CC BY
53
3. Orlov G.A., Vagapov E.N., Chernyjshov D.Yu., Popov D.A. Some technological capabilities of roller drawing of pipes // Mill products production. 2012. № 4. P. 28-31;
4. Bogatov A.A., Migirickiy O.I., Smirnov S.V. Resource of plasticity of metals in case of metal forming by pressure.M.: Metallurgy, 1984. 144 p.
5. Okulov R.A., Parshin V.S., Karamyjshev A.P. Energy intensity of handling of a rivet wire from duralumin by drawing and radial sinking // Vestnik of mechanical engineering. 2012. № 9. P. 80-81.
УДК 621.771.23.016.3-419.4
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДЕФОРМАЦИИ НА МИКРОСТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИМЕТАЛЛА
Чукин М.В.1, Песин A.M.1, Копцева Н.В.1,
1 12 Никитенко О.А. , Ефимова Ю.Ю. , Торбус Н.
1 ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический
университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Россия
Ченстоховскийтехническийуниверситет, г. Ченстохова, Польша
Экспериментальное исследование влияния обжатия на микроструктуру и механические свойства биметалла проводили на лабораторном прокатном стане-кварто (рис. 1) в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» (Национальный исследовательский университет).
Диаметры рабочих и опорных валков стана составляли 0 60 и 250 мм, соответственно; скорость прокатки - 0,5 м/с.
Рис. 1. Общий вид лабораторного стана-кварто и пульта управления
Образцы (рис. 2), полученные методом сварки взрывом, прокатывали на стане по различным режимам (рис. 3).
Рис. 2. Вид образца со стороны боковой кромки
Анализ результатов работ с использованием металлографических исследований с применением сканирующей электронной микроскопии, выполнения микрорентгеноспектрально-го анализа, проведения испытаний твердости и математического моделирования позволяет сформулировать следующие закономерности изменения структуры и свойств при совместной пластической деформации биметаллических листов Т1-№ в процессе прокатки.
Рис. 3. Режимы обработки биметаллического листа Ть№
В исходном состоянии структура биметаллической заготовки Ть№, полученной сваркой взрывом, характеризуется наличием волнообразной межслойной границы с переходной зоной взаимной диффузии шириной 4 мкм. При этом структура титана представляет собой преимущественно равноосные зерна, заполненные двойниками, которые в разных участках имеют различную ориентацию. Это указывает на то, что при сварке взрывом в титане были активизированы разные плоскости двойникования. Вблизи межслойной границы в титане имеется зона протяженностью около 200-250 мкм с волокнистой структурой, характерной
29
для деформированного состояния материала. Структура никеля представляет собой примерно равноосные зерна без присутствия двойников.
В процессе холодной прокатки исходной биметаллической заготовки с обжатием 40-60 % происходит спрямление межслойной границы раздела и по мере увеличения степени деформации она постепенно становится практически прямолинейной. Переходная зона взаимной диффузии элементов сохраняется, однако толщина ее несколько уменьшается - примерно до 2-2,5 мкм. При этом наблюдается диффузия титана в слой никеля, где он в небольших количествах (до 1,5-2 %) обнаруживается на расстоянии до 5 мкм от межслойной границы.
При холодной пластической деформации исходной биметаллической заготовки с обжатием 40 % происходит формирование деформационных полос и измельчение (фрагментация) зерен, которые начинаются от межслойной границы и при увеличении степени деформации распространяются вглубь слоя. В результате возникает ультрамелкозернистая (УМЗ) структура с размером фрагментов 240-1250 нм. В титановом слое деформационное измельчение наблюдается уже при небольших степенях деформации - 15 %, ав никеле оно не обнаружено и при более высоких степенях деформации. Это различие в структурных превращениях титана и никеля при их совместной пластической деформации объясняется, очевидно, более высоким уровнем напряжений титана в исходной заготовке.
По мере увеличения степени деформации формирование ультрамелких зерен на межслойной границе наблюдается более четко и особенно хорошо различается в режиме упруго отраженных электронов (рис. 4, а, б). При этом УМЗ структура обнаруживается не только в центральных областях титанового, но и никелевого слоя (рис. 4, в, г). Размер формирующихся фрагментов УМЗ структуры находится в пределах от 240 до 1250 нм.
в г
Рис. 4. Формирование УМЗ структуры вблизи межслойной границы (а, б) и в центральной области титанового (в) и никелевого слоя (г)
В процессе отжига холоднодеформированиого металла при температуре 600 0С диффузионная подвижность атомов на межслойной границе биметаллической заготовки возрастает, что приводит к формированию на ней слоя интерметаллидного соединения NiTi. При этом диффузия титана в никель идет с большей скоростью, чем диффузия никеля в титан, в результате чего интерметаллидный слой состоит из двух зон, незначительно отличающихся (на 1-2 %) по содержанию никеля и титана. Чем больше суммарная относительная деформация, тем больше скорость диффузионных процессов, поэтому после суммарного обжатия 60 % толщина слоя при отжиге несколько больше (~ 2 мкм) по сравнению с толщиной слоя (~ 1,5 мкм) после суммарного обжатия 50 % .
При отжиге в титановом слое протекает рекристаллизация, в результате которой образуется равноосная структура с размером зерна меньше (номер 10-11), чем в исходном состоянии (номер 8-9).
В никеле полной рекристаллизации не происходит. При последующей холодной пластической деформации отожженный интерметаллидный слой на межслойной границе биметаллического листа утоняется и дробится, разделяясь на фрагменты. Однако, благодаря высокой пластичности никеля, заметного нарушения сплошности не происходит, поскольку при деформации никель «обтекает» фрагменты интерметаллида.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта Жо 13-08-90904 мол ин нр» (Договор № НС-13-08-90904\13).
Список литературы
1. Asymmetric rolling: theory and technology / A.M. Pesin, V.M. Salganik, H. Dyja, D.N. Chikishev, D.O. Pustovoitov, A. Kawalek // HUTNIK - WIADOMOSCI HUTNICZE. 2012. № 5. C. 358-363.
2. Чукин M.B., Копцева H.B., Никитенко O.A. Использование программного продукта Thixomet PRO для количественного анализа ультрамелкозернистой структуры низко- и сред-неуглеродистой стали, подвергнутой равноканальному угловому прессованию // Металловедение и термическая обработка. 2012. № 8. С. 12-17.
3. Количественный анализ микроструктуры заготовок из ультрамелкозернистой стали марок 20 и 45, полученных методом равноканального углового прессования / А.И. Мешкова, O.A. Никитенко, Ю.Ю. Ефимова, Н.В. Копцева // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2011. № 1. С. 153-156.
4. Копцева Н.В., Никитенко O.A., Ефимова Ю.Ю. Изменение структуры и свойств в процессе равноканального углового прессования углеродистой конструкционной стали с тонкопластинчатым строением перлита в исходной структуре // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2010. Т. 1. № 1. С. 63-67.
5. Формирование структуры и механических свойств углеродистой конструкционной стали в процессе наноструктурирования методом равноканального углового прессования / Н.В. Копцева, Ю.Ю. Ефимова, М.П. Барышников, O.A. Никитенко // Деформация и разрушение материалов. 2011. № 7. С. 11-16.
6. Исследование особенностей структурообразования в процессе интенсивной пластической деформации углеродистых конструкционных сталей / М.В. Чукин, Н.В. Копцева, А.Г. Корчунов, Д.Г. Емалеева, O.A. Никитенко // Черные металлы. 2011. № 7-8. С. 25-28.
7. Исследование формирования субмикрокристаллической структуры поверхностного слоя стальной проволоки с целью повышения уровня ее механических свойств / Г.С. Гун, М.В. Чукин, Д.Г. Емалеева, Н.В. Копцева, Ю.Ю. Ефимова, М.П. Барышников // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2007. № 3. С. 84-86.
8. Клопотов А.А., Потекаев А.И., Козлов Э.В. и др. Кристаллогеометрические и кри-сталлохимические закономерности образования бинарных и тройных соединений на основе титана / под общей ред. А.И. Потекаева. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. 312 с.
9. Никитенко О.А., Копцева Н.В., Ефимова Ю.Ю. Количественный анализ микроструктуры углеродистых конструкционных сталей марок 20 и 45, наноструктурированных методом равноканального углового прессования // Обработка сплошных и слоистых материалов. Вып. 36: межвуз сб. науч. тр. / Под ред. М.В. Чукина. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ»,
2010. С. 138-145.
10. Протипология - новый этап развития стандартизации метизного производства / Г.Ш. Рубин, М.А. Полякова, М.В. Чукин, Г.С. Гун // Сталь. 2013. № 10. С. 84-87.
References:
1. Pesin A.M., Salganik V.M., Dyja H., Chikishev D.N., Pustovoitov D.O., Kawalek A. Asymmetric rolling: theory and technology // HUTNIK - WIADOMOSCI HUTNICZE. 2012. № 5. C. 358-363.
2. Chukin M.V., Kopceva N.V., Nikitenko O.A. Use of a software product of Thixomet PRO for the quantitative analysis of ultra-fine grain structure lowly - and the medium carbon steel subjected to equal channel angular pressing // Metal Science and heat treatment. 2012. № 8. P. 12-17.
3. Meshkova A.I., Nikitenko O.A., Efimova Yu.Yu., Kopceva N.V. The quantitative analysis of a microstructure of billets from ultra-fine grain grade of steel 20 and 45 received by a method of equal channel angular pressing // Actual problems of the modern science, technics and education.
2011. № 1. P. 153-156.
4. Kopceva N.V., Nikitenko O.A., Efimova Yu.Yu. Change of structure and properties in the equal-channel angular pressing of carbon structural steel with a thin-plate pearlite in the initial structure // Actual problems of the modern science, technics and education. 2010. T. 1. № 1. P. 6367.
5. Kopceva N.V., Efimova Yu.Yu., Baryjshnikov M.P., Nikitenko O.A. Formation of structure and mechanical properties of carbon structural steel in the nanostructuring process by a equal-channel angular pressing // Deformation and rupture of materials 2011. № 7. P. 11-16.
6. Chukin M.V., Kopceva N.V., Korchunov A.G., Emaleeva D.G., Nikitenko O.A. Research of structurization features in the course of intensive plastic deformation of carbon constructional steels // Ferrous metals. 2011. № 7-8. P. 25-28.
7. Gun G.S., Chukin M.V., Emaleeva D.G., Kopceva N.V., Efimova Yu.Yu., Baryjshnikov M.P. Research of formation of submicrocrystalline structure of a blanket of a steel wire for the purpose to increase its mechanical properties level // Vestnik of Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov. 2007. № 3. P. 84-86.
8. Klopotov A.A., Potekaev A.I., Kozlov E.V. and etc. Crystallogeometrical and crystal-lochemical regularities of formation of binary and triple connections on the basis of titanium / under the general edition of A.I. Potekaev. Tomsk: Publishing house of Tomsk polytechnical university, 2011. 312 p.
9. Nikitenko O.A., Koptseva N.V., Efimova Yu.Yu. Microstructure quantitative analysis of carbon structural steel grades 20 and 45 nanostructured by equal-channel angular pressing // Solid and laminated materials treatment. Vol. 36: Interuniversity collection of scientific papers / Edited by M.V. Chukin FSBEI HPE Magnitogorsk: "NMSTU", 2010. Pp. 138-145.
10. Protypology - the new development stage of metalware production standardization / G.Sh. Rubin, M.A. Polyakova, M.V. Chukin, G.S. Gun / / Steel. 2013. No. 10. Pp. 84-87.
