CC BY
35
УДК 621.77123.016.3.01
I. О. ВАКУЛЕНКО, М. А. ГРИЩЕНКО, М. М. ГРИЩЕНКО (ДПТ)
ЕТАПИ ВИНИКНЕННЯ ДИСЛОКАЦ1ЙНО1 ЧАРУНКОВО1 СТРУКТУРИ В ХОЛОДНОДЕФОРМОВАН1Й ВУГЛЕЦЕВ1Й СТАЛ1
Стаття присвячена поясненню процесу формування дислокацшно! чарунково! структури при пластичному деформуванш вуглецево! сталi.
Статья посвящена объяснению процесса формирования дислокационной ячеистой структуры в течение пластического деформирования углеродистой стали.
The article is devoted to explanation of the evolutional process of dislocation cell structure formation during the plastic deformation of carbon steel.
Протягом останшх декшькох роюв, в порiв-нянш з традицшними технолопями обробки мет^в i сплавiв, пiдвищеним попитом корис-туються розробки, яю сприяють отриманню ультрадисперсних фазових складових.
Таю композици найбiльш частше виготов-ляють з попередньо диспергованих дуже дрiб-них порошкiв, в яких зерна складають розмiри вщ десяткiв сотень нм. Другий напрямок отри-мання таких супердисперсних структур в мета-левих системах - це контрольоване легування [1].
В порiвняннi з однофазними сплавами та чистими металами, коли рушшна сила зростан-ня зерен достатньо велика та не дае можливостi досягти необхщного рiвня подрiбнення структури, спещальне легування за визначених умов юнування сплаву дозволяе сформувати багато-фазш композицii.
В якостi прикладу можна розглядати проце-си структурних перетворень, яю в лiтературi називають сшнодальним розпадом [2]. В цьому випадку змiна початкових умов перетворення дозволяе змшювати не тiльки морфологiчнi особливосп часток, якi видiляються, але i сту-пiнь перiодичностi структури в цшому.
Метою дослiдження е аналiз умов формування дислокацiйних субструктур в холодно-деформованих сталях.
Матерiалом для дослiдження була вуглецева сталь з кшьюстю вуглецю 0,4 %. Поперед холодного деформування прокаткою на рiзнi сту-пенi, метал мав структуру гарячекатаного стану. Структуру дослщжували тд електронним мшроскопом за методикою просвiтлювання.
З шдвищенням ступеня холодноi пластичноi деформацii мщшсш властивостi зростають, пластичнi характеристики металу знижуються [3]. Наведений характер змши комплексу влас-
тивостей металiв обумовлений протшанням процесiв структурних перетворень внутрiшньоi будови. Так, на пiдставi аналiзу дрiбнокриста-лiчних параметрiв металу показано, що пiсля досягнення визначеного значення пластичноi деформацii у вiдносно рiвномiрному розподiлi дислокацiй виникають ознаки немонотонного розподшу. В подальшому, зi зростанням рiвня накопичено1' деформацii, наведенi немонотон-ностi приймають вигляд перiодичних чарунко-вих дислокацiйних структур [4, 5]. З шшого боку враховуючи, що структура дослщжувано1' кiлькостi структурно вшьного фериту та перл> тних колонш, мiцнiснi властивостi яких можуть рiзнитися бiльше нiж у два рази, початковi умо-ви 1'х участ в пластичному деформуваннi пови-нш бути рiзними [6, 7]. На пiдставi цього мож-на з визначеними припущеннями вважати, що формування дислокацшних субструктурних згуртувань в структурно вшьному феритi та феритi перлiту повинно розпочатись тсля досягнення рiзного ступеня деформацii. Перед початком аналiзу умов виникнення чарункових структур необхщно вiдзначити, що тип криста-лiчноi решiтки мае дуже велике значення. Враховуючи, що ферит мае об'емноцентровану ку-бiчну решiтку, яка налiчуе декiлька систем ков-зання (площини (110), (112) та (123) з напрям-ком <111> [8]), виникаючi дислокацiйнi лiнii мають примусово хвилеподiбний вигляд. Можна вважати, що формування таких хвилеподiб-них дислокацшних с^чок в холоднодеформо-ваних металах з ОЦК решiткою мае визначене значення для виникнення чарункових структур. Як показано в роботах [4, 5], з позицш загаль-них умов еволюцшних процешв перетворення рiвномiрного розподiлу дислокацiй, формуван-ня немонотонностей обумовлено виникненням флуктуацш критичного значення. Але чiтке по-
яснення стосовно рушшних сил наведеного пе-ретворення практично вщсутне. На рис. 1 наведена дислокацшна структура, яка виникае в структурно вшьному феритi пiсля деформацп, яко! недостатньо для формування чарунково! структури. На пiдставi аналiзу можна визначи-ти, що дислокаци перемiщуються по рiзних кристалограф1чних системах.
б
Рис. 1. Дислокацшна структура структурно в1льного фериту низьковуглецево! стал1 тсля деформацп 2 % (а) та 10 % (б), (збшьшення 18000x1,5)
О^м цього, наведена картина шюструе, що великокутовi границi фериту являють собою не тшьки мiсця зародження дислокацiй в об'емах металу поблизу великокутово! границ (рис. 1,а). Пiдвищення ступеня пластично! деформацп i, як наслщок цього, збiльшення концентра-ци дислокацш, супроводжуеться формуванням бiльш складних дислокацшних угрупувань у виглядi дислокацiйних смуг з викривленими фрагментами рiзно! ампл^уди та радiусу кри-визни (рис. 1,б). Формування викривлених фрагмент на дислокацiйних угрупуваннях обумо-влено розвитком процешв, аналогiчних як у випадку рухомих поодиноких дислокацiй -множинне ковзання. О^м цього, еквщистант-не розташування окремих фрагментiв сучкас-
то! дислокацiйно! структури дае змогу оцшити не тiльки напрямок перемщення, але i послщо-внiсть етатв формування вигинiв. Дiйсно, роз-глядаючи структуру на рис. 2,а, б, можна ви-значити, що наближення площини перемiщення дислокацiйно! смуги до напрямку ди максима-льних напружень супроводжуеться збшьшен-ням амшптуди вигишв на смуз1.
в
Рис. 2. Дислокацшна структура в структурно вшьному ферит1 низьковуглецево!' стал1 тсля деформацп прокаткою на 20 %, (збшьшення 13000x1,5)
Таким чином, в першому наближенш можна вважати, що зростання ступеня холодно1' пластично!' деформацiï приводить до формування вигишв на регулярно розташованих смугах дис-локацiйних угрупувань. Подальше зростання ампл^уди вигинiв може досягти таких значень, що мiж рухомими смугами вщбуваеться взае-модiя, яка врештьрешт приводить до виникнення перетинок (рис. 2,в). Взаемне блокування вiд виникаючих перетинок перемiщення дислокацшних смуг приводить до формування чару-нковоï структури рiзного ступеня досконалость На пiдставах проведеного аналiзу, у випадку холодноï пластичноï деформаци низьковугле-цевоï сталi, процес формування дислокацiйноï чарунковоï структури може розглядатися, як такий, що складаеться з декшькох послщовно протiкаючих етапiв. Для малих ступешв дефо-рмацiï, яким вщповщае етап перемiщення по-одиноких, рiвномiрно розташованих дислока-цiй (по декшькох кристалографiчних системах), взаемодiя рухомих дислокацш мiж собою приводить до виникнення вигишв рiзноï ампл^уди. Такi вигини на дислокацiйних лшях не сприя-ють регулярному перемщенню дислокацiй i, як наслiдок цього, виникають клубковi перепле-тення у виглядi дислокацiйних смуг з рiзною шириною та концентрацiею дислокацiй в них (рис. 2). Подальше зростання ступеня деформаци та концентраци дислокацш, з одночасним виникненням ротацшних ефекпв: змiна напря-мку максимально ддачих напружень супрово-джуеться формуванням вигишв на смугах дислокацшних угрупувань, що еквщистантно пе-ремщуються. Збiльшення амплiтуди вигинiв на смугах та зменшення вiдстанi мiж ними приводить до виникнення перетинок мiж окремими смугами, враховуючи, що сформоваш перетин-ки з дислокацшних угрупувань мають рiзний рiвень стабшьносп перетинок. Обумовлено це тим фактом, що дислокацшна субграниця не може виконувати функци мiсць зародження та ашпляци дислокацiй пiсля акту пластично1' де-формацiï, в порiвняннi з великокутовою границею фериту [3]. Виникнення стабшьних перетинок мiж смугами дислокацiй може розгляда-тися як завершальний етап на шляху форму-вання дислокацiйноï чарунково1' структури. Подальше зростання деформаци буде тшьки
еволюцiйними процесами удосконалення чару-нок.
ВИСНОВКИ
1. На основi дослiджень внутрiшньоï бу-дови холоднодеформованоï низьковуглецевоï сталi отримано уточнення механiзму формування дислокацшних чарункових структур у структурно вшьному ферип.
2. Основними етапами процесу виникнення чарунок слiд вважати формування вигишв на рухомих смугастих угрупуваннях дислока-цiй та зменшення вщсташ мiж ними. Другий етап - це виникнення перетинок з дислокацшних угрупувань мiж окремими смугами дислокацш.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Абрахамсон Э. П. Получение сверхмелкозернистых сплавов методом контролируемого легирования // В кн.: Сверхмелкое зерно в металлах. - М.: Металлургия, 1973. - С. 82-101.
2. Де Фонтейн Д. Получение мелких выделений по механизму спинодального распада // В кн.: Сверхмелкое зерно в металлах. - М.: Металлургия, 1973. - С. 101-135.
3. Бабич В. К. Деформационное старение стали /
B. К. Бабич, Ю. П. Гуль, И. Е. Долженков. - М.: Металлургия, 1972. -320 с.
4. Holt D. L. Dislocation cell formation in metals // J. Appl. Phys., 1970. - v. 41. - P. 3197-3202.
5. Трефилов В. И. Изменение ячеистой дислокационной структуры и упрочнение при пластической деформации ОЦК-металлов / В. И. Тре-филов, В. Ф. Моисеев, Э. П. Печковский // Докл. АН УССР, 1985. - № 11. - С. 81-84.
6. Вакуленко И. А. Структура и свойства углеродистой стали при знакопеременном деформировании. - Д.: Gaudeamus, 2003. - 94 с.
7. Langford G. Microstructural analysis by highvoltage electron diffraction of severally drawn iron wires / G. Langford, M. Cohen // Met. Trans., 1975. - V. 6A, № 4. - P. 901-910.
8. Виртман Дж. Механические свойства, несущественно зависящие от температуры / Дж. Вирт-ман, Дж. Р. Виртман // В кн.: Физическое металловедение. - Вып. 3. - М.: Мир, 1968. -
C. 149-215.
Надшшла до редколегп 22.05.2008.
