Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние и перспективы развития высокоскоростного волочения проволоки 7
1.1. Факторы, влияющие на условия волочения и качество проволоки при мокром высокоскоростном волочении 7
1.2. Влияние скорости волочения на неоднородность деформации 10
1.3. Влияние скорости волочения на температурно-деформационный режим и условия смазки 20
1.4. Методики расчёта режимов мокрого высокоскоростного волочения 25
1.5. Цель и задачи исследования 27
Глава 2. Влияние скорости волочения на скоростную неоднородность и локализацию деформации при волочении 28
2.1. Скоростная неоднородность напряжённого состояния 28
2.2. Скоростная неоднородность деформированного состояния 43
2.3. Локализация деформации при высокоскоростном волочении проволоки...45
2.4. Связь скоростной неоднородности деформации с технологическими параметрами процесса волочения 51
Выводы 57
Глава 3. Влияние скорости на режимы мокрого волочения тонкой высокопрочной проволоки 59
3.1. Температурные условия мокрого высокоскоростного волочения тонкой вы сокопрочной проволоки 59
3.1.1. Влияние скорости на температуру проволоки в очаге деформации 59
3.1.2. Охлаждение проволоки в условиях мокрого высокоскоростного волочения 63
3.2. Влияние скорости волочения на условия смазки при многократном мокром волочении 69
3.2.1. Влияние температурно-скоростного режима волочения на толщину слоя смазки в очаге деформации 69
3.2.2 Влияние давления эмульсии на толщину слоя смазки на поверхности проволоки при мокром волочении 71
3.2.3. Влияние скорости на толщину смазочного слоя на свободных поверхностях проволоки 75
Выводы 77
Глава 4. Разработка математической модели расчёта температурно-деформационных режимов мокрого высокоскоростного волочения 79
4.1. Температурные условия на тянущих шкивах волочильной машины 79
4.2. Влияние контактного взаимодействия проволоки и шкивов на качество поверхности проволоки 85
4.3. Разработка методики расчёта и оценка скоростной неоднородности деформации приволочений 89
4.4 Разработка методики расчёта температурного режима мокрого высокоскоростного волочения 92
4.5. Разработка методики расчёта толщины смазочного слоя вдоль маршрута мокрого высокоскоростного волочения 98
4.6. Методика расчёта маршрутов высокоскоростного мокрого волочения 101
Выводы 104
Глава 5. Рекомендации по совершенствованию технологии высокоскоростного мокрого волочения 105
5.1. Влияние скорости на процесс волочения 105
5.2. Разработка рекомендаций по совершенствованию технологии высокоскоростного волочения проволоки 106
5.2.1. Общие рекомендации 106
5.2.2. Совершенствование технологии высокоскоростного волочения высокоуглеродистой проволоки в условиях ЗАО «Уралкорд» 106
5.2.3. Эксплуатация и проектирование волочильных машин новых конструкций 114
Выводы 117
Заключение 118
Библиографический список 120
Приложения 135
- Влияние скорости волочения на неоднородность деформации
- Скоростная неоднородность деформированного состояния
- Влияние скорости на температуру проволоки в очаге деформации
- Влияние контактного взаимодействия проволоки и шкивов на качество поверхности проволоки
Введение к работе
Повышение качества катанки, подсмазочных покрытий, технологических смазок, волок, а также появление волочильных машин новых конструкций обеспечило возможность значительного повышения технологических скоростей волочения, что способствует росту производительности процесса волочения и повышению конкурентоспособности проволоки. Однако с ростом скорости волочения значительно меняются температурно-деформационные режимы волочения, что оказывает большое (не всегда положительное) влияние на стабильность процесса волочения и качество проволоки. Особенно это проявляется при волочении тонкой высокопрочной проволоки на машинах мокрого волочения со скольжением. Применяемые сегодня методики расчёта режимов волочения проволоки неполно учитывают влияние скорости на деформационные и температурные условия многократного непрерывного волочения, что препятствует повышению производительности и качества проволоки на действующем оборудовании, а также снижает эффективность использования импортного высокоскоростного оборудования и качество проектирования аналогичного отечественного оборудования. В связи с чем разработка и реализация методики расчёта температурно-деформационных режимов высокоскоростного волочения является актуальной задачей, способствующей повышению конкурентоспособности продукции, выпускаемой отечественной метизной промышленностью.
В настоящее время накоплен обширный материал по влиянию скорости деформации на сопровождающие волочение явления, такие как динамическое изменение механических свойств металлов, влияние скорости волочения на свойства смазок, неоднородность свойств проволоки по сечению. Тем не менее, большинство из этих исследований недостаточно используются при расчётах режимов высокоскоростного волочения проволоки. Это связано с тем, что эти исследования касаются, как правило, отдельных факторов и не учитывают особенности процесса волочения, в частности, условия мокрого высокоскоростного волочения. Кроме того, большинство работ, посвященных влиянию скорости на параметры волочения, относятся к скоростям значительно меньшим, чем те, которые достигаются на современных волочильных машинах. В настоящее время волочение проволоки проводится на скоростях 40м/с и выше. Скорость деформации при волочении тонкой проволоки приближается к скорости ударной деформации, что требует применения методов, учитывающих особенности деформации на высоких скоростях. Подавляющее большинство описанных в литературе подходов к расчёту режимов волочения выполняются с применением одного известного подхода - классической математической теории пластичности или же с применением более простых инженерных методов. Всё это требует разработки новых моделей технологии высокоскоростного волочения, учитывающих влияние скорости проволоки на условия волочения и позволяющих проводить расчёты режимов мокрого высокоскоростного волочения.
Целью работы является повышение эффективности производства высокопрочной проволоки на основе разработки методики расчёта температурно-деформационных режимов мокрого высокоскоростного волочения.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
- исследовать влияние скорости волочения в монолитной конической волоке на неоднородность (локализацию) деформации по сечению очага деформации;
- исследовать влияние скорости волочения с применением жидких смазок на водной основе на температурные условия и формирование слоя смазки в очаге деформации и на поверхности проволоки;
- исследовать влияние контактного взаимодействия проволоки и шкивов на качество поверхности проволоки;
- разработать математическую модель и методику расчёта температурно-деформационных режимов мокрого высокоскоростного волочения;
- разработать рекомендации по повышению эффективности мокрого высокоскоростного волочения на действующем и проектируемом оборудовании.
Влияние скорости волочения на неоднородность деформации
С ростом скорости волочения растёт скорость деформации металла в очаге деформации и уменьшается время нахождения проволоки в очаге деформации. Например, для 20-ти кратного маршрута волочения стальной латунированной проволоки 0,955мм - 0,176мм со скоростью волочения 7,5м/с, скорость деформации изменяется в пределах от 1,2-102с-1 в начале маршрута до 1,5-10 с"1 в конце, время нахождения в очаге деформации изменяется в пределах от 10" с до 10"5с. Время деформации 10"5с и скорость деформации 104с"1 характерны для ударной деформации [1,7,19]. Из приведённых выше данных видно, что уже на относительно небольшой для современных волочильных машин скорости волочения 7,5м/с, условия деформации приближаются к ударным.
Согласно работе [7], при неизменной степени деформации средняя скорость деформации при волочении растёт с увеличением угла конусности волоки, увеличением скорости волочения и с уменьшением начального и конечного диаметров проволоки. Профилю с малым диаметром соответствует малая протяжённость зоны деформации. Для одной и той же скорости волочения время пребывания металла в зоне деформации меньше и, следовательно, скорость деформации малого профиля выше, чем большого. При одном и том же конечном диаметре с увеличением степени деформации снижается средняя скорость деформации при волочении. Скорость скольжения проволоки меняется вдоль контактной поверхности. Коэффициент трения скольжения зависит от скорости скольжения и ряда других факторов. Для волочения характерна большая неравномерность напряжённого состояния не только вдоль канала, но и в его радиальных направлениях. Неравномерность деформации по поперечным сечениям возрастает с увеличением рабочего угла канала и обжатия.
В работе [23] проводилось исследование скорости деформации при волочении в зависимости от скорости волочения и геометрии волоки. Сделан вывод, что повышение единичного обжатия приводит к снижению средней скорости деформации на участке рабочего конуса волоки. При повышении скорости волочения увеличивается средняя и фактическая скорости деформации.
Распространение пластической деформации при ударном нагружении имеет типично волновую картину и описывается уравнениями волновой теории пластичности [3,19,21,24]. Анализ опытных данных, полученных при высокоскоростных испытаниях сталей разного уровня прочности [4,6], свидетельствуют об интенсивном росте сопротивления пластической деформации, начиная со скорости примерно. Скоростное изменение механических свойств приводит к изменению характера течения металла в очаге деформации [17], к росту неоднородности свойств по сечению готовой проволоки и ухудшению качества изделия. Увеличение скорости проволоки сопровождается возникновением дополнительных градиентов скоростных напряжений, необходимых для поддержания требуемой скорости течения металла. Рост неоднородности напряжённого состояния приводит к перераспределению деформации и росту неоднородности деформации по сечению проволоки [25].
В литературе достаточно широко представлены результаты экспериментальных работ по высокоскоростной деформации стали [1,4-6]. Для металлов достижение пластического состояния при ударном нагружении требует более высоких напряжений, чем при медленном нагружении. При динамическом нагружении образца происходит увеличение предела текучести материала. Характер кривой определяется видом материала. В большом количестве экспериментальных работ установлено, что металлы, имеющие хорошо выраженный предел текучести, особенно чувствительны к скорости деформации [19].
Типичным примером металла, который по разному ведёт себя при статическом и динамическом деформировании и проявляет повышенную чувствительность к скорости деформации, является мягкая сталь, а также чистое желе зо. В случае мягкой стали (0,22% углерода), с ростом скорости деформации предел текучести растёт от значения около 2760 кГ/см (статический предел те-кучести) до значения около 5870 кГ/см при скорости деформации є = 200с" . Многочисленные экспериментальные исследования показали, что предел текучести для мягкой стали в процессе динамического нагружения может достигать значения в 2-3 раза большего, чем при статическом нагружении [19].
В работе [19] установлено, что при совместном одноосном растяжении и сдвиге стальных образцов, с ростом скорости деформации от 4-10" до 10 с" , определённому значению интенсивности деформации отвечают всё большие значения интенсивности напряжений.
Экспериментальным путём установлено, что с повышением температуры растёт зависимость предела текучести металлов от скорости деформации [6].
Изменения прочностных свойств высокопрочных сталей проявляются уже на скоростях 10 с" . Для большинства высокопрочных сталей предел прочности растёт с увеличением скорости деформации [1,26]. Предел текучести ау-стенитной стали почти удваивается при увеличении скорости деформации от 10" с" до 10 с" [1]. При комнатной температуре с повышением скорости де-формации от 10" до 1,75-10 с" предел текучести малоуглеродистых сталей возрастает в 2-3 раза, а предел прочности - в 1,18 - 1,47 раз [6]. По данным работы [6], в случае испытания сталей со скоростями растяжения 6 и 10,5 м/с, со-ответствующим скоростям деформации 10 и 1,75-10 с" , с повышением температуры наблюдается монотонное снижение характеристик прочности при одновременном росте характеристик пластичности. При более низких скоростях монотонного снижения характеристик прочности и пластичности не наблюдалось.
С увеличением скорости деформации кривая напряжение - температура смещаются в область более высоких температур. Максимум повышенного сопротивления деформации, обусловленный динамическим деформационным старением стали, для чистого железа сдвигается от 473К (скорость деформации 8,5-10"4 с"1) к 723-773К (скорость деформации 150 с"1), а для малоуглеродистой стали - от 523 к 823К (скорость деформации 300 с"1) [6]. Таким образом, в диа пазоне температур, характерном для холодного волочения, вероятность влияния деформационного старения на свойства проволоки уменьшается с увеличением скорости деформации и увеличивается с повышением температуры.
Экспериментальные данные подтверждают известную закономерность уменьшения влияния скорости деформации на сопротивление металлов деформированию с увеличением их степени деформации. Зависимость напряжения течения от скорости деформации при увеличении относительной деформации сжатия имеют тенденцию к сближению с зависимостью предела текучести от скорости деформации. Интенсивность упрочнения возрастает с увеличением скорости деформации. Например, для стали 08кп, при скоростях деформации 1 и 10 с"1 максимум упрочнения наблюдается при степенях деформации 0,6-0,8 и разница в интенсивности упрочнения незначительна, при скорости деформации 100с" максимум упрочнения наступает несколько раньше, в диапазоне деформаций 0,4-0,6 [6].
Скоростная неоднородность деформированного состояния
Согласно уравнениям (2.10) и (2.13) при увеличении скорости волочения растёт градиент поперечных напряжений, т.е. более высокой скорости соответствует большее значение перепада поперечных (радиальных) напряжений при движении пластических волн к центру полосы. Связь между напряжением и деформацией при одноосном растяжении/сжатии задаётся кривой деформирования. Можно предположить, что аналогичное соотношение выполняется для поперечного течения металла при волочении [90]. Согласно кривой деформирования, уменьшение напряжения в пластической волне сопровождается уменьшением степени деформации. Частота и период пластических волн определяется структурой, механическими свойствами и состоянием металла в очаге деформации. Пластические волны распространяются от контактной поверхности волочильного инструмента в объём очага деформации. Число пластических волн остаётся постоянным при движении от контактной поверхности вглубь проволоки, а их амплитуда, т.е. степень деформации, создаваемая каждой волной, определяется кривой деформирования [3,19]. В этом случае, степень деформации в единицу времени, т.е. скорость деформации, также будет определяться кривой деформирования. В результате изменение градиента напряжений с увеличением скорости волочения приведёт к перераспределению скоростей деформации в объёме деформируемого тела. Для волочения это означает, что с увеличением скорости проволоки деформация будет смещаться в область более высоких поперечных напряжений, т.е. к поверхности проволоки.
При однородной деформации скорость пластической волны постоянна во всём объёме деформируемого тела. Увеличение скорости деформации в некотором локальном объёме деформируемого тела сопровождается уменьшением скорости пластической волны, вплоть до остановки волны [Vm = 0], с локализацией деформации в относительно небольшом объёме деформируемого тела [1,3].
Скорость распространения пластической волны, вычисляемую по уравнению (2.15), можно принять в качестве критерия, определяющего скорость деформации в выбранной точке очага деформации. Такой подход позволяет получить распределение скоростей деформации по объёму изделия и выявить области локализации деформации [97].
Для типичной параболической кривой деформирования коэффициент упрочнения - увеличивается с уменьшением напряжений в волне. Поэтому скорость пластических волн Vm = J г увеличивается с уменьшением напряжений в волне. При уменьшении напряжений до предела текучести скорость пластической волны возрастает и при переходе пластической деформации в упругую достигает максимальной скорости - скорости звука [96].
Увеличение скорости пластических волн сопровождается уменьшением степени локализации деформации [1]. Как известно [2,3 Д9], реальная пластическая волна при обработке металлов является результатом наложения множества мелких, элементарных пластических волн. Длина пластической волны, т. е. расстояние между максимумами скорости деформации определяется соотношением Л = —, где v - частота пластических колебаний, v - скорость пластической волны.
Увеличение скорости пластических волн сопровождается увеличением длины пластической волны и расстояния между пиками скорости деформации в элементарных пластических волнах. В результате уменьшается степень наложения пластических волн и амплитуда результирующей пластической волны. Уменьшение напряжения в результирующей пластической волне вызывает дальнейшее увеличение скорости пластической волны и соответствующее уменьшение скорости деформации в области очага деформации с более низкими значениями напряжений. Этот эффект способствует ещё большему смещению деформации в область высоких напряжений, т.е. к поверхности проволоки.
Локализация деформации является типичным явлением для процессов обработки металлов давлением [98,99]. При высоких скоростях деформации локализация сопровождается повышением температуры в области интенсивной сдвиговой деформации, что приводит к локальному разупрочнению и дальнейшему увеличению степени локализации. В случае ударной деформации возникают полосы адиабатического сдвига и практически вся деформация сосредоточена в узкой области максимальных сдвиговых напряжений [1].
Скорость пластических волн приближается к скорости упругих волн в металле, т.е. много выше скоростей движения проволоки при волочении. Скорость волны локализации, т.е. скорость максимума результирующей пластической волны, значительно ниже.
Условия деформации при волочении значительно отличаются от условий при выполнении экспериментов, описанных в работах [19,38,100], большими степенями и скоростями деформации, а также сложным напряжённым состоянием металла. Вероятнее всего фронт волны локализации не будет столь явно выделен из-за наличия волн, распространяющихся в разных направлениях. Тем не менее, следует ожидать, что скорость максимума пластической деформации при волочении также будет значительно ниже скорости пластических волн и достигнет величины, сравнимой со скоростью движения проволоки.
Средние значения напряжений и скоростей в фиксированных точках очага деформации являются постоянными величинами. С этой точки зрения процесс волочения можно считать стационарным. При волочении происходят постоянные колебания инструмента, проволоки и оборудования. В результате того, что мгновенные значения напряжений и скоростей совершают постоянные колебания около средних, равновесных значений, возникают условия для возникновения волн локализации пластической деформации.
Возможно, эффект локализации является причиной малой глубины проникновения интенсивной сдвиговой деформации и непроработки сердцевины проволоки при высоких скоростях волочения [101,102]. Волны пластичности - это нелинейные волны [19]. Скорость пластических волн падает с увеличением их амплитуды. В соответствии с типичной кривой упрочнения, коэффициент упрочнения 9 падает с увеличением напряжения. В соответствии с уравнением (2.16), скорость пластической волны пропорциональна коэффициенту упрочнения.
Волна локализации пластической деформации представляет собой огибающую группы пластических волн со значительно меньшей длиной волны. Вследствие колебаний инструмента и самого изделия [1,103], в пластической волне всегда присутствуют волны разных амплитуд и скоростей. Стабильность волны локализации достигается тем, что волны с малыми амплитудами, обладающие большими скоростями, догоняют и, как бы "подпитывают" энергией волну локализации, вызывая увеличение её амплитуды. Увеличение амплитуды вызывает уменьшение скорости волны локализации и увеличение доли пластических волн с меньшей амплитудой, уходящих вперёд от волны локализации. Энергия сформировавшейся волны локализации постоянна в результате установления баланса поступающей энергии догоняющих волн заднего фронта и убыли энергии за счёт уходящих волн переднего фронта.
Выделим вертикальный слой длиной Ах на заднем фронте волны локализации (рис.2.7). Рассматриваем слой Ах как разрыв, который движется вместе с волной со скоростью D. Скорость пластических волн, составляющих волну локализации, зависит от амплитуды. Амплитуда волн на левой границе разрыва меньше, чем на правой. Следовательно, скорость пластических волн, входящих в разрыв слева, выше, чем скорость волн, выходящих из разрыва справа.
Влияние скорости на температуру проволоки в очаге деформации
При использовании формулы (3.1) следует учитывать, что в ней используется усреднённое значение степени деформации у и, вместо сопротивления деформации, предел прочности ов, более удобный для практических расчётов.
Недостатком формулы (3.1) является то, что в ней не учитывается влияние скорости проволоки на деформационную температуру, поэтому для оценки влияния скорости на температуру деформационного нагрева необходимо заменить, входящий в уравнение (3.1) предел прочности ств сопротивлением деформации и учесть зависимость as от скорости волочения. Так как зависимость сопротивления деформации от скорости деформации в большинстве случаев представляет собой плавную выпуклую кривую, в качестве первого приближения можно использовать линейную аппроксимацию этой зависимости.
На основании данных литературного обзора можно принять за начало скоростного изменения механических свойств скорость проволоки, соответствующую скорости деформации 5-loV1. Например, для упомянутого выше ти личного 20-ти кратного маршрута мокрого волочения стальной латунированной проволоки с диаметра 0,955мм до диаметра 0,176мм, со скоростью волочения на выходе из волочильной машины 7,5 м/с, критическая скорость деформации достигается на 8 переходе, при скорости проволоки на этом переходе 0,9 м/с. Для данного маршрута скорость волочения 0,9 м/с можно принять за критическую скорость, при которой начинаются изменения механических свойств проволоки.
зависимость сопротивления деформации от скорости аппроксимируем следующим образом: г, = so+ sohvnp-vz) = ctsoa + k(vnp-v:;)), (3.2) где 7s0 - статическое значение сопротивления деформации, к - коэффициент динамичности сопротивления деформации, vhnpp - критическая скорость проволоки (скорость деформации 5 102с-1).
Коэффициент динамичности рассчитываем исходя из известных экспериментальных данных [4,6] по зависимости сопротивления деформации от скорости деформации. Для приведённого выше примера /: = 0,15, vj =0,9 м/с, 7S0 меняется от перехода к переходу вследствие деформационного упрочнения и может быть измерено экспериментально (в качестве приближённого значения может быть использовано значение временного сопротивления, измеренного на разрывной машине).
Для оценки прироста температуры, вызванного динамическим изменением механических свойств проволоки, можно принять, что предел прочности при изменении скорости волочения от 1 до 3м/с (соответствует увеличению скоро-сти деформации от 5-10 до 1,8-10 ) увеличивается в 1,3 раза (значение, входящее в диапазон возможных изменений предела прочности). В этом случае, из расчёта по формуле (3.1), где вместо временного сопротивления на разрыв ав используется значение сопротивления деформации, для маршрута волочения стальной латунированной проволоки 0,955 - 0,176мм (0, 955-0.875- 0.802 -0.734 - 0.674 - 0.616 - 0, 565 - 0.518 - 0.474 - 0.434 - 0.398 - 0.364 - 0.334 - 0.306 0.28 - 0.256 - 0, 234 - 0.214 - 0.196 - 0.176 мм), на восьмом переходе, в результате увеличения скорости от 1 до 3м/с, получим дополнительный прирост температуры в 40С.
Анализ приведённых данных показывает, что динамическое упрочнение вносит существенный вклад в повышение температуры на последних переходах многократного мокрого волочения проволоки. Учёт динамического упрочнения необходим для адекватного описания распределения температуры проволоки.
Согласно уравнению (3.3), температура на контактной поверхности волоки прямо пропорциональна скорости волочения. Следовательно, при изменении скорости волочения как в предыдущем примере, от 1 до 3м/с, т.е. в 3 раза, разность температур наружной и контактной поверхностей волоки также изменится пропорционально. Время нахождения проволоки в очаге деформации при высокоскоростном волочении составляет доли секунды, поэтому количество тепла, поступающего в проволоку за счёт трения о контактную поверхность, значительно меньше тепла, выделяемого за счёт деформации проволоки.
Теплоотдача волоки прямо пропорциональна разности температур наружной и контактной поверхностей. Следовательно, увеличение скорости вызовет пропорциональное увеличение теплоотдачи в смазку. Повышение тепловыделения с увеличением скорости приводит к увеличению температуры смазки и шкивов, что, в свою очередь, снижает теплоотдачу проволоки. Уменьшение эффективности охлаждения вызывает увеличение температуры проволоки.
Влияние контактного взаимодействия проволоки и шкивов на качество поверхности проволоки
Определённые выше закономерности фрикционного разогрева проволоки на шкивах позволяют рассмотреть характер формирования качества поверхностного слоя проволоки во время взаимодействия её со шкивами. Качество поверхности проволоки является одним из важнейших показателей качества проволоки в целом. Если вопросы формирования поверхностного слоя проволоки при волочении её в монолитной волоке изучались [122,123], то данных о закономерностях поведения поверхностного слоя, включая нанесённое на него металлическое покрытие, на шкивах волочильных машин со скольжением, в технической литературе нами обнаружено не было. Поэтому в рамках рассмотренной выше температурной задачи было проведено аналитическое исследование по оценке температурно-деформационных условий в поверхностном слое проволоки при скольжении её по шкивам и влиянии их на качество поверхности проволоки.
Как было показано выше, при прохождении проволоки через шкивы происходит нагрев поверхности фрикционным теплом. По мере нагрева уменьшается сопротивление деформации поверхностного слоя проволоки. Когда сопротивление деформации снижается до уровня, удовлетворяющего условию пластичности, начинается пластическая деформация сдвига. Пластический сдвиг начинается на вершинах микронеровностей, затем, по мере прогрева нижних слоев проволоки, область пластической деформации расширяется. Скорость деформации сдвига: п где V - скорость частиц поверхности проволоки относительно основного объёма металла, h - толщина слоя пластической деформации.
Так как пластический сдвиг начинается в тонком приповерхностном слое, скорость деформации в верхних слоях проволоки может достигать значительных величин. По мере прогрева поверхности, толщина слоя пластической деформации увеличивается и, следовательно, уменьшается скорость деформации. В результате степень деформации верхних слоев выше, чем нижних. За счёт деформационного упрочнения сопротивление деформации верхних слоев проволоки выше, чем сопротивление деформации нижних слоев, в которых пластическая деформация начинается позже [120].
Деформационное упрочнение поверхностных слоев частично компенсируется тепловым разупрочнением за счёт более высокой температуры верхних слоев по отношению к нижним.
Пластическая деформация проволоки при прохождении её через шкивы представляет собой затухающую пластическую волну, распространяющуюся в глубь проволоки от контактной поверхности, Пластическая волна локализуется в области с наименьшим сопротивлением деформации.
Так как сопротивление деформации верхних слоев выше, происходит локализация деформации в нижних слоях области пластической деформации. Верхние, приповерхностные слои, сдвигаются относительно нижних как единое целое. В результате происходит отслаивание фрагментов поверхностного слоя проволоки сначала на микронеровностях поверхности, а затем,"по мере прогрева проволоки, более толстых слоев проволоки [103].
Подобный механизм разрушения поверхностного слоя приводит к возникновению дефектов на поверхности проволоки при волочении, а в случае волочения проволоки с покрытием (например, латунированным), к разрушению покрытия.
Упрочнение верхних слоев компенсируется наличием градиента температуры на поверхности проволоки при её прохождении через шкив. Деформация в тонком приповерхностном слое вызывает повышение его температуры. Если скорость температурного разупрочнения превышает скорость деформационного упрочнения, сопротивление деформации поверхностного слоя начинает уменьшаться, сдвиговая деформация локализуется в поверхностном слое покрытия и не распространяется в глубь металла. В этом случае поверхностный слой играет роль твёрдой смазки, что улучшает характеристики волочения и повышает сохранность покрытия.
Для оценки характера распределения температуры в приповерхностном слое можно использовать решение задачи о прогреве полупространства [71]. За это время, согласно (4.11), глубина слоя с температурой 0,95tn составит 0,25 мм. Если при принятых условиях толщина латунного покрытия меньше 0,25 мм (а на практике она значительно ниже),то температура нижних слоев будет приближаться к температуре на поверхности, что приведёт к снижению сопротивления деформации нижних слоев покрытия относительно верхних. В результате вероятность отслаивания фрагментов покрытия повышается. Вероятность отрыва покрытия от стальной основы проволоки повышается, если толщина покрытия меньше глубины проникновения теплового слоя.
Увеличение скорости движения проволоки по шкиву приводит к уменьшению времени прохождения проволоки через шкив и уменьшает толщину теплового слоя. Но при этом увеличивается скорость поверхностных слоев покрытия и фрикционный нагрев поверхности, что вызывает повышение сопротивления деформации поверхностных слоев. В целом повышение скорости скольжения приводит к увеличению интенсивности разрушения покрытия. В случае волочения проволоки без покрытия повышение скорости приводит к увеличению числа дефектов на поверхности.
