazivo smo uporabljali prevleko baker + luskasti grafit (B + G), ki je iz literature poznana kot dobro mazivo za vlečenje pri povišanih temperaturah. Poleg omenjene prevleke smo ugotavljali tudi mazivne sposobnosti samega grafita in samega bakra in jih primerjali z vlečenjem nema-zanih površin žice. Prevleko bakra smo na žico nanesli s cementacijskim bakrenjem v razstopini modre galice, grafit pa z vlečenjem skozi grafit pred vlečno votlico. Površine žic pred bakrenjem smo pripravili z luženjem (L) ali peskanjem (P). Deformacfje žice pri posameznem vleku žice so bile približno 10%, hitrosti vlečenja pa 0,24 m/s. Preizkuse vlečenja smo naredili na 3 m dolgih koncih žice, ki smo jih pred vlečenjem ogrevali v elektrouporovni žarilni peči.
3000
0.5	tf>
Logaritmična deformacija f —»•
Slika 4
Preoblikovalne napetosti jekla Č.4650 pri različnih temperaturah vlečenja, pri mazivni prevleki baker + grafit na peskani površini žice Fig. 4
Working stresses of Č.4650 steel at various temperatures of dra-wing, using lubrication coating of copper + graphite on the sand-blasted surface of wire.
3000,
E E
£
2
§
o.
700*C			T
	/a	Ar	
/> -	M	i v	
	/	■ BM □ R	
- X Vlek prt Vlek žice 2 4 iii i	>d pretrgom 6 8 i i i i	G o B»G	
		tiče 10 12 i i i i	A 16 ■ i i
1-5
Logaritmična deformacija f
Slika 5
Preoblikovalne napetosti jekla Č.4650 za različne mazivne prevleke, pri temperaturi vlečenja 700 °C (BM-brez mazanja, B-ba-ker, G-grafit)
Fig. 5
Working stresses of Č.4650 steel for various lubricating coa-tings at the temperature of dravving 700 °C (BM — vvithout lubrication, B — copper, G — graphite).
Med vlečenjem smo s posebej izdelano merilno celico, ki smo jo za ta namen skonstruirali in izdelali na Metalurškem inštitutu, merili vlečne sile. Iz vlečnih sil smo izračunali preoblikovalne napetosti, iz katerih smo ugotavljali vpliv temperature, mazivne prevleke in priprave površine žice na vlečenje. Omenjene preoblikovalne napetosti jekla pri različnih načinih vlečenja so
Slika 6
Preoblikovalne napetosti jekla Č.4650 za mazivno prevleko baker + grafit (B + G) na luženi (L) in peskani (P) površini žice pri različnih temperaturah vlečenja.
Fig. 6
Working stresses of Č.4650 steel for the copper + graphite lubri-cating coating (B + G) on pickled (L) and sand-blasted (P) surfa-ce of wire, at various temperatures of drawing.
prikazane v diagramih na slikah 4, 5 in 6. Preoblikovalne napetosti jekla (q)m smo izračunali takole: p
qm=— (N/mm:), AA
kjer pomeni F-sila vlečenja v N in AA-sprememba preseka žice v mm2 pred vlečenjem in po vlečenju.
3.1 Vpliv temperature na vlečenje žice
Na sliki 4 vidimo, da jeklo v hladnem stanju prenese le dva vleka žice, preoblikovalne napetosti pa so zelo visoke. Podobno je tudi pri temperaturi 400° C, kjer so preoblikovalne napetosti pri drugem vleku nižje kot pri prvem, zato ker so mikro razpoke v jeklu že tako velike, da občutno vplivajo na preoblikovalne napetosti. Z naraščajočo temperaturo vlečenja se preoblikovalne napetosti jekla znižujejo, število vlekov pred pretrgom žice pa narašča. Pri temperaturi 700° C ima jeklo že dobre preoblikovalne sposobnosti, saj prenese že 14 vlekov ži-
Slika 7
Mikrostruktura jekla Č.4650 po vlečenju pri temperaturi 750"C
Fig. 7
Microstructure of Č.4650 steel after drawing at 750"C
ce. Pri temperaturi 750° C ima zelo dobre preoblikovalne sposobnosti. Preoblikovalne napetosti so zelo nizke, jeklo pa prenese 15 in več vlekov, kar pomeni vlečenje žice iz premera 8 do 4,4 mm in manj.
Vzrok za zelo dobre preoblikovalne sposobnosti jekla pri temperaturi 750° C je v feritu, ki je pri tej temperaturi dobro preoblikovalen, tako da med vlečenjem zaustavlja rast mikrorazpok in jih zapolnjuje. Zato mikro razpok v vlečenem jeklu pri tej temperaturi skoraj ni (slika 7).
3.2	Vpliv mazivne prevleke na vlečenje žice
Iz primerjav preblikovalnih napetosti na sliki 5 vidimo, da lahko s pravilno izbrano mazivno prevleko omogočimo vlečenje žice, kar vidimo iz števila vzdržanih vlekov pred pretrgom žice, obenem pa zelo znižamo preoblikovalne napetosti.
Prevleka baker-(-grafit ima dobre mazivne sposobnosti, saj so preoblikovalne napetosti te prevleke dvakrat manjše, kot pri nemazani površini žice. Podobne mazivne sposobnosti ima tudi sam grafit, baker pa je brez mazivnih sposobnosti, saj so njegove vlečne značilnosti podobne, kot pri nemazani površini žice. To nam dokazuje, da ima mazivne sposobnosti predvsem grafit, baker pa je le nosilec maziva, ki med vlečenjem poveča oprijemljivost grafita na površini žice. Iz preoblikovalnih napetosti in števila vlekov pred pretrgom žice lahko sklepamo, da sta mazivni prevleki baker + grafit in sam grafit primerni za vlečenje žice pri povišanih temperaturah.
3.3	Vpliv priprave površine žice na vlečenje
Na vlečenje žice vpliva tudi priprava površine žice pred vlečenjem. Preizkušali smo luženo (L) in peskano (P) površino. Iz višin preoblikovalnih napetosti na sliki 6 smo ugotovili, da je peskana površina primernejša od lužene, ker so preoblikovalne napetosti za omenjeno površino tudi do 15% nižje kot pri luženi. Ker način priprave površine žice ne vpliva na število vlekov, ki jih žica prenese pred pretrgom, je njen vpliv na uspešnost vlečenja žice manjši, kot vpliv temperature in mazivne prevleke. Zaključimo lahko, da sta obe pripravi površine žice primerni za vlečenje žice pri povišanih temperaturah.
4. ZAKLJUČKI
Iz rezultatov raziskav, v katerih smo ugotavljali sposobnosti vlečenja žice iz jekla Č.4650, lahko zaključimo:
—	pri temperaturah pod 700 °C jeklo poka, zato pri vlečenju ne prenese večjih deformacij. Nad to temperaturo ima dobre preoblikovalne sposobnosti, zato ga lahko vlečemo tudi do tankih dimenzij;
—	mazivna prevleka baker + grafit je zelo primerna za vlečenje jekla pri povišanih temperaturah. Podobne mazivne lastnosti ima tudi sam grafit;
—	lužena in peskana površina žice podobno vplivata na vlečenje žice. Nekoliko nižje preoblikovalne napetosti so pri vlečenju jekla s peskano površino žice.
Literatura
1.	D. G. Fucds: Betribsvesuche zum Warm ziehrn hochfester Stachle, Stahl und Eisen 97, 1977, št. 4, str. 154-158
2.	L. Kosec: Deformacija in porušitev v nekaterih dvo ali več faznih zlitinah, ŽEZB št. 1/2, Ljubljana, 1980
3.	B. Arzenšek in sodelavci: Vlečenje orodnih jekel pri povišanih temperaturah — I. del, Poročilo MI, Ljubljana, 1982
4.	B. Arzenšek in sodelavci: Vlečenje orodnih jekel pri povišanih temperaturah — II. del, Poročilo MI, Ljubljana, 1983
ZUSAMMENFASSUNG
Der Werkzeugstahl Č.4650 mit der Grundzusammenset-zung 2% C, 12% Cr und 0,7% W besitzt im kalten Zustand schlechte Verformbarkeit. Die Ursache dafiir sind grosse poli-gonalen Karbide, die vvahrend der Verformung zerbrechen und die Entstehung von Rissen verursachen was schon bei sehr kleinen Verformungsgraden zum Bruch fiihrt. Durch die Untersuchungen sollten die Verformungseigenschaften bei ho-heren Temperaturen ermittelt werden um festzugestellen ob dieser VVerkzeugstahI bis unter 8 mm gezogen vverden kann.
Die Verformungseigenschaften sind durch die Stauchver-suche und mit dem Ziehen von Draht ermittelt worden, vvobei auch die Ziehkraft gemessen vvorden ist. Die Versuche sind bei Verschiedenen Temperaturen von der Zimmertemperatur bis 750°C durchgefuhrt worden. Beim Ziehen ist neben der Zieh-
temperatur auch der Einfluss vom Schmieruberzug der gebeiz-ten und Sandgestrahlten Drahtoberflache auf die Ziehbarkeit untersucht worden.
Aus den Untersuchungsergebnissen geht hervor, dass der Stahl bei Temperaturen iiber 700°C gezogen werden kann. Unter dieser Temperatur reisst der Stahl schon nach einigen ziigen.
Der Scmieruberzug Kupfer + Graphit besitzt gute Schmierfahigkeit. Ahnliche Schmierfahigkeit hat auch Graphit allein. Die gebeizte und Sandgestrahlte Drahtoberflache ha-ben einen ahnlichen Einfluss auf die Ziehfahigkeit. Bei der Sandgestrahlten Drahtoberflache sind die Verformungsspan-nungen vvahrend des Ziehens von Stahl etvvas niedriger als bie der gebeizten Drahtoberflache.
SUMMARY
Č.4650 tool steel containing 2 % C, 12%Cr, and 0.7 % W has very lovv cold workability. It is the consequence of big polygonal carbides vvhich break during vvorking and cause cracks that steel breaks already at small deformations. The in-vestigation has intention to determine its workability at higher temperatures in order to find if it can be dravvn belovv 8 mm.
The workability of steel vvas tested by compression tests and by dravving vvires vvith simultaneous measuring of the pulling forces. Steel vvas tested at various temperatures, from the temperature of surroundings up to 750 "C. In dravving the influence of lubrication coating and the influence of pickled
and sand-blasted surface of vvire on dravving vvere checked be-side the influence of temperature.
The investigation results shovved that steel can be dravvn above 700 "C. Belovv that temperature steel breaks already after fevv reductions. Copper-graphite lubrication coating has good lubrication characteristics. Similar lubricabi!ity has also graphite alone. Pickled and sand-blasted surface have similar effects on dravving ability. With the sand-blasted surface of the vvire the vvorking stresses in dravving are slightly lovver than it is the čase vvith the pickled surface.
3AKJ1HDMEHME
HHCTpyMeHTajibHaa CTajib MapKH Č. 4650 c coaepacaHHeM 2% C, 12%Cr h 0,7 % W HMeeT 6 xojiohhom coctohhhh oHeHb HeBbipa3HTenbHbie ne<}>opMaunoHHbie cn0C06H0CTn. ripMHHHa TaKOH cjia6ofi ae())opMauHH npeziCTaBjiaioT 6ojib-uiHe nojiHroHajibHbie Kap6nflbi, KOTopbie bo BpeMH aetfiopMa-uhh paCTpeCKHBaiOTCfl h hbjihiotch npHHHHOH nOHBJieHHH TpemHH, BCJieilCTBHH KOTOpbIX CTajib, y»e npH He3HaHHTejlb-Hbix ae(f>opMamiHx, pa3pyiuaeTC». B HccjieaoBaHHHx onpeae-jmjih aet})opMauHOHHyK) cnoco6HocTb 3toh ctajih npn noBbi-uieHHbix TeMn-ax zuih Toro, HTo6bi ycTaHOBHTb, mo>kho jih BbinOJIHHTb BOJIOHeHHe 3toh CTajiH b npOBOJIOKy UHaMeTpOB hh)Ke 8-h mm.
/leij)0pmauh0hhyk) cn0c06h0ctb ctajih onpeflejisuiH hc-nbitahnem ha ha>kathe h c bojionehnem np0B0Ji0KH, bo bpemh Mero H3MepaiiH T3K5Ke TaroBbie yc«JiHa.
Crajib 6biJia HCCJieztOBaHa npn pa3JiHHHbix TeMn-ax, ot komhathoh ao 750°C. Bo BpeMH bojiohchhh paaoM c TeMn-ofi
yCTaHaBJTHBaJlH BJlHHHHe CMa30HH0r0 nOKpblTHH, TaiOKe Tpa-BJieHHbie h necKocTpyfiHbie n0BepxH0CTn npobojiokh mia bo-JlOMeHHH.
M3 pe3yjibTaTOB HCCJieaoBaHHH onpezte^eHHO, hto CTajib mo)kho pacTarnBaTb npH TeMn-ax CBbiiue 700°C. IlpH TeMnpe hh)Ke ot yno.vihhytoh ctajib tpeckaetc« y*e nočne HecKOJib-KHX BblTSlVKCK npOBOJIOKH.
cma30hh0e noKpbiTHe .vienb + rpatfiHT hmciot xopouiHe CMa30HHbie cnoco6HocTH. noao6HyK> CMa30HHyK) cnoco6-HOCTb HMeeT T3K5Ke h cam rpa<()ht. riOBepXHOCTb npOBOJIOKH, KOTOpaa noaBeprHyTa TpaBJieHHto h neckoctpynhoh ohhctkh oka3bibaet noao6Hbie bjihhhhs Ha BOJIOHeHHe npOBOJIOKH. VCTaHOBJieHHO, HTO He({)OpMaUHOHHbie Hanpa/KeHHH BO BpeMH pacTJDKeHHH CTajiH HeMHoro MeHbine npn necKOCTpyfiHOfi no-BepxHOCTH npOBOJIOKH, HeM npn npOBOJIOKH noaBeprHyTOH TpaBJieHHK).