Теоретичні відомості. У виробництві легованого електродного дроту найбільш складним і дорогим процесом є волочіння

У виробництві легованого електродного дроту найбільш складним і дорогим процесом є волочіння. Дріт із зносостійкої сталі повинен містити більше вуглецю, ніж наплавлений метал, що збільшує твердість дроту і ускладнює волочіння. Загальноприйнята технологія волочіння з малими переходами від одного діаметру до іншого і багатократним відпалом після кожного проходу дротом через фільєр пов'язана з великими витратами засобів і часу. В результаті дріт, наприклад, з швидкоріжучої сталі, приблизно в 3 рази дорожчий, ніж катанка, з якої вона виготовляється.

Якість порошкового дроту контролюють по складу наплавленого металу, оскільки хімічний аналіз суміші порошків вельми складний. Порошковий дріт маркується буквами ПП з вказівкою марки сталі або сплаву, для наплавлення якого вона призначена.

Точний розрахунок шихти є найважливішою операцією при виробництві порошкового дроту. Розрахунок і його корегування за дослідними даними абсолютно обов'язкові при зміні товщини стрічки, (в межах допуску), при зміні партії сировини, умов його помолу і ін. Метою розрахунку є визначення складу суміші, яка при запресовці в якості сердечника забезпечить здобуття порошкового дроту заданого складу.

Для того, щоб одержати наплавлений метал, що відповідає по хімічному складу якійсь сталі, необхідно у склад дроту ввести трохи більшу кількість легуючих домі шків, оскільки в дузі відбувається їх окислення. Так, наплавлений шар дротом ПП-3Х2В8 має, орієнтовно наступний хімічний склад:

Вуглець…………….0.32

Хром……………….2.5

Марганець…………0.8

Кремній……………0.6

Вольфрам………….8.5

Ванадій……………0.3

Сірка………………не більше 0.04

Фосфор……………не більше 0.04

Оптимальний хімічний склад дроту, визначений дослідним шляхом буде буде наступним:

Вуглець……………0.6

Хром……………….2.8

Марганець……….1.45

Кремній………….0.6

Вольфрам………..9.75

Ванадій…………..0.4

Сірка………..……не більше 0.04

Фосфор…….……не більше 0.04

Для виконання розрахунку необхідно знати механічний склад дроту, тобто співвідношення в головному дроті маси сердечника і маси оболонки, а також хімічний склад всіх матеріалів, що використовуються.

Для першочергового розрахунку при використанні стрічки товщиною 0.8 мм і шириною 15 мм можна прийняти, що сердечник складає 35% маси дроту, інакше кажучи, на 100 масових частин дроту приходиться 35 масових частин сердечника і 65 масових частин оболонки.

Для прикладу розрахуємо шихту для вже названого дроту ПП-3Х2В8.

Припустимо, що у нас в користуванні є матеріали, хімічний склад яких вказано в табл.. 2.1

Таблиця 2.1 - Хімічний склад матеріалів, з яких виготовляється порошковий дріт, %

Розрахунок ведеться на 100 г дроту. У відповідності з прийнятим розрахунковим складом ми повинні розрахувати склад сердечника, щоб на 100 г дроту приходилось 0.6 г С, 2.8 г Cr, 1.45 г Mn, 0.6 г Si, 9.75 г W, 0.4 г V.

Масу елементу, який вноситься можна знайти за допомогою формули 2.1:

(2.1)

де m_e, г – маса елементу, що вноситься матеріалом, m_мат, г – маса матеріалу, %_е, % - відсотковий вміст елементу в матеріалі, 100 %– сума всіх відсоткових вмістів елементів в матеріалі.

Визначимо, яку кількість домішок внесе оболонка, тобто стрічка. На 100 г дроту припадає 65 г стрічки. За даними аналізу, що наведений в таблиці 2.1 та згідно з формулою 2.1 отримуємо:

m_CСтр.= г

m_MnСтр= г

m_SiСтр= г

m_SСтр= г

де, m_CСтр, m_MnСтр, m_SiСтр, m_SСтр – маси, відповідно, вуглецю, марганцю, кремнію та сірки, що вносяться в дріт стрічкою.

Наступним кроком буде визначення необхідної кількості феровольфраму, та маси домішок, що вносяться у дріт разом з феровольфрамом.

Щоб отримати 9.75 г вольфраму, необхідно взяти феровольфраму, що містить 75.2% W (див. табл.. 2.1):

(2.2)

де m_В2, г-маса феровольфраму, що вноситься, m_WB2, г-маса вольфраму, що вноситься феровольфрамом, %_WВ2, %-відсотковий вміст вольфраму у феровольфрамі, 100, % - сума всіх відсоткових вмістів елементів в матеріалі.

=12.97 г

Використовуючи хімічний склад феровольфраму знайдемо масу домішок внесених феровольфрамом:

m_CВ2.= г

m_MnВ2= г

m_SiВ2= г

m_SВ2= г

Аналогічно проводимо розрахунок кількості ферохрому, необхідного для внесення 2.8 г Cr, та ферованадію для внесення 0.4 г V, а також кількість домішок, що супроводжують легуючі елементи.

Для визначення необхідної кількості феромарганцю, що потрібно внести з феромарганцем, необхідно врахувати марганець, який уже внесли з іншими матеріалами.

(2.3)

де, m_{∑ Mn} – сумарна маса марганцю, уже внесеного різними матеріалами, m_MnСтр, m_MnВ2, m_MnВд1 – маса марганцю внесеного стрічкою, феровольфрамом, ферованадієм, та іншими матеріалами, які уже внесені.

Знаючи масу внесеного марганцю, дізнаємось масу марганцю, який необхідно додати:

(2.4)

де, m_MnДод – маса марганцю, який необхідно внести додатково, m_ПП-3Х2В8 - масова частка марганцю в дроті.

Використавши дані таблиці 2.1, та формули 2.1, 2.2 та 2.3 знайдемо, що ми вже внесли 0.32 г марганцю.

Згідно з формулою 2.4 залишається внести: 1.53 – 0.32 =1.21 г марганцю.

Марганець буде внесено з феромарганцем, згідно з формулою (2.2) визначаємо кількість феромарганцю, що вноситься:

феромарганцю

Одночасно з марганцем буде внесено кремній, сірку та вуглець. Розрахуємо маси внесених елементів згідно з формулою 2.1.

По аналогії з формулою 2.3 потрібно розрахувати кількість вуглецю, що був внесений з різними матеріалами. Для даного дроту та матеріалів, що були внесені вона буде дорівнювати 0.58 г. Дріт же потребує 0.63 г вуглецю. Тому додатково потрібно внести 0.05 г вуглецю.

Для забезпечення необхідної кількості вуглецю введемо відповідну кількість графіту, який містить не менше 98% С. По аналогії з формулою 2.2 потрібно взяти:

графіту

Залишається визначити кількість залізного порошку. Обчислюємо його, як різницю між загальною масою сердечника і масою всіх легуючих складових. Як зазначалось на початку роботи маса сердечника складає 35 г. Отже, при наших даних маса залізного порошку, який потрібно внести додатково складає:

35 - (4.19+12.96+1.15+1.58+0.05)=15.07 г

З залізним порошком буде внесено якусь кількість вуглецю, марганцю та сірки. Використовуючи формулу 2.1 потрібно розрахувати їх масу.

Всі одержані дані зводимо в таблицю. Підсумок дає сумарний хімічний склад дроту у відсотках (так як ми вели розрахунок для 100 г). Для обчислення складу суміші чи шихти сердечника у відсотках потрібно кількість кожного матеріалу розділити на загальну масу сердечника і помножити на 100.

Результати розрахунку, наведені в табл.. 2.2, показують, що розрахований хімічний склад дроту відповідає завданню. Рецепт суміші у відсотках вказаний в останній графі таблиці. Якщо виявляється, що сумарний склад по якомусь елементу (сірка, кремній, фосфор тощо) перевищує допустимі межі, то потрібно замінити матеріал, який перевищує кількість цих домішок більш чистими.

Таблиця 2.2 - Розрахований сумарний хімічний склад порошкового дроту для наплавлення сталі 3Х2В8