CC BY
60
УДК 669.295: 621.785
Д.Э. Басалаев, канд. техн. наук доц., (4872) 35-14-82, [email protected], (Россия, Тула, ТулГУ)
ФОРМИРОВАНИЕ ОБЪЕМНЫХ УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТЫХ И НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ МЕТОДАМИ ЗНАКОПЕРЕМЕННОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ И ТЕРМОФИКСАЦИИ ВЕЛИЧИНЫ ЗЕРНА
Дано обоснование применения знакопеременного деформирования, позволяющего достигать высоких степеней деформаций в холодном состояния. Представлены результаты металлографических исследований медиМ1 после интенсивной пластической деформации и термофиксации величины зерна. Приведены рекомендации по построению технологических процессов, основанных на знакопеременном деформировании.
Ключевые слова: растяжение, сжатие, деформации, восстановление пластичности, знакопеременное деформирование, улътрамелкозернистая структура, термофиксация.
Исходные заготовки для штамповки изделий обычно изготавливают из листа, прутка или трубы, которые, в свою очередь, получают ра-личными способами: листы - холодной и горячей прокаткой; прутки бывают холодно- и горяче катаны ми; трубы подвергают холодному и горячему волочению на оправке и без нее. В результате один и тот же материал может находиться в изотропном и анизотропном состояниях: механические характеристики, такие как предел текучести ат и относительное удлинение 8 изотропного метала, будут существенно отличаться от механических характеристик метала, подвергнутого холодной пластической деформации, анизотропного.
Основные механические свойства металов и их сплавов, подвергнутых холодной пластической деформации, следующие:
- повышение упругих свойств материала в результате предварительного пластического деформирования - упрочнения, т.е. наклепа или нагартовки, широко используемого в технике. Чтобы вернуть пластичность металлу, т.е. снять упрочнение, обычно применяют ракристаллизационный отжиг [1];
- согласно общепринятой гипотезе идентичность кривых упрочнения при растяжении и сжатии изотропного материала [4];
- резкое снижение сопротивления деформированию после предварительной пластической деформации противоположного знака, т.е. предел текучести при сжатии оказывася в 2-4 раа меньше, чем у обраца после предварительного растяжения. С этим столкнулись инженеры-строители
второй половины XIX века, когда упрочненные растяжением стержни конструкций, но работающие под нагрузкой на сжатие, приводили к ее разрушению. Впервые это явление было описано Г. Баушингером в 1881 году при опытах с «железом», с тех пор носящее название - эффект Баушинге-
ра[4].
Отсюда можно сформулировать четвертое самое важное свойство металлов и их сплавов - восстановление (возврат) пластичности пи изменении направления последующего деформирования [2,3]. Поэтому знакопеременное деформирование металлов и их сплавов позволяет достичь суммарных степеней деформаций, соизмеримых с горячей ОМД, без промежуточных термохимических операций.
Известно, что одним из способов получения в компактном виде на-нокристаллических материаов является ре кристаллизационный отжиг интенсивно деформированных металлических сплавов в холодном состоянии.
При значительной деформации зерна вытягиваются в сторону пластического течения. Образуется волокниста структура - кристаллографическая ориентация зерен, котора называется текстурой деформации. Последующий нагрев до температур (0,3-0,35)Т11л волокниста структура распадается на субзерна размером, на порядки метшие исходных (до интенсивной пластической деформации(ИЦД)). Этот процесс называется стабилизирующей полигонизацией (термофиксация величины зерна). При последующем знакопеременном деформировании мы снова можем получить волокнистую структуру, а путем нагрева металла до температуры (0,3-
0,35)7^ - еще более мелкое зерно и т.д., а метал - с более уникаьными свойствами[1].
Существует технология получения точных заготовок, вырезкой кружка из листовой меди М1 (КИМ=0,4). Предложена новая технология, заключающася в использовании холоднодеформированного прутка 0 40
мм, который осаживася методом торцевой раскатки до 0 120 мм (рис.1).
Рис. 1. Осадка прутковой заготовки
Рис. 2. Микроструктура прутковой заготовки росле отжига (х100)
Так как торцева раскатка относится к процессам знакопеременного деформирования [3], то рассматривались два варианта изготовления. В первом исходная заготовка (пруток) предварительно подвергалась рекри-стализационному отжигу, во втором не подверглась рекристализационно-му отжигу. Здесь учитывалось, что холодный пруток в исходном состоянии имеет следующие распределения знаков пластической деформации: в продольном - растяжение, в тангенциальном (окружном) и радиальном -сжатие. В раскатанной заготовке знаки пластической деформации распределяются так: в продольном - сжатие, в тангенциальном и радиальном -растяжение. Таким образом, здесь также реализуется знакопеременное деформирование.
Металлографические исследования показали, что размер зерна прутка после обжига не превышал 0,20 мм по шкале ГОСТ 21073.1-73. По шкале ГОСТ 21073.1-75 это соответствует 0 или 1 баллу (рис.2). В первом случае в результате сочетания ИПД (степень деформации е=2,2(е=220 %)) и термофиксации величины зерна был получен балл зерна 10-12 (рис.3).
Во втором суммарна степень деформации составил е=2,4
(е=240 %). В результате сочетания ИПД и термофиксации величины зерна был получен бал зерна выше 14 (рис.4), что не укладывается в существующую шкалу бальности зерна и может свидетельствовать о возможно объемном ультрамелкозернистом и наноструктурном составах метала.
Рис.3. Микроструктура заготовки Рис. 4. Микроструктура заготовки (е=220 %, х100) (е=240 %, х800)
В обоих случая температура термофиксации величин! зерна была одинаковой.
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
- знакопеременное деформирование металлов и их сплавов позволяет достигать степеней деформаций, в несколько раз превышающих возможности традиционных методов обработки металлов давлением;
- с использованием методов знакопеременного деформирования могут быть получены сплавы с ультрамелким (менее 1 мкм) зерном (УМЗ), гомогенным составом и более однородным распределением частиц по всему объему;
- для выбора и расчета рационального технологического процесса ХОМД надо знать способ получения исходной заготовки, распределение знаков пластической деформации и их направления относительно последующего формоизменения.
Библиографический список
1.Арзамасов Б.Н. Материаловедение. М.:МГТУ им. Н.ЭБаумана, 2001. 648с.
2. Басалаев Д.Э., Басалаев Э.П., Голышев А.А. Влияние механических свойств метала, подвергнутого холодной пластической деформации на последующее формоизменение // Известия ТулГУ. Сер. Механика деформируемого твердого тела. 2005. Вып. 2. С.222-231.
3. Басалаев Д.Э. Высокоэффективные процессы холодной обработки металлов давлением и знакопеременного деформирования // Известия ТулГУ. Сер. Механика деформируемого твердого тела и обработка мета-лов давлением. 2006. Вып. 4. С. 168-172.
4. Хван Д.В. Технологические испытания металлов. Воронеж: Изд-во Воронежского ун-та, 1992. 152 с.
D.E.Basalaev
Forming volumetric ultraclose-grained and нано crystal patterns of metals and their drivings methods of the alternating straining with thermofixation of rate of grain
In work the substantiation of application of the sign-variable deformation, allowing to reach high degrees of deformations in a cold condition is given. Results metallographic researches of copper М1 after intensive plastic deformation and thermofixing of size of grain are presented. Recommendations about construction oftechnological processes based on sign-variable deformation are made.
Получено 05.08.09
